在 DIY 的过程中,
电源输入插错是一个常见的问题。由于电源
适配器外观相似,稍不留意就可能将 12V 输出的适配器误插到 5V 的板子上,从而导致器件烧毁、冒烟等严重后果。为了杜绝这种情况的发生,过压保护电路就显得尤为重要。以下是一个过压保护电路的原理图:

整个电路的结构相对简单,下面我们来详细分析其保护原理。
(1)当输入电压 Vin<5.1V 时,例如 Vin = 5V,电路各个节点的电压情况如下图所示:

由于 ZD3 是 5.1V 的
稳压管,当 Vin = 5V 时,并未达到稳压管的导通条件。此时,
三极管 Q63 的 b 极和 e 极电压均为 5V,即 Vbe = 0V,不满足三极管 Q63 的导通条件。因此,MOS 管 Q62 的 G 极为低电平,满足 Vgs<0V,MOS 管 Q62 导通,负载能够正常得电,设备也能正常工作。

(2)当输入电压 5.1V<Vin<5.7V 时,以 Vin = 5.4V 为例,电路各个节点的电压情况如下图所示:

因为 Vin = 5.4V,大于 5.1V,稳压管可以导通并稳定在 5.1V。此时,三极管 Q63 的 Vbe 电压为 5.1V - 5.4V = -0.3V,不满足 Q63 的导通条件(PN 结的导通电压要求为 -0.7V),所以 Q62 仍然处于导通状态,负载能够正常得电。
(3)当输入电压 Vin>5.7V 时,比如 Vin = 5.8V,电路各个节点的电压情况如下图所示:
由于 Vin = 5.8V,满足稳压管的导通条件,三极管 Q63 的 b 极为 5.1V,所以 Vbe = 5.1V - 5.8V = -0.7V,这个压差满足了三极管 Q63 的导通条件。终,MOS 管 Q62 的 G 极约等于 5.8V,导致 Vgs = 0V,MOS 管 Q62 截止,负载不得电,从而实现了过压保护的作用。
需要注意的是,如果 Vin 电压是其他的电压值,可以更换 ZD3 的型号来满足电路要求。同时,限流电阻 R128 也需要留意,避免电流过大烧毁 ZD3。
在实际生活中,常见的电源适配器输出电压主要为 5V 和 12V,很少有 5.8V 左右的输出电压。因此,为了确保电路的安全性,还需要对电路进行小小的改进,如下图所示:

具体做法是加大限流电阻 R128 的阻值,以避免输入 12V 电压时,流过 ZD3 的电流过大而损坏 ZD3。通过这样的改进,可以进一步提高过压保护电路的可靠性和稳定性。