2、输入保护电路：过压保护、过流保护、TVS管与PTC选型
各位同学，咱们接着聊。上一节我们把输入阻抗和分压网络搞定了，信号能乖乖地进到表里了。但有个问题——万一进来的不是“乖信号”，而是高压浪涌、雷击感应、或者哪个新手拿表笔去捅220V插座呢？
嗯，这时候如果没保护，ADC芯片、主控芯片瞬间就冒烟了。我早年刚入行时，就吃过这个亏。一块精心调好的板子，测试时手一抖，表笔碰到了380V线，啪的一声，板子直接报废。从那以后，我对输入保护电路就特别上心。
说白了，输入保护就是给万用表买一份“保险”。这份保险由两个核心器件组成：TVS管负责扛电压，PTC热敏电阻负责扛电流。咱们一个一个拆开讲。
2.1 过压保护：TVS管怎么选？
TVS管，全称瞬态电压抑制二极管。它的工作原理很简单：正常电压下它不导通，像个绝缘体；一旦电压超过它的击穿阈值，它瞬间导通，把高压能量泄放到地线上。
我习惯把它叫做“电压的泄洪闸”。浪涌来了，闸门打开，电流走地；浪涌走了，闸门关上，不影响正常测量。
选型时，我重点关注三个参数：
- 反向关断电压（VRWM）：这是TVS管正常工作时能承受的最大电压。选小了，正常信号就会把它击穿；选大了，保护阈值太高，浪涌来了它还没反应。对于万用表，我一般选VRWM比最大测量电压高20%~30%。比如最大测1000V DC，我就选1200V左右的TVS管。
- 击穿电压（VBR）：这是TVS管开始导通的电压。通常比VRWM高10%~15%。
- 峰值脉冲功率（PPP）：这是TVS管能承受的最大瞬时功率。浪涌能量越大，需要的PPP越高。我遇到过选型时只看了电压，没看功率，结果一个雷击浪涌过来，TVS管自己先炸了。嗯，这个坑我替你们踩过了。
实战选型建议：
对于手持式数字万用表，输入保护常用两级TVS管：
- 第一级：大功率TVS（如1.5KE系列），放在输入端，扛大浪涌。
- 第二级：小功率TVS（如P6KE系列），放在ADC前端，做精细钳位。
两级之间串一个电阻或PTC，用来限流和分压。
2.2 过流保护：PTC热敏电阻怎么选？
TVS管管电压，PTC管电流。PTC是正温度系数热敏电阻，它的特性是：温度低时电阻很小，温度高时电阻急剧增大。
你想想看，如果误测了高压大电流，电流流过PTC，发热，电阻瞬间变大，相当于把电路“断开”了。等故障排除，PTC冷却，电阻又恢复回来。这就是自恢复保险丝的原理。
选型时，我关注这几个参数：
- 保持电流（Ihold）：PTC不动作时能通过的最大电流。对于万用表，我一般选200mA~500mA，因为正常测量电流很小，但误测时电流可能很大。
- 动作电流（Itrip）：PTC开始动作的电流，通常是Ihold的2~3倍。
- 最大电压（Vmax）：PTC能承受的最高电压。这个要和TVS管匹配，我一般选600V或1000V的PTC。
- 动作时间：电流越大，动作越快。我习惯选动作时间在1秒以内的型号，太慢了保护不及时。
我的个人经验：
PTC和TVS管要搭配使用。PTC放在前面，TVS管放在后面。浪涌来时，TVS先响应（纳秒级），把电压钳住；PTC随后响应（毫秒级），把电流切断。这样分工明确，保护效果最好。
我曾经试过只放TVS不放PTC，结果一次持续过流，TVS管过热烧毁了。从那以后，我再也不省这个PTC了。
2.3 典型保护电路结构
说了这么多，咱们看一个实际电路。这是我在一个项目中用过的输入保护电路：
输入信号 —— [PTC] —— [TVS管（对地）] —— [分压电阻] —— [第二级TVS] —— ADC输入这个结构的好处是：
- 第一级PTC+大功率TVS，扛住外部浪涌。
- 分压电阻进一步限流。
- 第二级小功率TVS，把电压精确钳位到ADC能承受的范围（比如5V或3.3V）。
警告：
PCB布局时，TVS管要尽量靠近输入端，引线越短越好。引线长了，寄生电感会降低TVS管的响应速度。我见过一个案例，TVS管离输入端子有2厘米，结果浪涌来了，TVS还没反应过来，后面的芯片先挂了。
另外，TVS管的接地线要粗，最好直接连到地平面，不要走细线。
2.4 选型参数速查表
为了方便大家选型，我整理了一个速查表。这是我平时做项目时用的参考值：
| 参数 | TVS管（第一级） | TVS管（第二级） | PTC热敏电阻 |
|---|---|---|---|
| 型号示例 | 1.5KE400A | P6KE6.8A | RXE050 |
| 反向关断电压 | 342V | 5.8V | — |
| 击穿电压 | 380V~420V | 6.45V~7.14V | — |
| 峰值脉冲功率 | 1500W | 600W | — |
| 保持电流 | — | — | 0.5A |
| 动作电流 | — | — | 1.0A |
| 最大电压 | — | — | 600V |
注意，这只是参考值。具体选型要根据你的万用表量程来调整。比如你的表只测60V以下，那TVS管就可以选低一点的电压等级，成本更低，保护效果也更好。
2.5 避坑指南
最后，分享几个我踩过的坑：
- 别把TVS管当稳压管用。TVS管是瞬态保护，不能长时间工作在击穿状态。如果输入电压持续偏高，TVS管会过热烧毁。
- PTC的恢复时间要考虑。PTC动作后，需要几秒到几十秒才能冷却恢复。如果频繁误测，PTC会一直处于高阻状态，影响正常测量。
- 多量程万用表要分级保护。比如mV档和V档，保护电路要分开设计。我曾经图省事，所有档位共用一套保护，结果mV档的灵敏度被保护电路拖累了。
好了，这一节就讲到这里。输入保护电路看似简单，但选型不当，后果很严重。下一节我们聊量程切换电路，看看怎么用继电器和模拟开关实现自动换挡。到时候见。