【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(kāi)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)功能：即輸入電壓高于VINH時(shí)打開(kāi)DC/DC、LDO或負(fù)載開(kāi)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(kāi)關(guān)以斷開(kāi)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(kāi)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V_INH時(shí)輸出高給EN接通后級(jí)供電，而輸入電壓低于V_INL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(kāi)功能：即輸入電壓高于V_INH時(shí)關(guān)斷DC/DC、LDO或負(fù)載開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)后級(jí)負(fù)載供電；同時(shí)在電源電壓低于V_INL時(shí)打開(kāi)DC/DC、LDO或負(fù)載開(kāi)關(guān)以接通負(fù)載供電。輸入電壓V_IN和DC/DC、LDO或負(fù)載開(kāi)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V_INH時(shí)輸出低給EN關(guān)斷后級(jí)供電，而輸入電壓低于V_INL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(kāi)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V_INH向V_INL下降時(shí)，電壓檢測(cè)器輸出是開(kāi)漏結(jié)構(gòu)（內(nèi)部MOS管漏極開(kāi)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V_INL，然后再計(jì)算V_INH。

1.  啟動(dòng)電壓V_INL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)V_SEN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V_INL，則可以算出R₁和R₃的比例關(guān)系為：

2. 關(guān)斷電壓V_INH計(jì)算

電路上電，輸入電壓V_IN從V_INL向V_INH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)V_SEN = 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V_SEN的關(guān)系如下（按照V_INL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)V_INL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V_INH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V_INL，而R₄主要決定V_INH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(kāi)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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