分压电阻，Flash，TVS管，隔离电源技术文章分享

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如何计算电压监控器分压电阻

比较器是电路设计中常用的一个模块，一般设计人员将其用在电源输入过欠压保护或者设置阈值电压。比如，当监控到电池的电压低于某一个值时，比较器的输出端会产生一个复位信号给后面的控制系统，提示系统马上要掉电。

设计的原理图如下：

VCC_BAR是系统输入的电压，阈值电压由电阻R1A和R2B的比例来决定。在选择电阻时，只要保持电阻的比例就可以保证阈值电压为同一个结果。但实际在选择时，需要权衡考虑电阻的大小和最终精度的问题。

如果选取电阻比较大，比较器的漏电流会影响阈值电压的准确性；如果选取电阻比较小，流过电阻的电流会增加，系统的功耗会增加。特别是在电池设备中，选取小阻值的电阻，对系统的待机时间和功耗的影响非常大。

在理想情况下，比较器的输入阻抗无穷大，流入比较器同相输入端的电流为0 。实际的电路，由于阻抗和漏电流的存在，流入比较器的电流不能看成是0。

电路如下：

理想条件下：

VIT为该电路设定的阈值电压。

由于IS的存在，当输入电压为VCC_BAR时，计算到参考点实际电压为：

此时电路检测到的实际阈值电压为：

则此时电路的精度为：

此时可以计算IS1为：

基于以上的参数，使用LM358做一个输入电压的欠压保护。

• 设计电路参数如下:
• 输入电压12V
• 欠压点11.5V
• 要求欠压点的精度为1%
• 设定的VREF为5V

LM358的基本参数如下：

由参数可知，IS电路为150nA。

根据上述参数，首先计算R2的阻值：

R1=767KΩ，VIT_Actual=11.499V。在实际使用过程中，不一定会有我们计算到的电阻值，这时候就要根据R1A和R2B的比例进行选择。

为了使比较器的漏电流对电路产生的影响最小，选择R1A和R2B是一般会遵循一个规则：流过分压电阻的电路IS1和IS2是漏电流的100倍。

因此，在设计电压比较器的分压电阻时，需要权衡所选阻值的大小以及比较器的选型。以及在电路最后完成时，所选用的电阻阻值也是需要考虑的一个因素。

参考文献：Optimizing Resistor Dividers at a Comparator Input

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-8320.html

串行Flash无法再次下载？检查下写保护设置

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是导致串行NOR Flash在i.MXRT下无法正常下载/启动的常见因素之Write Protection。

i.MXRT系列MCU发布已两年多了，基于i.MXRT的客户产品也越来越多，可以说是全面开花了。痞子衡作为i.MXRT产品线的系统应用工程师，早期的时候还可以尽情做参考设计，现在基本大量时间都被客户支持占据了。

因为i.MXRT系列都没有内置Flash（RT1064, RT1024等SIP型号除外），因此为其搭配一块串行NOR Flash去启动是客户项目的头等大事，而串行NOR Flash厂商非常多，客户选择余地很大，因此我们不得不与客户一起同茫茫Flash型号打交道，痞子衡也常常调侃自己已沦为Flash测试工程师。

痞子衡在支持客户解决串行NOR Flash下载启动问题过程中主要遇到几个常见因素，这几个因素可能会影响Flash在i.MXRT下无法正常使用，上两篇痞子衡分别讲了 《SFDP因素》 和 《QE bit因素》， 今天痞子衡重点跟大家聊聊Write Protection这个因素。

一、引入客户板子可以启动、无法再次下载问题

痞子衡最近遇到一个智能电表厂商客户，他们项目板卡选用的是主控i.MXRT1051 + 华邦W25Q64JVSSIQ，应用程序是MBED bootloader + User App二级加载设计，其中MBED bootloader是由Arm Pelion物联网小组主导设计的，User App是这个电表厂商自己的功能代码。

客户的问题是烧写了一个特定版本的MBED bootloader运行之后，板卡Flash无法再次做烧写了，但是板子是能够正常从Flash启动的。客户之后尝试使用了各种下载工具都不管用（J-Flash/IDE/NXP Tool等），其中下载工具包括痞子衡设计的一站式下载工具 MCUBootUtility ，于是问题就转到了痞子衡这里（好像有点躺枪的感觉）。工具后台报的错是擦除或者写入时会返回 kStatus_FlexSPINOR_CommandFailure，导致无法下载。

既然问题和特定版本的MBED bootloader有关，那看起来就是这个bootloader引入的问题，但是痞子衡拿不到客户MBED bootloader源码，无法做白盒分析。鉴于痞子衡这么多年和Flash打交道的经验，痞子衡盲猜是bootloader使能了Flash的软件写保护功能（Software Write Protection）导致的问题，于是痞子衡让客户寄来了一块板卡，实测来证实痞子衡的猜想。

