【導讀】電dian阻zu分fen壓ya器qi將jiang高gao壓ya衰shuai減jian到dao低di壓ya電dian路lu可ke以yi承cheng受shou的de水shui平ping，而er不bu會hui過guo驅qu動dong或huo損sun壞huai。在zai電dian源yuan路lu徑jing控kong製zhi電dian路lu中zhong，電dian阻zu分fen壓ya器qi有you助zhu於yu設she置zhi電dian源yuan欠qian壓ya和he過guo壓ya鎖suo定ding閾yu值zhi。這zhe種zhong電dian源yuan電dian壓ya鑒jian定ding電dian路lu存cun在zai於yu汽qi車che係xi統tong
、電池供電的便攜式儀器以及數據處理和通信板中。

電dian阻zu分fen壓ya器qi將jiang高gao壓ya衰shuai減jian到dao低di壓ya電dian路lu可ke以yi承cheng受shou的de水shui平ping
，而er不bu會hui過guo驅qu動dong或huo損sun壞huai。在zai電dian源yuan路lu徑jing控kong製zhi電dian路lu中zhong

，電dian阻zu分fen壓ya器qi有you助zhu於yu設she置zhi電dian源yuan欠qian壓ya和he過guo壓ya鎖suo定ding閾yu值zhi。這zhe種zhong電dian源yuan電dian壓ya鑒jian定ding電dian路lu存cun在zai於yu汽qi車che係xi統tong、電池供電的便攜式儀器以及數據處理和通信板中。

欠壓鎖定 (UVLO) 可ke防fang止zhi下xia遊you電dian子zi係xi統tong在zai異yi常chang低di的de電dian源yuan電dian壓ya下xia運yun行xing，這zhe可ke能neng會hui導dao致zhi係xi統tong故gu障zhang。例li如ru，當dang電dian源yuan電dian壓ya低di於yu規gui格ge時shi，數shu字zi係xi統tong可ke能neng會hui表biao現xian不bu穩wen定ding甚shen至zhi死si機ji。當dang電dian源yuan為wei可ke充chong電dian電dian池chi時shi
，欠qian壓ya鎖suo定ding可ke防fang止zhi電dian池chi因yin深shen度du放fang電dian而er損sun壞huai。過guo壓ya閉bi鎖suo (OVLO) 保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)免(mian)受(shou)具(ju)有(you)破(po)壞(huai)性(xing)的(de)高(gao)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)影(ying)響(xiang)。由(you)於(yu)欠(qian)壓(ya)和(he)過(guo)壓(ya)閾(yu)值(zhi)取(qu)決(jue)於(yu)係(xi)統(tong)的(de)有(you)效(xiao)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)

，因(yin)此(ci)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)器(qi)用(yong)於(yu)通(tong)過(guo)相(xiang)同(tong)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)設(she)置(zhi)自(zi)定(ding)義(yi)閾(yu)值(zhi)。即(ji)使(shi)在(zai)存(cun)在(zai)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)或(huo)電(dian)阻(zu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，也(ye)需(xu)要(yao)閾(yu)值(zhi)滯(zhi)後(hou)來(lai)獲(huo)得(de)平(ping)滑(hua)且(qie)無(wu)抖(dou)動(dong)的(de)鎖(suo)定(ding)功(gong)能(neng)。在(zai)討(tao)論(lun)了(le)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de) UVLO/OVLO 電路後，

