設計目標

設計說明

該欠壓保護電路使用一個帶有精密集成基準的比較器，以在電池電壓降至低于 2.0V 時在比較器輸出端 (OUT) 生成警報信號。該實現(xiàn)中的欠壓警報為低電平有效。因此，當電池電壓降至 2.0V 以下時，比較器輸出變?yōu)榈碗娖?，向監(jiān)控輸出的任何器件提供警報信號。遲滯集成在比較器中，以便在電池電壓升至 2.034V 以上時，比較器輸出將返回至邏輯高電平狀態(tài)。該電路使用漏極開路輸出比較器，從而對輸出高邏輯電平進行電平轉(zhuǎn)換，以控制數(shù)字邏輯輸入引腳。對于需要驅(qū)動 MOSFET 開關柵極的應用，最好使用具有推挽輸出的比較器。

設計說明

1. 選擇具有精密集成基準的比較器。
2. 選擇具有漏極開路輸出級的比較器，以進行電平轉(zhuǎn)換。
3. 選擇電阻分壓器的值，以便在比較器的輸入 (IN) 達到比較器的負向輸入閾值電壓 (V_IT-) 時產(chǎn)生臨界欠壓電平。

設計步驟

1. 計算所需的電阻分壓器分壓比，以便在 V_BAT 降至 2.0V 的目標欠壓電平 (V_LOW) 時比較器的輸入超過 V_IT-。TLV4021R1 數(shù)據(jù)表中的 V_IT- 為 1.18V。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{IT}-}=\frac{{\mathrm{R}}_2}{({\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2)}\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{LOW}}$
   $\frac{{\mathrm{R}}_2}{({\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2)}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{IT}-}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{LOW}}}=\frac{1.18 \mathrm{V}}{2.00 \mathrm{V}}=0.59$
2. 確認 V_LOW 的值（即欠壓警報信號置位時的電壓電平）為 2.0V。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{LOW}}=\frac{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_2}\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{IT}-}=\frac{1}{0.59}\times 1.18 \mathrm{V}=2.0 \mathrm{V}$
3. 選擇 R₁ 和 R₂ 的值，從而通過使用以下公式或使用在線工具分壓器計算器 生成 0.59 的電阻分壓器分壓比。
   如果使用以下公式，則在兆歐級別范圍內(nèi)選擇 R₂ 值并計算 R1。在該示例中，為 R₂ 選擇了值 1.54M。
   ${\mathrm{R}}_1={\mathrm{R}}_2\left(\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{LOW}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{IT}-}}-1\right)= 1.54 \mathrm{M\Omega }\left(\frac{2 \mathrm{V}}{1.18 \mathrm{V}}-1\right)=1.07 \mathrm{M\Omega }$
4. 驗證通過電阻分壓器的電流是否至少比比較器的輸入偏置電流高 100 倍。電阻器可以具有高值，以更大程度地減小電路中的功耗，而不會使電阻分壓器的誤差顯著增加。
5. 計算 V_HIGH，這是欠壓警報信號取消置位（恢復至邏輯高電平值）時的電池電壓。如果電池電壓降至 2.0V 以下或在初始啟動時升高，則比較器輸入需要超過 (V_IT+)，這是使輸出恢復至邏輯高電平的正向輸入閾值電壓。TLV4021R1 數(shù)據(jù)表中的 V_IT+ 為 1.20V。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{HIGH}}=\frac{ {\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_2}\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{IT}+}=\frac{1.07 \mathrm{M\Omega }+1.54 \mathrm{M\Omega }}{1.54 \mathrm{M\Omega }}\times 1.20\mathrm{V}=2.034 \mathrm{V}$
   

設計仿真

直流仿真結(jié)果

瞬態(tài)仿真結(jié)果

參考資料

德州儀器 (TI)，采用比較器的高側(cè)電流檢測電路 模擬工程師電路

設計特色比較器

設計備用比較器