設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)說(shuō)明

此高速、隔離式欠壓和過(guò)壓檢測(cè)電路通過(guò)具有可調(diào)閾值的雙路隔離式窗口比較器 (AMC23C14) 實(shí)現(xiàn)。此電路專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電源應(yīng)用而設(shè)計(jì)，在此類應(yīng)用中，控制器端必須檢測(cè)遠(yuǎn)程模塊電流電壓是否在有效范圍內(nèi)。

之所以選擇 AMC23C14，是因?yàn)樗哂蟹€(wěn)健的增強(qiáng)型隔離、至少 100kV/μs 的高 CMTI、可調(diào)雙通道窗口比較器閾值、寬高側(cè)電源電壓范圍（3V 至 27V）以及擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍（–40°C 至 +125°C）。

設(shè)計(jì)說(shuō)明

1. 為了更大程度地降低誤差，請(qǐng)為分壓器（R₅ 和 R₆）和閾值設(shè)置電阻器 (R₁) 選擇精密電阻器。
2. AMC23C14 由現(xiàn)場(chǎng)電源供電，并由齊納二極管和分流電阻器針對(duì)高于 30V（絕對(duì)最大電源）的電壓提供保護(hù)。
3. 請(qǐng)根據(jù)所需的工作電壓范圍，選擇分壓器和閾值設(shè)置電阻器。

設(shè)計(jì)步驟

1. 確定在電源低于 20.4V (24V – 15%) 的最低有效工作電壓時(shí)跳變內(nèi)部固定 300mV 閾值所需的分壓器分壓比。調(diào)整分壓器的總電阻，使得當(dāng) V_supp 為理想工作電壓 24V 時(shí)，將其電流設(shè)為 100μA。
   $IN=V_{supp}\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $300 mV=20.4 V\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $V_{supp}=100 \mu \mathrm{A)}\times (R_5+R_6)$
   $24 V=100 \mu \mathrm{A)}\times (R_5+R_6)$

   對(duì)方程組求解會(huì)得到 R₅ = 236kΩ、R₆ = 3.52kΩ。

   • 借助模擬工程師計(jì)算器，最接近的 E96 電阻器值為 237kΩ 和 3.48kΩ。
2. 調(diào)整閾值設(shè)置電阻器，以便在電源電壓超過(guò) 28.8V (24V + 20%) 時(shí)跳變可調(diào)閾值比較器。
   $IN=V_{supp}(\frac{R_6}{R_5+R_6}）$
   $IN=28.8 V\left(\frac{3.52 k\Omega }{237 k\Omega +3.52 k\Omega }\right)$
   $IN=0.42 V$
   $V_{ref} = IN$
   $R_1=\frac{V_{ref}}{I_{ref}}= \frac{0.42 V}{100 \mu A}=4.2 k\mathrm{\Omega }$
3. 選擇一個(gè) 27V 齊納二極管來(lái)保護(hù) AMC23C14，防止該器件因?yàn)殡妷撼^(guò)建議的工作電源電壓而受損。

設(shè)計(jì)仿真

以下圖像是欠壓和過(guò)壓檢測(cè)電路的 SPICE 仿真波形。所包含的是 VDD1 輸入，其中顯示了齊納二極管保護(hù) VDD1 輸入，防止它因?yàn)殡妷撼龉ぷ麟妷悍秶軗p。欠壓和過(guò)壓檢測(cè)電流的 SPICE 仿真 - 由小變大顯示了輸入電壓由小變大時(shí)輸出觸發(fā)點(diǎn)的 SPICE 仿真。欠壓和過(guò)壓檢測(cè)電流的 SPICE 仿真 - 由大變小顯示了一個(gè)類似圖片，不過(guò)是輸入電壓由大變小時(shí)的輸出觸發(fā)點(diǎn)。通過(guò)比較這兩個(gè)圖像可以看到，觸發(fā)點(diǎn)相差 0.3V，其中電壓輸入由大變小時(shí)具有較低的觸發(fā)器值。

測(cè)得的響應(yīng)

以下圖像顯示了欠壓和過(guò)壓檢測(cè)電路的測(cè)量輸出，并將輸出與 V_supp 電壓（跡線 1）進(jìn)行了對(duì)比。AMC23C14 具有開(kāi)漏輸出，這些輸出通常會(huì)上拉至 VDD2，并且在輸入電壓超過(guò)每個(gè)比較器的閾值電壓時(shí)，會(huì)被驅(qū)動(dòng)至低電平。在這些測(cè)量中，如果 V_supp 超過(guò) 28.8V，OUT1（跡線 3）會(huì)變?yōu)榈碗娖剑绻?Vsupp 超過(guò) 20.8V，則 OUT2 會(huì)變?yōu)榈碗娖健＝M件變化和比較器遲滯可能會(huì)影響跳變閾值，但在本例中，跳變點(diǎn)位于所需值的 1% 范圍內(nèi)。如果 V_supp 由小變大或由大變小，電壓閾值會(huì)略有不同。第二個(gè)波形顯示了 OUT1 在 28.6V 而非 28.8V 處觸發(fā)時(shí)的情況。

V_supp 由小變大時(shí)的波形捕獲

V_supp 由大變小時(shí)的波形捕獲

以下圖像顯示了欠壓和過(guò)壓檢測(cè)電路的測(cè)量輸出，并將 AMC23C14 輸出與 VIN 電壓（跡線 2）進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果可以確認(rèn)，比較器跳變閾值與內(nèi)部比較器閾值在 300mV 時(shí)設(shè)置的所需值以及由外部設(shè)置閾值在 420mV 時(shí)設(shè)置的所需值一致，如設(shè)計(jì)步驟部分步驟 2 中的公式所定義。

V_supp 由小變大時(shí) IN 的波形

V_supp 由大變小時(shí) IN 的波形

設(shè)計(jì)特色器件

設(shè)計(jì)參考資料

請(qǐng)參閱《模擬工程師電路說(shuō)明書》，了解有關(guān) TI 綜合電路庫(kù)的信息。

德州儀器 (TI)，AMC23C14 具有可調(diào)閾值的雙路快速響應(yīng)增強(qiáng)型隔離式窗口比較器 數(shù)據(jù)表