每个电路设计都以不同的电压水平运行，数字电路的最常见电压水平为3.3V，5V和12V。但是，每个设计都是独一无二的，而且电路具有多个操作电压也很常见。例如，典型的计算机SMPS系统可以在六个不同的电压水平上运行，即±3.3V，±5V和±12V。不同的电压级别将用于为不同类型的组件供电，在这种情况下，如果低功率组件用高压供电，则该组件将永久损坏。因此，设计师应始终专注于实施电压保护电路在他的设计中，以防止过电压损坏。

任何组件或电路都将具有三个不同的电压评级，即最小工作电压，推荐或标准的工作电压以及最大的工作电压。最大工作电压以上的任何值对于任何电路或组件都可能致命。一个非常普遍且具有成本效益的解决方案是使用齐纳二极管电压保护电路。

Zener Diodes-基础知识

齐纳二极管主要是保护电路免受的首选过压条件。齐纳二极管遵循相同的二极管原理，这在反向方向上阻塞电流的流动。但是有一个局限性，齐纳二极管阻止电流以相反方向流动，仅对于由该电压指定的有限电压齐纳二极管电压等级。具体而言，如果齐纳二极管的电压大于5.1V，则5.1V Zener二极管块电流以相反方向流动至5.1V，它允许电流通过它。Zener二极管的此功能使其成为过电压的绝佳组成部分保护。

如何保护电路免受过压？

考虑以下图像，我们需要过电压保护微控制器。微控制器可以是在IO引脚上具有最大额定值为5V的任何东西。因此，超过5V可能会损坏微控制器。

上述电路中使用的齐纳二极管是5.1V Zener二极管。在过电压的情况下，它会正常工作。如果电压大于5.1V，则齐纳将通过电流并控制高达5.1V的电压。但是小于5.1V，齐纳将像普通二极管一样行动

下图是对齐纳二极管保护香料电路。您可以在此页面底部查看视频以进行完整的仿真说明。

以上示意图具有输入电压，即V1。R1和D2是保护输出免受过电压保护的两个组件。在这种情况下，D2，1N4099是6.8V齐纳二极管。如果V1超过6.8V，则输出将受到保护。由于1N4099的6.8V参考电压，输出将保持最大6.8V。

让我们看看上面的电路如何充当Zener二极管输入保护电路并保护输出免受6.8V以上的电压。

上述电路使用Cadence pspice。在跨V1的6V输入电压期间，输出保持恒定在5.999V（为6.0V）。

在上面的仿真中，输入电压为6.8V。因此，输出为6.785V，接近6.8V。让我们进一步增加输入电压，并产生过电压。

现在，输入电压为7.5V，大于6.8V。现在的输出仍为6.883V。这就是齐纳二极管如何有效地将连接的电路从过电压的情况中节省下来，当电压返回到小于6.8V时，他的电路将再次正常工作，如前一步所示。意思，与保险丝，即使在过电压状态下，齐纳二极管也不会损坏。

任何其他齐纳二极管具有不同的值，例如3.3V，5.1V，9.1V，10.2V，可用于在上述电路中选择不同的过压边缘。

如何选择齐纳二极管进行过电压保护？

下一个重要部分是选择Zener二极管值。以下点将帮助您选择Zener二极管的正确值和零件号。

1.首先，选择齐纳二极管电压。它是齐纳二极管将充当关闭电路并保护负载免受过电压的电压值。对于PSPICE中的上述示例，齐纳电压为6.8V。

在某些情况下，目标齐纳二极管电压不可用。在这种情况下，可以选择齐纳二极管的近距离值。例如，对于高压保护高达7V，6.8V Zener二极管是一个近距离值。

2.计算负载电流该电压连接到过电压保护电路上。对于我们上面讨论的示例是50mA。除了负载电流外，齐纳二极管需要偏置电流。因此，总电流应等于负载电流以及齐纳二极管偏置电流。对于上面讨论的示例，可以是

总电流= 50mA + 10mA = 60mA

3.齐纳二极管有一个电力等级。因此，需要适当的功率评级齐纳二极管才能适当散热。可以根据步骤-2（60mA）中计算出的总电流来计算功率额定值。因此，齐纳二极管功率额定值将等于齐纳二极管电压，该电压将流过二极管的总电流。

对于我们上述示例，

功率额定值= 6.8V x 0.060 = 0.408瓦。

因此，500MW的齐纳二极管就足够了。

4.计算电阻值通过区分源电压和一般电压。源电压将是可以应用于电路的最大电压。例如，可能发生或可以应用于电源电压的最大过电压可能为13V。

因此，跨电阻器的电压下降将为= 13V-6.8V = 6.2V，根据欧姆定律，可以选择电阻值= 6.2V / 0.060 a = 103R标准值100R电阻器。

流行的齐纳二极管值

齐纳电压	Zener二极管零件号
3.3V	1N5226
5.1V	1N5231
6.8V	1N5235
9.1V	1N5239
11.0V	1N5241
13.0V	1N5243
15.0V	1N5245

齐纳过电压保护电路 - 优点和缺点

使用齐纳二极管的OVP保护是保护设备免受过电压的最简单和简单的过程。在这项技术中，电压保持调节，与其他方法相比，该电路的成本较小。

但是，当然，这种类型的电路具有缺点。这种类型电路的主要缺点是功耗。由于连接了串联电阻，它始终会散发热量并导致浪费能量。