相信很多小伙伴也和核桃一样,板子给到写程序的或者不熟悉板卡的人用来调试的时候,插错电源适配器,甚至可调电源的输出电压没调低就直接给板子上电,本来板子就是5V供电的,一捅直接就缕缕白烟。
那该怎么办?
或许你有想过加保险丝,加TVS管,加稳压管,如果你能想到这些,说明你还是具备了一定的电路设计能力的。
核桃个人使用的过压保护方案,如下图所示,原理和计算我们文章后面讲。
方案一
如果是加保险丝,我们知道保险丝最大的作用就是负载端出现短路或者过载的时候,电流瞬间增大时保险丝能立刻断开,从而保护后端器件。对于过压并不合适。
方案二
加TVS管,对于过压的确是有效的,但是并不能真正的切断电压,TVS管钳位后的电压还是会直接加载到后端负载中,如果TVS管选型不合适,钳位后的电压还是高于后端负载能承受的最高电压,那还是会存在负载过压的情况。而且TVS管抑制的是瞬态的高压,从本质上讲被抑制的是一个交流信号,对于直流电源确实也不太合适,很容易损坏TVS管。当然了,很多产品TVS管都懒得加,为了成本。
方案三
使用稳压管,这个方案对于负载电流不大的时候,是没问题的,从下图中可以看出,负载的最大电流就只能是145ma,功率直接被限制死了。使用场景大大受限。对于稳压二极管电路的计算可看下面这个文章:
接下来看看核桃本人用过的过压保护电路,如下图1所示:
图1
先说原理:
这个电路只能用于5V过压保护,注意:其他等级的电压需要修改,不能直接套用。
当输入电压VIN≤5V时,以VIN=5V为例,如下图2所示:
图2
由图2中可知,Q2的e极电压Ue等于输入电压VIN=5V。
稳压二极管ZD1是5.1V的稳压二极管,由于输入电压5V,故Uzd=5V
Uzd的电压经过R2给到Q2的b极,故Q2的Ub=5V。所以Q2 PNP三极管
不导通,Ug由于R3下拉电阻的作用,一直处于低电平(约等于0V),
Ugs=-5V,根据MOS管手册,Q1 PMOS管始终处于导通状态,
输入VIN=VOUT
有不清楚MOS的小伙伴,可点击这两篇文章:
学MOS管,原来如此简单(二)
当输入电压5V≤VIN≤5.7V时,以VIN=5.5V为例,如下图3所示:
图3
由图3中可知,Q2的e极电压Ue等于输入电压VIN=5.5V。
稳压二极管ZD1是5.1V的稳压二极管,故电压会稳定在5.1V,Uzd=5.1V
Uzd的电压经过R2给到Q2的b极,故Q2的Ub=5.1V。所以Q2 三极管
不导通(5.5V-5.1V=0.4V<0.7V),Ug由于R3下拉电阻的作用,一直
处于低电平(约等于0V)则Q1 PMOS管始终处于导通状态,
输入VIN=VOUT。
当输入电压VIN>5.7V时,以VIN=5.8V为例,如下图4所示:
图4
由图4中可知,Q2的e极电压Ue等于输入电压VIN=5.8V。
稳压二极管ZD1是5.1V的稳压二极管,故电压会稳定在5.1V,Uzd=5.1V
Uzd的电压经过R2给到Q2的b极,故Q2的Ub=5.1V。所以Q2 三极管
导通(5.5V-5.1V=0.7V),三极管导通后,Ug≈Ue=5.8V。此时
Q1的g极和s极电压相等,则Q1 PMOS管关闭,负载电压关断。
从而起到过压保护的作用。
那R1,R2,R3是如何计算的呢?
先看R1,主要作用是给ZD1提供一个稳压电流Iz,从稳压二极管的手册中可以看出,需要的Iz大概在1mA左右,则流过R1的电流等于Iz。
故:Iz=(VIN-5.1V)/1000=(5.8V-5.1V)/1000=0.7MA
所以R1=1KΩ是合适的。
接下来看R2和R3,R2是三极管B极限流电阻,在这个电路中主是要让Q2三极管进入饱和与截止状态,R3不能选太大,否则会导致Ug的电压降低,MOS关断失败。相关三极管B极电阻和C极电阻的计算可以查看下面这篇文章,在此就不再重复讲了!
整个图的电流流向如下:
当然,这个只是过压保护电路的其中一种,还有很多其他的方案也能实现过压保护的功能。
好了,这章就先写到这吧!