四层 PCB 过压保护电路设计指南
发布时间: 2025-05-07 11:22:56 查看数:一、四层 PCB 过压保护电路基本原理
过压保护电路就像是电路系统的 “安全卫士”，当电路中出现超过正常范围的电压时，它能迅速做出反应，限制或切断过高的电压，防止后续电路和元件受到损害。
二、四层 PCB 过压保护电路设计的核心考虑因素
瞬态电压抑制
电路设计要重点考虑对瞬态电压（也就是短时间内突然出现的高电压）的抑制。比如雷击或者大型设备启停时产生的电压尖峰，这些瞬间的高电压虽然持续时间短，但能量巨大，足以瞬间击穿电子元件。常用的瞬态电压抑制元件有瞬态电压抑制二极管（TVS 二极管）等。TVS 二极管在检测到过高电压时，会迅速导通，把过高的电压钳位在一个安全电压范围内，就像给电路加了一道 “电压城墙”，阻挡过压 “敌军” 的冲击。
能量吸收
过压保护电路需要能吸收过压带来的多余能量。就好比洪水来袭，需要堤坝能蓄积多余的水量。像压敏电阻这样的元件，它在过压时相当于一个 “能量海绵”，能快速吸收大量能量，防止这些能量冲击后续电路。但压敏电阻在吸收能量后可能会发热，所以要保证其散热良好，不然自身就可能因为过热而损坏。
响应时间
过压保护电路必须有足够快的响应时间。电子电路中，电压变化可以在瞬间发生，过压保护电路要是 “反应迟钝”，等察觉到过压时可能元件已经受损。像 TVS 二极管的响应时间可以短到纳秒级，能及时地在过压到来时发挥作用。在设计电路时，要综合考虑各个元件的响应时间，确保整个保护电路能在过压发生的第一时间启动。
三、四层 PCB 过压保护电路的常见保护元件及选型要点
瞬态电压抑制二极管（TVS）
选型时，要根据电路正常工作电压来确定 TVS 二极管的钳位电压。钳位电压要比工作电压高一点，这样在正常电压下 TVS 不会工作，一旦过压它就能迅速钳位。比如电路正常工作电压是 5V，那钳位电压可以选 6V 或 6.8V。同时，还要看电路可能出现的过压情况，来确定 TVS 的功率。如果电路偶尔出现小能量过压，选小功率 TVS 就行；要是经常处于强干扰环境，过压能量大，就得选大功率的。
压敏电阻
选型时，要依据电路正常工作电压来确定压敏电阻的标称电压，一般标称电压选在正常电压的 1.1 - 1.5 倍。比如正常电压 12V，压敏电阻标称电压可选 14V - 18V。另外要结合电路可能出现的过压能量大小，选择压敏电阻的能量容量。如果能量容量小了，过压时它可能就被 “击穿” 失效了。
放电管
放电管一般用在对保护速度要求不是特别高的电路里。它的击穿电压要根据电路工作电压来选，要比工作电压高，避免正常工作时误触发。要是想让它在 220V 交流电路中保护，击穿电压选 250V - 300V 比较合适。
熔断器
熔断器的额定电流要根据电路正常工作电流来确定。正常工作电流如果是 2A，熔断器额定电流可以选 2.5A - 3A，这样保证正常电流下它不会熔断；当电路出现过载或短路，电流远远超过额定值时，它就能及时熔断，切断电路，发挥保护作用。
四、四层 PCB 过压保护电路的实例应用分析
以一个常见的四层 PCB 电源电路为例，输入是 220V 交流电，经过整流桥、滤波电路变成直流电，给后续的控制电路等供电。在电源输入端，可以安装一个压敏电阻，用于抑制雷击等产生的高压浪涌。压敏电阻的标称电压选在 275V - 330V 比较合适，能量容量根据实际的雷击环境等因素来定。在整流桥输出端，可以接一个 TVS 二极管，用于钳位电路内部产生的瞬态过压。TVS 二极管的钳位电压要比整流后的直流电压稍高，如整流后的直流电压大概是 310V（220V 交流峰值），TVS 的钳位电压选 330V - 350V。同时，在电路板布局的时候，把这些保护元件尽量靠近被保护的芯片等关键元件，让保护信号能快速响应。还要保证走线合理，防止因为走线过长等因素引入新的干扰。