欠壓和過壓鎖定電路

圖 1. 使用電阻分壓器、比較器和電源開關的電源欠壓鎖定。（：Analog Devices）

圖 1 顯示了一個欠壓鎖定電路（目前沒有滯後）。它有一個比較器，其負輸入端帶有正參考電壓 (V T )。bijiaoqikongzhidianyuankaiguan，dakaihuoguanbidianyuanshuruhexiayoudianzixitongzhijiandelujing。bijiaoqidezhengshurucongshurulianjiedaoyigedianzufenyaqi。ruguodianyuandakaibingcong 0 V 開始上升
，則比較器輸出初為低電平，使電源開關保持關閉狀態。當比較器的正輸入達到 V T時，比較器輸出跳閘。此時底部電阻中的電流為V T /R B。R T中流過相同的電流如果比較器沒有輸入偏置電流。因此，比較器觸發時的電源電壓為 V T + R T × V T /R B = V T × (R B + R T )/R B。這是由電阻分壓器設置的電源 UVLO 閾值。例如，1 V 的 V T和 R T = 10 × R B產生 11 V 的 UVLO 閾值。低於此閾值，比較器輸出為低電平，打開電源開關；高於此 UVLO 閾值時，開關閉合，電源流過以啟動係統。通過改變 R B和 R的比例可以很容易地調整閾值噸。電阻值由為分壓器預算的偏置電流量設置（稍後會詳細介紹）。要設置 OVLO 閾值
，隻需交換比較器的兩個輸入（例如，參見圖 2 中下方的比較器），這樣一個高電平輸入會強製比較器輸出為低電平並打開開關。

雖然不是本文的重點，但可以使用 N 溝道或 P 溝道功率 MOSFET 來實現開關。前麵的討論假設一個 N 溝道 MOSFET 開關在其柵極電壓較低（例如 0 V）時打開（高電阻）。要完全關閉（低電阻）N 溝道 MOSFET
，柵極電壓必須至少高於電源電壓 MOSFET 閾值電壓，需要電荷泵。LTC4365、LTC4367和LTC4368等保護控製器集成比較器和電荷泵以驅動 N 溝道 MOSFET，同時仍然消耗低靜態電流。P 溝道 MOSFET 不需要電荷泵
，但柵極電壓極性相反
；也就是說，低電壓關閉，而高電壓打開 P 溝道 MOSFET 開關。

回到電阻分壓器：一個 3 電阻串設置欠壓和過壓鎖定閾值（圖 2），與使用兩個獨立的 2 電阻串相比，節省了一個分壓器的偏置電流。UVLO 閾值為 V T × (R B + R M + R T )/(R B + R M )
，而 OVLO 閾值為 V T × (R B + R M + R T )/R B. 與yu門men將jiang兩liang個ge比bi較jiao器qi的de輸shu出chu組zu合he在zai一yi起qi，然ran後hou將jiang其qi發fa送song到dao電dian源yuan開kai關guan。因yin此ci
，當dang輸shu入ru電dian壓ya介jie於yu欠qian壓ya和he過guo壓ya閾yu值zhi之zhi間jian時shi
，電dian源yuan開kai關guan閉bi合he為wei係xi統tong供gong電dian；否則，開關打開，斷開係統電源。如果分壓器電流消耗不是問題，則單獨的欠壓和過壓分壓器可以更靈活地獨立調整每個閾值。

圖 2. 使用單個電阻分壓器的欠壓和過壓鎖定。（：Analog Devices）

帶遲滯的欠壓和過壓閉鎖

在圖 1 中，如果電源上升緩慢且有噪聲，或者如果電源具有導致電壓隨負載電流下降的固有電阻（如電池）
，則比較器的輸出將隨著輸入反複切換高電平和低電平越過其 UVLO 閾值。這是因為由於輸入噪聲或負載電流通過電源電阻的壓降，比較器的正輸入反複高於和低於 VT閾值。對於電池供電的電路
，這可能是一個永無止境的振蕩。使用具有遲滯的比較器可消除這種顫動，使開關轉換更加平滑。如圖 3 所示，遲滯比較器針對上升輸入（例如，V T + 100 mV）和下降輸入（例如，VT – 100 毫伏）。比較器級的遲滯由 R B和 R T放大到電源級的200 mV × (R B + R T )/R B 。如(ru)果(guo)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)噪(zao)聲(sheng)或(huo)壓(ya)降(jiang)低(di)於(yu)此(ci)滯(zhi)後(hou)，則(ze)消(xiao)除(chu)了(le)顫(chan)動(dong)。如(ru)果(guo)比(bi)較(jiao)器(qi)提(ti)供(gong)的(de)遲(chi)滯(zhi)不(bu)存(cun)在(zai)或(huo)不(bu)足(zu)，則(ze)有(you)一(yi)些(xie)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)或(huo)增(zeng)加(jia)遲(chi)滯(zhi)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)都(dou)在(zai)分(fen)壓(ya)器(qi)抽(chou)頭(tou)處(chu)使(shi)用(yong)正(zheng)反(fan)饋(kui)——例如
，上升比較器輸入在比較器跳閘時跳得更高。為簡單起見，以下等式假設比較器中沒有固有滯後。

