项目

C-BISCUIT电源:撬棍保护电路，用于5V调节器

2016年3月09日经过帕特里克劳埃德

过压过流保护电路用于C-BISCUIT平台的主计算机，Wandboard。

C-BISCUIT系列

C-BISCUIT动力系统概述

介绍

在上一个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的，干净的5.0 V。在理想世界中，这就是我们所需要的，但在现实世界中，我们需要考虑保护电路，以防发生故障，即过电压和过电流情况。其中一种方法是使用一种叫做“撬棍”的电路。

一种通用的9.1 V, 250ma撬杠电路，使用可控硅整流器，或可控硅，缩短输出端子

如果对电路的输入电压达到某个阈值（在上面的示例中的9.1V），则齐纳二极管断开并使三端双向防吓或SCR转到短功率和地面......如果您在终端扔了一条撬棍。这力通过设备大量电流，但立即降低电压。然后，内联保险丝将从电源断开负载（筒中的羽筒板）。在SCR的情况下，当齐纳二极管断开时，SCR的栅极端子上出现电压。如果这是SCR的栅极激活电压，则设备亮起。

我们的撬棍电路

我们要实现的那个有点不同。我们正在整合一个可调齐纳二极管(技术上的“可调精密齐纳分流调节器”)从TI称为LM431和一个三条第三圈子而不是SCR。每当参考输入的电压达到2.5 V时，二极管会断开。这意味着它可以设置为具有简单分压器的几个级别。R1.和R2.选择的极限电压大约是6v。

您会注意到，在这个实现中，电阻和齐纳是反向的。那是因为可控硅和可控硅的触发方式不一样。LM431关断时的阴极电流约为1ua。这意味着有一个非常小的电压降R4.，基本上保持MT1和TRIAC的栅极以相同的电压。达到触发电压并齐纳断开时，电流开始流过R4.，导致更大的水滴穿过它。

这将TRIAC放入了所谓的象限3操作，由于MT2和栅极都呈低于MT1的较低电位。基本上，少量电流从MT1流到栅极，这导致大量电流从MT1流到MT2。如果这超过几毫安，则TRIAC“闩锁”（闩锁电流）并保持导通，直到电流小于称为保持电流的量。

当三端双向可控硅导道时，3A汽车保险丝将吹，保护电路。还有一个方便的人，Dandy LED如果保险丝已经吹来，请告诉您。

模拟

对于大多数模拟电路，在制作原型之前进行模拟设计是一个非常明智的想法。SPICE实际上就是这方面的工具许多不同的口味和变种。基本上是用于电路基元的数值微分方程求解器，可以使用Spice来为您提供良好的实际电路性能近似值。然而，涉及复杂IC的非平凡电路通常可以具有挑战性。LTSPICE IV.是一个流行的模拟器，大多数LT部件有免费的SPICE模型可供下载。我想模拟可调式可调式触发电路，并着手寻找齐纳二极管的模型。TI没有提供任何型号的LM431，但他们提供了几个TL431，应该具有类似的电路行为。

在尝试将HSPICE和PSPICE模型调整到LTSPICE的LTSPICE之后，我最终下载了TINA-TI.（TI的香料模拟器的味道）并使用TL431的加密TINA模块。我的瞬态分析文件位于页面底部的zip文件中SIM目录。

蒂娜原理图

1 MS瞬态分析模拟（点击全尺寸）

从瞬态分析中，我们可以看到，一旦输入电压达到约6 V，齐纳就会破裂，三端栅极电压下降到1.8 V这低于Q3操作的栅极阈值电压，因此我们可以安全地假设TRIAC将开始进行和闩锁，直到保险丝打击。

布局

这个电路应该是小而不显眼的。它又细又长(13mm x 37mm)，这使得它可以在调节器和Wandboard之间进行内联焊接，并在其上方有一些保护性的热收缩。LED在技术上是可选的，但你可以在热收缩中切一个小缝，让LED向外窥视，给你一个视觉指示连接。

KiCad中的PCB布局

渲染（顶部）

渲染（底部）

设计文件

所有设计文件都可用Github或作为下面的独立zip文件。zip文件中包含的是原理图，布局和bom文件以及部分库和数据表。ag亚博科技

撬棍

向前进

为电源系统设计的最后一个组件是电池连接的配电板。它将允许在不关闭任何东西的情况下热交换电池，并包含电池电压和电流的监测电路，可以通过SPI或I等标准接口进行通信²C.我们还需要得到以前设计的板填充和测试他们的功能。在此之后，软件设计将开始。再见……同样的蝙蝠时间，同样的蝙蝠频道!

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