7. 分析一个极简的电源电压检测电路 #零基础学电子 #创作者中心 #创作灵感
本次分享主题为极简电源电压检测电路分析。电源电压检测是嵌入式设备基础功能,电池供电产品可通过电压监测判断剩余电量,提醒充电换电;同时实现断电记忆功能:电源断开后,依靠并联电解电容储能短时供电,将RAM数据写入Flash、EEPROM等非易失存储器,上电恢复数据,该功能需通过50ms电源瞬断试验,保证电容放电50ms内后端设备正常工作。
以12V转3.3V LDO供电电路为例,负载电流50mA,LDO静态电流6mA,12V输入端总放电电流56mA;LDO最大最小压差1.1V,输入电压≥4.4V才能稳定输出3.3V,断电后电容允许压降7.6V。依据电容公式I=C·du/dt核算,理论所需电容368μF。仿真验证,电容56mA恒流放电至4.4V时长为49.9ms,和理论计算完全匹配。
铝电解电容标称误差±20%,-40℃低温下容量再衰减10%,综合按30%容量损耗核算,实际需求容量525μF,工程选型680μF标准电容,满足工况要求。
断电记忆存储介质需匹配50ms储能时长:STM32F103内部Flash单页擦除最大40ms,50组数据双备份耗时87ms,不满足50ms要求,需100ms以上瞬断时长;外置MX25L系列SPI Flash按扇区擦除,耗时40-200ms,无法适配;AT24C系列EEPROM页写入速度快,100字节数据双备份总耗时36ms,预留充足程序执行时间,可满足需求;成本充足时选用FRAM铁电存储器最佳,无擦写次数限制、写入极速,无需电压断电检测即可随时存储数据。
软件层面MCU中断资源有限,MODBUS通信等高实时业务放入中断,断电检测、数据存储放在主循环轮询,代码禁止软件延时、硬件标志死等待,需核算中断与主程序最大执行时长,避免延误数据保存。同时FLASH、EEPROM有擦写寿命上限,高频变量实时写入会快速耗尽寿命,需依托分区读写算法优化。
基础电阻分压检测电路存在两大缺陷:一是静态功耗高,设备9V电池供电时,检测电路64μA工作电流,让电池续航从606天缩减至180天;增大分压电阻又会降低采样精度,受电阻误差、PCB绝缘电阻干扰。二是IO口防护不足,静电、浪涌、感性负载干扰会产生千伏尖峰脉冲,易击穿MCU内部保护二极管、损毁IO口。增加滤波电容可防雷浪涌,但电容越大断电检测响应越慢,加剧瞬断储能压力