【導(dǎo)讀】在電源系統(tǒng)中由于負(fù)載對(duì)電源電壓范圍有一定要求，同時(shí)給負(fù)載供電的輸入電壓可能有一定波動(dòng)范圍，比如超級(jí)電容、電池等作為電源輸入時(shí)，其電壓往往有較大的波動(dòng)范圍。那么在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中就需要對(duì)電源進(jìn)行一定控制，在監(jiān)控電源電壓的同時(shí)做出相應(yīng)的動(dòng)作，往往需要在電源電壓達(dá)到負(fù)載穩(wěn)定工作的電壓時(shí)才接通電源給負(fù)載供電，而在電源電壓跌落到負(fù)載即將無(wú)法穩(wěn)定工作時(shí)或超過(guò)負(fù)載能承受的電壓時(shí)就要關(guān)閉供電電路，同時(shí)電源的接通或關(guān)閉需要有一定的電壓保護(hù)區(qū)間，即遲滯功能，且遲滯區(qū)間靈活可調(diào)。
本文將提供一種采用圣邦微電子電壓監(jiān)控器精確控制電源并根據(jù)電源電壓去接通或斷開后級(jí)負(fù)載的低成本、高精度且靈活可調(diào)的實(shí)現(xiàn)方案。
圣邦微電子電壓監(jiān)控器產(chǎn)品
圣邦微電子推出了一系列電壓監(jiān)控器產(chǎn)品，可以用于該功能電路，該系列電壓監(jiān)控器有如下特點(diǎn)：
● 300nA低功耗；
● 低至1V的超低工作電壓；
● 靈活可調(diào)的釋放延時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位功能（SGM890/4/5/6/7/8/9）；
● 0.8V至5V多檔位檢測(cè)閾值電壓，電壓間隔0.1V。
參數(shù)及功能配置見下表：
方案說(shuō)明
圖1
如圖1所示，電源輸出接后級(jí)DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)，同時(shí)采用電壓監(jiān)控器SGM891B監(jiān)控電源的輸出電壓，電壓監(jiān)控器輸出端OUT控制DC/DC（SGM61230等）、LDO（SGM2040等）或負(fù)載開關(guān)（SGM2523等）的使能端EN。在實(shí)際應(yīng)用中：
1. 欠壓保護(hù)+過(guò)門限打開功能：即輸入電壓高于VINH時(shí)打開DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)，接通后級(jí)負(fù)載供電；同時(shí)在電源電壓低于VINL時(shí)關(guān)閉DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)以斷開負(fù)載供電。輸入電壓VIN和電壓監(jiān)控器輸出端OUT（即DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)的EN）的邏輯關(guān)系如下，從圖中可以看出該電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)遲滯比較器的功能。
圖2
電路實(shí)現(xiàn)示意如下：
圖3
電路可以實(shí)現(xiàn)在輸入電源電壓高于VINH時(shí)輸出高給EN接通后級(jí)供電，而輸入電壓低于VINL時(shí)輸出低給EN關(guān)斷后級(jí)供電。
2. 過(guò)壓關(guān)斷+遲滯打開功能：即輸入電壓高于VINH時(shí)關(guān)斷DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)，斷開后級(jí)負(fù)載供電；同時(shí)在電源電壓低于VINL時(shí)打開DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)以接通負(fù)載供電。輸入電壓VIN和DC/DC、LDO或負(fù)載開關(guān)使能端EN的邏輯關(guān)系如下，從圖中可以看出該電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)遲滯比較器的功能。
圖4
電路實(shí)現(xiàn)示意如下：
圖5
電路中增加一個(gè)NMOS或NPN三極管可以實(shí)現(xiàn)將電壓監(jiān)控器的輸出端OUT的邏輯反相給使能端EN。在輸入電源電壓高于VINH時(shí)輸出低給EN關(guān)斷后級(jí)供電，而輸入電壓低于VINL時(shí)輸出高給EN接通后級(jí)供電。
參數(shù)計(jì)算
以下計(jì)算過(guò)程以圖3所示的欠壓保護(hù)+過(guò)門限打開功能電路為例。
該電路中需要根據(jù)電路啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓去計(jì)算R1、R2、R3、R4的值，為了避免R4分壓的影響（從VINH向VINL下降時(shí)，電壓檢測(cè)器輸出是開漏結(jié)構(gòu)（內(nèi)部MOS管漏極開路輸出），此時(shí)OUT端口是高阻狀態(tài)，對(duì)地電流不從R4經(jīng)過(guò)，而EN的漏電流可以忽略），因此可以先計(jì)算關(guān)斷電壓VINL，然后再計(jì)算VINH。
1. 啟動(dòng)電壓VINL計(jì)算
如上分析，此時(shí)R1、R2、R3、R4組成的分壓關(guān)系中，電流不從R4流過(guò)，只有R1、R2和R3組成分壓電路，電路動(dòng)作時(shí)VSEN電壓是1.393V（假設(shè)選用SGM891B-1.4，遲滯電壓為7mV），那么：
假設(shè)R1 = R2，那么有：
對(duì)于給定的VINL，則可以算出R1和R3的比例關(guān)系為：
2. 關(guān)斷電壓VINH計(jì)算
電路上電，輸入電壓VIN從VINL向VINH升高的過(guò)程中，電壓監(jiān)控器SGM891B輸出到地導(dǎo)通，因此R4會(huì)有分壓，此時(shí)R2、R3串聯(lián)后再和R4并聯(lián)，并聯(lián)后和R1組成分壓關(guān)系，假定R1和R2之間電壓是V1，而電路動(dòng)作時(shí)VSEN = 1.4V，因此有如下關(guān)系：
那么根據(jù)以上公式可以計(jì)算出V1和VSEN的關(guān)系如下（按照VINL計(jì)算條件，繼續(xù)假定R1 = R2）：
其中k = R1/R3 = R2/R3，那么R2 = R1 = k × R3
那么根據(jù)公式5，有：k = V1/1.4-1
R2和R3串聯(lián)后和R4的并聯(lián)電阻：
V1為R1和R并的分壓，那么有：
公式7由于公式比較復(fù)雜，不再反推R4計(jì)算過(guò)程，運(yùn)算中，首先根據(jù)VINL可以計(jì)算出k值，為了方便計(jì)算可以假定R3 = 1kΩ，接著就可以算出R1的值，然后根據(jù)公式7和需要的VINH可以計(jì)算出R并的值，再根據(jù)公式6就可以算出R4的取值。
總結(jié)：R1、R2、R3主要決定VINL，而R4主要決定VINH和遲滯門限，R1會(huì)影響R4的取值，如果實(shí)際中R4的值不方便選，可以調(diào)整R1和R2的比例關(guān)系（R1和R2不一定相等）。
過(guò)壓關(guān)斷+遲滯打開功能電路（圖5）運(yùn)算過(guò)程和以上過(guò)程類似，不再贅述。
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