二、修改SDK FlexSPI例程来读取Status Register

查看W25Q64JVSSIQ数据手册得知，软件写保护功能的配置集成在Flash器件内部非易失性Status Register中，这款Flash一共有3个8bit的Status Register（状态寄存器均支持易失性写入（即断电恢复）和非易失性写入（即断电保持），由前导的Write Enable命令类型0x06/0x50决定），并且每个Status Register都有不同的读写命令：

现在我们简单修改了下SDK里的如下flexspi nor例程（选择ram build），增加上述三个Status Register读取功能的支持，从而实测读取Status Register来做验证。

\SDK_2.9.1_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\driver_examples\flexspi\nor\polling_transfer

首先是在 app.h 和 flexspi_nor_polling_transfer.c 中将Status Register的读取命令加入到LUT表中。原来工程里已经有Status Register 1的读取支持，所以我们仅需增加Status Register 2/3的支持即可。因为这新增的两条命令，需要将CUSTOM_LUT_LENGTH由60改到64（i.MXRT1051上最大64，即支持16条LUT Sequence）……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-8266.html

一篇文章说清楚TVS管

这周四在公司见了一个供应商，他们主要做防护器件，产品用在汽车电子上比较多。在聊天的过程中了解到他们做得最好的是TVS。一年的销售额大概在几个亿。有自己的研发场地和晶圆厂，目前半导体竞争还是比较激烈，还不是我司的主力供货商，但这并不影响我问他们专业的问题。

这里其实有个容易被很多硬件工程师忽视的点——对供应商的“管控”能力也是硬件工程师必备技能之一。这里的“管控”并不是需要去管理供应商，而是和他们创造一种和谐的合作氛围。在新技术迭代，芯片遇到问题了，新方案评估，平时遇到不懂的专业问题，供应商是我们的资源和请教问题的对象。

因此，这篇文章就分享总结TVS相关内容。

1.TVS管介绍

瞬变电压抑制二极管也被称为TVS管，英文名Transient Voltage Suppression，从TVS的中文名可以看出，TVS管对电压的响应速度比较快，而且能够抑制电压的变化，且属于二极管中的一种器件。因此，TVS管会被用在电压钳位的场合。

瞬态电压抑制器的工作类似于普通的稳压管，是钳位型的干扰吸收器。其应用是与被保护设备并联使用，瞬态电压抑制器具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力，瞬态电压抑制器可用于保护设备或电路免受静电，电感性负载切换时产生的瞬变电压以及感应所产生的过电压。

TVS管的工作原理：TVS管和被保护电路并联，当电压超过TVS管的钳位电压时，TVS管立马开始工作导通，将大部分电流通过自身低阻抗分流到地上，且此时TVS管两端的电压被钳位在某一个固定的值，以至于不会因为过压而损坏后级被保护的电路，当过电压消失后，TVS管由钳位工作状态变为不工作的状态，此时TVS管不会动作，电路恢复正常。

结合器件参数，可以表述为：在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压上升到击穿电压而被击穿，随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流。同时在其两端的电压被钳位到预定的最大钳位电压以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲干扰，保护电路的过程。

整个过程工作原理示意图如下：

TVS管器件有直插型封装，贴片，单向，双向，具体如下图所示：

从上面的实物外形可以看出，TVS管的封装和二极管的封装基本一致，也正好说明了TVS管是属于二极管中的一种类型。既然TVS管是属于二极管，那么TVS管的伏安特性曲线肯定和二极管有相似的地方。

TVS transient voltage suppressor 是基于半导体硅材料，通过功率半导体工艺加工完成的，能够起到瞬态电压防护的一种半导体器件

常规的TVS处理的电压范围从5v~550V，电流从几A~几百A。（10/1000us）不等。TVS是干精细活的器件，主要应用于ESD，浪涌二次侧的防护。

TVS管内部的结构如下图所示：

2. TVS管伏安特性曲线

由于TVS管有单向和双向之分，单向可以看成是在双向的基础上增加一个二极管，因此伏安特性曲线以分析双向为主。

从下面的双向TVS管伏安特性曲线可以看出，两边是对称的，在分析的时候，只需要关注一边的特性即可。

根据TVS管的伏安特性曲线可以知 ，当电压没有超过某个值是VRWM， 此时流过TVS管的电流很小，当电压超过VC时，此时流过TVS管的电压基本不变，而流过的电流瞬间增大，因此可以起到电压钳位的作用。在下面的小节中将对TVS管伏安特性曲线上的参数进行详细的说明。

3. TVS管关键参数

下面是君耀电子的P6SMB型的TVS管器件参数

下面是音特电子SMF型TVS管的规格书

从上面两份规格书可以看出，TVS管几个关键的参数分别为：

（1) Reverse Stand-off Voltage VRWM(V)

