过压触发放电电路设计与调试

最近突发奇想，想设计一个电路，这个电路的功能是当电路两端电压超过某一门限时，整个电路导通，直到两端电压下降到接近0为止。如果将这个电路并联在电容两端，就可以在电容电压超过门限后将电压释放到接近0V。这种电路的行为接近单稳态电路，但与555定时芯片搭建的单稳态电路相比，我这个电路 不需要独立的供电电源 ，可以认为是个无源电路。如果将这个电路并联在RC滤波电路的电容两侧，就可以组成振荡电路，输出三角波。本文讲解一下这个电路从需求分析到设计调试的整个过程。

根据以上需求设计电路，首先需要从两个动作门限入手，再此我们把切入放电的门限称为 切入门限 ，退出放电的门限称为 退出门限 ，要求切入门限比退出门限高，因此需要一个滞环电路。

振荡电路中通常会有滞环电路，以三角波发生电路为例，可以简化为前级的滞环和后级负积分电路两部分，滞环电路内部为正反馈，环路整体反馈为负反馈。当输出电压处于滞环环宽范围内时，输出电压朝着一个方向积分，当电压接触到滞环环宽边界时，滞环电路输出反转，驱动积分电路输出朝着反方向增长，如此反复使电路输出不断反转，在输出端获得三角波，在滞环电路输出端获得方波。

三角波发生电路

如果我这个过压触发的放电电路使用运算放大器实现，那就十分简单了。但要考虑到运放需要工作在稳定的供电电压两端，这限制了应用场景。目前仅考虑使用二极管三极管电容电阻等常规分离元件实现该功能。

首先考虑可以应用自锁电路实现滞环，当达到动作门限触发自锁电路，电路输出状态转变并锁定状态，使用该状态驱动开关管放电。当电路触发放电后，需要一直将电压释放直到接近0V。电压到达接近0V时电路已经处于没有供电的状态，自锁将自动解除。

关于设计自锁电路，不知道大家还记不记得晶闸管的等效结构，两个三极管相互控制对方的基极，开通以后实现自锁，这和我们的电路行为特征十分相似。 通过分立元件实现方式如下图：

三极管自锁电路

图中的电阻可以在很大范围内进行调整，触发输入端增加了稳压管，用来设定触发门限。 该电路虽然可以用于过压触发，但并不能在V+与V-之间提供一个低阻抗的放电通路，因此还需要额外增加一个开关管Q1。

如上图增加了Q1作为放电管，Q1的门极的D2和C1用于提供放电延时，可以在前端自锁电路已经退出自锁后仍然保持一段时间放电，将电压放的更彻底一些。 电路前端放置了一个RC电路，将设计的电路并联在电容两端。

经过实验发现，电路不能正常工作，电路两端电压大约1.3V，并保持在这个电压。 经过测量几个基极节点的电压发现电路进入了线性工作状态。 当自锁电路第一次触发后，驱动放电三极管Q1，当电压逐渐下降后自锁电路还没有退出自锁状态，但三极管Q1由于发射极与集电极的电压差Vce下降，已经退出了饱和导通状态了，电流下降，最终进入了稳态。

根据这个分析，考虑提高自锁电路的退出门限电压，如此自锁电路提前退出自锁状态，使Q1关断，电容电压重新开始上升。

如上图在Q2的发射极串联了2.0V稳压管，假设稳压管为理想特性，则在电容C2电压下降到2V时触发电路会退出自锁状态，Q1关断。

从实验结果上看，已经可以退出放电状态，但放电效果并不算很理想，残压达到1.5V。 目前看来，仍然有一定风险进入线性区，假设电容电压下降过程中，Q1的驱动电压下降缓慢，则可能进入一个稳态，不能使Q1彻底关闭。 电容C1和二极管D2的存在可以一定程度上规避这个问题，相当于为关断增加了滞环。 其实这个问题可以追溯到控制环路参数的相关知识点。

目前猜测直接使用晶闸管也可以实现该功能，但不排除在晶闸管AK间电压下降到一定程度时进入并保持在线性导通状态，后面如果有机会我会找个晶闸管试一下。