今天，我們來聊聊怎樣設計一個高可靠的負載開關電路。從需求分析到原理實現(xiàn)，再到設計驗證，stepbystep。

采用MCU來控制一個外部功率開關是一個非常常見的需求。比如MCU（以兆易創(chuàng)新GD32E231為例）用ADC檢測電源輸出電壓，當出現(xiàn)異常情況的時候，需要快速切斷輸出進行保護。

這個需求很簡單，一般是這樣實現(xiàn)的——

（圖1）

 

如圖所示，Control電平控制Q1三極管的導通，繼而控制Q2的導通，實現(xiàn)VCC輸出到OUT。

這往往是最后一道防線，如果MCU死機或跑飛，導致控制失效，那么可能會造成后端燒毀的嚴重后果。有沒有辦法在MCU死機或者是跑飛的情況下，電路能實現(xiàn)高可靠性的自動的保護呢？

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

也就是說，當上圖的Control信號是方波的時候，代表正常，Q2導通。當Control為固定電平的時候，代表異常，Q2不導通。這樣就能實現(xiàn)完善的保護了。

 

如何實現(xiàn)這個電路呢？

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

（圖2）

 

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

首先，我們要解決A點輸入高電平或低電平的時候，B點為低電平。什么形式的電路能解決這個問題呢？電容！

于是我們嘗試這樣的電路——

 

這樣確實能解決高電平或低電平輸入的時候，B點輸出為低電平。

但方波輸入的時候，問題仍然存在。

怎樣在上述基礎上，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，轉化成直流電平。于是我們修改為以下電路——

 

但實測會發(fā)現(xiàn)，這樣并不能解決問題。C2無法實現(xiàn)充電。原因是因為電流會從C1回流回去。那怎樣解決回流問題呢？單向導通，那就是二極管唄。

 

實測發(fā)現(xiàn)，加上D2二極管之后，在B點測量沒有辦法達到預期的電壓。這里實際輸出是負壓。所以必須提供一個回流通道。

于是再修改為——

除了增加D1之外，同時還調整了R2和R1的順序和阻值，調整了C2的容值。阻值調整是為了減少電阻分流，使得電容充電更快。而R2同時還起到一個非常重要的作用是當A點輸入為直流電平時，可以通過R2消耗C2上的能量，使得Q2關閉。

分享上圖電路設計的部分元器件如下(點擊查看詳情)：

元器件	商品類目	品牌推薦	廠家型號推薦
C1	貼片電容	DARFON (達方)	C1005NP0102JGT
C2	CBB電容	KEMET (基美)	R76QI24705040J
R1	貼片電阻	esistorToday (開步電子)	ETCR0603F100KK9
D1,D2	二極管	星海	1N4148
Q1	三極管	BLUE ROCKET (藍箭)	2N3904

以上，這個電路就設計完成了。我們通過仿真可以看到——

綠色波形是A點輸入波形，藍色波形是Out輸出波形。可以看到，上面的電路很好實現(xiàn)了需求。