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电子电路设计中,电源入口的欠压保护至关重要,它能确保电路在合适的电压条件下工作,避免因电压过低而导致的故障或损坏。下面我们将详细分析电源入口欠压保护(阈值设定电路)的相关电路方案。
在实际应用中,我们需要设计一个电源入口电路,其要求是当电源电压大于 6V 时,电源能够正常进入电路板,使电路板正常工作;而当电源电压小于 6V 时,电源无法进入电路板,电路板停止工作。这种需求类似于一个欠压锁定电路,并且该电路需要放置在电源入口处。为了实现这一功能,我们可以采用分立
元器件搭建一个阈值设定电路。
- 方案 1:比较器检测电路
利用比较器检测输入电压,并将其与参考电压进行比较,根据比较结果来控制三极管的截止和导通。当输入电压高于参考电压时,三极管导通;反之,三极管截止。这种方案的优点是电路原理相对简单,比较器的性能较为稳定,能够准确地实现电压比较功能。在一些对电压检测精度要求较高的场合,比较器检测电路是一个不错的选择。

- 方案 2:TL431 构成基准电源
利用 TL431 和三极管来实现电路控制。当输入电源达到一定范围时,TL431 能够将 Vbe 稳定在一个固定值,从而控制三极管的导通和截止。TL431 是一种常用的基准电压源,具有高精度、低温度系数等优点。通过合理选择 TL431 的参数和外部电路元件,可以实现较为的电压控制。

- 方案 3:利用数字开关,光耦或者继电器
这种方案通过数字开关、光耦或继电器来控制电源的通断。数字开关具有响应速度快、控制方便等优点;光耦能够实现电气隔离,提高电路的抗干扰能力;继电器则可以承受较大的电流和电压,适用于一些功率较大的电路。根据具体的应用需求,可以选择合适的数字开关、光耦或继电器来实现电源的控制。

- 方案 4:双开管开关,NPN 三极管 + PMOS
该方案与方案 2 和方案 3 有相似之处,但具有成本低、电路搭建简单的优点。它只需要三个主要器件:稳压管、NPN 三极管和 PMOS。下面我们将重点分析方案 4 的原理。

用一个 6V 的稳压二极管和 NPN 三极管构成控制 MOS 管门级的开关电路。当输入电压大于 6V 时,稳压二极管被击穿,形成通路,从而开启三极管。三极管导通后,会拉低 PMOS 管控制脚门级的电压,使 MOS 管导通,电源能够正常进入后级电路。当输入电压小于 6V 时,三极管关闭,通路被截断,MOS 管不导通,电源无法进入后级电路。稳压二极管的作用是将三极管 Vcb 之间的电压钳位到使三极管导通的那个值,确保三极管能够在合适的电压条件下工作。
在实际实验中,由于实验室只有 5.1V 的稳压管,我们将其替换进行实验。从仿真结果可以看出,电路在 5.5V 的时候 MOS 打开,电源电压进入后级。之后我们搭建了实际电路进行测试,实验数据表明,用三极管 NJVNJD2873T4G、稳压管 SBZX84B5V1LT 和 PMOS IPD50P04P4 搭建的电路,当电源达到 6.0V 时,电路打开,能够满足我们的设计需求。


通过对以上几种方案的分析和实验验证,我们可以看出,利用分立元器件搭建的阈值设定电路能够有效地实现电源入口的欠压保护功能。特别是方案 4,以其成本低、电路搭建简单的优势,在实际应用中具有较高的可行性。这样一个小电路在电源输入端做阈值设置是非常实用的,可以为电子设备的稳定运行提供保障。