?分析電源電壓檢測(cè)電路的可靠性和失效模式

斷電檢測(cè)電路

啪一下，很快呀，幾個(gè)網(wǎng)友給我留言。

我一看，嗷！原來(lái)是R1、R2這兩個(gè)分壓電阻放在了反向保護(hù)二極管的負(fù)極，他們不理解。

他們說(shuō)，放在這里不能檢測(cè)到電源斷電。

我大意了，沒(méi)有介紹其中的玄機(jī)。

看到不少網(wǎng)友有這樣的疑問(wèn)，我覺(jué)得有必須再寫(xiě)一篇文章從潛通路的角度把問(wèn)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(wú)關(guān)，而是設(shè)計(jì)者無(wú)意地設(shè)計(jì)進(jìn)系統(tǒng)的一種潛在狀態(tài)。

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

在國(guó)內(nèi)一般只有做航天、航工、軍工方面的設(shè)計(jì)時(shí)才會(huì)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(fù)載，給負(fù)載供電。

2：從D1-R1->R2->單片機(jī)A/D口，給MCU檢測(cè)電源電壓。

3：交流電壓的通路，從D1-E1&C1，交流信號(hào)被E1，C1濾除。

潛通路

因?yàn)殡娫垂╇?，我們只需要從電源到?fù)載的電流通路，從負(fù)載到電源的電流通路是非預(yù)期的，無(wú)效的。因此，我們加了一個(gè)D1做反向保護(hù)，避免形成從負(fù)載到電源的潛通路。

如果我們把R1、R2移至D1的正極時(shí)，可能會(huì)形成以下的潛通路。

潛通路

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

當(dāng)有負(fù)脈沖從電源端輸入時(shí)，形成從IO口到R2&R1到電源的反向潛通路2。

這個(gè)潛通路的存在，可能存在以下的風(fēng)險(xiǎn)：

脈沖信號(hào)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(hào)的電壓超過(guò)電阻R1的耐壓值，導(dǎo)致電阻擊穿損壞。

最好的防護(hù)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(hù)二極管D1的負(fù)級(jí)。

兩個(gè)不同位置的差異

如果放置到反向保護(hù)二極管D1的正極，MCU可以立即檢測(cè)到掉電。

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

控制器真實(shí)掉電到MCU檢測(cè)到掉電的延時(shí)，即為電容E1從電源電壓放電到閾值電壓的時(shí)間。

比如，對(duì)于24V的供電電源，設(shè)定22V為閾值電壓。

考慮二級(jí)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(duì)應(yīng)負(fù)載電阻為800Ohm)。

E1從23.3V放電到22V所花的時(shí)間為：

t=-800100e-6ln(22/23.3)=4.24ms。

放在負(fù)極跟放在正極相比，檢測(cè)到掉電的時(shí)間差了4.24ms，完全可以接受。

另外，如果只需要檢測(cè)掉電不需要檢測(cè)電源電壓，而且沒(méi)有成本和PCB空間的限制，

可以采用三極管隔離來(lái)檢測(cè)掉電，如下圖：

三極管隔離掉電檢測(cè)

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審核編輯：湯梓紅