24V輸入防反接電路原理圖講解

公用于對輸入的24V電源進行防反接及ESD保護，可用于EMC測試實驗的電源輸入保護，額定電流3A，后級電路最大損壞電壓為48V。

1.24V輸入防反接原理圖

如上圖所示，+24V_IN/GND_IN為開關電源輸入端，+24V/GND為保護后的輸出電壓。

2.優選器件

3.電路計算

3.1 反接二極管計算

設定額定電流為3A，因此二極管的額定電流須>3A，也可選取導通壓降低的二極管。

3.2 并接TVS管計算及選型

(1)：TVS特性

TVS二極管，即瞬態電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管，是采用半導體工藝制成的單個PN結或多個PN結集成的器件。TVS二極管有單向與雙向之分，單向TVS二極管一般應用于直流供電電路，本例中選用的就是單向二極管。雙向TVS二極管應用于電壓交變的電路。當應用于直流電路時，單向TVS二極管反向并聯于電路中，當電路正常工作時，TVS二極管處于截止狀態(高阻態)，不影響電路正常工作。當電路出現異常過電壓并達到TVS二極管擊穿電壓時，TVS二極管迅速由高電阻狀態突變為低電阻狀態，泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護后級電路免遭異常過電壓的損壞。當異常過電壓消失后，TVS二極管阻值又恢復為高阻態。具體工作示意圖如下圖所示：

(2)：TVS二極管參數詳解

? VRWM ：截止電壓， TVS二極管的最高工作電壓，可連續施加而不引起TVS二極管劣化或損壞狀態下，達到的最大的直流電壓或交流峰值電壓。在VRWM下，TVS二極管是不工作的，不導通。

? VC：鉗位電壓，施加規定波形的峰值脈沖電流IPP時，TVS二極管兩端測得的峰值電壓。

? VBR：擊穿電壓，是TVS管的最小雪崩電壓。大于此電壓，TVS二極管迅速由高電阻狀態突變為低電阻狀態，在V-I特性曲線上，在規定的脈沖直流電流IT或接近發生雪崩的電流條件下測得TVS兩端的電壓。

? IR：漏電流，亦稱待機電流。在規定溫度和最高工作電壓條件下，流過TVS二極管的最大電流，其值是在截止電壓下測量的。

? IPP：峰值脈沖電流，一般為負載電流的30倍，若是感性負載，一般為100倍。

? IT：測試電流。

? C：電容值，對于同功率等級的TVS管而言，電壓越低電容值就越大。在通信線路的防護中，尤其要注意TVS管的電容值。

? 封裝形式：從TVS管的封裝形式，可以看出其功率大小。TVS管的芯片面積直接決定其功率等級，面積大的封裝一般功率大些。

(3)：TVS二極管選型指南

1)TVS管的截止電壓要大于被保護電路的最高工作電壓，本例中VRWM =28.2V>28V;

2)TVS管的最大鉗位電壓要小于后級被保護電路中的損壞電壓;VC=45.7V<48V

3)IPP電流要大于瞬態浪涌電流，一般為負載電流的30倍，若是感性負載，一般為100倍;

4)要確定被保護電路中的最大直流或連續工作電壓，電路的額定標準電壓和“高端”容限;

5)TVS管的額定瞬態功率要大于電路中可能出現的最大瞬態浪涌功率;

6)對于數據接口的電路保護，還需注意選取具有合適電容的TVS二極管。比如：當信號頻率或傳輸速率較高時,應選用低電容系列的TVS管;

7)在使用TVS管過程中，考慮到TVS的離散性，盡量減少串/并數量;

8)對于小電流負載電路的保護，要有意識地增加限流電阻;

9)要注意TVS二極管的穩態平均功率是否在安全范圍之中，TVS失效后，兩端將短路;

根據1-3選型規則，本例中電源工作電壓最大為V_RPM>28V，VC<48V，因此選用單向TVS，型號為SZP6SMB33AT3G。

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

3.3 共模電感計算

那么首先得了解共模電感的原理。原理是流過共模電流時磁環中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當兩線圈流過差模電流時，磁環中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線路正常傳輸的差模信號無影響。

共模電流可以認為是地線的等效干擾電壓Ug所引起的干擾電流，當它流過兩個繞組是，產生的磁場相同疊加，電感器對干擾電流出現較大的電感，由此起到了抑制地線干擾的作用。

通常情況下，同時注意選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料，主要根據阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時注意考慮差模阻抗對信號的影響，主要關注差模阻抗，特別注意高速端口。

根據共模電感的額定電流、直流電阻以及額定頻率下阻抗值要求，可以按步驟進行設計：

共模電感最小電感值計算公式：

L= X1/2πf

Xl為頻率為f時的阻抗值

扼流圈電感值是用負載(單位：Ohms)除以信號開始衰減時的角頻率或以上頻率。例如，在50Ω的負載中，當頻率達到 4000 Hz 或以上時信號開始衰減，則需要使用 1.99 mH(50/2π×4000))的電感。其相應的共模濾波器構造，如下圖所示：

選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此在選擇共模電感時需要看器件資料，主要根據阻抗頻率曲線選擇。

由于最大負載電流為3A，因此選用FL2D-30-222