【導讀】在電源系統(tǒng)中由于負載對電源電壓范圍有一定要求，同時給負載供電的輸入電壓可能有一定波動范圍，比如超級電容、電池等作為電源輸入時，其電壓往往有較大的波動范圍。那么在實際應用系統(tǒng)中就需要對電源進行一定控制，在監(jiān)控電源電壓的同時做出相應的動作，往往需要在電源電壓達到負載穩(wěn)定工作的電壓時才接通電源給負載供電，而在電源電壓跌落到負載即將無法穩(wěn)定工作時或超過負載能承受的電壓時就要關閉供電電路，同時電源的接通或關閉需要有一定的電壓保護區(qū)間，即遲滯功能，且遲滯區(qū)間靈活可調。

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負載的低成本、高精度且靈活可調的實現(xiàn)方案。

圣邦微電子電壓監(jiān)控器產品

圣邦微電子推出了一系列電壓監(jiān)控器產品，可以用于該功能電路，該系列電壓監(jiān)控器有如下特點：

●     300nA低功耗；

●     低至1V的超低工作電壓；

●     靈活可調的釋放延時，可以實現(xiàn)系統(tǒng)復位功能（SGM890/4/5/6/7/8/9）；

●     0.8V至5V多檔位檢測閾值電壓，電壓間隔0.1V。

參數(shù)及功能配置見下表：

方案說明

圖1

如圖1所示，電源輸出接后級DC/DC、LDO或負載開關，同時采用電壓監(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）或負載開關（SGM2523等）的使能端EN。在實際應用中：

1. 欠壓保護+過門限打開功能：即輸入電壓高于VINH時打開DC/DC、LDO或負載開關，接通后級負載供電；同時在電源電壓低于VINL時關閉DC/DC、LDO或負載開關以斷開負載供電。輸入電壓VIN和電壓監(jiān)控器輸出端OUT（即DC/DC、LDO或負載開關的EN）的邏輯關系如下，從圖中可以看出該電路實現(xiàn)一個遲滯比較器的功能。

圖2

電路實現(xiàn)示意如下：

圖3

電路可以實現(xiàn)在輸入電源電壓高于V_INH時輸出高給EN接通后級供電，而輸入電壓低于V_INL時輸出低給EN關斷后級供電。

2. 過壓關斷+遲滯打開功能：即輸入電壓高于V_INH時關斷DC/DC、LDO或負載開關，斷開后級負載供電；同時在電源電壓低于V_INL時打開DC/DC、LDO或負載開關以接通負載供電。輸入電壓V_IN和DC/DC、LDO或負載開關使能端EN的邏輯關系如下，從圖中可以看出該電路實現(xiàn)一個遲滯比較器的功能。

圖4

電路實現(xiàn)示意如下：

圖5

電路中增加一個NMOS或NPN三極管可以實現(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時輸出低給EN關斷后級供電，而輸入電壓低于V_INL時輸出高給EN接通后級供電。

參數(shù)計算

以下計算過程以圖3所示的欠壓保護+過門限打開功能電路為例。

該電路中需要根據(jù)電路啟動電壓和關斷電壓去計算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，電壓檢測器輸出是開漏結構（內部MOS管漏極開路輸出），此時OUT端口是高阻狀態(tài)，對地電流不從R₄經過，而EN的漏電流可以忽略），因此可以先計算關斷電壓V_INL，然后再計算V_INH。

1.  啟動電壓V_INL計算

如上分析，此時R₁、R₂、R₃、R₄組成的分壓關系中，電流不從R₄流過，只有R₁、R₂和R₃組成分壓電路，電路動作時V_SEN電壓是1.393V（假設選用SGM891B-1.4，遲滯電壓為7mV），那么：

假設R₁ = R₂，那么有：

對于給定的V_INL，則可以算出R₁和R₃的比例關系為：

2. 關斷電壓V_INH計算

電路上電，輸入電壓V_IN從V_INL向V_INH升高的過程中，電壓監(jiān)控器SGM891B輸出到地導通，因此R₄會有分壓，此時R₂、R₃串聯(lián)后再和R₄并聯(lián)，并聯(lián)后和R₁組成分壓關系，假定R₁和R₂之間電壓是V₁，而電路動作時V_SEN = 1.4V，因此有如下關系：

那么根據(jù)以上公式可以計算出V₁和V_SEN的關系如下（按照V_INL計算條件，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由于公式比較復雜，不再反推R₄計算過程，運算中，首先根據(jù)V_INL可以計算出k值，為了方便計算可以假定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可以計算出R并的值，再根據(jù)公式6就可以算出R₄的取值。

總結：R₁、R₂、R₃主要決定V_INL，而R₄主要決定V_INH和遲滯門限，R₁會影響R₄的取值，如果實際中R₄的值不方便選，可以調整R₁和R₂的比例關系（R₁和R₂不一定相等）。

過壓關斷+遲滯打開功能電路（圖5）運算過程和以上過程類似，不再贅述。

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