一、在电路设计中，我们经常需要增加各种电源输入保护电路，以免烧毁电源，过流、过压、防反接、防浪涌是最常见的保护，如下图：
二、电路分析：
1、过流保护：使用保险丝来做过流保护，当负载出现短路大电流时，可以迅速断开输入电压，起到保护设备的作用。
2、浪涌保护：对于浪涌保护，最常用的就是使用 TVS 管，TVS 管可以在极短的时间内削弱浪涌电流，从而保护后级设备。
（1）TVS 选择方法：
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| 类型 | 特性 | 适用场景 | 禁用场景 |
| 单向 TVS（后缀 A） | 反向雪崩钳位、正向 = 普通二极管（~0.7V 导通），同电压下钳位更低、更便宜 | 纯直流电源、永远单极性的 IO（5V/12V/24V 电源正） | 交流、负电平信号、差分总线、可能反压的线路 |
| 双向 TVS（后缀 CA/C） | 背靠背双 PN 结，正负对称雪崩击穿 | AC 输入、RS485/CAN/USB 差分、音频、双极性模拟信号、可能出现负浪涌的直流 | 也能用在直流，但钳位电压更高、成本更高 |
（2）TVS 核心参数：
①. 反向关断电压 VRWM（第一优先级）
定义 ：TVS 保持高阻、漏电流合格、完全不影响电路的 最大持续工作电压
- 选型规则：
VRWM ≥电路正常最大连续工作电压，通常留 10% 余量- DC：5V 系统（最大 5.25V）→ VRWM ≥ 5.5V；12V 系统 → VRWM ≥ 13.2V
- AC：必须按峰值算，220VAC 有效值 → 峰值 311V → VRWM ≥ 350V
- 为什么重要：VRWM 选低了会常态微导通、漏电流大、发热老化、误击穿；选太高会同步抬升钳位电压 Vc，保护能力下降
- 配套参数 VBR（击穿电压，1mA 下）：一般 VRWM < VBR，公差 ±5%/±10%，VBR 最小值也要高于电路最高工作电压
②. 最大钳位电压 Vc（第二优先级，决定保护成败）
定义：在额定 IPP 浪涌电流下，TVS 两端的最高残压 = 后级芯片实际承受的瞬态电压
- 铁则：Vc < 被保护器件的绝对最大瞬态耐压 ，预留 10%~20% 余量
- 例：MCU IO 最大耐压 5.5V → TVS Vc 必须 < 5V
- 注意：PCB 走线 / 接地寄生电感会额外叠加电压过冲，布局差时再留更多裕量
- 注意：Vc 是和 IPP 绑定的！电流越大钳位越高，datasheet 的 Vc 是对应标称 IPP 的值
③. 峰值脉冲功率 PPP / 峰值电流 IPP（第三优先级，防 TVS 自己炸）
- PPP 标称几乎都是 10/1000μs 双指数浪涌 下标定（行业惯例）
- 如果实际是 8/20μs（雷击电流波，IEC61000-4-5 常用），同管子可承受功率会明显下降，不能直接用标称值
- 选型逻辑：
- 先明确你要过的浪涌标准、波形、最大浪涌电流 I_surge
- 选 TVS 的 IPP ≥ 预期浪涌电流、PPP ≥ 实际浪涌功率 温度降额
- 超过 25℃ 后功率能力线性下降，工业 85℃ 通常要降额到 60~70%；车载 / 高温环境余量再放大经验余量
- 电源入口浪涌建议功率留 50% 以上余量；信号口小能量可适当减小
3、防反接保护：顾名思义，就是在正负接反时能切断电流回路的电路，当正负正确接入，电路也能正常工作的电路，就是防反接电路，这里采用 NMOS 来做开关管，具有载流能力强，内阻低，发热量低等优势；其中 R1 是限流电阻，主要保护 D8，D8 是 9.1V 的稳压管，D8 主要作用是保护 Q1 NMOS 的栅极过大而损坏。
正常正接（24V_IN+ = 24V，24V_IN‑ = 0V）：
（1）上电瞬间，后级输入电容无电压，S 电位高于 D，体二极管正向导通，给后级电容预充电。
（2）G 极通过限流电阻接到输入 +24V，齐纳二极管与分压网络共同作用，把 VGS 钳位在 9.1~12V（低于 MOS 栅极耐压，高于开启阈值）。
（3）VGS 满足导通条件，NMOS 沟道打开；负载大电流走低阻 MOS 沟道，旁路体二极管；负载获得供电。
（4）固有特性：负载电流流过 MOS，系统 GND 相对电源负极存在小电压偏移。
电源反接（24V_IN+ 为 0V，24V_IN‑ 为 24V）：
（1）D 被拉到 24V，S 接负载地；体二极管阴极 D 电位高于阳极 S，体二极管反向截止。
（2）G 极跟随反接后的输入正极电位，VGS < 0，NMOS 沟道关断。
（3）体二极管、MOS 沟道同时截止，没有电流通路，后级完全断电，实现防反接保护。
4、过压保护：
当电压低于预设电平时 ，Q2 的基极 为 高电平，由于它是一个 PNP 晶体管，它关闭。并且，当 Q2 处于关闭状态时，Q14 的栅极端子将为低电平，它允许电流流过它。
现在，当电压超过预设值时 ，齐纳二极管开始导通，将 Q2 的基极接地并打开 Q2。当 Q2 导通时，Q4 的栅极端子变为 高电平 并且 Q4 导通，这意味着 Q4 充当开路开关。因此，Q4 不允许电流流过它并保护负载免受超过电压的影响。
