了解欠壓鎖定原理，簡(jiǎn)單的欠壓鎖定電路
大多數(shù)電子工程師都知道，許多集成電路都包含 UVLO 功能，當(dāng)設(shè)備的電源電壓太低而無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，該功能會(huì)禁用設(shè)備。欠壓鎖定（Undervoltage-Lockout）簡(jiǎn)稱UVLO，是電子設(shè)備中在電源電壓低于正常工程準(zhǔn)位時(shí)，切斷電源的電路。在嵌入式系統(tǒng)中常會(huì)用UVLO監(jiān)控電池電壓，若電壓低于一定值，會(huì)直接切斷電源，保護(hù)嵌入式系統(tǒng)的電路。如果沒(méi)有 UVLO 功能，在低電源電壓下，設(shè)備可能會(huì)做一些事情，但我們無(wú)法確定是什么。UVLO 功能可確保設(shè)備根據(jù)其規(guī)格運(yùn)行或不執(zhí)行任何操作。
除其他外，低電源電壓會(huì)導(dǎo)致：
· 偏置電路工作不正常。
· 帶隙產(chǎn)生錯(cuò)誤的參考電壓。
· 邏輯功能失效。
· 功率晶體管僅部分開(kāi)啟或關(guān)閉。
許多設(shè)備的 UVLO 閾值低于幾伏。老實(shí)說(shuō)，設(shè)備在如此低的電源電壓下做任何事情都令人印象深刻。如果我們不相信我，請(qǐng)嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)工作電壓為 2V 的模擬電路，然后看看我們的表現(xiàn)如何。
功率器件面臨的挑戰(zhàn)更大。當(dāng)電源電壓低時(shí)，也許你可以打開(kāi)和關(guān)閉一個(gè)功率 MOSFET，但你不能很快做到。通常情況下，MOSFET 的導(dǎo)通電阻會(huì)增加，因?yàn)殡娫措妷禾投鵁o(wú)法產(chǎn)生足夠高的柵源電壓。
一些器件指定了推薦的電源電壓范圍以及 UVLO 閾值。只有當(dāng)它的電源電壓在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)全部性能。但是 UVLO 閾值和推薦的最小電源電壓之間會(huì)發(fā)生什么？TI 的一些功率器件仍可在此范圍內(nèi)運(yùn)行，但未指定它們的性能。這意味著降壓轉(zhuǎn)換器仍然降壓，升壓轉(zhuǎn)換器仍然升壓，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器仍然降壓、升壓或降壓-升壓，但可用的輸出功率可能小于設(shè)備的最大能力。
在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中，UVLO 閾值通常高于推薦的最低電源電壓——設(shè)備僅在可以實(shí)現(xiàn)全部性能時(shí)開(kāi)啟。這種方法導(dǎo)致了極其穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)品而言，通常不具有成本效益。這就像駕駛一輛車(chē)在燃油油位變低（但不是空的）時(shí)立即停止工作。讓汽車(chē)仍然可以駕駛——盡管性能下降——比突然完全停止工作更有用。
圖 1 說(shuō)明了典型功率器件的運(yùn)行狀態(tài)。你可以看到：
· 在 V I < V IT (min)的紅色區(qū)域中，器件不工作并且消耗的電源電流最小。
· 在 V I > V REC (min)的綠色區(qū)域中，設(shè)備以全性能運(yùn)行。
· 在 V IT (min) < V I < V IT (max)的灰色區(qū)域中，設(shè)備要么關(guān)閉（紅色）要么工作（黃色），但任一狀態(tài)取決于 UVLO 功能的精確閾值。
· 在 V IT < V I < V REC (min)的黃色區(qū)域中，器件功能齊全，但數(shù)據(jù)表中未指定其性能。
圖 1：典型的 UVLO 行為
請(qǐng)注意，上升和下降 UVLO 閾值是不同的。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)良好的 UVLO 功能具有滯后作用。為什么？好吧，不僅比較器電路通常受益于遲滯，而且功率器件的本質(zhì)往往會(huì)從上游電源中汲取大量電流。而且由于電源和它供電的設(shè)備之間總是存在一些電阻，因此 UVLO 比較器看到的電壓總是比上游電源的電壓小一點(diǎn)（見(jiàn)圖 2）。當(dāng)電壓達(dá)到 UVLO 閾值時(shí)，器件關(guān)閉，流入其中的電流瞬間下降到幾乎為零，導(dǎo)致 UVLO 比較器看到的電壓立即升高（因?yàn)楫?dāng)輸入電流下降時(shí)，輸入電阻兩端的電壓下降突然消失）。
圖2：具有UVLO功能的典型功率器件等效電路
如果遲滯電壓小于 I×R，則在某些條件下，電源管理 IC (PMIC) 可以打開(kāi)和關(guān)閉多次，然后最終關(guān)閉。充其量，這看起來(lái)很丑；在最壞的情況下，它可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題。圖 3 和圖 4 是說(shuō)明這種現(xiàn)象的示波器圖。
圖 3：低輸入電阻導(dǎo)致常規(guī)斷電行為
圖 4：高輸入電阻導(dǎo)致不規(guī)則的斷電行為
下次設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，請(qǐng)花點(diǎn)時(shí)間確保我們了解 UVLO 功能的工作原理。
例如：
· 確保我們知道電路的上升和下降閾值及其遲滯；
· 查看 UVLO 閾值和推薦的工作電壓范圍之間是否存在設(shè)備可以運(yùn)行但可能無(wú)法提供其所有指定性能的區(qū)域。確保我們的應(yīng)用程序可以處理該區(qū)域。
· 請(qǐng)記住，輸入電流乘以輸入電阻應(yīng)小于 UVLO 遲滯，以實(shí)現(xiàn)干凈的上電和斷電行為。
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