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來源：Digi-Key 作者：Alan Yang 在電子設(shè)備的實際應(yīng)用中，可能會遇到輸入電壓不穩(wěn)的情況。例如使用電池的便攜式設(shè)備應(yīng)用，輸入電壓Vin可能很難保持非常穩(wěn)定。為了防止電壓過低或過高影響后續(xù)電路，有時有必要增加欠壓/過壓閉鎖設(shè)計。 欠壓閉鎖(UVLO)/ 過壓閉鎖(OVLO)兩個概念的定義如下： · 欠壓閉鎖(UVLO)，輸入電壓達到某一閾值，后續(xù)電路導(dǎo)通，可防止下游電子系統(tǒng)在異常低的電源電壓下工作。 · 過壓閉鎖(OVLO)，輸入電壓超過某一閾值，后續(xù)電路斷開，可保護系統(tǒng)免受極高電源電壓的影響。 本文與大家探討，如何使用比較器來實現(xiàn)欠壓/過壓閉鎖，并利用電阻分壓器調(diào)整電源欠壓和過壓閉鎖閾值，同時通過引入遲滯設(shè)計來提高整個電路抗噪聲能力。 欠壓閉鎖(UVLO) 電路設(shè)計 如下圖所示，為了實現(xiàn)欠壓閉鎖(UVLO) 電路設(shè)計，我們需要： · 一個比較器 · 一個基準電源VT · 一個功率開關(guān)（比如MOS管） · 分壓電阻，用來調(diào)節(jié)閾值 
圖1：電阻分壓設(shè)計中的欠壓閉鎖電路（圖片來源：ADI）
當(dāng)輸入電壓從0 V開始上升到UVLO閾值電壓之前，功率開關(guān)保持斷開狀態(tài)；超過UVLO閾值電壓，功率開關(guān)導(dǎo)通，整個電路正常工作。 欠壓閉鎖(UVLO) + 過壓閉鎖(OVLO)電路設(shè)計 與使用兩個電阻串聯(lián)相比，三個電阻串聯(lián)可設(shè)置欠壓和過壓閉鎖閾值。
圖2：欠壓閉鎖(UVLO) + 過壓閉鎖(OVLO)電路設(shè)計（圖片來源：ADI） 如上圖所示，兩個比較器輸出連接到邏輯與門，邏輯與門再連接功率開關(guān)。
當(dāng)輸入電壓從0V到UVLO閾值電壓，電路斷開；從UVLO閾值電壓到OVLO閾值電壓，電路導(dǎo)通；超過OVLO閾值電壓，電路斷開。 · 功率開關(guān)的選擇：N溝道MOS管 vs. P溝道MOS管 在欠壓/過壓閉鎖設(shè)計中，功率開關(guān)可以使用N溝道或P溝道MOS管來實現(xiàn)。 使用N溝道MOS管作為功率開關(guān)時，會有一個小問題, 如下圖所示：
圖3：使用N溝道MOS管，作為欠壓閉鎖電路功率開關(guān)（圖片來源：ADI） 當(dāng)柵極(G)電壓為低電壓（例如：0 V）時斷開（高電阻）。當(dāng)柵極(G)電壓為高電壓時導(dǎo)通，為了完全導(dǎo)通（低電阻）N溝道MOS管，柵極(G)電壓必須比源極電壓(S)高出MOS管閾值電壓。而導(dǎo)通時，MOS管源極(S)與漏極(D)電壓一致，也就是要求柵極(G)電壓必須比電源電壓高出MOS管閾值電壓。因此，這需要使用電荷泵來解決這個問題。 當(dāng)然，使用一些專用的欠壓/過壓保護芯片——如LTC4365、LTC4367和LTC4368——它們集成了比較器和電荷泵�？沈�(qū)動N溝道MOSFET，同時靜態(tài)功耗較低。 P溝道MOSFET不需要使用電荷泵，但柵極電壓極性相反；也就是說，低電壓時開關(guān)導(dǎo)通，而高電壓時斷開P溝道MOS管。 帶有遲滯功能的欠壓閉鎖電路/欠壓閉鎖電路 對于上面的應(yīng)用，如果輸入電壓上升緩慢并且有噪聲，或者在電池的應(yīng)用場景中，電池本身的內(nèi)阻導(dǎo)致電壓隨著負載電流變大而下降，比較器輸入電壓可能會在閾值電壓附近波動。 為了避免這種類型的波動導(dǎo)致電路的反復(fù)振蕩，需要引入遲滯來避免這種振蕩。比如使用有磁滯的比較器，或者加一些被動器件來實現(xiàn)磁滯功能，從而提高比較器抗噪聲能力。 如下圖所示，欠壓閉鎖電路中，在比較器的正輸入與輸出之間增加一個電阻（RH），來實現(xiàn)延遲。
圖4：帶有遲滯功能的欠壓閉鎖電路 （圖片來源：ADI）
舉個直觀的例子，假設(shè)VT=1V, RT=10 × RB： · 不加RH時，則上升和下降閾值為11 V（帶入公式1）。 · 增加RH = 100 × RB，則上升輸入閾值為11.1V（帶入公式4），下降閾值為10.09V（帶入公式5）；也就是說，遲滯為1.01V。注意該方法對OVLO無效。 如果過壓OVLO需要帶有遲滯功能，該如何實現(xiàn)呢？增加遲滯的另一個方法是，可以加一個開關(guān)來改變底部電阻有效值。
圖5：帶有遲滯功能的欠壓/過壓閉鎖電路 （圖片來源：ADI）
該方法在欠壓閉鎖電路和過壓閉鎖電路中均可使用。 · 帶磁滯功能的比較器 要實現(xiàn)磁滯功能，一種簡便的方法是直接使用帶磁滯功能的比較器。 可以在Digi-Key篩選器中，在類型欄中選擇“窗口”，即是帶磁滯功能的比較器。（Digi-Key帶磁滯功能比較器）
圖6：在Digi-Key網(wǎng)站中搜索帶磁滯功能比較器 這類比較器會針對上升輸入（例如：V +窗口寬度/2）和下降輸入（例如：V - 窗口寬度/2）提供不同的閾值。
圖7：帶磁滯功能比較器的輸入輸出關(guān)系（圖片來源: ADI LTC1042CN8#PBF數(shù)據(jù)手冊） 本文小結(jié) 基于比較器的相同控制電路，利用電阻分壓器，可以輕松實現(xiàn)欠壓和過壓電路設(shè)計。面對電源噪聲，可以使用帶有遲滯功能的比較器，也可以調(diào)節(jié)反饋來實現(xiàn)遲滯功能，以防止電源超過閾值時出現(xiàn)電源開關(guān)打開和關(guān)閉顫振。 |
