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  • 具有遲滯功能的欠壓與過(guò)壓閉鎖電路介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-04-23 15:22:43
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    具有遲滯功能的欠壓與過(guò)壓閉鎖電路介紹
    如果電源電壓上升緩慢并且有噪聲,或者如果電源本身具有電阻(如電池中的電阻),導(dǎo)致電壓隨負(fù)載電流下降,那么當(dāng)比較器輸入超過(guò)其UVLO閾值時(shí),比較器的輸出將在高電平和低電平之間反復(fù)切換。
    這是因?yàn)?,比較器的正輸入因輸入噪聲或負(fù)載電流通過(guò)電源電阻導(dǎo)致的壓降而反復(fù)高于和低于VT閾值。
    對(duì)于電池供電電路,這可能會(huì)導(dǎo)致永無(wú)休止的振蕩。使用具有遲滯功能的比較器可消除這種顫振,從而使開(kāi)關(guān)切換更順暢。
    如圖3所示,遲滯比較器針會(huì)對(duì)上升(例如:VT + 100 mV)和下降輸入(例如:VT – 100 mV)提供不同的閾值。
    比較器遲滯會(huì)隨RB和RT放大,使電源電平為200 mV × (RB + RT)/RB。如果電源輸入的噪聲或壓降低于該遲滯,就可以消除顫振。
    如果比較器不存在遲滯或遲滯較低,則有許多方法可以增加或提高遲滯。
    所有這些方法均在分壓器接頭處采用正反饋,例如:當(dāng)比較器斷路時(shí),正在上升的比較器輸入電平會(huì)更高。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),以下等式假設(shè)比較器本身沒(méi)有遲滯。
    遲滯 欠壓 過(guò)壓閉鎖電路
    圖3.通過(guò)在分壓器接頭與電源開(kāi)關(guān)輸出之間連接一個(gè)電阻來(lái)增加欠壓閉鎖閾值遲滯
    分壓器與輸出之間的電阻(圖3):
    在分壓器接頭(比較器的正輸入)與電源開(kāi)關(guān)輸出之間增加一個(gè)電阻(RH)。
    當(dāng)電源電壓從0 V開(kāi)始上升時(shí),比較器的正輸入低于VT,比較器輸出低電平,電源開(kāi)關(guān)保持關(guān)閉狀態(tài)。
    假設(shè)由于系統(tǒng)負(fù)載,開(kāi)關(guān)輸出為0 V。因此,將RH與RB并聯(lián),用于計(jì)算輸入閾值。上升輸入欠壓閾值為VT × ((RB || RH) + RT)/(RB || RH),其中:RB || RH = RB × RH/(RB + RH)。高于此閾值時(shí),開(kāi)關(guān)打開(kāi),接通系統(tǒng)電源。
    為了計(jì)算下降輸入欠壓閾值,由于開(kāi)關(guān)閉合,RH與RT并聯(lián),下降輸入欠壓閾值為:VT × (RB + (RT || RH))/RB,其中 RT || RH = RT × RH/(RT + RH)。
    如果比較器本身存在一定遲滯,則使用上一個(gè)等式中的上升或下降比較器閾值代替VT。
    圖1中的示例,VT = 1 V且RT = 10 × RB,如果不存在比較器遲滯或RH,則上升和下降閾值為11 V。
    如圖3所示,增加RH = 100 × RB,則上升輸入閾值為11.1 V,下降閾值為10.09 V;也就是說(shuō),遲滯為1.01 V。該方法對(duì)OVLO無(wú)效,因?yàn)檩斎腚娖缴仙龝?huì)關(guān)閉電源開(kāi)關(guān),從而導(dǎo)致RH將比較器輸入電平拉低(這樣會(huì)再次打開(kāi)開(kāi)關(guān))而不是拉高。
    連接開(kāi)關(guān)電阻(圖4):
    增加遲滯的另一個(gè)方法就是連接可以改變底部電阻有效值的開(kāi)關(guān)電阻。開(kāi)關(guān)電阻可以并聯(lián)(圖4a),也可以串聯(lián)(圖4b)。
    我們來(lái)看看圖4a:當(dāng)VIN為低電平(比如說(shuō)為0 V)時(shí),比較器的輸出(UV或OV)節(jié)點(diǎn))為高電平,從而打開(kāi)N溝道MOSFET M1,并將RH與RB并聯(lián)連接。
    假設(shè)M1的導(dǎo)通電阻與RH相比可以忽略不計(jì),或可以包含在RH的值中。上升輸入閾值與圖3中的相同:VT × ((RB || RH) + RT)/(RB || RH)。
    一旦VIN高于該閾值,比較器輸出就會(huì)變?yōu)榈碗娖?,從而關(guān)閉M1,并斷開(kāi)RH與分壓器的連接。
    因此,下降輸入閾值與圖1中的相同:VT × (RB + RT)/RB。繼續(xù)我們的示例,VT = 1 V,RT = 10 × RB且RH = 100 × RB,上升輸入閾值為11.1 V,下降閾值為11 V;
