【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中就需要對電源進行一定控制，在監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后級負載的低成本、高精度且靈活可調的實現方案。
圣邦微電子電壓監控器產品
圣邦微電子推出了一系列電壓監控器產品，可以用于該功能電路，該系列電壓監控器有如下特點：
● 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一個遲滯比較器的功能。
圖2
電路實現示意如下：
圖3
電路可以實現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一個遲滯比較器的功能。
圖4
電路實現示意如下：
圖5
電路中增加一個NMOS或NPN三極管可以實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，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，電壓監控器SGM891B輸出到地導通，因此R4會有分壓，此時R2、R3串聯后再和R4并聯，并聯后和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串聯后和R4的并聯電阻：
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，然后根據公式7和需要的VINH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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