今天，我們來(lái)聊聊怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)高可靠的負(fù)載開(kāi)關(guān)電路。從需求分析到原理實(shí)現(xiàn)，再到設(shè)計(jì)驗(yàn)證，stepbystep。

采用MCU來(lái)控制一個(gè)外部功率開(kāi)關(guān)是一個(gè)非常常見(jiàn)的需求。比如MCU（以兆易創(chuàng)新GD32E231為例）用ADC檢測(cè)電源輸出電壓，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候，需要快速切斷輸出進(jìn)行保護(hù)。

這個(gè)需求很簡(jiǎn)單，一般是這樣實(shí)現(xiàn)的——

（圖1）

 

如圖所示，Control電平控制Q1三極管的導(dǎo)通，繼而控制Q2的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)VCC輸出到OUT。

這往往是最后一道防線，如果MCU死機(jī)或跑飛，導(dǎo)致控制失效，那么可能會(huì)造成后端燒毀的嚴(yán)重后果。有沒(méi)有辦法在MCU死機(jī)或者是跑飛的情況下，電路能實(shí)現(xiàn)高可靠性的自動(dòng)的保護(hù)呢？

我們考慮，當(dāng)MCU死機(jī)或跑飛的時(shí)候，電平是固定的。也正因此才會(huì)造成失控的情況。所以我們是否可以采用電平不固定的形式來(lái)作為MCU正常工作的標(biāo)記呢？就跟有些LED指示燈一樣，閃爍的時(shí)候代表正常。

也就是說(shuō)，當(dāng)上圖的Control信號(hào)是方波的時(shí)候，代表正常，Q2導(dǎo)通。當(dāng)Control為固定電平的時(shí)候，代表異常，Q2不導(dǎo)通。這樣就能實(shí)現(xiàn)完善的保護(hù)了。

 

如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)電路呢？

Q1、Q2的導(dǎo)通截至，還是需要固定電平來(lái)進(jìn)行控制的。如果把（圖1）的Control直接改成方波，那OUT輸出也會(huì)變成方波。

（圖2）

 

以圖2為例，需要將Control連接的A點(diǎn)輸入方波，在B點(diǎn)變成高電平,把高電平和低電平輸入變成低電平。

首先，我們要解決A點(diǎn)輸入高電平或低電平的時(shí)候，B點(diǎn)為低電平。什么形式的電路能解決這個(gè)問(wèn)題呢？電容！

于是我們嘗試這樣的電路——

 

這樣確實(shí)能解決高電平或低電平輸入的時(shí)候，B點(diǎn)輸出為低電平。

但方波輸入的時(shí)候，問(wèn)題仍然存在。

怎樣在上述基礎(chǔ)上，將方波變成高電平呢？可以利用電容積分電容。利用方波給電容充電，轉(zhuǎn)化成直流電平。于是我們修改為以下電路——

 

但實(shí)測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)，這樣并不能解決問(wèn)題。C2無(wú)法實(shí)現(xiàn)充電。原因是因?yàn)殡娏鲿?huì)從C1回流回去。那怎樣解決回流問(wèn)題呢？單向?qū)?，那就是二極管唄。

 

實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，加上D2二極管之后，在B點(diǎn)測(cè)量沒(méi)有辦法達(dá)到預(yù)期的電壓。這里實(shí)際輸出是負(fù)壓。所以必須提供一個(gè)回流通道。

于是再修改為——

除了增加D1之外，同時(shí)還調(diào)整了R2和R1的順序和阻值，調(diào)整了C2的容值。阻值調(diào)整是為了減少電阻分流，使得電容充電更快。而R2同時(shí)還起到一個(gè)非常重要的作用是當(dāng)A點(diǎn)輸入為直流電平時(shí)，可以通過(guò)R2消耗C2上的能量，使得Q2關(guān)閉。

分享上圖電路設(shè)計(jì)的部分元器件如下(點(diǎn)擊查看詳情)：

元器件	商品類目	品牌推薦	廠家型號(hào)推薦
C1	貼片電容	DARFON (達(dá)方)	C1005NP0102JGT
C2	CBB電容	KEMET (基美)	R76QI24705040J
R1	貼片電阻	esistorToday (開(kāi)步電子)	ETCR0603F100KK9
D1,D2	二極管	星海	1N4148
Q1	三極管	BLUE ROCKET (藍(lán)箭)	2N3904

以上，這個(gè)電路就設(shè)計(jì)完成了。我們通過(guò)仿真可以看到——

綠色波形是A點(diǎn)輸入波形，藍(lán)色波形是Out輸出波形?？梢钥吹?，上面的電路很好實(shí)現(xiàn)了需求。