【導讀】在電源系統中由于負載對電源電壓范圍有一定要求，同時(shí)給負載供電的輸入電壓可能有一定波動(dòng)范圍，比如超級電容、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)際應用系統中就需要對電源進(jìn)行一定控制，在監控電源電壓的同時(shí)做出相應的動(dòng)作，往往需要在電源電壓達到負載穩定工作的電壓時(shí)才接通電源給負載供電，而在電源電壓跌落到負載即將無(wú)法穩定工作時(shí)或超過(guò)負載能承受的電壓時(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區間，即遲滯功能，且遲滯區間靈活可調。

本文將提供一種采用圣邦微電子電壓監控器精確控制電源并根據電源電壓去接通或斷開(kāi)后級負載的低成本、高精度且靈活可調的實(shí)現方案。

圣邦微電子電壓監控器產(chǎn)品

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

●     300nA低功耗；

●     低至1V的超低工作電壓；

●     靈活可調的釋放延時(shí)，可以實(shí)現系統復位功能（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DC/DC、LDO或負載開(kāi)關(guān)，同時(shí)采用電壓監控器SGM891B監控電源的輸出電壓，電壓監控器輸出端OUT控制DC/DC（SGM61230等）、LDO（SGM2040等）或負載開(kāi)關(guān)（SGM2523等）的使能端EN。在實(shí)際應用中：

1. 欠壓保護+過(guò)門(mén)限打開(kāi)功能：即輸入電壓高于VINH時(shí)打開(kāi)DC/DC、LDO或負載開(kāi)關(guān)，接通后級負載供電；同時(shí)在電源電壓低于VINL時(shí)關(guān)閉DC/DC、LDO或負載開(kāi)關(guān)以斷開(kāi)負載供電。輸入電壓VIN和電壓監控器輸出端OUT（即DC/DC、LDO或負載開(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)現一個(gè)遲滯比較器的功能。

圖2

電路實(shí)現示意如下：

圖3

電路可以實(shí)現在輸入電源電壓高于V_INH時(shí)輸出高給EN接通后級供電，而輸入電壓低于V_INL時(shí)輸出低給EN關(guān)斷后級供電。

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或負載開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)后級負載供電；同時(shí)在電源電壓低于V_INL時(shí)打開(kāi)DC/DC、LDO或負載開(kāi)關(guān)以接通負載供電。輸入電壓V_IN和DC/DC、LDO或負載開(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)現一個(gè)遲滯比較器的功能。

圖4

電路實(shí)現示意如下：

圖5

電路中增加一個(gè)NMOS或NPN三極管可以實(shí)現將電壓監控器的輸出端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)斷后級供電，而輸入電壓低于V_INL時(shí)輸出高給EN接通后級供電。

參數計算

以下計算過(guò)程以圖3所示的欠壓保護+過(guò)門(mén)限打開(kāi)功能電路為例。

該電路中需要根據電路啟動(dòng)電壓和關(guān)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(shí)，電壓檢測器輸出是開(kāi)漏結構（內部MOS管漏極開(kāi)路輸出），此時(shí)OUT端口是高阻狀態(tài)，對地電流不從R₄經(jīng)過(guò)，而EN的漏電流可以忽略），因此可以先計算關(guān)斷電壓V_INL，然后再計算V_INH。

1.  啟動(dòng)電壓V_INL計算

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(guān)系為：

2. 關(guān)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(guò)程中，電壓監控器SGM891B輸出到地導通，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：

那么根據以上公式可以計算出V₁和V_SEN的關(guān)系如下（按照V_INL計算條件，繼續假定R₁ = R₂）：

其中k = R₁/R₃ = R₂/R₃，那么R₂ = R₁ = k × R₃

那么根據公式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(guò)程，運算中，首先根據V_INL可以計算出k值，為了方便計算可以假定R₃ = 1kΩ，接著(zhù)就可以算出R₁的值，然后根據公式7和需要的V_INH可以計算出R并的值，再根據公式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(mén)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）運算過(guò)程和以上過(guò)程類(lèi)似，不再贅述。

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