圖 3. 使用從分壓器抽頭到電源開關輸出的電阻添加欠壓鎖定閾值遲滯。（：Analog Devices）

從分壓器到輸出的電阻器（圖 3）：

從分壓器抽頭（比較器的正輸入）到電源開關輸出添加一個電阻器 (R H )。當電源從 0 V 開始上升時，比較器的正輸入低於 V T並且比較器輸出為低電平，從而使電源開關保持關閉狀態。假設由於係統負載，開關輸出為 0 V。因此
，R H與R B並聯用於輸入閾值計算。上升輸入欠壓閾值為 V T × ((R B || R H ) + R T )/(R B || R H )，其中 R B || R H = R B × R H/ (R B + R H )。開關在高於此閾值時打開，將電源連接到係統。為了計算下降輸入欠壓閾值，R H與 R T並聯，因為開關閉合，給出下降輸入欠壓閾值：V T × (R B + (R T || R H ))/R B，其中 R T || R H = R T × R H /(R T + R H )。如果比較器本身有一些遲滯，用 V T代替與前麵等式中上升或下降的比較器閾值。回想一下圖 1 的示例，其中 V T = 1 V 且 R T = 10 × R B ，在沒有比較器遲滯或 R H的情況下
，上升和下降閾值均為 11 V。添加一個 R H = 100 × R B
，如圖 3 所示，得到 11.1 V 的上升輸入閾值和 10.09 V 的下降閾值；即 1.01 V 的遲滯。此方法不適用於 OVLO，因為上升輸入會關閉電源開關
，導致 R H將比較器輸入拉低（再次打開開關）而不是拉高。

圖 4. 使用開關 (a) 分流電阻器或電流和 (b) 串聯電阻器添加欠壓或過壓鎖定閾值遲滯。（：Analog Devices）

接通電阻器（圖 4）：

添加遲滯的另一種方法是接通一個電阻器，改變底部電阻器的有效值。開關電阻器可以並聯（圖 4a）或串聯（圖 4b）。考慮圖 4a：當 V IN為低電平時（比如 0 V），比較器的輸出（UV 或 OV 節點）為高電平，從而導通 N 溝道 MOSFET M1 並將 R H與 R B並聯。假設 M1 的導通電阻與 R H相比可以忽略不計，或者包含在 R H的值中。上升輸入閾值與圖 3 中的相同：V T × ((R B || R H ) + R T )/(R B || R H )。一旦VIN高於此閾值，比較器輸出為低電平，關閉 M1 並斷開 R H與分壓器的連接。因此，下降輸入閾值與圖 1 中的相同：V T × (R B + R T )/R B。繼續我們的示例
，其中 V T = 1 V

、R T = 10 × R B和 R H = 100 × R B，上升輸入閾值為 11.1 V，下降閾值為 11 V
；即
，RH產生 100 mV 的遲滯。此方法和以下方法可用於欠壓或過壓鎖定，因為它們的用途取決於比較器輸出如何打開電源開關（未顯示）。

圖 4b 的配置給出了上升輸入閾值 V T × (R B + R T )/R B和下降輸入閾值 V T × (R B + R H + R T )/(R B + R H ). 圖 4 中的R H = R B /10，將 11 V 作為上升輸入閾值
，將 10.091 V 作為下降閾值
，即 909 mV 遲滯。這表明圖 4b 的配置需要更小的 R H才能產生更大的滯後。

