24V輸入防反接電路原理圖講解

公用于對輸入的24V電源進(jìn)行防反接及ESD保護(hù)，可用于EMC測試實(shí)驗(yàn)的電源輸入保護(hù)，額定電流3A，后級電路最大損壞電壓為48V。

1.24V輸入防反接原理圖

如上圖所示，+24V_IN/GND_IN為開關(guān)電源輸入端，+24V/GND為保護(hù)后的輸出電壓。

2.優(yōu)選器件

3.電路計(jì)算

3.1 反接二極管計(jì)算

設(shè)定額定電流為3A，因此二極管的額定電流須>3A，也可選取導(dǎo)通壓降低的二極管。

3.2 并接TVS管計(jì)算及選型

(1)：TVS特性

TVS二極管，即瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管，是采用半導(dǎo)體工藝制成的單個(gè)PN結(jié)或多個(gè)PN結(jié)集成的器件。TVS二極管有單向與雙向之分，單向TVS二極管一般應(yīng)用于直流供電電路，本例中選用的就是單向二極管。雙向TVS二極管應(yīng)用于電壓交變的電路。當(dāng)應(yīng)用于直流電路時(shí)，單向TVS二極管反向并聯(lián)于電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，TVS二極管處于截止?fàn)顟B(tài)(高阻態(tài))，不影響電路正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)異常過電壓并達(dá)到TVS二極管擊穿電壓時(shí)，TVS二極管迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導(dǎo)致的瞬時(shí)過電流到地，同時(shí)把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護(hù)后級電路免遭異常過電壓的損壞。當(dāng)異常過電壓消失后，TVS二極管阻值又恢復(fù)為高阻態(tài)。具體工作示意圖如下圖所示：

(2)：TVS二極管參數(shù)詳解

? VRWM ：截止電壓， TVS二極管的最高工作電壓，可連續(xù)施加而不引起TVS二極管劣化或損壞狀態(tài)下，達(dá)到的最大的直流電壓或交流峰值電壓。在VRWM下，TVS二極管是不工作的，不導(dǎo)通。

? VC：鉗位電壓，施加規(guī)定波形的峰值脈沖電流IPP時(shí)，TVS二極管兩端測得的峰值電壓。

? VBR：擊穿電壓，是TVS管的最小雪崩電壓。大于此電壓，TVS二極管迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，在V-I特性曲線上，在規(guī)定的脈沖直流電流IT或接近發(fā)生雪崩的電流條件下測得TVS兩端的電壓。

? IR：漏電流，亦稱待機(jī)電流。在規(guī)定溫度和最高工作電壓條件下，流過TVS二極管的最大電流，其值是在截止電壓下測量的。

? IPP：峰值脈沖電流，一般為負(fù)載電流的30倍，若是感性負(fù)載，一般為100倍。

? IT：測試電流。

? C：電容值，對于同功率等級的TVS管而言，電壓越低電容值就越大。在通信線路的防護(hù)中，尤其要注意TVS管的電容值。

? 封裝形式：從TVS管的封裝形式，可以看出其功率大小。TVS管的芯片面積直接決定其功率等級，面積大的封裝一般功率大些。

(3)：TVS二極管選型指南

1)TVS管的截止電壓要大于被保護(hù)電路的最高工作電壓，本例中VRWM =28.2V>28V;

2)TVS管的最大鉗位電壓要小于后級被保護(hù)電路中的損壞電壓;VC=45.7V<48V

3)IPP電流要大于瞬態(tài)浪涌電流，一般為負(fù)載電流的30倍，若是感性負(fù)載，一般為100倍;

4)要確定被保護(hù)電路中的最大直流或連續(xù)工作電壓，電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高端”容限;

5)TVS管的額定瞬態(tài)功率要大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率;

6)對于數(shù)據(jù)接口的電路保護(hù)，還需注意選取具有合適電容的TVS二極管。比如：當(dāng)信號頻率或傳輸速率較高時(shí),應(yīng)選用低電容系列的TVS管;

7)在使用TVS管過程中，考慮到TVS的離散性，盡量減少串/并數(shù)量;

8)對于小電流負(fù)載電路的保護(hù)，要有意識地增加限流電阻;

9)要注意TVS二極管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之中，TVS失效后，兩端將短路;

根據(jù)1-3選型規(guī)則，本例中電源工作電壓最大為V_RPM>28V，VC<48V，因此選用單向TVS，型號為SZP6SMB33AT3G。

SZP6SMB33AT3G對應(yīng)VBR=33V,單向TVS管，峰值功率600 W @ 1ms。

3.3 共模電感計(jì)算

那么首先得了解共模電感的原理。原理是流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當(dāng)大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí)，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。

共模電流可以認(rèn)為是地線的等效干擾電壓Ug所引起的干擾電流，當(dāng)它流過兩個(gè)繞組是，產(chǎn)生的磁場相同疊加，電感器對干擾電流出現(xiàn)較大的電感，由此起到了抑制地線干擾的作用。

通常情況下，同時(shí)注意選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們在選擇共模電感時(shí)需要看器件資料，主要根據(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時(shí)注意考慮差模阻抗對信號的影響，主要關(guān)注差模阻抗，特別注意高速端口。

根據(jù)共模電感的額定電流、直流電阻以及額定頻率下阻抗值要求，可以按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：

共模電感最小電感值計(jì)算公式：

L= X1/2πf

Xl為頻率為f時(shí)的阻抗值

扼流圈電感值是用負(fù)載(單位：Ohms)除以信號開始衰減時(shí)的角頻率或以上頻率。例如，在50Ω的負(fù)載中，當(dāng)頻率達(dá)到 4000 Hz 或以上時(shí)信號開始衰減，則需要使用 1.99 mH(50/2π×4000))的電感。其相應(yīng)的共模濾波器構(gòu)造，如下圖所示：

選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此在選擇共模電感時(shí)需要看器件資料，主要根據(jù)阻抗頻率曲線選擇。

由于最大負(fù)載電流為3A，因此選用FL2D-30-222