    也就是說(shuō),RH產(chǎn)生了100 mV的遲滯。該方法和下述方法均可用于欠壓或過(guò)壓閉鎖,因?yàn)槠溆猛救Q于比較器輸出打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)的方式(未顯示)。
    遲滯 欠壓 過(guò)壓閉鎖電路
    圖4.使用開(kāi)關(guān)(a)分流電阻或電流和(b)串聯(lián)電阻增加欠壓或過(guò)壓閉鎖閾值遲滯
    圖4b的配置可得出上升輸入閾值為:VT × (RB + RT)/RB,下降輸入閾值為:VT × (RB + RH + RT)/(RB + RH)。
    圖4中的RH = RB/10,因此上升輸入閾值為11 V,下降閾值為10.091 V,也就是說(shuō),遲滯為909 mV。這表明,圖4b配置需要一個(gè)更小的RH才能產(chǎn)生更大的遲滯。
    連接電流源(圖4a):
    圖4a的電阻RH可以使用電流源IH代替。該方法適用于LTC4417和LTC4418優(yōu)先級(jí)控制器。當(dāng)VIN為低電平時(shí),比較器的高電平輸出使能IH。輸入閾值上升時(shí),比較器的負(fù)輸入為VT。
    因此,RT中的電流為IH + VT/RB,得出的上升閾值為:VT + (IH + VT /RB) × RT = VT × (RB + RT)/RB + IH × RT。
    一旦VIN高于該閾值,比較器的低電平輸出就會(huì)關(guān)閉IH。因此,下降閾值與圖1中的相同:VT × (RB + RT)/RB,且輸入閾值遲滯為:IH × RT。
    電阻分壓器偏置電流
    之前的等式假設(shè)比較器輸入端的輸入偏置電流為0,而示例只考慮了電阻比,而未考慮絕對(duì)值。比較器輸入同時(shí)具有輸入失調(diào)電壓(VOS)、參考誤差(也可以與VOS合并),以及輸入偏置電流或漏電流(ILK)。
    如果分壓器偏置電流(圖1跳變點(diǎn)處的VT/RB)明顯大于輸入漏電流,則零泄漏假設(shè)成立。例如,如果分壓器電流是輸入漏電流的100倍時(shí),漏電流引起的輸入閾值誤差將保持在1%以下。
    另一種方法是比較漏電流引起的閾值誤差與失調(diào)電壓引起的閾值誤差。
    考慮比較器的非理想因素,圖1輸入欠壓閾值等式變?yōu)椋海╒T ± VOS) × (RB + RT)/RB ± ILK × RT(類(lèi)似于之前的遲滯電流等式),可重寫(xiě)為:(VT ± VOS ± ILK × RB × RT/(RB + RT)) × (RB + RT)/RB。
    輸入漏電流表現(xiàn)為比較器閾值電壓誤差,通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娮瑁梢员M可能降低該誤差(相對(duì)于失調(diào)電壓),也就是,ILK × (RB || RT) 《 VOS。
    舉個(gè)例子,LTC4367欠壓和過(guò)壓保護(hù)控制器UV和OV引腳的最大漏電流為±10 nA,而UV/OV引腳比較器的500 mV閾值失調(diào)電壓為±7.5 mV(500 mV的±1.5%)。
    根據(jù)預(yù)算,±3 mV(500 mV的±0.6%,或小于7.5 mV失調(diào)電壓的一半)漏電流產(chǎn)生的閾值誤差為:RB || RT 《 3 mV/10 nA = 300 kΩ。
    要使用0.5 V比較器閾值設(shè)置11 V輸入欠壓閾值,則要求:RT = RB × 10.5 V/0.5 V = 21 × RB。
    因此,RB || RT = 21 × RB/22 《 300 kΩ,則RB 《 315.7 kΩ。對(duì)于RB來(lái)說(shuō),最接近1%的標(biāo)準(zhǔn)值為309 kΩ,得出的RT為6.49 MΩ。
    跳變點(diǎn)處的分壓器偏置電流為0.5 V/309 kΩ = 1.62 μA,是10 nA漏電流的162倍。為了在不增加比較器輸入漏電流導(dǎo)致的閾值誤差的情況下盡可能降低分壓器電流,這種分析至關(guān)重要。
    結(jié)論
    在基于比較器的相同控制電路中,利用電阻分壓器可輕松調(diào)整電源欠壓和過(guò)壓閉鎖閾值。電源噪聲或電阻需要閾值遲滯,以防止電源超過(guò)閾值時(shí)出現(xiàn)電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)和關(guān)閉顫振。本文介紹了實(shí)現(xiàn)欠壓和過(guò)壓閉鎖遲滯的一些不同方法。
    基本原理是比較器斷路時(shí),在分壓器接頭處會(huì)產(chǎn)生一些正反饋。增加或提高保護(hù)控制器IC遲滯時(shí),有些方法取決于比較器輸出或IC輸出引腳的類(lèi)似信號(hào)的可用性。選擇電阻值時(shí),應(yīng)注意避免使比較器的輸入漏電流成為閾值誤差的主要來(lái)源。
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