增强供电可靠性：为欠压/过压锁定添加滞回

电阻分压器将高压衰减至低压电路可承受的电平，避免过驱动或损坏。在电源路径控制电路中，电阻分压器帮助设定电源欠压锁定（UVLO）和过压锁定（OVLO）阈值。此类电源电压合格电路见于汽车系统、电池供电便携仪器、数据处理与通信板卡。

欠压锁定（UVLO）防止下游电子系统在异常低供电电压下运行，避免系统故障。例如，数字系统在供电电压低于规格时可能表现异常甚至冻结。当电源为可充电电池时，UVLO 防止深度放电损坏电池。过压锁定（OVLO）保护系统免受损害性高供电电压。因欠压和过压阈值取决于系统有效工作范围，电阻分压器用于以同一控制电路设定自定义阈值。为在电源噪声或电阻存在下获得平滑、无抖动的锁定功能，需要阈值滞回。在讨论简单 UVLO/OVLO 电路后，本文将介绍几种添加阈值滞回的简单方法，这在默认值不足时是必要的。

欠压与过压锁定电路

图 1 显示欠压锁定电路（暂不含滞回）。它有一个比较器，其负输入端为正参考电压（V_T）。比较器控制电源开关，开启或关闭电源输入与下游电子系统间的路径。比较器正输入连接来自输入端的电阻分压器。若电源开启并从 0 V 开始上升，比较器输出初始为低，保持电源开关关断。当比较器正输入达到 V_T 时输出翻转。此时底部电阻电流为 V_T/R_B。若比较器无输入偏置电流，同电流流经 R_T。因此比较器翻转时的供电电压为 V_T + R_T × V_T/R_B = V_T × (R_B + R_T)/R_B。这是由电阻分压器设定的供电 UVLO 阈值。例如，V_T = 1 V 且 R_T = 10 × R_B 产生 11 V UVLO 阈值。低于此阈值，比较器输出低，电源开关断开；高于此 UVLO 阈值，开关闭合，电源流通为系统上电。通过改变 R_B 和 R_T 比率可轻松调整阈值。绝对电阻值由分压器预算偏置电流决定（稍后详述）。要设定 OVLO 阈值，只需交换比较器两输入（如图 2 下方比较器），使高电平输入迫使比较器输出低并断开开关。

图 1. 使用电阻分压器、比较器和电源开关的电源欠压锁定。（来源：Analog Devices）

虽非本文重点，开关可用 N 沟道或 P 沟道功率 MOSFET 实现。前文假设 N 沟道 MOSFET 开关，栅极电压低（如 0 V）时开启（高阻）。要完全关断（低阻）N 沟道 MOSFET，栅极电压须高于电源至少 MOSFET 阈值电压，需电荷泵。LTC4365、LTC4367、LTC4368 等保护控制器集成比较器和电荷泵驱动 N 沟道 MOSFET，同时保持低静态电流。P 沟道 MOSFET 不需电荷泵但栅极电压极性反转；即低电压关断、高电压开启 P 沟道开关。

回到电阻分压器：三电阻串联设定欠压和过压锁定阈值（图 2），较两个独立双电阻串联节省一路分压器偏置电流。UVLO 阈值为 V_T × (R_B + R_M + R_T)/(R_B + R_M)，OVLO 阈值为 V_T × (R_B + R_M + R_T)/R_B。与门将两比较器输出合成后送至电源开关。因此，输入电压在欠压和过压阈值之间时电源开关闭合为系统供电；否则开关断开，将电源与系统隔离。若分压器电流消耗非关切，独立欠压和过压分压器提供更大灵活性独立调整各阈值。

图 2. 使用单一电阻分压器的欠压和过压锁定。（来源：Analog Devices）

带滞回的欠压与过压锁定

图 1 中，若电源缓慢上升并含噪声，或电源固有电阻（如电池）导致负载电流致电压下降，比较器输出将随输入跨越 UVLO 阈值反复高低切换。因比较器正输入因输入噪声或负载电流经供电电阻压降反复跨越 V_T 阈值。对电池供电电路，这可能是永无止境的振荡。使用带滞回的比较器消除此抖动，使开关转换更平滑。如图 3 所示，滞回比较器对上升输入（如 V_T + 100 mV）与下降输入（如 V_T – 100 mV）呈现不同阈值。比较器层面的滞回经 R_B 和 R_T 放大为 200 mV × (R_B + R_T)/R_B（供电层面）。若供电输入端噪声或压降低于此滞回，抖动被消除。若比较器自带滞回缺失或不足，有方法添加或增加滞回。所有方法利用分压器抽头处的正反馈——例如上升比较器输入在比较器翻转时跳高。为简化，以下方程假设比较器无内在滞回。

图 3. 从分压器抽头至电源开关输出接电阻添加欠压锁定阈值滞回。（来源：Analog Devices）

从分压器至输出接电阻（图 3）：

从分压器抽头（比较器正输入）至电源开关输出接一电阻（R_H）。电源从 0 V 开始上升时，比较器正输入低于 V_T，输出低，保持电源开关关断。假设因系统负载开关输出为 0 V。因此 R_H 与 R_B 并联参与输入阈值计算。上升输入欠压阈值为 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)。开关在此阈值以上导通，连接电源至系统。计算下降输入欠压阈值时，开关闭合，R_H 与 R_T 并联，得下降输入欠压阈值：V_T × (R_B + (R_T || R_H))/R_B，其中 R_T || R_H = R_T × R_H/(R_T + R_H)。若比较器本身有滞回，前式中 V_T 替换为上升或下降比较器阈值。回顾图 1 例，V_T = 1 V，R_T = 10 × R_B，无比较器滞回或 R_H 时上升下降阈值均为 11 V。按图 3 加 R_H = 100 × R_B，得上升输入阈值 11.1 V、下降阈值 10.09 V，即 1.01 V 滞回。此法不适用 OVLO，因上升输入关断电源开关，导致 R_H 拉低比较器输入（重新导通开关）而非拉高。

