?分析電源電壓檢測電路的可靠性和失效模式

斷電檢測電路

啪一下，很快呀，幾個網(wǎng)友給我留言。

我一看，嗷！原來是R1、R2這兩個分壓電阻放在了反向保護二極管的負極，他們不理解。

他們說，放在這里不能檢測到電源斷電。

我大意了，沒有介紹其中的玄機。

看到不少網(wǎng)友有這樣的疑問，我覺得有必須再寫一篇文章從潛通路的角度把問題分析清楚。

什么是潛通路(sneak path)

潛在通路，是指在電氣/電子系統(tǒng)中使得系統(tǒng)產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能的電路，

它與硬件失效無關(guān)，而是設計者無意地設計進系統(tǒng)的一種潛在狀態(tài)。

潛在通路的出現(xiàn)常常會給系統(tǒng)設備乃至人身造成巨大的危害。

在國內(nèi)一般只有做航天、航工、軍工方面的設計時才會關(guān)注它，在網(wǎng)上搜索這一名詞，基本上搜索不到相關(guān)信息。

電源電路的正常通路

正的直流電壓的通路

正常電路通路

1：從D1->DC/DC->LM1117-3.3->負載，給負載供電。

2：從D1-R1->R2->單片機A/D口，給MCU檢測電源電壓。

3：交流電壓的通路，從D1-E1&C1，交流信號被E1，C1濾除。

潛通路

因為電源供電，我們只需要從電源到負載的電流通路，從負載到電源的電流通路是非預期的，無效的。因此，我們加了一個D1做反向保護，避免形成從負載到電源的潛通路。

如果我們把R1、R2移至D1的正極時，可能會形成以下的潛通路。

潛通路

當有正脈沖從電源端輸入時，形成電源經(jīng)過R1到電容C5以及IO口的潛通路1，

當有負脈沖從電源端輸入時，形成從IO口到R2&R1到電源的反向潛通路2。

這個潛通路的存在，可能存在以下的風險：

脈沖信號的尖峰串入MCU的IO口，造成IO口損壞。

脈沖電流的尖峰產(chǎn)生的電磁干擾影響控制器正常工作，甚至損壞器件。

高壓干擾信號的電壓超過電阻R1的耐壓值，導致電阻擊穿損壞。

最好的防護方式是不讓潛通路的形成。

因此，需要將分壓電路放在反向保護二極管D1的負級。

兩個不同位置的差異

如果放置到反向保護二極管D1的正極，MCU可以立即檢測到掉電。

如果放置到反向保護二極管D2的后級，MCU必須以比電源電壓低2V左右的電壓作為判定閾值，檢測到比該閾值電壓低的電壓才判為掉電；

控制器真實掉電到MCU檢測到掉電的延時，即為電容E1從電源電壓放電到閾值電壓的時間。

比如，對于24V的供電電源，設定22V為閾值電壓。

考慮二級管D1的壓降之后，E1的放電方程為：u(t)=23.2exp(-t/(RC))。

如果電容為100uF，控制器工作電流為30mA（對應負載電阻為800Ohm)。

E1從23.3V放電到22V所花的時間為：

t=-800100e-6ln(22/23.3)=4.24ms。

放在負極跟放在正極相比，檢測到掉電的時間差了4.24ms，完全可以接受。

另外，如果只需要檢測掉電不需要檢測電源電壓，而且沒有成本和PCB空間的限制，

可以采用三極管隔離來檢測掉電，如下圖：

三極管隔離掉電檢測

本文來源物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)

審核編輯：湯梓紅