项目

C-BISCUIT电源:撬棍保护电路，用于5V调节器

2016年3月09日通过帕特里克·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

在前面的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

如果电路的输入电压达到某一阈值(在上面的例子中为9.1 V)，齐纳二极管就会崩溃，并导致可控硅或可控硅短路电源并对地……就像你用撬棍砸终端一样。这迫使大量电流通过设备，但立即降低电压。一个内联保险丝将然后电断开负载(在我们的情况下，Wandboard)从电源。在可控硅的情况下，当齐纳二极管崩溃，一个电压出现在可控硅的栅极端子。如果这是高于可控硅的栅极激活电压，设备打开。

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和一个双向可控硅而不是可控硅。当参考输入电压达到2.5 V时，二极管就会崩溃。这意味着它可以设置为几乎任何水平与一个简单的分压器。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和可控硅的栅极在相同的电压。当触发电压达到齐纳击穿，电流开始流过R4，导致更大的水滴穿过它。

这让可控硅进入象限3操作，因为MT2和门的电势都比MT1低。从本质上讲，一小部分电流从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，可控硅“锁存”(锁存电流)并保持导电，直到该电流小于一个量称为保持电流。

当可控硅导电时，3A的汽车保险丝会熔断，保护电路。还有一个方便的，漂亮的LED让你知道保险丝是否烧断了。

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体。SPICE本质上是一个电路原语的数值微分方程求解器，可以用来给你一个很好的真实电路性能的近似。然而，涉及复杂集成电路的非平凡电路往往很难建模。LTSpice四世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，它们应该具有类似的电路行为。

在尝试将HSPICE和PSPICE模型适应于LTSpice后，结果很平淡，最后我下载了TINA-TI(TI风格的SPICE模拟器)，并使用TL431的加密TINA模块。我的瞬态分析文件位于ZIP文件的页面底部sim卡目录中。

蒂娜示意图

1毫秒瞬态分析模拟(点击查看完整尺寸)

从瞬态分析,我们可以看到,一旦输入电压达到6 V,齐纳分解和双向可控硅触发电压下降到1.8 V这是低于第三季度的门阈电压的操作我们可以安全地假定双向可控硅将开始进行,门闩直到融合打击。

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

呈现(上)

呈现(底部)

设计文件

所有的设计文件都在Github或作为以下自包含的ZIP文件。ZIP文件中包括原理图、布局和BOM文件以及部件库和数据表。raybet开户

crowbar.zip

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!

系列的下一篇文章:C-BISCUIT:行动的大脑