03.04 如何设计一个欠压保护电路并能超过保护电压的恢复电路?

单片机嵌入式爱好者


欠压保护电路其实就是一个低电压检测电路

只需要设计一个低电压检测电路,电压过低或者过高时停止输出就可以了

使用电压检测芯片HT7050A来设计电压的检测电路

当VCC输入低于5V时,输出脚 OUT就会输出高电平,驱动三极管Q1导通,通过Q1控制继电器或者其它后端电路就可以了
增加分压电阻,可以设计各种检测电压,比如要检测12V的电压,设计R2=2.8K,R4=2K就可以了

检测电压= (R2+R4)/R4 x 5V

这种设计非常简易、灵活,可以根据需要随意变化为欠压、过压的保护

使用分立元件设计电压检测电路

  • 比如设计一个12V的电压检测电路,使用12V的稳压管D1来钳制Q2的基极电压
  • 电压低于12V时,Q2不导通,PMOS管Q3导通,后端VCC有电压输出
  • 电压升高到12.5V以上时,由于Q2的基极电压受稳压管D1钳制,还是12V,Q2会开始导通,导制PMOS管Q3关闭,后端VCC就没有电压输出了。

当然也可以使用运放来设计电压比较电路,想学习更多电路设计的经验和技巧,记得关注我哦!

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对于下面两个网友提供的电路,无一例外都有一个致命的缺陷。

那就是在保护电压的临界点附近,会出现保护和正常工作的反复振荡。

比如保护电压是12V,当电压上升到12V时,保护电路开启输出,这里由于负载的增加,12V电压稍有一点电压的跌落,可能就几十mV的跌落,保护电路又关闭输出。

从而在临界点附近就出现了关闭/开启的快速振荡,可能造成设备的损坏。

为了解决这个问题,我们需要设计一个具有迟滞效应的保护电路。

可以用迟滞比较器来实现,迟滞比较器可以通过比较器的输出正反馈实现,比如比较器的比较基准电压是2.5V,滞回范围是0.5V。

则当输入电压从0V上升到2.5V时,比较器输出低,比较基准电平下降为2.25V。

此时,输入电压稍有跌落,只要不低于2.25V,就不会再输出高.

当输入电压从高电平下降到2.5V,比较器输出高,比较基准电平上升为2.75V.

此时,输入电压稍有上升,只要不高于2.75V,就不会再输出低.

根据上面的分析,我利用迟滞比较器设计了以下的欠压保护电路:

  • D1是2.5V稳压二极管,可以用高精度的TL431替换.
  • U1A是运放LM339,输出高时为开漏,所以输出通过R4上拉至电源,
  • R3是正反馈电阻,用于实现迟滞效果.
  • 可调电阻R8用来调节保护电压,如果12V的保护电压,可以将可调电阻的比例设置为20%左右.
  • Q1的用来做开关控制用的PNP三极管,如果负载电流大,可以用PMOS替换.

如果我们把可调电阻的比例设到20%,比较基准电压为2.5/20%=12.5V

根据电压叠加原理,当比较器输出低时,2.5V稳压值在同相端的分压为,2.47V.

对应电源电压为2.47/20%=12.35V.

当比较器输出高时,电源电压为12V,同相端的电压大概为2.585V.

对应电源电压为12.9V.

也就是当电源电压从0V上升,到12.9V以上时,Q1导通,电源打开,负载开始工作.
当电源电压从12.9V以上,下降到12.35V以下时,Q1截止,电源关闭,负载结束工作.

所以该电路的滞回范围为12.9-12.35=0.55V.


IT自动化交流


下列是原理图,标注有宽电压输入经过电容共模电感,TVS管。这是常见的输入电源处理,当然也会有防反接保护,D9的作用是保证MOS管GS电压不会太高,一般最高25伏左右,临界导通电压4伏,也就是说9.1V肯定处于饱和导通状态。

一,当电压由零伏上升时到达12V左右,Q2导通,D9导通导致Q5导通电源打开了,当电压一直上升,Q2和D9状态不变,然而当D6随着电压上升,导通电流达到Q4饱和电流,Q5的导通偏置电压拉低,MOS管关闭。电源没有输出。

二,当电压又恢复到12V到60伏。Q2正常导通,Q4截止。MOS正常导通。当然要注意R17,R18电阻的功率。行为输入电压升高他的功率也会增加。

另外两幅图是二极管电流和稳压管两端电压曲线图。



电子芯库


看了提问者的描述,其想设计一个欠压保护电路,并要求该电路在电压正常时,又可以恢复正常工作。实现这个功能,采用一个电压比较器和继电器(或三极管电子开关)即可实现,电路如下图所示。


上图中的TL431是一款基准电压源IC,在电路中一般作为2.5V的精密基准电压源使用,这里将该IC变通一下,将其作为一个电压比较器使用(该IC的内部结构决定了其可以作为比较器使用)。

电路中的Vin端接需要检测的电压(一般为电池电压),当Vin端的电压高于设定电压时,经电位器RP分压后IC(TL431)的R端(①脚)电压≥2.5V,此时其K端(③脚)输出为低电平,三极管A1015导通,继电器触点闭合,该触点控制的负载得电工作。当Vin端的电压低于设定电压时,IC的R端电压<2.5V,此时IC的K端输出变为高电平,三极管截止,继电器触点断开,切断负载电源,避免电池过放电。当Vin端电压达到设定电压时,三极管重新导通,负载又恢复正常工作。


上图为TL431的内部电路框图。从图中可见,该IC的R端为同相输入端,K端为三极管的集电极,故这种结构可以变通作为电压比较器使用。


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方法有很多简单的就是用比较器运放


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