潜通路技术分析电源电压检测电路的可靠性和失效模式

就在刚才,我发了一篇介绍控制器数据断电记忆技术方案的文章。'

潜通路技术分析电源电压检测电路的可靠性和失效模式

断电检测电路

啪一下,很快呀,几个网友给我留言。

我一看,嗷!原来是R1、R2这两个分压电阻放在了反向保护二极管的负极,他们不理解。

他们说,放在这里不能检测到电源断电。

我大意了,没有介绍其中的玄机。

看到不少网友有这样的疑问,我觉得有必须再写一篇文章从潜通路的角度把问题分析清楚。

什么是潜通路(sneak path)

潜在通路,是指在电气/电子系统中使得系统产生非期望功能或抑制期望功能的电路,

它与硬件失效无关,而是设计者无意地设计进系统的一种潜在状态。

潜在通路的出现常常会给系统设备乃至人身造成巨大的危害。

在国内一般只有做航天、航工、军工方面的设计时才会关注它,在网上搜索这一名词,基本上搜索不到相关信息。

电源电路的正常通路

正的直流电压的通路

潜通路技术分析电源电压检测电路的可靠性和失效模式

正常电路通路

1:从D1->DC/DC->LM1117-3.3->负载,给负载供电。

2:从D1-R1->R2->单片机A/D口,给MCU检测电源电压。

3:交流电压的通路,从D1-E1&C1,交流信号被E1,C1滤除。

潜通路

因为电源供电,我们只需要从电源到负载的电流通路,从负载到电源的电流通路是非预期的,无效的。因此,我们加了一个D1做反向保护,避免形成从负载到电源的潜通路。

如果我们把R1、R2移至D1的正极时,可能会形成以下的潜通路。

潜通路技术分析电源电压检测电路的可靠性和失效模式

潜通路

当有正脉冲从电源端输入时,形成电源经过R1到电容C5以及IO口的潜通路1,

当有负脉冲从电源端输入时,形成从IO口到R2&R1到电源的反向潜通路2。

这个潜通路的存在,可能存在以下的风险:

脉冲信号的尖峰串入MCU的IO口,造成IO口损坏。

脉冲电流的尖峰产生的电磁干扰影响控制器正常工作,甚至损坏器件。

高压干扰信号的电压超过电阻R1的耐压值,导致电阻击穿损坏。

最好的防护方式是不让潜通路的形成。

因此,需要将分压电路放在反向保护二极管D1的负级。

两个不同位置的差异

如果放置到反向保护二极管D1的正极,MCU可以立即检测到掉电。

如果放置到反向保护二极管D2的后级,MCU必须以比电源电压低2V左右的电压作为判定阈值,检测到比该阈值电压低的电压才判为掉电;

控制器真实掉电到MCU检测到掉电的延时,即为电容E1从电源电压放电到阈值电压的时间。

比如,对于24V的供电电源,设定22V为阈值电压。

考虑二级管D1的压降之后,E1的放电方程为:u(t)=23.2*exp(-t/(R*C))。

如果电容为100uF,控制器工作电流为30mA(对应负载电阻为800Ohm)。

E1从23.3V放电到22V所花的时间为:

t=-800*100e-6*ln(22/23.3)=4.24ms。

放在负极跟放在正极相比,检测到掉电的时间差了4.24ms,完全可以接受。

另外,如果只需要检测掉电不需要检测电源电压,而且没有成本和PCB空间的限制,

可以采用三极管隔离来检测掉电,如下图:

潜通路技术分析电源电压检测电路的可靠性和失效模式

三极管隔离掉电检测

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页面更新:2024-05-07

标签:电压   电路   电源   负极   正极   阈值   尖峰   脉冲   负载   电阻   电容   电流   可靠性   控制器   信号   模式   系统   技术   科技

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