一个掉电保护电路-凡亿课堂

今天我们来分享一个掉电保护电路，做这个电路的背景在于：我们一个电子设备具有很多的功能电路，也包含着不少的电源轨，不同功能电路的电源轨之间、电源和控制信号可能存在时序要求。但是一个模块难免会出现异常断电的工况，在异常断电的工况下，这些功能电路的时序（包括电源和控制信号）出现异常会导致电路异常甚至损坏，因此就需要设置一些保护措施。基于我最近遇到的问题，设计了一个12V异常断电情况下，将传感器的5V电源关断，并同时将关断信号传给主控芯片，在12V电源没有掉电到主控异常工作之前让传感器停止工作，即将需要保护的传感器的控制信号和电源关掉，以起到保护传感器的作用。掉电保护电路原理图如下（以下电路器件比较随意，只实现基本功能和提供思路，不具备选型参考）：电路主要分为4个部分：1、电压跟随器电路：一是做隔离；二是稳定输入信号我们输入电压12V本身会存在噪声，所以需要电压跟随器让这个输入信号变得更稳定，R3、R4的作用是给12V进行分压，将电压降到3V以下，保护运放（运放为3.2V供电）。2、滞回比较器：用来判断是否掉电滞回比较器的上阈值电压为1.17V；下阈值电压为1.07V（由6.7V和6.0V通过R3、R4分压得来）；回差电压为700mV；为什么不使用常规比较器而选用滞回比较器的原因在于12V正常工作时会存在500mV的波动。在掉电时，常规比较器会输出会反复振荡、输出高低高低的脉冲，这不仅不能达到保护传感器的作用，反而可能会损坏传感器。实测常规比较器在掉电时的输出振荡。滞回比较器在电压高于上阈值电压1.17V（6.7V）时输出高、在电压低于下阈值电压1.07V（6.0V）时输出低，中间有700mV的回差电压，可以覆盖500mV的电压波动。至于为什么选择6.0V作为下阈值电压，是因为低于5.0V时，12转5V的DCDC输出开始出现异常（后级电源3.3V跟着输出异常），再预留1V的压差，因此选择6.0V的下阈值，加上700mV就是上阈值电压。因为我们是低电平关断电源，在这个应用下我们要选择推挽输出而不是开漏输出的比较器，开漏输出的比较器输出端需要上拉到电源才能正常工作，这样会导致当比较器电源掉电时，输出异常出现半高电平或者高电平，从而没法实现掉电保护功能。因此选择推挽输出，可直接下拉到地，有效避免比较器电源掉电时出现的半高电平。
3、比较器供电延迟掉电电路（防止保护电路比输入更早的掉电）这个电路C3、C4主要是为了让比较器的电源延迟掉电，以防止比较器掉电时输入电源还未完全掉电，导致传感器再次进入异常工作状态；二极管U5是为了防止电源倒灌进入VCC_3V3，导致VCC_3V3输出端有着太大的电容，掉电时间长或者不能完全掉电。4、电源开关（带自动放电功能），把需要保护的电路的电源关掉这个电路就比较常规，滞回比较器电路的输出端有一个下拉电阻R7，默认状态将电源开关关闭，当电路正常上电，12V正常时，滞回比较器正输入端电压为2.10V，高于上阈值电压1.17V，滞回比较器正常输出高将传感器电源打开，当异常掉电到6.0V时滞回比较器输出低将电源关闭。我们来看RS2582的参考电路，实际上我们的设计里并没有参考设计里的输出电容，这是因为我们的目的就是在掉电时快速的将VOUT的电断掉，因此我们的设计将输出电容CL删除。我们再看看电源开关的器件框图：红框部分有一个自动放电电路，当EN使能为高时，经过反相器拉低，NMOS的栅极电压为低，栅源电压VGS小于Vth，NMOS不导通，当EN使能为低时，经过反相器拉高，VGS大于Vth，NMOS导通，导通内阻RDS几十个毫欧，将电通过NMOS进行泄放，从而达到快速关电的效果。好了，掉电保护电路分享就到这里，大弟水平有限，还有很多东西设计理解不到位，我随缘更新，大家也随缘看看。