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實(shí)際硬件設(shè)計(jì)中非常經(jīng)典巧妙的20個(gè)電路合集,帶分析,收藏起來慢慢看?。ㄒ唬?/h1>
2023-09-08 20:51:08    來源:程序員客棧
作者:曉宇,排版:曉宇

微信公眾號(hào):芯片之家(ID:chiphome-dy)

之前做了一個(gè)經(jīng)典電路分析系列的文章,反響都比較好,大家可以點(diǎn)文章開頭的話題標(biāo)簽查閱收藏,今天我們?cè)僖黄鹛接懛窒?0個(gè)電路,有重復(fù)也有新的電路,大家可以收藏起來! 1、防反接保護(hù)(二極管)

在實(shí)際電子設(shè)計(jì)中,防反接保護(hù)電路非常重要,不要覺得自己肯定不會(huì)接錯(cuò),實(shí)際上無論多么小心,還是會(huì)犯錯(cuò)誤......


最簡(jiǎn)單的就是利用二極管了,利用二極管的單向?qū)щ娦?,反接的時(shí)候電路不通,但這里有個(gè)無法接受的點(diǎn),就是二極管具有正向壓降,輸出端電壓會(huì)有相應(yīng)的下降,比如我們輸入電壓是5V,內(nèi)部的電路還要用到5V,這樣就有難度了,如果對(duì)電壓不敏感的,比如后級(jí)電路都要通過DCDC降壓,可以用肖特基二極管,壓降會(huì)小一點(diǎn)。還有一種是使用整流橋,即使極性接反也還能工作,缺點(diǎn)就是有兩個(gè)二極管的壓降。 2、防反接保護(hù)(PMOS)

上面介紹了利用二極管防反接的辦法,但是壓降是痛點(diǎn),那么有沒有什么辦法可以去掉這個(gè)壓降呢,PMOS來了!

我們知道,PMOS在完全導(dǎo)通后,導(dǎo)通電阻是很小的,常規(guī)的幾百毫歐,有一些幾十毫歐, 我們這里在GS之間加了一個(gè)齊納二極管防止輸入電壓超過MOS的Vgs,Vgs額定值為20V,我們這里一般用10V的就能滿足了,具體根據(jù)MOS的實(shí)際特性進(jìn)行齊納二極管的選擇。

原理分析:當(dāng)輸入端加正向電壓之后,比如+5V,D端電壓為5V,由于MOS管體二極管的存在,S端的電壓為4.3V,S端電壓減G端電壓大于開啟電壓,PMOS導(dǎo)通后,寄生二極管短路,不再起作用; 電壓反接后,G端電壓大于S端電壓,不導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)了防反接的功能。

詳細(xì)的分析可以參考這篇文章:

USB外接電源與鋰電池自動(dòng)切換電路設(shè)計(jì),你GET到精髓了嗎?


電路倒是簡(jiǎn)潔,但這個(gè)電路有個(gè)問題,電路會(huì)倒流。假設(shè)右側(cè)的負(fù)載是一個(gè)電池,電壓為Vb,當(dāng)直流輸入突然斷開時(shí),Q1的Vgs滿足MOS的導(dǎo)通條件,PMOS就會(huì)導(dǎo)通,電流從右側(cè)往左側(cè)倒流,就可能引發(fā)一些未知的故障。

雖然二極管沒有反向電流(嚴(yán)格意義上有漏電流),但是這個(gè)有反向電流,如果負(fù)載有大容量電容或者是電池, 輸入端關(guān)閉時(shí),電流會(huì)從右往左從負(fù)載端流出。當(dāng)然,簡(jiǎn)單的電路場(chǎng)合用這個(gè)電路也沒問題。

3、直流浪涌電流抑制開關(guān)

此電路可以解決負(fù)載中有大容量電容,電源端出現(xiàn)巨大浪涌電流的問題,啟動(dòng)時(shí)緩慢升高電壓以抑制上電時(shí)的浪涌電流。

電壓升高的時(shí)間由圖中的C1與R6決定,值增大,緩啟動(dòng)的時(shí)間變長(zhǎng),當(dāng)然,也可以按照第二點(diǎn)的方法,在GS間加入齊納二極管。

詳細(xì)分析,請(qǐng)參考下面文章。


精準(zhǔn)電流走向分析,帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路!


如果不需要開關(guān),可以去掉三極管部分即可,只做緩啟動(dòng)功能。

4、背靠背防倒灌

像第二點(diǎn)中的防反接保護(hù)電路中說了,會(huì)有出現(xiàn)倒流的風(fēng)險(xiǎn),特別是負(fù)載端是電池或者有大容量電容時(shí),或者是電腦的USB給一些調(diào)試的同時(shí)外部還有電源,則會(huì)流向Vin測(cè), 進(jìn)而可能引發(fā)一系列的故障,那我們有沒有辦法防止倒灌呢?

我們看上面這個(gè)電路,比上面的電路多了一個(gè)MOS,兩個(gè)MOS背靠背連接起來,當(dāng)Control端ON/OFF為高電平時(shí),三極管Q9線導(dǎo)通,Q3跟Q4的柵極都被拉低到0V,Q3通過體二極管,符合條件先導(dǎo)通,接著Q4,S端電壓大于G端電壓,也符合導(dǎo)通條件,導(dǎo)通,負(fù)載端得到Vin電壓。

當(dāng)Control端為低電平時(shí),三極管Q9斷開,Q3與Q4不導(dǎo)通,完全關(guān)斷,并且Q3與Q4的體二極管是反向串聯(lián)的,所以不論哪個(gè)方向,都是不通的,達(dá)到防倒灌的效果。

這個(gè)電路的缺點(diǎn)就是還需要一個(gè)IO來控制,略顯麻煩。 5、雙三極管鏡像電路防倒灌(理想二極管)

電路仿真結(jié)果:

看著像鏡像,其實(shí)又不是,這個(gè)電路是怎么工作的?

左側(cè)Q6三極管,Vb = Vin - 0.65,右側(cè)Q7三極管是否導(dǎo)通,由Vb與Vout決定,Vb > Vout - 0.65,Q7關(guān)閉。

上述關(guān)系演變成,Vin - 0.65 > Vout - 0.65,則晶體管 Q7 關(guān)閉;

如果 Vin > Vout,晶體管 Q7 截止;

當(dāng)Vin輸入一定電壓,Q6飽和導(dǎo)通,Q7截止;MOS管柵極通過電阻接地,導(dǎo)通;

如果Vin被突然關(guān)閉,Vb不再受制于輸入電壓,此時(shí),Vb = Vout -0.65,Q7導(dǎo)通,MOS管G端電壓拉高,MOS管關(guān)閉,達(dá)到防止回流的效果。

Vin > Vout,MOS打開,Vout≈Vin,理想二極管;

Vin < Vout,MOS關(guān)閉,防止回流。

該電路的優(yōu)點(diǎn),防反接,輸出基本不損失電壓,不需要額外控制信號(hào),可以防止電流回流。

該電路在Seeed Studio的板子上得到了應(yīng)用,大家可以看一下,完整原理圖有興趣的可以找老宇哥拿。

以上電路有什么Bug,請(qǐng)大家留言區(qū)留言評(píng)論交流! 電路一共準(zhǔn)備了20個(gè)左右,篇幅問題今天就先介紹這么多,剩下的電路下期再講,請(qǐng)大家轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)贊評(píng)論三連支持老宇哥,您的轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)贊就是我繼續(xù)創(chuàng)作的最佳動(dòng)力! 關(guān)于電路的學(xué)習(xí),希望大家Enjoy!

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