切入电阻（图 4）：

另一方法是切入电阻改变底部电阻有效值。切入电阻可并联（图 4a）或串联（图 4b）。看图 4a：V_IN 低时（如 0 V），比较器输出（UV 或 OV 节点）高，导通 N 沟道 MOSFET M1，将 R_H 并联至 R_B。假设 M1 导通电阻可忽略或已含入 R_H 值。上升输入阈值同图 3：V_T × ((R_B || R_H) + R_T)/(R_B || R_H)。V_IN 超过此阈值后，比较器输出低，关断 M1，断开 R_H 与分压器。因此下降输入阈值同图 1：V_T × (R_B + R_T)/R_B。延用 V_T = 1 V，R_T = 10 × R_B，R_H = 100 × R_B 例，上升输入阈值 11.1 V，下降阈值 11 V，即 R_H 提供 100 mV 滞回。此法及后续方法可用于欠压或过压锁定，其用途取决于比较器输出如何控制电源开关（未示）。

图 4. 用切换（a）分流电阻或电流和（b）串联电阻添加欠压或过压锁定阈值滞回。（来源：Analog Devices）

图 4b 配置给出上升输入阈值 V_T × (R_B + R_T)/R_B，下降输入阈值 V_T × (R_B + R_H + R_T)/(R_B + R_H)。图 4 中 R_H = R_B/10，得上升输入阈值 11 V，下降阈值 10.091 V，即 909 mV 滞回。这表明图 4b 配置用更小 R_H 产生更大滞回。

切入电流（图 4a）：

图 4a 的电阻 R_H 可替换为电流源 I_H。此法用于 LTC4417 和 LTC4418 优先级控制器。V_IN 低时，比较器高输出使能 I_H。在上升输入阈值处，比较器负输入为 V_T。因此 R_T 电流为 I_H + V_T/R_B，得上升阈值 V_T + (I_H + V_T/R_B) × R_T = V_T × (R_B + R_T)/R_B + I_H × R_T。V_IN 超过此阈值后，比较器低输出关断 I_H。因此下降阈值同图 1：V_T × (R_B + R_T)/R_B，输入阈值滞回为 I_H × R_T。

电阻分压器偏置电流

前文方程假设比较器输入偏置电流为零，示例仅考虑电阻比而非绝对值。比较器输入有输入失调电压（V_OS）、基准不准确（可并入 V_OS）、输入偏置或漏电流（I_LK）。若图 1 翻转点分压器偏置电流 V_T/R_B 远大于输入漏电流，零漏电假设成立。例如，分压器电流为输入漏电流 100 倍，将漏电导致的输入阈值误差控 1% 以内。另法是比较漏电导致的阈值误差与失调电压误差。比较器非理想特性将图 1 输入欠压阈值方程修正为：(V_T ± V_OS) × (R_B + R_T)/R_B ± I_LK × R_T（类似前文滞回电流方程），可重写为 (V_T ± V_OS ± I_LK × R_B × R_T/(R_B + R_T)) × (R_B + R_T)/R_B。输入漏电表现为比较器阈值电压误差，可通过适当选取电阻使其相对失调电压最小化——即 I_LK × (R_B || R_T) < V_OS。

例如，LTC4367 欠压过压保护控制器 UV/OV 引脚最大漏电流 ±10 nA，UV/OV 引脚比较器 500 mV 阈值失调电压 ±7.5 mV（±1.5%）。预算 ±3 mV（±0.6%，不足 7.5 mV 失调一半）漏电导致阈值误差，得 R_B || R_T < 3 mV/10 nA = 300 kΩ。以 0.5 V 比较器阈值设 11 V 输入欠压阈值需 R_T = R_B × 10.5 V/0.5 V = 21 × R_B。故 R_B || R_T = 21 × R_B/22 < 300 kΩ，得 R_B < 315.7 kΩ。最近 1% 标准值 R_B = 309 kΩ，R_T = 6.49 MΩ。翻转点分压器偏置电流 0.5 V/309 kΩ = 1.62 µA，为 10 nA 漏电流 162 倍。此类分析在最小化分压器电流同时不增加比较器输入漏电导致的阈值误差时很重要。

结论

电阻分压器支持以同一比较器控制电路轻松调整电源欠压和过压锁定阈值。电源噪声或电阻要求阈值滞回，防止电源跨越阈值时电源开关反复开关抖动。文中展示几种实现欠压和过压锁定滞回的方法。核心原则是在比较器翻转时于分压器抽头施加正反馈。为保护控制器 IC 添加或增加滞回时，某些方法依赖比较器输出或类似信号在 IC 输出引脚的可用性。选取电阻值时，应确保比较器输入漏电流不成为阈值误差主导源。包含本文所有相关方程的综合电子表格可供下载。

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