【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VINH時輸出高給EN接通后級供電，而輸入電壓低于VINL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VINH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VINL時打開DC/DC、LDO或負載開關以接通負載供電。輸入電壓VIN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VINH時輸出低給EN關斷后級供電，而輸入電壓低于VINL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VINH向VINL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VINL，然后再計算VINH。
1. 啟動電壓VINL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VSEN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VINL，則可以算出R1和R3的比例關系為：
2. 關斷電壓VINH計算
電路上電，輸入電壓VIN從VINL向VINH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VSEN = 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VSEN的關系如下（按照VINL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)VINL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VINH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VINL，而R4主要決定VINH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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