我們的生產(chǎn)和生活中，電子產(chǎn)品的電源大多采用 +5V 或 +12V 直流電源（電池）。像手持電子產(chǎn)品、小型設(shè)備等通常使用 +5V 電池或者更低電壓的電源，而較大型的設(shè)備則采用 +12V 直流電源。此外，車(chē)載電子產(chǎn)品會(huì)用到 +12V、+24V 直流電源。為了確保這些電子產(chǎn)品在不同使用場(chǎng)景下的穩(wěn)定運(yùn)行，通常會(huì)在輸入端設(shè)計(jì)眾多的保護(hù)電路及元件，例如防共模干擾、防差模干擾、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)、防反接以及儲(chǔ)能濾波元件等。

圖 1 車(chē)載 +12V 直流電源輸入電路示例
下面我們以一個(gè)具體的車(chē)載 +12V 直流電源輸入電路為例，詳細(xì)分析其中的保護(hù)電路及元件。

一、D27 瞬態(tài)抑制二極管 —— 消除瞬態(tài)脈沖

在電子產(chǎn)品的使用過(guò)程中，由于使用環(huán)境的影響，直流電源輸入時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)尖峰脈沖，這些脈沖可能會(huì)損壞電路中的元器件。為了避免這種情況，電路中加入了 TVS（瞬態(tài)抑制）二極管 D27，它能夠?qū)⒓夥迕}沖導(dǎo)入地，從而保護(hù)其他元件。根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，如果電路中可能存在雙向尖峰脈沖，就需要應(yīng)用雙向瞬態(tài)抑制二極管；如果只有一個(gè)方向可能有瞬時(shí)尖峰脈沖，那么只應(yīng)用單向瞬態(tài)抑制二極管即可。

圖 2 瞬態(tài)抑制二極管應(yīng)用

二、Q15 防反接 N 型場(chǎng)效應(yīng)管 —— 防止電源反接

在直流電源供電電路中，為了防止誤操作導(dǎo)致直流輸入極性接反，通常會(huì)設(shè)置防反接電路，這與充電器充電電路的原理類(lèi)似。當(dāng) +12V 直流電源極性接反時(shí)，Q15 N 型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極接直流電源 “+” 極，此時(shí) Q15 截止，切斷供電回路，整個(gè)電路不工作。只有當(dāng)直流電源（電池）極性接對(duì)時(shí)，N 型場(chǎng)效應(yīng)管才能導(dǎo)通，形成回路，為后級(jí)電路供電。在該反接電路中，N 型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極（D）與源極（s）串聯(lián)于 GND（地）中，R29、R30 為場(chǎng)效應(yīng)管提供合適的偏置電壓，使其導(dǎo)通。正接時(shí)，R30 給 N 型 MOS 管提供 VGS 電壓，使其飽和導(dǎo)通。D7 為穩(wěn)壓管，它的作用是防止柵源電壓過(guò)高，從而損壞 N 型場(chǎng)效應(yīng)管。

圖 3 防反接 N 型場(chǎng)效應(yīng)管電路

三、F2 不可恢復(fù)保險(xiǎn)管 —— 提供過(guò)流保護(hù)

F2 是一個(gè)不可恢復(fù)保險(xiǎn)管。當(dāng)后級(jí)設(shè)備出現(xiàn)過(guò)流情況時(shí)，F(xiàn)2 的溫度會(huì)升高，當(dāng)達(dá)到其閥值時(shí)，保險(xiǎn)管會(huì)熔斷，從而保護(hù)后級(jí)電路及設(shè)備。這種保險(xiǎn)管一旦熔斷就需要更換新的，以確保電路的正常運(yùn)行。

圖 4 過(guò)流保護(hù)保險(xiǎn)管

四、T3 共模電感 —— 濾除共模干擾

T3 是一個(gè)共模電感，它的主要作用是濾除直流輸入電壓中的共模干擾信號(hào)。共模干擾是指在兩條信號(hào)線上同時(shí)出現(xiàn)的干擾信號(hào)，這種干擾可能會(huì)影響電路的正常工作。共模電感通過(guò)對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)差模信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性，有效地濾除共模干擾。

圖 5 共模電感濾除干擾

五、C60、C33、C256 安規(guī)電容 —— 濾除差模干擾信號(hào)

C60、C33、C256 為安規(guī)電容，也稱(chēng)為 X 電容。它們的作用是濾除輸入直流 +12V 電源中的差模干擾信號(hào)。差模干擾是指在兩條信號(hào)線上幅度相等、方向相反的干擾信號(hào)。安規(guī)電容通過(guò)對(duì)差模信號(hào)的旁路作用，將差模干擾信號(hào)短路到地，從而減少對(duì)電路的影響。

圖 6 安規(guī)電容濾除差模干擾

六、C504、C505、L44 組成兀型濾波器 —— 濾除低頻噪聲

在直流電源輸出電路中，常采用 LC 兀型濾波器，由 C504、C505、L44 組成。這種濾波器能夠?yàn)V除直流電源中的低頻噪聲，使輸出的直流電源更加純凈。其工作原理是利用電容和電感對(duì)不同頻率信號(hào)的阻抗特性，對(duì)低頻噪聲信號(hào)進(jìn)行衰減。

圖 7 LC 兀型濾波器