​分析电源电压检测电路的可靠性和失效模式

断电检测电路

啪一下，很快呀，几个网友给我留言。

我一看，嗷！原来是R1、R2这两个分压电阻放在了反向保护二极管的负极，他们不理解。

他们说，放在这里不能检测到电源断电。

我大意了，没有介绍其中的玄机。

看到不少网友有这样的疑问，我觉得有必须再写一篇文章从潜通路的角度把问题分析清楚。

什么是潜通路(sneak path)

潜在通路，是指在电气/电子系统中使得系统产生非期望功能或抑制期望功能的电路，

它与硬件失效无关，而是设计者无意地设计进系统的一种潜在状态。

潜在通路的出现常常会给系统设备乃至人身造成巨大的危害。

在国内一般只有做航天、航工、军工方面的设计时才会关注它，在网上搜索这一名词，基本上搜索不到相关信息。

电源电路的正常通路

正的直流电压的通路

正常电路通路

1：从D1->DC/DC->LM1117-3.3->负载，给负载供电。

2：从D1-R1->R2->单片机A/D口，给MCU检测电源电压。

3：交流电压的通路，从D1-E1&C1，交流信号被E1，C1滤除。

潜通路

因为电源供电，我们只需要从电源到负载的电流通路，从负载到电源的电流通路是非预期的，无效的。因此，我们加了一个D1做反向保护，避免形成从负载到电源的潜通路。

如果我们把R1、R2移至D1的正极时，可能会形成以下的潜通路。

潜通路

当有正脉冲从电源端输入时，形成电源经过R1到电容C5以及IO口的潜通路1，

当有负脉冲从电源端输入时，形成从IO口到R2&R1到电源的反向潜通路2。

这个潜通路的存在，可能存在以下的风险：

脉冲信号的尖峰串入MCU的IO口，造成IO口损坏。

脉冲电流的尖峰产生的电磁干扰影响控制器正常工作，甚至损坏器件。

高压干扰信号的电压超过电阻R1的耐压值，导致电阻击穿损坏。

最好的防护方式是不让潜通路的形成。

因此，需要将分压电路放在反向保护二极管D1的负级。

两个不同位置的差异

如果放置到反向保护二极管D1的正极，MCU可以立即检测到掉电。

如果放置到反向保护二极管D2的后级，MCU必须以比电源电压低2V左右的电压作为判定阈值，检测到比该阈值电压低的电压才判为掉电；

控制器真实掉电到MCU检测到掉电的延时，即为电容E1从电源电压放电到阈值电压的时间。

比如，对于24V的供电电源，设定22V为阈值电压。

考虑二级管D1的压降之后，E1的放电方程为：u(t)=23.2exp(-t/(RC))。

如果电容为100uF，控制器工作电流为30mA（对应负载电阻为800Ohm)。

E1从23.3V放电到22V所花的时间为：

t=-800100e-6ln(22/23.3)=4.24ms。

放在负极跟放在正极相比，检测到掉电的时间差了4.24ms，完全可以接受。

另外，如果只需要检测掉电不需要检测电源电压，而且没有成本和PCB空间的限制，

可以采用三极管隔离来检测掉电，如下图：

三极管隔离掉电检测

本文来源物联网全栈开发

审核编辑：汤梓红