news 2025/12/25 0:43:33

【硬件设计】DC12V输入的防护+滤波设计

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
【硬件设计】DC12V输入的防护+滤波设计

一、原理图

二、问题思考

1、为什么上图中有两个地,GND1和GND2?
2、图中的F1/D1/D2/L1作用是什么?如何进行选型?

三、问题解答

A1:为什么有两个地?
GND1和GND是为了实现“地隔离”,GND1是与 VIN_12V 对应的 “前端地”;GND是与 VOU_12V 对应的“后端地”;通过共模电感 L1实现 “高频隔离、直流导通”:既保证直流回路连通,又阻断高频干扰在输入 / 输出地之间的传导(避免前端干扰串入后端系统)。
PCB设计注意事项:
①GND1 和 GND 分别做独立地平面;
②两个地平面仅通过 L1 的绕组实现直流连通,其他区域完全隔离。

A2:F1作用是什么?如何进行选型?
①F1是自恢复保险丝,型号为H30-500。
②选型依据:
●保持电流:5.00A → 保险丝能长期稳定工作(不跳闸)的最大持续电流;
●跳闸电流:10A → 触发保险丝 “跳闸(电阻剧增)” 的最小过流值;
●最大直流电压:30V → 保险丝能安全工作的最高电压(超过会击穿);
●最大峰值电流:40A → 保险丝能瞬间承受的最大浪涌电流(避免启动浪涌误触发);
●典型功耗:3.0W → 保险丝处于跳闸状态时的典型功率损耗(关系到发热);
●跳闸时间:25.0A 电流下,跳闸时间为 14.5 秒 → 过流时的动作响应速度;
●初始电阻(10~50mΩ):5A 电流下,最大压降为5A×0.05Ω=0.25V。
③作用:防止输入侧短路 / 过流,保护电源和后级器件。

A3:D1作用是什么?如何进行选型?
①D1是肖特基二极管,型号为SK1010C。
②选型依据:
●最大峰值反向电压(V_BRM)100V;能重复、长期承受的反向电压瞬时最大值。
●最大均方根反向电压(V_RMS)70V;仅针对正弦交流电,二极管能承受的反向电压有效值上限。
●最大直流阻断电压(V_DC)100V;在直流电路中反向截止时,能承受的最大电压值。
●最大平均正向电流(I_F)10A;在常温、标准散热条件下,能长期稳定导通的最大平均电流。
●非重复峰值正向浪涌电流(I_FMS)175A;能单次承受的最大瞬时正向浪涌电流。
●最大瞬时正向压降(V_F)0.85V;正向导通且电流达到额定值时,两端的最大电压降。

A4:D2作用是什么?如何进行选型?
①D2是双向TVS二极管,型号为SMAJ18CA。
②选型依据:
反向截止电压(V_RWM)18V;正常工作的电压上限参考,低于这个值TVS二极管处于高阻态,漏电流极小。
击穿电压电压(V_BR)20-22.1V;超过这个电压,进入雪崩击穿状态,电阻急剧下降,开始导通并泄放浪涌电流,从而钳制电压不再升高。
●击穿电压测试条件下的电流为(I_T)1mA;属于测试条件参数,而非实际工作电流,厂家将 TVS 的反向电流精确调到 1mA,此时测得的电压就是击穿电压。
●峰值钳位电压(V_C)29.2;当浪涌电流达到峰值时,TVS 会将电路中的瞬态电压强制钳制在 29.2V,不让电压继续升高。
●峰值脉冲电流(I_pp)13.7A;超过这个电流,TVS 会因过热烧毁。
●反向截止电压下的漏电流(I_R)为1uA;反向漏电流仅 1μA,这个电流极小(微安级),几乎不会消耗电路功率。
③作用:瞬态过压保护:吸收输入侧的浪涌电压(如雷击、电源波动),避免后级器件被击穿。

A5:L1作用是什么?如何进行选型?
①L1是共模电感,型号为PCAQ1513MW-701。
②选型依据:
●共模阻抗(Impedance)最小值500Ω,典型值700Ω;阻抗越高,对共模干扰的抑制效果越强。
●直流电阻(DCR)最大值7mΩ;电阻越小,直流功耗/压降越低(10A电流下压降仅 0.07V)。
●绝缘电阻(IR)最小值10MΩ;绕组之间、绕组与磁芯的绝缘能力,阻值越大,漏电风险越低,电源电路安全性越高。
额定电流(Rated Current)10A;长期稳定工作的最大直流电流,电路工作电流需≤10A,否则会磁饱和(失去滤波能力)。
●额定电压(Rated Voltage)125V;电感能承受的最大工作电压。。
③作用:滤除共模干扰:阻断输入侧的高频噪声(如电源纹波、电磁干扰)串入输出侧,同时隔离 GND1 和 GND 的高频通路。

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