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用電壓監(jiān)控器SGM891B實現(xiàn)電源動作靈活精準控制

發(fā)布時間:2022-03-19 來源:圣邦微電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(guān)閉供電電路,同時電源的接通或關(guān)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(diào)。


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(diào)的實現(xiàn)方案。


圣邦微電子電壓監(jiān)控器產(chǎn)品


圣邦微電子推出了一系列電壓監(jiān)控器產(chǎn)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(diào)的釋放延時,可以實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)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:


1645520083872626.png


方案說明


1645520043621048.png

圖1


如圖1所示,電源輸出接后級DC/DC、LDO或負載開關(guān),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(guān)(SGM2523等)的使能端EN。在實際應(yīng)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(guān),接通后級負載供電;同時在電源電壓低于VINL時關(guān)閉DC/DC、LDO或負載開關(guān)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(guān)的EN)的邏輯關(guān)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。


3.png

圖2


電路實現(xiàn)示意如下:


4.png

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(guān)斷后級供電。


2. 過壓關(guān)斷+遲滯打開功能:即輸入電壓高于VINH時關(guān)斷DC/DC、LDO或負載開關(guān),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(guān)以接通負載供電。輸入電壓VIN和DC/DC、LDO或負載開關(guān)使能端EN的邏輯關(guān)系如下,從圖中可以看出該電路實現(xiàn)一個遲滯比較器的功能。


5.png

圖4


電路實現(xiàn)示意如下:


1645519974270025.png

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(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)(內(nèi)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(jīng)過,而EN的漏電流可以忽略),因此可以先計算關(guān)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(guān)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(shè)選用SGM891B-1.4,遲滯電壓為7mV),那么:


1645519955268123.png


假設(shè)R1 = R2,那么有:


1645519941407586.png


對于給定的VINL,則可以算出R1和R3的比例關(guān)系為:


1645519928305579.png


2. 關(guān)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(dǎo)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(guān)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(guān)系:


1645519913645816.png


那么根據(jù)以上公式可以計算出V1和VSEN的關(guān)系如下(按照VINL計算條件,繼續(xù)假定R1 = R2):


1645519900904374.png


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:


1645519884513707.png


V1為R1和R并的分壓,那么有:


1645519862529247.png


公式7由于公式比較復(fù)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(jié):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(diào)整R1和R2的比例關(guān)系(R1和R2不一定相等)。


過壓關(guān)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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