原標(biāo)題：成就電子電路設(shè)計高手(11)，保護(hù)電子電路設(shè)計下篇

在電子電路設(shè)計中，保護(hù)電路的設(shè)計至關(guān)重要，它關(guān)乎到電路的穩(wěn)定運行和設(shè)備的安全。本篇將深入探討保護(hù)電子電路設(shè)計的具體策略和方法，重點介紹過流保護(hù)、過壓保護(hù)以及過熱保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)。

一、過流保護(hù)設(shè)計

過流保護(hù)是防止電路因電流過大而損壞的重要措施。

1. IGBT的過流保護(hù)

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）作為一種高功率半導(dǎo)體器件，對過流非常敏感。其過流保護(hù)設(shè)計需特別謹(jǐn)慎。

• 驅(qū)動電路無保護(hù)功能時：

• 小容量變頻器：將電阻直接串接在主電路中，通過電阻兩端的電壓來反映電流的大小。

• 大中容量變頻器：使用電流互感器（如霍爾傳感器），可串接在主回路中檢測流過IGBT的總電流，或串接在每個IGBT上直接反映每個IGBT的電流。

• 方法：在主電路中設(shè)置過流檢測器件，如電阻或電流互感器。

• 實現(xiàn)方式：

• 保護(hù)動作：過電流檢測信號經(jīng)光耦管向控制電路輸出封鎖信號，關(guān)斷IGBT的觸發(fā)，實現(xiàn)過流保護(hù)。

• 驅(qū)動電路設(shè)有保護(hù)功能時：

• 改變二極管型號與個數(shù)：如IGBT通態(tài)飽和壓降為2.65V，驅(qū)動模塊過流保護(hù)臨界動作電壓值為7.84V時，可選用7個硅二極管（每個通態(tài)壓降約0.7V）與1個鍺二極管（通態(tài)壓降約0.3V）串聯(lián)，使總通態(tài)壓降之和為5.20V，與臨界動作電壓值相匹配。

• 二極管與電阻相結(jié)合：用電阻取代部分二極管，實現(xiàn)精確配合。

• 使用混合驅(qū)動模塊：如日本英達(dá)公司的HR065、富士電機的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，集驅(qū)動與保護(hù)功能于一體。

• 保護(hù)原理：利用在某一正向柵壓Uge下，正向?qū)ü軌航?span id="isgemqi" class="math math-inline" style="box-sizing: border-box; padding: 0px; -webkit-font-smoothing: antialiased; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-position: normal; font-variant-emoji: normal; font-size-adjust: none; font-kerning: auto; font-optical-sizing: auto; font-feature-settings: normal; font-variation-settings: normal; font-stretch: normal; text-rendering: auto; list-style: none; margin: 0px; scrollbar-width: none; position: relative; text-wrap-mode: nowrap; width: min-content; display: inline-block; font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", Roboto, Ubuntu, "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", "Source Han Sans CN", sans-serif, "Apple Color Emoji", "Segoe UI Emoji" !important; font-size: 1em !important; line-height: 1.75 !important;">Uce(ON)與集電極電流Ie成正比的特性，通過檢測Uce(ON)的大小來判斷Ie的大小。

• 調(diào)整保護(hù)動作點：

• 橋臂互鎖保護(hù)：

• 原理：防止同一橋臂上的兩個IGBT因控制信號重疊或開關(guān)器件本身延時過長等原因?qū)е轮蓖ǘ搪贰?/span>

• 實現(xiàn)方式：用兩個與門對同一橋臂上的兩個IGBT的驅(qū)動信號進(jìn)行互鎖，確保一個IGBT被確認(rèn)關(guān)斷后，另一個IGBT才能導(dǎo)通。

2. 其他過流保護(hù)電路

• 穩(wěn)壓器保護(hù)電路：通過監(jiān)測晶體管的基極-發(fā)射極電壓，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時觸發(fā)保護(hù)。

• 運算放大器過流保護(hù)電路：使用運算放大器監(jiān)測分流電阻上的電壓降，與預(yù)設(shè)閾值比較，實現(xiàn)過流保護(hù)。

• 保險絲和斷路器：用于較大交流電流的過流保護(hù)，保險絲在電流過大時熔斷，斷路器則利用雙金屬片或小型電感元件在電流過大時跳閘。

二、過壓保護(hù)設(shè)計

過壓保護(hù)是防止電路因電壓過高而損壞的重要措施。

1. 齊納二極管過壓保護(hù)