切換電流（圖 4a）：

圖 4a 的電阻器 R H可以用電流源 I H代替。這種方法用於LTC4417和LTC4418優先級控製器。當 V IN低時，比較器的高輸出啟用 I H。在輸入閾值上升時，比較器的負輸入為 V T。因此
，R T中的電流為 I H + V T /R B，產生上升閾值為 V T + (I H + V T /R B ) × R T = V T × (R B+ R T )/R B + I H × R T。一旦 V IN高於該閾值
，I H就會被比較器的低輸出關閉。因此
，下降閾值與圖 1 相同：V T × (R B + R T )/R B

，輸入閾值遲滯為 I H × R T。

電阻分壓器偏置電流

前麵的方程假設比較器輸入的輸入偏置電流為零
，而示例僅考慮了電阻比而不是。比較器輸入具有輸入失調電壓 (V OS )、參考誤差（可以與 V OS合並）以及輸入偏置或漏電流 (I LK )。如果分壓器偏置電流 V T /R B在圖 1 的跳變點
，比輸入泄漏大得多。例如，100 倍於輸入泄漏電流的分壓器電流可將泄漏引起的輸入閾值誤差保持在 1% 以下。另一種方法是將泄漏引起的閾值誤差與失調電壓引起的閾值誤差進行比較。比較器的非理想性將圖 1 輸入欠壓閾值方程更改為：(V T ± V OS ) × (R B + R T )/R B ± I LK × R T（類似於前麵的遲滯電流方程），它可以重寫為 (V T ± V OS ± I LK × R B × R T /(RB + R T )) × (R B + R T )/R B。輸入泄漏表現為比較器閾值電壓中的誤差，並且可以通過適當的電阻選擇將與失調電壓相關的誤差降至，即 I LK × (R B || R T ) < V OS。

例如
，LTC4367 欠壓和過壓保護控製器的 UV 和 OV 引腳的漏電流為 ±10 nA

，而 UV/OV 引腳比較器的 500 mV 閾值失調電壓為 ±7.5 mV（500 mV 的 ±1.5%）。預算 ±3 mV（500 mV 的 ±0.6%
，或小於 7.5 mV 偏移量的一半）泄漏導致的閾值誤差給出 R B || R T < 3 mV/10 nA = 300 kΩ。要使用 0.5 V 比較器閾值設置 11 V 輸入欠壓閾值，需要 R T = R B × 10.5 V/0.5 V = 21 × R B。因此
，R B || R T = 21 × R B /22 < 300 kΩ，給出 R B < 315.7 kΩ。R B接近的 1% 標準值為 309 kΩ，得到 R T為 6.49 MΩ。跳變點的分壓器偏置電流為 0.5 V/309 kΩ = 1.62 A，是 10 nA 漏電流的 162 倍。當化分壓器電流而不增加由於比較器的輸入泄漏電流引起的閾值誤差時，這種分析很重要。

結論

電dian阻zu分fen壓ya器qi可ke通tong過guo相xiang同tong的de基ji於yu比bi較jiao器qi的de控kong製zhi電dian路lu輕qing鬆song調tiao整zheng電dian源yuan欠qian壓ya和he過guo壓ya鎖suo定ding閾yu值zhi。電dian源yuan噪zao聲sheng或huo電dian阻zu需xu要yao閾yu值zhi滯zhi後hou，以yi防fang止zhi電dian源yuan開kai關guan在zai電dian源yuan超chao過guo閾yu值zhi時shi抖dou動dong。已yi經jing展zhan示shi了le實shi現xian欠qian壓ya和he過guo壓ya閉bi鎖suo遲chi滯zhi的de幾ji種zhong不bu同tong方fang法fa。基ji本ben原yuan則ze是shi當dang比bi較jiao器qi跳tiao閘zha時shi
，在zai分fen壓ya抽chou頭tou處chu有you一yi些xie正zheng反fan饋kui。在zai添tian加jia或huo增zeng加jia保bao護hu控kong製zhi器qi IC 的遲滯時，一些方法取決於比較器輸出的可用性或 IC 輸出引腳上的類似信號。選擇電阻值時，應注意不要讓比較器的輸入泄漏成為閾值誤差的主要。

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