【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。