硬件电路5V过压保护分析
硬件电路的 5V 过压保护，核心是在输入电压超过安全阈值（通常设定为 5.5V-6V）时，通过保护电路切断电源通路或分流，防止过压损坏后级芯片（如 MCU、传感器等）。
一、常用保护方案对比
不同方案在成本、响应速度、保护精度上各有差异，可根据需求选择。
| 保护方案 | 核心器件 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 稳压管（齐纳管）并联保护 | 稳压管、限流电阻 | 电路简单、成本极低、体积小 | 响应速度较慢，过压能量通过电阻消耗，仅适用于小电流场景 | 低功耗、小电流的 5V 辅助电路（如传感器供电） |
| 自恢复保险丝（PPTC）串联保护 | 自恢复保险丝 | 可自动复位，无需更换器件，兼具过流保护 | 过压保护依赖 “过压→过流→熔断” 的间接逻辑，保护精度低 | 对过压响应要求不高，但需避免频繁更换保险丝的场景 |
| 专用过压保护芯片（OVP） | 集成 OVP 芯片（如 SGM2058、TPS24710） | 响应速度快（微秒级）、保护精度高（±5%）、可灵活设定阈值 | 成本高于分立元件，需额外配置外围电阻（设定阈值） | 核心电路（如 MCU、核心模块）的关键 5V 供电保护 |
| 三极管 / MOS 管分立保护 | NPN 三极管、稳压管、分压电阻 | 可自主设定保护阈值，成本适中 | 电路设计复杂，需调试分压电阻比例，稳定性依赖器件参数 | 对成本敏感且需要灵活调整保护阈值的场景 |
二、典型方案实现：专用 OVP 芯片电路（推荐）
专用芯片方案因可靠性高、设计简单，是 5V 过压保护的首选，以常用芯片SGM2058为例，电路结构如下：
- 供电端：芯片 VIN 脚接外部 5V 输入（需串联一个限流电阻，防止上电冲击），GND 脚接地。
- 阈值设定：通过芯片的 SET 脚外接两个分压电阻（R1、R2），将输入电压分压后反馈至芯片内部，公式为：
保护阈值V_OV = 1.24V × (1 + R1/R2)（1.24V 为芯片内部基准电压）。- 若需 5.5V 保护，可选择 R1=4.26kΩ、R2=1kΩ（计算：1.24×(1+4.26/1)≈5.5V）。
- 输出端：芯片 VOUT 脚接后级 5V 负载，当输入电压超过 V_OV 时，芯片会快速切断 VOUT 输出，直到电压恢复正常后自动复位。
三、电路设计图
四、设计注意事项
- 阈值留裕：保护阈值需高于正常 5V 输入的波动范围（如 5V 电源通常允许 ±5% 波动，即 4.75V-5.25V），建议设定为 5.5V-6V，避免误触发。
- 功率匹配：若后级负载电流较大（如超过 1A），需选择大电流规格的 OVP 芯片（如 TPS24710 支持 3A 输出），同时确保限流电阻、导线的功率满足需求。
- 瞬态防护：若输入电压可能存在尖峰脉冲（如电源插拔时），需在保护电路前端并联 TVS 瞬态抑制二极管（如 SMBJ6.5CA），吸收瞬态高压，避免击穿保护芯片。