高电压检测电路的设计

近年来,电路之工作电压不断降低,但仍有一些电路之工作电压是9V、12V、15V,少数还有18V或24V[阳光电子学校维修专家友情提示]。由于电压检测器大部分电压在6V以下(6V以上有少数品种),如何对这些高电压进行检测呢?Seikc公司介绍了两种高电压检测电路,可以采用6V以下之电压检测器加上其它元器件组成之电路来对高于6V之电压进行检测[阳光电子学校维修专家友情提示]。
两种高电压检测电路
    Seikc公司介绍之两种电路:分压器法及串接二极管法[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    1.分压器法
    它由RA、RB组成之分压器及开漏输出之电压检测器组成[阳光电子学校维修专家友情提示]。原电压检测器之检测电压为VDET,滞后电压为VHYS,则增加了分压器后其检测电压为V'DET,滞后电压为VHYS[阳光电子学校维修专家友情提示]。V'DET及VHYS与RA、RB及VDET之关系为:
    V'_{DET}=[{(R_{A}+R_{B})}\over{R_{B}}] V_{DET}
    V'_{HYS}=[{(R_{A}+R_{B})}\over{R_{B}}] V_{HYS}
    从公式中可以看出,在检测电压提高之同时,其滞后电压也相应地增加[阳光电子学校维修专家友情提示]。若RA、RB之电阻值用得较大时,实际之滞后电压要比计算之值大一些[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    RPU是上拉电阻,CIN是消除检测电压中之噪声电压之干扰[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    例如,RA=RB=1k ,VDET=6V,则V'DET=12V(提高了一倍),V'HYS也增加了一倍[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    2.串接二极管法
    若D1、D2之正向压降为Vf1及Vf2,则串接二极管后之检测电压值V'DET为V'DET=Vf1+Vf2+VDET
    二极管之正向压降可按0.7V计算,但由于电压检测器之工作电流甚小(1 3 A),使二极管工作在特性之弯曲部分,其实际正向压降要比0.7V小[阳光电子学校维修专家友情提示]。所以计算值与实际值有一定差值[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    第一种方法之优点是可以根据要求之V'DET来设定RA、RB[阳光电子学校维修专家友情提示]。缺点是改变了滞后特性,并且在RA、RB之阻值较大时,计算之V'HYS与实际V'HYS有一定差值[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    第二种方法缺点较多,当要求V'DET较高时需串接很多二极管,而且也不容易与要求之V'DET之值一致[阳光电子学校维修专家友情提示]。根据上述情况,笔者采用TL431可调基准电压源及电压检测器设计了一种高电压检测电路[阳光电子学校维修专家友情提示]。它可以满足高电压之检测,并且不会改变滞后电压特性[阳光电子学校维修专家友情提示]。
电路工作原理
   采用TL431(或用LT1431、AIC431等)及电压检测器之高电压检测电路[阳光电子学校维修专家友情提示]。若可调基准电压源之输出电压(稳压值)为VZ,电压检测器之检测电压为VDET,则该电路之检测电压V'DET与VZ及VDET之关系为
    V'DET=VZ+VDET
    VZ之值由R1、R2确定,VZ与R1、R2之关系为:
    V_{Z}=2.5V(1+{R_{1}}\over{R_{2}})
    式中2.5V是TL431内部之基准电压值[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    当要求之V'DET设定后,可根据选择之电压检测器VDET来确定R1、R2及R3即可[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    该电路特点:可满足35V以下之任何高电压检测设定;TL431之基准电压精度高,温度系数小,所以VZ之精度高、稳定性好;没有改变原电压检测器之滞后电压特性;流过TL431之工作电流IZ小,IZ=0.5 1mA[阳光电子学校维修专家友情提示]。 设计举例 设计一个高电压检测电路,要求V'DET=12.25V[阳光电子学校维修专家友情提示]。选择了电压检测器,其检测电压VDET=4.75V[阳光电子学校维修专家友情提示]。这里进行电路参数之计算,并进行电路之测试[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    可调输出基准电压源采用TL431C,电压检测器采用AN051A4.75V(CMOS输出)[阳光电子学校维修专家友情提示]。电路及参数[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    1.VZ之计算
    VZ=V'DET-VDET=12.25-4.75=7.5V
    2.R1、R2之计算
    设R_{2}=10k ,R_{1}=({V_{Z}}\over{2.5}-1) R_{2}=20k
    3.R3之计算
    设在TL431C工作时之IZ=0.8mA,则R_{3}={12.25V-7.5V}\over{0.8mA}=5.94k R3可取6k 或6.2k
    4.VHYS之计算
    按4.75V电压检测器之典型VHYS=0.05VDET计算[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    VHYS=4.75V 0.05=0.237V
    按电路进行测量:VDD从低到高增加,当VDD=12.43V时,电压检测器输出从L跳变为H;当VDD从大于12.43V逐渐减小时,在VDD=12.21V时,电压检测器输出从H跳变到L[阳光电子学校维修专家友情提示]。将测试值与计算值列表如下作一比较,说明计算与实测之误差较小[阳光电子学校维修专家友情提示]。
    为提高精度,R1、R2应采用金属膜电阻，精度1%[阳光电子学校维修专家友情提示]。

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