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前言
在电赛题的电力电子方向，电路系统往往都会工作在大电流高电压的情况下。我们需要采集电流电压的信息，这些大电压电流信号便会间接作用到单片机的采集端口。以常用的stm32单片机为例，单片机自带12位的AD，正常采集的电压范围为0～3.3V。若系统出现故障，电压突然升高，采样口电压大于5V就极🈶可能损坏AD口，所以在采样口前端加一个保护措施很有必要。
一、 钳位原理
利用二极管的单向导电性，即可实现钳位功能。原理图如下所示：
当输入电压大于Vcc+VD1时，D1二极管会导通。当输入电压小于-VD2时，D2二极管会导通。最终实现一个钳位到-VD2到Vcc+VD1的效果。
二极管选型问题：
T4(1N4148):1N4148 是一种开关二极管，耐压100V，电流150mA，反向恢复速度快。
S4(1N5819):1N5819是肖特基二极管，它的反向耐压40V，额定正向电流1A，1N5819的反向恢复时间极短，适合高频电路工作。
1N4148和1N5819的区别：
1、高频、低压、大电流特性是1N5819二极管与普通二极管的不同点，它广泛被应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流、续流、保护二极管使用。
2、1N5819的特点是速度超快（开关损耗低），正向压降特低（电压损耗低），不过反向耐压也低，通常少于60V，适用于低压(不高于12V)开关电源。
3、1N5819二极管的另一个用途是稳压，利用其反向特性。所以，耐压低，而电流又不大的时候，可以考虑用稳压管代替。
4、1N4148是点接触型的小电流高频开关二极管，速度高，不过工作电流才150mA，广泛用于信号频率较高的电路。
5、1N5819管的反向漏电比较大一点，但是电容小，速度快。但是还没1N4148快，毕竟1N4148的用途是高频检波，而不是整流。
经过比对：IN5819更适合用于本电路。一是有更小的导通压降，二是有更大的正向电流。
二、R的取值问题
1、二极管的额定正向电流
当输入电压大于3.3V+管压降时，电流会通过R1流经D1到3V3。
从输入输出表达式来看，输出电压Vout不会随着输入的变化而变化。会一直钳位在Vcc+VD1。但是在实际电路测试过程中，出现了电压钳不住的现象。同时还会抬高Vcc稳压源的电压，如下图：
测试条件：使用信号源（输出阻抗：50欧姆）给出正弦波。使用示波器观察输出波形。
导致该现象的原因是：二极管D1的正向导通电流过小（使用的是1N4148:150mA），R的取值太小(100欧姆)。的值是有限的，那么Vcc就会被抬高，输出电压也会随之被抬升。
解决方法：把电阻R1增大到1K欧姆，就能够钳住。入下图：
更换额定电流更大的1N5819二极管也能改善。
2、RC低通滤波
使用到AD采样就会涉及到奈奎斯特采样定理：采样频率必须大于信号最大频率的两倍。才能实现无失真采样。
在电力电子方向系统中，一般需要采集的量有直流电压，直流电流，交流电压。其中直流电压和电流的变化一般都不会很大，这一般都是PI所调节控制的对象。其中频率最大也就是50Hz左右。采样的要求的频率一般STM32的采样频率都能够满足。
采样前的滤波是很有必要的，滤除带外噪声。
一阶RC低通滤波的截止频率计算公式为：
在上一步已经可以初步确定R的取值大小，所以再确定C的值就可以了。
3、分压电路输出阻抗
在实际电压采集图如下：
这个时候其实R1便会与分压电路的输出阻抗（R2//R3）串联起来。
一会影响到钳位的压降（会更容易钳住）。
二会影响到低通滤波的实际截止频率。
所以需要根据实际电路给出最佳的参数取值。
四、开板流程
如何才能为单片机开一片合适输入钳位保护板呢。
1、查看单片机原理图常用的AD采样I/O口
2、查看单片机板子上实际引出I/ O位置
3、绘制原理图、PCB图
4、下单开板，焊接电路
5、测试
测试方法：使用信号源输出正弦波，使用示波器观察输出波形。
测试结果：由于第二版的二极管封装使用了1N4148的封装，所以没用使用IN5819二极管，导致全文中所有的波形图片的测试结果都是使用1N4148二极管的结果。
第三版只需要把二极管的更换成IN5819的就可以了达到更完美的效果。
总结
虽然这是很简单的一个电路，但是在制作的过就会遇到很多的奇怪现象，出现很多的问题。结合实际，去寻找原因，解决问题。
继续努力
完结撒花
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