1 简介
在电路的设计过程中,电源设计十分重要。因为电源部分在Layout时,往往采用铺铜的方式,板卡电源部分出现问题是最头疼的(不太好飞线,直接升板可能存在其它的风险,出现问题的时候,我的表情是这样的)。今天主要来讲讲电源入口的设计,电源的入口无非包含以下几个方面: 保险丝 、 TVS管 、 防反接 、 缓启动 。下面我们将各个部分设计进行详细说明,以及在设计过程中可能出现的问题也会重点提醒大家。
2 保险丝电路设计
保险丝的主要功能是保护板载,当板卡出现短路出现过流时,能有效的保护电路。
2.1 保险丝的关键参数
本章节主要谈论在设计过程中应该注意的一些关键参数:
额定电流:是指它的的公称额定电流,即可以工作的最大电流。在选择保险丝时,会在实际电流的基础上留有50%的裕量。
案例:在实际电流1.5A的电路中,应该选择保险丝的额定电流为I = 1.5 * (1+50%) = 2.25A。
额定电压:是指它的公称额定电压,及保险丝熔断能承受的最大电压。保险丝的额定电压应该远大于实际工作电压。
案例:板载的入口电压为24V,可选用额定电压为110V的保险丝。
2.2 保险丝的分类
类型 | 描述 | |
---|---|---|
电流保险丝 | 当电流超过保险丝额定电流或者电压超过保险丝额定电压时,保险丝熔断。 | |
温度保险丝 | 是一种不可恢复的一次性热敏保护器件,有RH、RF、RY等系列,产品外观结构精巧、密封性好、动作温度灵敏可靠、电流冲击影响小、耐振动。 | |
自恢复保险丝 | 电流过大导致电路呈现开路状态的可自动恢复的保险丝,属于多次利用型,适合于过载保护电路。 |
3 TVS管电路设计
TVS管的中文名称是瞬态抑制二极管,其主要的功能是抑制浪涌,防止浪涌对电路的损害。当TVS管收到反向瞬态浪涌时,TVS管能瞬间由高阻态转换为低阻态,吸收大电流,并将电压钳位在预定的数值。
3.1 关键参数
3.2 TVS的分类
3.3 TVS的选型
在一些高速电路设计中,如果TVS选择不合适,往往会影响信号的质量。那么如何选择合适的TVS管?关键参数又是什么?高速TVS管,比较重要一个参数就是结电容,不同的选型的速率的信号,对结电容的要求不同,详见下图:(下图建议收藏)
4 防反接电路设计
防反接电路可以划分两种场景进行设计:小电流场景、大电流场景。(划分的依据2A ,个人经验)
4.1 小电流使用场景
这种方式利用的是二极管的单向单调性,分析如下:
4.2 大电流使用场景
大电流可采用PMOS或者NMOS搭建防反接电路。这里我们直接以PMOS为例:
分析 :
5 缓启动电路
电路的主要组成部分包含了R1、R2、C1、Q1组成,通过简单元器件就可以使用缓启动功能。电源的输出是由PMOS的打开和关闭控制,缓启动的实质就是让PMOS管的打开的时间变得缓慢,此处我们采取的措施是在栅极和源极之间增加一个电容C1,使PMOS的导通时间变得缓慢。导通的时间与R1、R2、C1的参数是强相关的。
下面就是有、无缓启动时,电压随时间变化的示意图:
在缓启动电路中,电阻R1、电阻R2和电容C1构成分压式RC时间常数电路,,C1并联在Q1的GS极之间,也就是Vc1=Vgs。当12V电源刚加到单板时,C1未充电,Vgs=0,MOS不导通,电源模块不供电。随后,12V通过R1,R2向C7充电,当C1的电压达到Vth时,MOS开始导通,这一阶段,完成的是延时上电的作用。
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