24V输入防反接电路原理图讲解

公用于对输入的24V电源进行防反接及ESD保护，可用于EMC测试实验的电源输入保护，额定电流3A，后级电路最大损坏电压为48V。

1.24V输入防反接原理图

如上图所示，+24V_IN/GND_IN为开关电源输入端，+24V/GND为保护后的输出电压。

2.优选器件

3.电路计算

3.1 反接二极管计算

设定额定电流为3A，因此二极管的额定电流须>3A，也可选取导通压降低的二极管。

3.2 并接TVS管计算及选型

(1)：TVS特性

TVS二极管，即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管，是采用半导体工艺制成的单个PN结或多个PN结集成的器件。TVS二极管有单向与双向之分，单向TVS二极管一般应用于直流供电电路，本例中选用的就是单向二极管。双向TVS二极管应用于电压交变的电路。当应用于直流电路时，单向TVS二极管反向并联于电路中，当电路正常工作时，TVS二极管处于截止状态(高阻态)，不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到TVS二极管击穿电压时，TVS二极管迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS二极管阻值又恢复为高阻态。具体工作示意图如下图所示：

(2)：TVS二极管参数详解

• VRWM ：截止电压， TVS二极管的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS二极管劣化或损坏状态下，达到的最大的直流电压或交流峰值电压。在VRWM下，TVS二极管是不工作的，不导通。

• VC：钳位电压，施加规定波形的峰值脉冲电流IPP时，TVS二极管两端测得的峰值电压。

• VBR：击穿电压，是TVS管的最小雪崩电压。大于此电压，TVS二极管迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，在V-I特性曲线上，在规定的脉冲直流电流IT或接近发生雪崩的电流条件下测得TVS两端的电压。

• IR：漏电流，亦称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下，流过TVS二极管的最大电流，其值是在截止电压下测量的。

• IPP：峰值脉冲电流，一般为负载电流的30倍，若是感性负载，一般为100倍。

• IT：测试电流。

• C：电容值，对于同功率等级的TVS管而言，电压越低电容值就越大。在通信线路的防护中，尤其要注意TVS管的电容值。

• 封装形式：从TVS管的封装形式，可以看出其功率大小。TVS管的芯片面积直接决定其功率等级，面积大的封装一般功率大些。

(3)：TVS二极管选型指南

1)TVS管的截止电压要大于被保护电路的最高工作电压，本例中VRWM =28.2V>28V;

2)TVS管的最大钳位电压要小于后级被保护电路中的损坏电压;VC=45.7V<48V

3)IPP电流要大于瞬态浪涌电流，一般为负载电流的30倍，若是感性负载，一般为100倍;

4)要确定被保护电路中的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和“高端”容限;

5)TVS管的额定瞬态功率要大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率;

6)对于数据接口的电路保护，还需注意选取具有合适电容的TVS二极管。比如：当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的TVS管;

7)在使用TVS管过程中，考虑到TVS的离散性，尽量减少串/并数量;

8)对于小电流负载电路的保护，要有意识地增加限流电阻;

9)要注意TVS二极管的稳态平均功率是否在安全范围之中，TVS失效后，两端将短路;

根据1-3选型规则，本例中电源工作电压最大为V_RPM>28V，VC<48V，因此选用单向TVS，型号为SZP6SMB33AT3G。

SZP6SMB33AT3G对应VBR=33V,单向TVS管，峰值功率600 W @ 1ms。

3.3 共模电感计算

那么首先得了解共模电感的原理。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。

共模电流可以认为是地线的等效干扰电压Ug所引起的干扰电流，当它流过两个绕组是，产生的磁场相同叠加，电感器对干扰电流出现较大的电感，由此起到了抑制地线干扰的作用。

通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。

根据共模电感的额定电流、直流电阻以及额定频率下阻抗值要求，可以按步骤进行设计：

共模电感最小电感值计算公式：

L= X1/2πf

Xl为频率为f时的阻抗值

扼流圈电感值是用负载(单位：Ohms)除以信号开始衰减时的角频率或以上频率。例如，在50Ω的负载中，当频率达到 4000 Hz 或以上时信号开始衰减，则需要使用 1.99 mH(50/2π×4000))的电感。其相应的共模滤波器构造，如下图所示：

选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。

由于最大负载电流为3A，因此选用FL2D-30-222

　　审核编辑：汤梓红