电子电路必须承受一定程度的过电压和/或电源线路上的反向电压，这是一种常见的要求。对于汽车系统来说尤其如此，因为汽车电子系统的主电源输入需要承受各种过电压和瞬态电压条件，包括交流发电机负载转储。电子系统中位于主电源下游的部件受到保护，免受最恶劣的电源条件的影响。当这些组件远离主电子模块安装时，由于它们靠近车辆的布线织机，因此有额外的布线容错性要求。

从主电子模块远程安装的组件包括传感器和执行器，通常需要在其暴露连接的任何组合中承受±16V的应用。此测试的目的是模拟导致车辆电池连接线短路的织线机故障。

许多现代集成电路被设计为从标称5V电源工作，不完全接受±16V到其引脚的应用。因此需要某种保护电路。

任何过压保护电路都需要做两件基本的事情。首先是防止电压大于最大允许从应用到IC引脚。因此，需要一个跳闸电压值(电源电压高于保护电路将激活)，使系统能够在正常电源电压下工作。第二项任务是保护电路不干扰电路的正常功能。第二点主要与保护电路引起的电源电压下降有关。这些在比率测量系统中是最重要的，任何电源电压降都会在相关测量中出现偏移。除了这两个基本点外，保护电路必须足够快，以应对电源线路上可能发生的任何瞬态事件。满足这些过电压要求的分立元件电路如图1所示。

它是如何工作的

图1所示的保护电路中的主要通程元件是PNP晶体管Q1。在选择这部分时应小心，因为任何电源电压降将由该晶体管的特性决定。Zetex FMMT718器件已用于此任务。FFMT718是具有极低VCE饱和电压值的系列器件之一。这样可以最小化由于保护电路的存在而引起的电压降。晶体管Q2作为Q1的控制元件，当电源输入端的电压等于齐纳电压之和时，由于二极管D1和Q2自身的VBE电压在集电极电流约为650uA时，晶体管Q2将打开(关闭Q1)。Q2和D1一起在25°C时产生5.85V的典型跳闸电压。其中约0.53V是由于Q2的VBE电压。剩余的5.32V通过D1产生。请注意，齐纳二极管D1虽然标称为5.6V器件，但在非常低的反向电流下工作，大约200uA，由Q2的VBE和2.7k电阻定义。在这个电流下，齐纳电压低于特征“膝”，因此小于额定值。连接到Q1底座的6.8k电阻提供了在正常情况下保持Q1开启所需的电流。

电路在过电压情况下断开负载。也就是说，当检测到过压情况时，Q1断开，从负载中移除电源。过电压消除后，Q1将再次导通。这种电路的一个吸引人之处在于它的响应速度。图1中的电路不使用反馈，因此没有高阶阻尼效应或慢速限制需要克服。各组成部分的全速可用，以防止瞬态电源事件到达负载。

为方便起见，选择Q2与Q1相同的类型，尽管该设备没有特殊要求，几乎任何PNP设备都可以替代。

反向电压保护

图1中的电路只能承受大约-5V的反向电源电压。基极发射极结Q1和Q2的反向击穿电压决定了这个图。因此，需要额外的电路来提供(-16V)反电压保护能力。图1所示电路的两个简单附加中的任何一个都可以提供必要的反向电压保护。第一种方法采用p沟道MOSFET，如图2所示。通过如图所示配置MOSFET，当电源电压大于约0.5V时，器件主体二极管将自动导通。这个晶体管的主体二极管是一个必要的特征，因为没有它电路将无法启动。该元件的添加提供了在反向电压条件下的断开功能。对反向保护MOSFET的唯一要求是它应该是低Ron，逻辑电平类型。一个Si3441DV器件显示，但任何类似的器件可以替代。

电路性能

图2中保护电路的性能可以通过两个主要测量来确定:跳闸电压值和正向压降。图3中的图表显示了该电路的脱扣电压与温度特性的关系。图3的测量使用传感器信号调理IC MAX1455作为负载电路，在IC电源引脚上有一个1uF去耦电容。测试过程中IC电路的标称电流消耗为3mA。检查图3中的图，我们可以看到保护电路的跳闸电压显示出-4mV/°C的温度系数。这个数字的一半是由于晶体管Q2的VBE温度特性。其余的由齐纳二极管D1产生。如果需要更精确的跳闸电压值(随温度变化较小的电压值)，则可以用性能更高的电压基准代替齐纳二极管。

图2中电路的反电压保护特性可以通过对输入电源施加-16V时测得的过温反漏来表征。图2中电路的反漏性能得到的结果如表1所示，其中反漏特性以漏阻值表示。

注:从-40°C到60°C测量的反漏电流有效为零(无限漏电阻)。

图2中保护电路的正向压降是在-40°C至125°C范围内的三种电源电压(4.5 v、5V和5.5 v)下测量的。得到的结果在图中给出图4。

检查图4中的结果显示，在-40°C至125°C的温度范围内，图2中电路的正向压降低于6mV。电源电压降对比率测量误差的影响与任何其他系统偏置相同，只要电路已使用保护电路进行校准。当电源电压变化10%时，系统内任何偏移引起的误差将为偏移值的10%。因此，当电源变化10%时，6mV的偏置(电压降)将引起0.6mV的比率测量误差。在输出量程设置为4V的系统中，这0.6mV误差将对应于量程的0.015%的测量误差。

更便宜的反向电压保护

图2中的电路使用p沟道MOSFET作为反向电压保护元件。这样做的优点是在反向电压事件期间断开负载，因此对电源没有特别的要求。一个更便宜的替代方案是使用一个简单的二极管连接在电源上作为反向保护元件。这种布置如图5所示，但只能在主系统电源限流或熔断的情况下使用。当反向电压施加到电路的电源输入时，二极管通过传导保护电路。二极管必须额定能承受系统电源的最大电流或熔断器额定值。

全传感器信号调节器过压/反压保护电路

图6显示了一个完全保护的传感器信号调理电路，使用上述电路和MAX1452 -MAX1455信号调理ic。图5所示电路保护MAX1455的主电源。串联电阻为信号输出引脚提供额外的保护。选择串联电阻值，使其不超过输入IC的最大规定引脚电流，信号线施加±16V故障。