• 原理：齊納二極管在反向擊穿時具有穩(wěn)定的電壓特性，將電壓限制在擊穿電壓以下。

• 應(yīng)用：在電源輸入端設(shè)置齊納二極管，保護(hù)后續(xù)電路不受過電壓損害。

2. 可編程過壓保護(hù)電路

• 原理：使用可編程齊納二極管（如TL431）作為基準(zhǔn)電壓源，通過調(diào)整外部電阻設(shè)置觸發(fā)電壓。

• 優(yōu)點：提供更大的靈活性，可根據(jù)實際需求調(diào)整過壓保護(hù)點。

3. 電壓調(diào)節(jié)和保險絲過壓保護(hù)電路

• 原理：結(jié)合電壓調(diào)節(jié)器和保險絲，實現(xiàn)過壓和短路保護(hù)。

• 應(yīng)用：在電源管理電路中廣泛使用，保護(hù)負(fù)載免受過電壓和短路損害。

4. MOV（金屬氧化物壓敏電阻）過壓保護(hù)

• 原理：MOV在電壓升高時電阻值迅速下降，吸收過電壓能量。

• 應(yīng)用：在交流電源輸入端設(shè)置MOV，保護(hù)電路免受雷電、電網(wǎng)波動等引起的過電壓損害。

5. 撬棒電路過壓保護(hù)

• 原理：利用SCR（可控硅整流器）的觸發(fā)特性，在電壓過高時觸發(fā)SCR導(dǎo)通，將電壓短路到地。

• 應(yīng)用：在直流電源輸入端設(shè)置撬棒電路，防止因操作失誤或設(shè)備故障引起的過電壓損害。

三、過熱保護(hù)設(shè)計

過熱保護(hù)是防止電子設(shè)備因溫度過高而損壞的重要措施。

1. 熱敏電阻過熱保護(hù)

• 原理：熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，通過監(jiān)測其阻值可以判斷設(shè)備的溫度。

• 應(yīng)用：在需要精確監(jiān)測溫度的場合使用，如電機、電源等。

2. 溫度傳感器與微控制器保護(hù)法

• 原理：使用溫度傳感器監(jiān)測設(shè)備的溫度，將溫度信號傳輸給微控制器。當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，微控制器控制繼電器切斷電源。

• 應(yīng)用：在需要智能化管理的設(shè)備中使用，如服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等。

3. PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻過熱保護(hù)

• 原理：PTC熱敏電阻在溫度升高時阻值迅速增加，限制電流通過，從而降低設(shè)備溫度。

• 應(yīng)用：在需要自恢復(fù)功能的場合使用，如電池充電器、電機驅(qū)動器等。

4. 散熱設(shè)計

• 重要性：良好的散熱設(shè)計是防止設(shè)備過熱的關(guān)鍵。

• 方法：

• 選擇合適的散熱器：根據(jù)設(shè)備的發(fā)熱量和工作環(huán)境選擇合適的散熱器。

• 涂抹導(dǎo)熱硅脂：在散熱器和發(fā)熱元件之間涂抹導(dǎo)熱硅脂，提高熱傳導(dǎo)效率。

• 優(yōu)化電路布局：通過合理的電路布局減少熱阻，提高散熱效果。

四、其他保護(hù)設(shè)計

1. 反極性保護(hù)

• 原理：在電源輸入端串聯(lián)一個二極管，防止電源反接。

• 應(yīng)用：在所有需要防止電源反接的場合使用。

2. 反電動勢保護(hù)

• 原理：在電感負(fù)載兩端并聯(lián)一個二極管，防止電感在斷電時產(chǎn)生的反電動勢損壞開關(guān)器件。

• 應(yīng)用：在包含電感負(fù)載的電路中使用，如電機驅(qū)動電路、繼電器驅(qū)動電路等。

五、總結(jié)

保護(hù)電子電路的設(shè)計是電子電路設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。通過合理的過流保護(hù)、過壓保護(hù)和過熱保護(hù)設(shè)計，可以確保電路在各種異常情況下都能安全、穩(wěn)定運行。同時，良好的散熱設(shè)計和反極性、反電動勢保護(hù)也是保障電子設(shè)備長期可靠運行的關(guān)鍵。作為電子電路設(shè)計高手，應(yīng)熟練掌握這些保護(hù)技術(shù)，并在實際設(shè)計中靈活運用。