設(shè)計目標

設(shè)計說明

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

之所以選擇 AMC23C14，是因為它具有穩(wěn)健的增強型隔離、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）以及擴展的工業(yè)溫度范圍（–40°C 至 +125°C）。

欠壓和過壓檢測電路原理圖

設(shè)計說明

1. 為了更大程度地降低誤差，請為分壓器（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)場電源供電，并由齊納二極管和分流電阻器針對高于 30V（絕對最大電源）的電壓提供保護。
3. 請根據(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)計步驟

1. 確定在電源低于 20.4V (24V – 15%) 的最低有效工作電壓時跳變內(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 V_supp 為理想工作電壓 24V 時，將其電流設(shè)為 100μA。
   $IN=V_{supp}\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $300 mV=20.4 V\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $V_{supp}=100 \mu A\times (R_5+R_6)$
   $24 V=100 \mu A\times (R_5+R_6)$

   對方程組求解會得到 R₅ = 236kΩ、R₆ = 3.52kΩ。

   • 借助模擬工程師計算器，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 28.8V (24V + 20%) 時跳變可調(diào)閾值比較器。
   $IN=V_{supp}\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $IN=28.8 V\left(\frac{3.52 k\Omega }{237 k\Omega +3.52 k\Omega }\right)$
   $IN=0.42 V$
   $V_{ref} = IN$
   $R_1=\frac{V_{ref}}{I_{ref}}= \frac{0.42 V}{100 \mu A}=4.2 k\mathrm{\Omega }$
3. 選擇一個 27V 齊納二極管來保護 AMC23C14，防止該器件因為電壓超過建議的工作電源電壓而受損。

設(shè)計仿真

以下圖像是欠壓和過壓檢測電路的 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 VDD1 輸入，防止它因為電壓超出工作電壓范圍而受損。欠壓和過壓檢測電流的 SPICE 仿真 - 由小變大 顯示了輸入電壓上升時輸出觸發(fā)點的 Spice 仿真。欠壓和過壓檢測電流的 SPICE 仿真 - 由大變小 顯示了類似的圖像，但顯示的是輸入電壓下降時的輸出觸發(fā)點。通過比較這兩個圖像可以看到，觸發(fā)點相差 0.3V，其中電壓輸入由大變小時具有較低的觸發(fā)器值。

欠壓和過壓檢測電流的 SPICE 仿真 - 由小變大

欠壓和過壓檢測電流的 SPICE 仿真 - 由大變小

測得的響應(yīng)

以下圖像顯示了欠壓和過壓檢測電路的測量輸出，并將輸出與 V_supp 電壓（跡線 1）進行了對比。AMC23C14 具有開漏輸出，這些輸出通常會上拉至 VDD2，并且在輸入電壓超過每個比較器的閾值電壓時，會被驅(qū)動至低電平。在這些測量中，如果 V_supp 超過 28.8V，OUT1（跡線 3）會變?yōu)榈碗娖?，如?Vsupp 超過 20.8V，則 OUT2 會變?yōu)榈碗娖?。組件變化和比較器遲滯可能會影響跳變閾值，但在本例中，跳變點位于所需值的 1% 范圍內(nèi)。如果 V_supp 由小變大或由大變小，電壓閾值會略有不同。第二個波形顯示了 OUT1 在 28.6V 而非 28.8V 處觸發(fā)時的情況。

V_supp 由小變大時的波形捕獲

V_supp 由大變小時的波形捕獲

以下圖像顯示了欠壓和過壓檢測電路的測量輸出，并將 AMC23C14 輸出與 VIN 電壓（跡線 2）進行了對比。根據(jù)這些測量結(jié)果可以確認，比較器跳變閾值與內(nèi)部比較器閾值在 300mV 時設(shè)置的所需值以及由外部設(shè)置閾值在 420mV 時設(shè)置的所需值一致，如設(shè)計步驟部分的 2 中的公式所定義。

V_supp 由小變大時 IN 的波形

V_supp 由大變小時 IN 的波形

設(shè)計特色器件

設(shè)計參考資料

有關(guān) TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路說明書。

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