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    實際硬件設計中非常經典巧妙的20個電路合集,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:芯片之家(ID:chiphome-dy)

    之前做了一個經典電路分析系列的文章,反響都比較好,大家可以點文章開頭的話題標簽查閱收藏,今天我們再一起探討分享20個電路,有重復也有新的電路,大家可以收藏起來! 1、防反接保護(二極管)

    在實際電子設計中,防反接保護電路非常重要,不要覺得自己肯定不會接錯,實際上無論多么小心,還是會犯錯誤......


    最簡單的就是利用二極管了,利用二極管的單向導電性,反接的時候電路不通,但這里有個無法接受的點,就是二極管具有正向壓降,輸出端電壓會有相應的下降,比如我們輸入電壓是5V,內部的電路還要用到5V,這樣就有難度了,如果對電壓不敏感的,比如后級電路都要通過DCDC降壓,可以用肖特基二極管,壓降會小一點。還有一種是使用整流橋,即使極性接反也還能工作,缺點就是有兩個二極管的壓降。 2、防反接保護(PMOS)

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

    我們知道,PMOS在完全導通后,導通電阻是很小的,常規的幾百毫歐,有一些幾十毫歐, 我們這里在GS之間加了一個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MOS的實際特性進行齊納二極管的選擇。

    原理分析:當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,不導通,實現了防反接的功能。

    詳細的分析可以參考這篇文章:

    USB外接電源與鋰電池自動切換電路設計,你GET到精髓了嗎?


    電路倒是簡潔,但這個電路有個問題,電路會倒流。假設右側的負載是一個電池,電壓為Vb,當直流輸入突然斷開時,Q1的Vgs滿足MOS的導通條件,PMOS就會導通,電流從右側往左側倒流,就可能引發一些未知的故障。

    雖然二極管沒有反向電流(嚴格意義上有漏電流),但是這個有反向電流,如果負載有大容量電容或者是電池, 輸入端關閉時,電流會從右往左從負載端流出。當然,簡單的電路場合用這個電路也沒問題。

    3、直流浪涌電流抑制開關

    此電路可以解決負載中有大容量電容,電源端出現巨大浪涌電流的問題,啟動時緩慢升高電壓以抑制上電時的浪涌電流。

    電壓升高的時間由圖中的C1與R6決定,值增大,緩啟動的時間變長,當然,也可以按照第二點的方法,在GS間加入齊納二極管。

    詳細分析,請參考下面文章。


    精準電流走向分析,帶軟開啟功能的MOS管電源開關電路!


    如果不需要開關,可以去掉三極管部分即可,只做緩啟動功能。

    4、背靠背防倒灌

    像第二點中的防反接保護電路中說了,會有出現倒流的風險,特別是負載端是電池或者有大容量電容時,或者是電腦的USB給一些調試的同時外部還有電源,則會流向Vin測, 進而可能引發一系列的故障,那我們有沒有辦法防止倒灌呢?

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

    當Control端為低電平時,三極管Q9斷開,Q3與Q4不導通,完全關斷,并且Q3與Q4的體二極管是反向串聯的,所以不論哪個方向,都是不通的,達到防倒灌的效果。

    這個電路的缺點就是還需要一個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)

    電路仿真結果:

    看著像鏡像,其實又不是,這個電路是怎么工作的?

    左側Q6三極管,Vb = Vin - 0.65,右側Q7三極管是否導通,由Vb與Vout決定,Vb > Vout - 0.65,Q7關閉。

    上述關系演變成,Vin - 0.65 > Vout - 0.65,則晶體管 Q7 關閉;

    如果 Vin > Vout,晶體管 Q7 截止;

    當Vin輸入一定電壓,Q6飽和導通,Q7截止;MOS管柵極通過電阻接地,導通;

    如果Vin被突然關閉,Vb不再受制于輸入電壓,此時,Vb = Vout -0.65,Q7導通,MOS管G端電壓拉高,MOS管關閉,達到防止回流的效果。

    Vin > Vout,MOS打開,Vout≈Vin,理想二極管;

    Vin < Vout,MOS關閉,防止回流。

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

    該電路在Seeed Studio的板子上得到了應用,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,請大家留言區留言評論交流! 電路一共準備了20個左右,篇幅問題今天就先介紹這么多,剩下的電路下期再講,請大家轉發點贊評論三連支持老宇哥,您的轉發點贊就是我繼續創作的最佳動力! 關于電路的學習,希望大家Enjoy!

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