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 一、四層 PCB 過壓保護(hù)電路基本原理

過壓保護(hù)電路就像是電路系統(tǒng)的 “安全衛(wèi)士”，當(dāng)電路中出現(xiàn)超過正常范圍的電壓時(shí)，它能迅速做出反應(yīng)，限制或切斷過高的電壓，防止后續(xù)電路和元件受到損害。

 二、四層 PCB 過壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)的核心考慮因素

 瞬態(tài)電壓抑制

電路設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮對瞬態(tài)電壓（也就是短時(shí)間內(nèi)突然出現(xiàn)的高電壓）的抑制。比如雷擊或者大型設(shè)備啟停時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰，這些瞬間的高電壓雖然持續(xù)時(shí)間短，但能量巨大，足以瞬間擊穿電子元件。常用的瞬態(tài)電壓抑制元件有瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS 二極管）等。TVS 二極管在檢測到過高電壓時(shí)，會迅速導(dǎo)通，把過高的電壓鉗位在一個(gè)安全電壓范圍內(nèi)，就像給電路加了一道 “電壓城墻”，阻擋過壓 “敵軍” 的沖擊。

 能量吸收

過壓保護(hù)電路需要能吸收過壓帶來的多余能量。就好比洪水來襲，需要堤壩能蓄積多余的水量。像壓敏電阻這樣的元件，它在過壓時(shí)相當(dāng)于一個(gè) “能量海綿”，能快速吸收大量能量，防止這些能量沖擊后續(xù)電路。但壓敏電阻在吸收能量后可能會發(fā)熱，所以要保證其散熱良好，不然自身就可能因?yàn)檫^熱而損壞。

 響應(yīng)時(shí)間

過壓保護(hù)電路必須有足夠快的響應(yīng)時(shí)間。電子電路中，電壓變化可以在瞬間發(fā)生，過壓保護(hù)電路要是 “反應(yīng)遲鈍”，等察覺到過壓時(shí)可能元件已經(jīng)受損。像 TVS 二極管的響應(yīng)時(shí)間可以短到納秒級，能及時(shí)地在過壓到來時(shí)發(fā)揮作用。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要綜合考慮各個(gè)元件的響應(yīng)時(shí)間，確保整個(gè)保護(hù)電路能在過壓發(fā)生的第一時(shí)間啟動(dòng)。

 三、四層 PCB 過壓保護(hù)電路的常見保護(hù)元件及選型要點(diǎn)

 瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）

選型時(shí)，要根據(jù)電路正常工作電壓來確定 TVS 二極管的鉗位電壓。鉗位電壓要比工作電壓高一點(diǎn)，這樣在正常電壓下 TVS 不會工作，一旦過壓它就能迅速鉗位。比如電路正常工作電壓是 5V，那鉗位電壓可以選 6V 或 6.8V。同時(shí)，還要看電路可能出現(xiàn)的過壓情況，來確定 TVS 的功率。如果電路偶爾出現(xiàn)小能量過壓，選小功率 TVS 就行；要是經(jīng)常處于強(qiáng)干擾環(huán)境，過壓能量大，就得選大功率的。

 壓敏電阻

選型時(shí)，要依據(jù)電路正常工作電壓來確定壓敏電阻的標(biāo)稱電壓，一般標(biāo)稱電壓選在正常電壓的 1.1 - 1.5 倍。比如正常電壓 12V，壓敏電阻標(biāo)稱電壓可選 14V - 18V。另外要結(jié)合電路可能出現(xiàn)的過壓能量大小，選擇壓敏電阻的能量容量。如果能量容量小了，過壓時(shí)它可能就被 “擊穿” 失效了。

 放電管

 放電管一般用在對保護(hù)速度要求不是特別高的電路里。它的擊穿電壓要根據(jù)電路工作電壓來選，要比工作電壓高，避免正常工作時(shí)誤觸發(fā)。要是想讓它在 220V 交流電路中保護(hù)，擊穿電壓選 250V - 300V 比較合適。

 熔斷器

熔斷器的額定電流要根據(jù)電路正常工作電流來確定。正常工作電流如果是 2A，熔斷器額定電流可以選 2.5A - 3A，這樣保證正常電流下它不會熔斷；當(dāng)電路出現(xiàn)過載或短路，電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定值時(shí)，它就能及時(shí)熔斷，切斷電路，發(fā)揮保護(hù)作用。

 四、四層 PCB 過壓保護(hù)電路的實(shí)例應(yīng)用分析

以一個(gè)常見的四層 PCB 電源電路為例，輸入是 220V 交流電，經(jīng)過整流橋、濾波電路變成直流電，給后續(xù)的控制電路等供電。在電源輸入端，可以安裝一個(gè)壓敏電阻，用于抑制雷擊等產(chǎn)生的高壓浪涌。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓選在 275V - 330V 比較合適，能量容量根據(jù)實(shí)際的雷擊環(huán)境等因素來定。在整流橋輸出端，可以接一個(gè) TVS 二極管，用于鉗位電路內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過壓。TVS 二極管的鉗位電壓要比整流后的直流電壓稍高，如整流后的直流電壓大概是 310V（220V 交流峰值），TVS 的鉗位電壓選 330V - 350V。同時(shí)，在電路板布局的時(shí)候，把這些保護(hù)元件盡量靠近被保護(hù)的芯片等關(guān)鍵元件，讓保護(hù)信號能快速響應(yīng)。還要保證走線合理，防止因?yàn)樽呔€過長等因素引入新的干擾。

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