这个参数是TVS管的可承受的反向电压，一般是写成VRWM，解释为Peak Reverse Working Voltage，反向工作电压，最大工作电压，截止电压等等。也就是当施加在TVS管两端的电压，不会引起TVS管工作，这个电压是直流电压或者交流电压峰值，在VRWM电压下，TVS管认为是不导通的。TVS的最大额定直流工作电压参数，也可被认为是所保护电路的工作电压……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-8305.html

隔离电源和非隔离电源的区别，小白必读！

在产品设计时，倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求，产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定，甚至出现高压损坏后级负载的情况，以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。

充电器也能危害生命？专家分析手机充电器内部变压器漏电，220VAC的交流电漏电到直流端，并通过数据线传导到了手机金属壳上，最终导致触电身亡，发生无可挽回的悲剧。

那么手机充电器输出端为什么会带有220V的交流电呢？隔离电源的选型要注意哪些事项？如何区分电源是隔离与非隔离？业内通用的看法是：

1、隔离电源：电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接，输入和输出之间是绝缘的高阻态，没有电流回路，如图1所示：

图1 采用变压器的隔离电源

2、非隔离电源：输入和输出之间有直接的电流回路，例如，输入和输出之间是共地的。以隔离的反激电路和非隔离的BUCK电路为例，如图2所示。

图2 非隔离电源

01 隔离电源与非隔离电源的优缺点

由上述概念可知，对于常用的电源拓扑而言，非隔离电源主要有：Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。

结合常用的隔离与非隔离电源，我们从直观上就可得出它们的一些优缺点，两者的优缺点几乎是相反的。

使用隔离或非隔离的电源，需了解实际项目对电源的需求是怎样的，但在此之前，可了解下隔离和非隔离电源的主要差别：

①隔离模块的可靠性高，但成本高，效率差点。

②非隔离模块的结构很简单，成本低，效率高，安全性能差。

因此，在如下几个场合，建议用隔离电源：

①涉及可能触电的场合，如从电网取电，转成低压直流的场合，需用隔离的AC-DC电源；

②串行通信总线通过RS-232、RS-485和控制器局域网(CAN)等物理网络传送数据，这些相互连接的系统每个都配备有自己的电源，而且各系统之间往往间隔较远，因此，我们通常需要隔离电源进行电气隔离来确保系统的物理安全，且通过隔离切断接地回路，来保护系统免受瞬态高电压冲击，同时减少信号失真；

③对外的I/O端口，为保证系统的可靠运行，也建议对I/O端口做电源隔离。

总结的表如表1所示，两者的优缺点几乎是相反的。

表1 隔离电源和非隔离电源的优缺点

02 隔离电源与非隔离电源的选择

通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电选择，我们已可做成准确的判断：

①系统前级的电源，为提高抗干扰性能，保证可靠性，一般用隔离电源。

② 电路板内的IC或部分电路供电，从性价比和体积出发，优先选用非隔离的方案。

③ 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源，为保证人身的安全，必须用隔离电源，有些场合还必须用加强隔离的电源。

④ 对于远程工业通信的供电，为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，一般用隔离电源为每个通信节点单独供电。

⑤ 对于采用电池供电，对续航力要求严苛的场合，采用非隔离供电。

通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电设计，我们可总结出其选择的场合。

1、隔离电源

• 系统前级的电源，为提高抗干扰性能，保证可靠性，一般用隔离电源；
• 对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源和白色家电，为保证人身的安全，必须用隔离电源，如MPS的MP020，为原边反馈隔离型AC-DC，适合于1~10W应用 ；
• 对于远程工业通信的供电，为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，一般用隔离电源为每个通信节点单独供电。

2、非隔离电源

• 电路板内的IC或部分电路供电，从性价比和体积出发，优先选用非隔离的方案；如MPS的MP150/157/MP174系列buck型非隔离AC-DC，适合于1~5W应用；
• 对于工作电压低于36V，采用电池供电，对续航力要求严苛的场合，优先采用非隔离供电，如MPS的MP2451/MPQ2451。

隔离电源与非隔离电源优缺点：

通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知，它们各有优势，对于一些常用的嵌入式供电选择，我们可遵循以下判断条件：

对安全有要求的场合，如需接市电的AC-DC，或医疗用的电源，为保证人身的安全，必须用隔离电源，有些场合还必须用加强隔离的电源。

一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高，但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。

03 隔离电源模块选型的注意事项

电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度，这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准，就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准，其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图为隔离电源结构图。

隔离电源结构图

作为模块电源的重要指标，标准中也规定了隔离耐压相关测试方法，简单的测试时一般采用等电位连接测试，连接示意图如下：

隔离耐压测试示意图

测试方法：

将耐压计的电压设为规定的耐压值，电流设为规定的漏电流值，时间设为规定的测试时间值；

操作耐压计开始测试，开始加压，在规定的测试时间内，模块应无击穿，无飞弧现象。

注意在测试时焊接电源模块要选取合适的温度，避免反复焊接，损坏电源模块……

查看原文：https://www.dianyuan.com/eestar/article-8325.html

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