高電壓檢測電路的設計

近年來,電路之工作電壓不斷降低,但仍有一些電路之工作電壓是9V、12V、15V,少數還有18V或24V[陽光電子學校維修專家友情提示]。由于電壓檢測器大部分電壓在6V以下(6V以上有少數品種),如何對這些高電壓進行檢測呢?Seikc公司介紹了兩種高電壓檢測電路,可以采用6V以下之電壓檢測器加上其它元器件組成之電路來對高于6V之電壓進行檢測[陽光電子學校維修專家友情提示]。
兩種高電壓檢測電路
    Seikc公司介紹之兩種電路:分壓器法及串接二極管法[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    1.分壓器法
    它由RA、RB組成之分壓器及開漏輸出之電壓檢測器組成[陽光電子學校維修專家友情提示]。原電壓檢測器之檢測電壓為VDET,滯后電壓為VHYS,則增加了分壓器后其檢測電壓為V'DET,滯后電壓為VHYS[陽光電子學校維修專家友情提示]。V'DET及VHYS與RA、RB及VDET之關系為:
    V'_{DET}=[{(R_{A}+R_{B})}\over{R_{B}}] V_{DET}
    V'_{HYS}=[{(R_{A}+R_{B})}\over{R_{B}}] V_{HYS}
    從公式中可以看出,在檢測電壓提高之同時,其滯后電壓也相應地增加[陽光電子學校維修專家友情提示]。若RA、RB之電阻值用得較大時,實際之滯后電壓要比計算之值大一些[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    RPU是上拉電阻,CIN是消除檢測電壓中之噪聲電壓之干擾[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    例如,RA=RB=1k ,VDET=6V,則V'DET=12V(提高了一倍),V'HYS也增加了一倍[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    2.串接二極管法
    若D1、D2之正向壓降為Vf1及Vf2,則串接二極管后之檢測電壓值V'DET為V'DET=Vf1+Vf2+VDET
    二極管之正向壓降可按0.7V計算,但由于電壓檢測器之工作電流甚小(1 3 A),使二極管工作在特性之彎曲部分,其實際正向壓降要比0.7V小[陽光電子學校維修專家友情提示]。所以計算值與實際值有一定差值[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    第一種方法之優點是可以根據要求之V'DET來設定RA、RB[陽光電子學校維修專家友情提示]。缺點是改變了滯后特性,并且在RA、RB之阻值較大時,計算之V'HYS與實際V'HYS有一定差值[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    第二種方法缺點較多,當要求V'DET較高時需串接很多二極管,而且也不容易與要求之V'DET之值一致[陽光電子學校維修專家友情提示]。根據上述情況,筆者采用TL431可調基準電壓源及電壓檢測器設計了一種高電壓檢測電路[陽光電子學校維修專家友情提示]。它可以滿足高電壓之檢測,并且不會改變滯后電壓特性[陽光電子學校維修專家友情提示]。
電路工作原理
   采用TL431(或用LT1431、AIC431等)及電壓檢測器之高電壓檢測電路[陽光電子學校維修專家友情提示]。若可調基準電壓源之輸出電壓(穩壓值)為VZ,電壓檢測器之檢測電壓為VDET,則該電路之檢測電壓V'DET與VZ及VDET之關系為
    V'DET=VZ+VDET
    VZ之值由R1、R2確定,VZ與R1、R2之關系為:
    V_{Z}=2.5V(1+{R_{1}}\over{R_{2}})
    式中2.5V是TL431內部之基準電壓值[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    當要求之V'DET設定后,可根據選擇之電壓檢測器VDET來確定R1、R2及R3即可[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    該電路特點:可滿足35V以下之任何高電壓檢測設定;TL431之基準電壓精度高,溫度系數小,所以VZ之精度高、穩定性好;沒有改變原電壓檢測器之滯后電壓特性;流過TL431之工作電流IZ小,IZ=0.5 1mA[陽光電子學校維修專家友情提示]。 設計舉例 設計一個高電壓檢測電路,要求V'DET=12.25V[陽光電子學校維修專家友情提示]。選擇了電壓檢測器,其檢測電壓VDET=4.75V[陽光電子學校維修專家友情提示]。這里進行電路參數之計算,并進行電路之測試[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    可調輸出基準電壓源采用TL431C,電壓檢測器采用AN051A4.75V(CMOS輸出)[陽光電子學校維修專家友情提示]。電路及參數[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    1.VZ之計算
    VZ=V'DET-VDET=12.25-4.75=7.5V
    2.R1、R2之計算
    設R_{2}=10k ,R_{1}=({V_{Z}}\over{2.5}-1) R_{2}=20k
    3.R3之計算
    設在TL431C工作時之IZ=0.8mA,則R_{3}={12.25V-7.5V}\over{0.8mA}=5.94k R3可取6k 或6.2k
    4.VHYS之計算
    按4.75V電壓檢測器之典型VHYS=0.05VDET計算[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    VHYS=4.75V 0.05=0.237V
    按電路進行測量:VDD從低到高增加,當VDD=12.43V時,電壓檢測器輸出從L跳變為H;當VDD從大于12.43V逐漸減小時,在VDD=12.21V時,電壓檢測器輸出從H跳變到L[陽光電子學校維修專家友情提示]。將測試值與計算值列表如下作一比較,說明計算與實測之誤差較小[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    為提高精度,R1、R2應采用金屬膜電阻，精度1%[陽光電子學校維修專家友情提示]。

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