介绍一种直流过压保护电路

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1、Vin < 5.1V

2、5.1V ≤ Vin < 5.7V

3、Vin ≥ 5.7V

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本篇博文将详细分析一种典型的过压保护电路，探讨其工作原理、元件选择及实际应用，帮助大家深入理解如何保护电子设备。这里将以5V过压保护电路为例，通过稳压二极管、三极管和MOSFET的协同工作，提供了一种简单有效的解决方案。

1、Vin < 5.1V

当输入电压低于稳压二极管D1的击穿电压（5.1V）时：

• 稳压二极管D1：不导通，Q2的基极通过R1被拉到Vin。
• 三极管Q2：基极和发射极同电位，Vbe = 0V，Q2不导通。
• MOSFET Q1：栅极通过R3拉到地，Vgs = 0V - Vin = -Vin（负值），P沟道MOSFET导通。
• 输出：Vout = Vin，正常向负载供电。

2、5.1V ≤ Vin < 5.7V

以Vin = 5.4V为例：

• D1：导通，将Q2基极电压钳位在5.1V。
• Q2：Vbe = 5.1V - 5.4V = -0.3V，PNP三极管需Vbe < -0.6V才导通，因此Q2仍不导通。
• Q1：栅极仍通过R3拉到地，Vgs = 0V - 5.4V = -5.4V，Q1导通。
• 输出：Vout = 5.4V，正常供电。

3、Vin ≥ 5.7V

以Vin = 5.8V为例，存在以下电流路径：

• 红色路径：通过R1和D1。R1两端电压为5.8V - 5.1V = 0.7V，若R1 = 1kΩ，电流约为0.7mA。
• 粉色路径：Q2的Vbe = 5.1V - 5.8V = -0.7V，低于-0.6V，Q2导通并饱和。
• 蓝色路径：Q2导通后，Q1栅极被拉到接近Vin，假设Q2饱和时Vce ≈ 0.2V，栅极电压约为5.6V。若R3 = 4.7kΩ，电流约为5.6V / 4.7kΩ ≈ 1.19mA。

此时，Q1的Vgs ≈ 0V，P沟道MOSFET关闭，Vout断开，保护负载。

对于非5V系统（如12V），可以通过更换稳压二极管、调整电阻和确保Q1和Q2支持更高电压和电流的方式可适应不同电压需求，为电子设计提供灵活保护。