5V 过电压保护回路电路分析,看简单却是很多复杂原理基础

出处:网络整理时间:2026-05-26
  在我们的日常生活中,小功率用电器随处可见,像空气加湿器、迷你小风扇、手机充电器以及 USB 供电源等,这些设备大多采用 5V 供电。然而,当电源系统的供电电压因各种因素变得过高时,系统可能会遭受不可逆转的损坏,这不仅会给我们带来诸多麻烦,还可能造成经济损失。
  鉴于此,5V 过压保护电路应运而生。下面为大家详细介绍常见的 5V 过电压保护回路,并分三种情况进行深入分析。
  当输入电压 Vin < 5.1V 时:(以下图输入电压 Vin = 5V 为例)在正常情况下,D1 是 5.1V 的稳压管,此时输入电压 Vin 为 5V,小于临界的 5.1V,所以稳压管 D1 未进入稳压状态,处于不导通状态,相当于断路。由于 5.1V 稳压管不导通,三极管 Q2 的 b 极和 e 极电压均为 5V,即 Vbe = 0,因此三极管 Q2 也不导通。MOS 管 Q1 的 g 极通过电阻 R3 被拉到 0V,MOS 管 Q1 的 Vgs = 0V - 5V = -5V,所以 MOS 管 Q1 导通,Vout 电压等于 5V,系统未启动保护,对后级电路正常供电。
    当输入电压 Vin 在 5.1V 到 5.7V 之间时:(以下图输入电压 Vin = 5.4V 为例)因为此时输入电压 Vin = 5.4V,已经大于稳压管 D1 的稳压值 5.1V,所以稳压管导通并稳压在 5.1V,其余的电流流进 GND。此时三极管 Q2 的 Vbe = 5.1V - 5.4V = -0.3V,而 PN 结的导通电压要求 Vbe 达到 -0.6V,所以三极管 Q2 仍然不导通。MOS 管 Q1 的 g 极被电阻 R3 拉到 0V,MOS 管 Q1 的 Vgs = -5.4V,所以 MOS 管 Q1 导通,Vout 电压等于 5.4V,对后级电路正常供电。
    当输入电压 Vin > 5.7V 时:(以下图输入电压 Vin = 5.8V 为例)此时存在 3 条电流路径。红色的电流路径①:电阻 R1 两端的电压 = 5.8V - 5.1V = 0.7V,流过 0.7mA 的电流。粉色的电流路径②:三极管 Q2 的 Vbe = 5.2V - 5.8V = -0.6V,三极管 Q2 被打开。蓝色的电流路径③:三极管 Q2 被打开,流过 R3 的电流 = 5.8 / 4.7 = 1.23mA。因为三极管 Q2 被打开,发射极的电流通过下拉电阻 R3 流进 GND。此时 MOS 管 Q1 的 Vgs = 0,所以 MOS 管 Q1 不导通,即此时 “5V 过压保护电路” 认为输入电压 Vin 已经过高,将输出电压 Vout 关断,从而保护了后面的负载电路。当 VIN 电压降至 5.4V 以下时 VOUT 又可以输出正常电压。
  以上就是低电压保护回路的原理,别看它看似简单,实际上它是分析很多复杂原理的基础,希望对小伙伴们有所帮助。在实际的电路设计中,这种过压保护电路有着广泛的应用,对于保障电子设备的安全稳定运行起着至关重要的作用。例如在一些对电压稳定性要求较高的精密仪器中,5V 过压保护电路能够有效防止因电压过高而对设备造成的损坏,延长设备的使用寿命。同时,了解这种基础电路的原理,也有助于我们更好地理解和设计更复杂的电路系统。
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