在日常生活中,经常因为操作者的失误会引起板子的烧坏;设计者设计的供电电压是5V,但是使用者看到有个12V的适配器输出与板子中5V供电口正好可以插上,使用者不会多想直接就会直接将12V适配器插上板子进行工作,这样就会导致板子烧坏。
对于一名合格的研发设计者,通常要考虑一些使用者的违规操作所带来的后果,提前做好防护工作,因此就很有必要在电源进入后就有过欠压保护电路。
过欠压简介
过压保护:指被保护线路电压超过预定的最大值时,使电源断开或使受控设备电压降低的一种保护方式。
电路过压危害:①设备损坏:过高的电压可能导致电子设备和元器件过热,进而损坏或烧毁。例如,电容、二极管和集成电路等对电压变化非常敏感。②绝缘击穿:过压可能导致电缆和设备的绝缘材料击穿。这种击穿会引发短路,导致设备失效或产生火灾风险。③电弧和火灾:过压可能导致电弧放电,尤其是在开关和连接点。这种电弧放电不仅会损坏设备,还可能引发火灾。④数据丢失和设备故障:对于计算机和其他数据设备,过压可能导致数据丢失或系统崩溃,影响正常运行。⑤电池和电源损坏:对电池和电源模块而言,过压可能导致过热、漏液甚至爆炸。⑥安全隐患:过压可能导致设备外壳带电,增加触电风险,危及人员安全。
如图是某个原理图的设计电路
图1 电路设计
从原理图中可以看出,采用了DC005的电源座子,输入电压为12V,DC芯片采用了TPS54335ADDA/TI。如下图是TPS54335ADDA/TI的相关规格书
图2 TPS54335ADDA/TI技术参数
由上图可知TPS54335ADDA/TI的输入电压范围是4.5V~28V,最大不能超过30V,当客户身边有36V 正好是DC005配套的适配器插头时,客户会直接插上去使用,因为违规操作,电压输入超出了IC芯片的范围,直接将IC芯片烧毁,在板子中有很多这样的IC芯片,大面积烧毁导致无法使用。
同样,在使用过程中也会遇到电压过低的情况。
电路欠压:指电压低于电路或设备的正常工作电压范围,这种情况同样可能导致多种危害。欠压危害:①设备性能下降:许多电气设备在欠压情况下运行效率会降低,导致设备性能不佳。例如,电动机可能无法达到额定转速,导致生产效率下降。②设备过热:在欠压情况下,电动机可能会消耗更多的电流以维持运转,从而导致过热,增加损坏的风险。③启动困难:某些设备(如电动机和压缩机)在欠压时可能难以启动或无法启动,这会影响正常的生产和操作流程。④控制系统故障:自动化控制系统可能在欠压情况下无法正常工作,导致误动作或失效。⑤数据丢失:对于计算机和其他数据处理设备,欠压可能导致系统重启或数据丢失,影响数据的完整性和安全性。⑥电池损坏:对于充电设备,欠压可能导致充电不足,影响电池的使用寿命和性能。⑦安全隐患:欠压可能导致某些安全设备(如报警系统)失效,增加安全风险。
同样以上图为例,没有外供电的时候采用电池进行供电,3.7V的电池标称电压,3节电池进行串联,如图3电压规格参数。
图3 电池的规格参数
当电压电压放到9V时就应该停止放电,否则容易引起电池的过放,但是芯片的工作电压是4.5V~28V,电池电压为9V以后电路板还是会正常工作,这样电池就是过放了。
由上面可以看出,对于过压与过放,在设计电路之初就应该做好相应的保护,进行冗余设计。
一种过欠压保护电路设计
如图4是一种典型的过欠压保护电路,利用稳压二极管与MOS管搭建的过欠压保护电路。
图4 过欠压保护电路
如图利用二极管的齐纳电压,当输入电压大于40V时,D7导通两端电压维持在39V,Q10基极电压大于0.9V,Q10导通,Q9基极电压被拉到0V,Q9不导通,Q2的Vgs=0,不导通,因此单输入电压大于40V时电路断开。
当输入电压小于7V时,Q9基极电压低于0.9V,Q9不导通,Q2的Vgs=0不导通,因此单输入电压小于7V时电路断开。
输入电压大于7V小于40V时,Q10基极电压小于0.9V,Q10不导通,Q9基极电压大于0.9V,Q9导通,Q2的Vgs大于1V,Q2导通.
上图是典型的过欠压保护电路,可以通过选择不同的齐纳二极管,对过欠压的值进行相应的调整,从而在输入端进行保护放置过压损坏后端IC器件以及欠压过放输入电池等。
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