使用齐纳二极管的简单过压保护电路

如何使用稳压二极管制作过压保护电路？

现在使用的电路和组件给予了很多偏好和时间来使其尽可能安全。这些天的现代电源非常可靠，但总是有失败的机会。电源可能会以多种方式发生故障，但一个特别令人担忧的可能性是串联稳压器元件（即晶体管或 FET）可能会发生故障，从而导致短路。元件的这种短路会使正在供电的电路上出现非常大的电压，从而对整个设备造成严重损坏。通过提供过压保护形式的保护电路，可以最大限度地减少或完全消除对组件和整个电路的损坏 .

短路保护、反极性保护和过压/欠压保护是一些保护电路，用于保护任何电子设备或电路免受任何突发事故的影响。过压保护一般使用熔断器或MCB，但在本项目中，我们的目标是制作出比熔断器或MCB性能更好的电路，并克服上述大多数初级安全装置的局限性。

过压保护是电源系统的一个特性，当输入电压超过预设值时，它会以某种方式处理负载侧的电压。在某些输入电压高于预期的情况下，我们总是使用过压保护或crowbar保护电路。 Crowbar保护电路是最常用的过压保护电路之一。

电源可能以多种方式出现故障；同样，有很多方法可以保护电路免受过压影响。最简单的方法是在输入电源侧连接保险丝。但是，使用保险丝的缺点是它是一次性保护，因为当电压超过预设值时，保险丝会烧毁，导致电路开路。那么让电路重新开始工作的唯一方法是用新的保险丝更换保险丝，并重新制作与保险丝有关的所有电路。

电源故障的情况通常被视为电源停止工作，没有输出。但是，也有一些罕见的故障情况，即出现短路并且输出端可能会出现非常高的电压。对于线性稳压器，我们可以举一个非常简单的基于齐纳二极管的稳压器为例。我们可以制作更复杂的电路来达到更好的效果，这些电路使用相同的想法，就是让电流通过晶体管。

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主要区别在于稳压器电压施加到晶体管基极的方式。通常，输入侧的电压会在串联调节器元件上下降几伏。因此，这允许串联传输晶体管适当地调节输出电压。通常像这样的晶体管会处于开路状态，但在某些情况下，晶体管可能会在集电极和发射极之间产生短路。如果发生这种情况，则输出端将出现完全未稳压的输入电压。

如果全电压出现在输出端，那么它可能会损坏电路中正在供电的许多 IC。在这种情况下，电路可能远远超出经济修复范围。开关稳压器的工作方式有很大不同，但也有可能出现满输出出现在电源输出端的情况。

我们可以使用齐纳二极管制作过压保护电路 和双极晶体管两种方法。

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齐纳稳压电路 ：

该电路使用齐纳二极管向负载侧提供稳压输出，从而保护电路。但是连接是这样的，即使电压超过安全限制，流向负载侧的功率也不会被切断。输出将始终接收取决于齐纳二极管额定值的电压。

使用齐纳二极管的过压保护电路：

这种方法更直接，电路设计为当电压超过给定的设定值时切断负载侧的电源。

所需材料

• 1N4740A 稳压二极管
• FMMT718 PNP晶体管
• 电阻器 - 1k、2.2k 和 6k
• 2N2222 NPN晶体管

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齐纳二极管

齐纳二极管是一种二极管，它允许电流在两个方向上流过，而普通二极管只允许电流从阳极到阴极的一个方向流动。仅当端子两端的电压超过称为齐纳电压的阈值电压时，才会发生这种相反方向的电流流动。这个齐纳电压是器件的一个特性，它控制着齐纳效应，而齐纳效应又控制着二极管的工作。

下面给出电路中常用的稳压二极管示意图。

齐纳二极管具有高度掺杂的 p-n 结，即使在通过它施加反向电压的情况下，器件也能正常工作。然而，许多齐纳二极管依赖于雪崩击穿。两种击穿类型都发生在器件中，唯一的区别是齐纳效应在较低电压下占主导地位，而雪崩击穿则在较高电压下发生。它们用于产生低功率稳定电源。它们还用于保护电路免受过压和静电放电的影响。

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2N2222 NPN晶体管

2N2222是很常见的双极NPN晶体管，主要用于通用低功率放大或开关应用。 2N222 设计用于在高速下适度操作。它是一种非常常见的晶体管，被用作NPN晶体管的典范。

三极管示意图如下。

2N2222 NPN三极管的引出线如下。

由于成本低、体积小，是最常用的晶体管。与其他类似的小型晶体管相比，它的主要特点之一是能够处理高电流值。它由硅或锗材料制成，并掺杂有带正电或带负电的材料。在执行放大应用时，它通过集电极接收模拟信号，并将另一个信号施加到其基极。模拟信号可以是模拟频率接近4kHz的语音信号（人声）。

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FMMT718 PNP晶体管

FMMT718 是一个 PNP 晶体管，因此当基极接地时，集电极和发射极将关闭（正向偏置），当信号输入时将打开（反向偏置）提供给基销。这就是 PNP 晶体管与 NPN 晶体管的不同之处。逻辑门用于在接地信号电压之间切换。

下面给出PNP晶体管的示意图。

FMMT718 的引脚排列如下表所示。

  齐纳稳压电路

这是使用稳压二极管的过压保护电路的两种配置之一。该电路不仅可以保护负载侧电路，还可以调节输入电源电压以保持稳定的电压。使用齐纳稳压电路进行过压保护的电路图如下。

电路断开负载侧电源的阈值电压称为电路的预设电压值。电路的设计使得电路的预设值是齐纳二极管的额定值。所以电路不导通的阈值约为5.1V。

三极管Q1的导通取决于三极管的基极发射极电压。当电路的输出电压开始升高时，这会增加晶体管的 Vbe 并且它的导通率会降低。这反过来又降低了输出电压，使输出电压几乎保持恒定。

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稳压二极管过压保护电路图

过压保护电路的电路图如下。

首先我们考虑电源正常工作时电路的工作情况。在正常工作状态下，晶体管Q2的基极端为高电平，导致该晶体管截止。当 Q2 关闭时，晶体管 Q1 的基极端为低电平并开始导通。这样，当电源电压低于设定的阈值电压时，负载就会连接到电源。

现在，当电源电压高于阈值时，齐纳击穿发生，齐纳二极管D2开始导通。这使得之前为高电平的 Q2 的基极端子接地。现在 Q2 的基极端子接地，它开始导通。连接到 Q2 输出端的晶体管 Q1 的基极现在处于高电平并停止导通。这将负载与电源隔离，使其免受电压浪涌可能造成的任何潜在损坏。

上述电路的工作也取决于每个晶体管的电压降。理想情况下，电路与其理论对应物匹配的值应该很低。为了将晶体管的电压降保持在最低水平，我们使用了集电极发射极饱和值非常低的 FMMT718 PNP 晶体管。 Vce 的这个低值允许晶体管两端的电压下降。