项目

饼干电源:5V稳压器撬棍保护电路

2016年3月09日通过帕特里克·劳埃德

过压、过流保护电路与C-BISCUIT平台的主计算机、导航板配套使用。

C-BISCUIT系列

C-BISCUIT电源系统概述

介绍

在前面的C-BISCUIT本文中，我们设计了一个DC-DC电源转换器来调节我们的~11V电池电压到一个漂亮，干净的5.0 V。在理想世界中，这是我们所需要的，但在现实世界中，我们需要考虑在发生故障时的保护电路，即过压和过流情况。一种方法是使用一种叫做“撬棍”的电路。

一个通用的9.1 V, 250 mA撬棍电路，使用可控硅整流器，或可控硅，短路输出端子

如果电路的输入电压达到一定的阈值(在上面的例子中是9.1 V)，一个齐纳二极管击穿，导致可控硅或可控硅短路电源和地…就像你在终端上扔了一根撬棍。这迫使大量的电流通过设备，但立即降低电压。一个内联保险丝，然后电断开负载(在我们的情况下的导航板)从供应。在可控硅的情况下，当齐纳二极管击穿时，电压出现在可控硅的门端。如果这高于可控硅的栅极激活电压，设备打开。

我们的撬棍电路

我们正在实现的这个有点不同。我们正在整合一个可调齐纳二极管(技术上是一个“可调精度齐纳分流调节器”)从TI称为LM431和一个双向可控硅与可控硅相反。当参考输入电压达到2.5 V时，二极管就会击穿。这意味着它可以通过一个简单的分压器设置为几乎任何水平。R1和R2所选择的极限电压仅为6伏左右。

你会注意到在这个实现中电阻器和齐纳器是反向的。这是因为可控硅和可控硅的触发方式不同。LM431在关断时的阴极电流约为1 uA。这意味着有一个非常小的电压降R4，本质上保持MT1和可控硅门极相同的电压。当触发电压达到齐纳器崩溃时，电流开始流过R4，使水滴更大。

这就把可控硅变成了象限3操作，因为MT2和门极的电势都低于MT1。本质上，少量电流从MT1流向栅极，这就导致大量电流从MT1流向MT2。如果超过几毫安，可控硅“锁存”(锁存电流)并保持导电，直到电流小于所谓的保持电流。

当可控硅导电时，3A级汽车保险丝会熔断，保护电路。还有一个方便的，精美的LED让你知道保险丝是否烧断了。

模拟

对于大多数模拟电路，在创建原型之前模拟设计是一个非常明智的想法。SPICE是这方面的实际工具许多不同的口味和变体。从本质上说，SPICE是一个电路原语的数值微分方程求解器，可以用来给你一个很好的近似真实世界电路性能。然而，涉及复杂集成电路的非平凡电路往往很难建模。LTSpice四世是一个受欢迎的模拟器，大多数LT部分有免费的SPICE模型可供下载。我想模拟可控硅触发电路，并着手寻找齐纳二极管的模型。TI没有提供任何型号的LM431，但他们提供几个TL431，它们应该具有类似的电路行为。

在尝试将HSPICE和PSPICE模型适配到LTSpice后，结果并不理想，我最终下载了它TINA-TI(TI的香料模拟器的味道)和使用加密的蒂娜模块的TL431。我的临时分析文件位于ZIP文件在页面底部的sim卡目录中。

蒂娜示意图

1 ms瞬态分析模拟(点击查看完整尺寸)

从瞬态分析,我们可以看到,一旦输入电压达到6 V,齐纳分解和双向可控硅触发电压下降到1.8 V这是低于第三季度的门阈电压的操作我们可以安全地假定双向可控硅将开始进行,门闩直到融合打击。

布局

这个电路应该是小而不显眼的。它很瘦很长(13mm x 37mm)，这使得它可以在调节器和魔杖板之间进行焊接，并在上面有一些保护热收缩。从技术上来说，LED是可选的，但是你可以在热收缩器上切一个小缝，让LED从里面露出来，让你看到LED是否连接。

KiCad的PCB布局

呈现(上)

呈现(底部)

设计文件

所有的设计文件都在Github或者作为一个自包含的ZIP文件。ZIP文件包括原理图、布局和BOM文件以及部件库和数据表。beplay无法取钱

crowbar.zip

前进

最后一个为电力系统设计的部件是电池连接的配电板。它将允许热交换电池，而不必关闭任何东西，并将包含监测电路的电池电压和电流，可以通过标准接口，如SPI或I²我们还需要填充之前设计的电路板，并测试它们的功能。之后，软件设计就开始了。再见……同样的蝙蝠时间，同样的蝙蝠频道!

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