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eefocus_3924226 看全部
2024-9-27 09:04:46
为了设计一个有效的余电快速泄放电路,关键在于为负载电路中的大容量电容提供一个低阻抗的放电路径,以便在电源断开后能够迅速地将电容上的电荷泄放掉。

下面将介绍一种简单的余电快速泄放电路的实现方式及其原理。

电路组成

一个基本的余电快速泄放电路通常由以下几部分组成:

大容量电容:这是负载电路中的原始电容,需要快速放电。

泄放电阻:这是一个低阻值(但需要考虑功耗)的电阻,用于在电源断开后提供电容的放电路径。

可选的开关元件(MOSFET或二极管):在设计中,可能会使用一个可控开关元件来控制泄放电阻的接入,以便在需要时快速启动放电过程,而在正常工作时则断开,以减少不必要的功耗。

电路设计

简单泄放电路

对于简单的应用,可以直接将泄放电阻并联在电容的两端。这样,当电源断开时,电容会通过放电。电阻的阻值选择需要权衡放电速度和功耗:阻值越小,放电速度越快,但功耗也越大;阻值越大,功耗越小,但放电速度会减慢。

带开关的泄放电路

为了提高效率,可以使用一个开关元件(P-Channel MOSFET)来控制泄放电阻的接入。当电源关闭时,通过控制信号(可能是通过另一个微控制器或简单的延时电路触发)使MOSFET导通,从而接入泄放电阻,开始快速放电。当电容电压降低到安全水平后,再关闭MOSFET,断开泄放电阻,以减少功耗。

电路举例:

开关SW1闭合后,电压5V-In通过二极管D1成为电压4.7V-Out。因为二极管D1用了1N5819,这是一个肖特基二极管,其正向压降比较小,约为0.3V。

此时三极管Q1的b极电压为5V,e极电压为4.7V,Q1不导通。

开关SW1断开后,三极管Q1的e极电压从4.7V开始下降,b极电压从4V开始下降,Vbe = -0.7V,将Q1打开,大电容C1的电压4.7V-Out通过三极管Q1、电阻R2快速泄放到地。

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VCC供电时:

二极管D1导通:由于二极管D1的正向导通特性,当VCC施加电压时,D1会允许电流从VCC流向负载(通过RLoad)。

三极管Q12截止:此时,三极管Q12的基极没有接收到足够的电压或电流来使其导通,因此它处于截止状态,不参与VCC到负载的电流路径。

能量消耗:电阻R39(尽管在您的描述中未直接说明R39在VCC供电时的具体作用,但通常它可能与D1并联或用于其他目的)和二极管D1都会消耗一定的能量。二极管D1的压降(通常是0.2V至0.7V)和R39的电阻值(如果它确实在电流路径中)都会导致能量损失。

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VCC断电时:

二极管D1截止:当VCC断电时,二极管D1不再导通,切断了VCC到负载的电流路径。

三极管Q12导通:在设计中,当VCC断电时,可能有一个电路(反相器或延时电路)使三极管Q12的基极接收到足够的电压或电流来使其导通。这样,电容C18上储存的电荷就可以通过三极管Q12和电阻R38释放,为某些电路提供短暂的电力或进行平滑处理。

电容C18放电:电容C18在VCC供电期间会充电,当VCC断电时,它通过三极管Q12和R38放电。这个过程可以用于保护电路免受突然断电的影响,或者为某些需要逐渐关闭的电路提供时间。

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VCC供电时:

二极管D2导通,允许VCC为储能电容C19充电。此时,C19储存电能以备VCC断电时使用。

三极管Q13和Q14的基极电压不足以使它们导通(因为VCC直接通过D2为负载供电,且Q13和Q14的基极电压被下拉电阻R41拉低),所以它们处于截止状态。

VCC直接为负载RLoad供电,同时C19也在充电。

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VCC断电时:

二极管D2截止,因为VCC不再提供电压。

储能电容C19开始为负载RLoad供电,但由于负载的消耗,C19上的电压逐渐下降。

当C19上的电压下降到大约VCC-Vd-Vbe(其中Vd是二极管D2的正向导通压降,Vbe是三极管Q13的基极-发射极电压)时,三极管Q13的基极电压足够高,使其进入导通状态。

Q13导通后,通过电阻R42为Q14的基极提供电流,使Q14也导通。

Q14导通后,负载电容C21(假设这是指与负载相关的某个电容,虽然原文中未明确提及)上的电荷通过Q14和放电电阻R43快速释放,实现快速放电。

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总结:设计一个有效的余电快速泄放电路关键在于提供低阻抗放电路径。电路通常由大容量电容、泄放电阻及可选开关元件(MOSFET或二极管)组成。简单电路直接将泄放电阻并联在电容两端,但可能增加功耗。更高效的设计采用开关元件控制泄放电阻接入,以减少功耗。当VCC供电时,电容充电且泄放电路不工作;断电后,电容通过导通的三极管和泄放电阻快速放电。这种方式保护电路免受余电影响,确保安全断电。设计时应权衡放电速度与功耗,合理选择电阻值和开关元件。

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