了解欠压锁定原理，简单的欠压锁定电路

大多数电子工程师都知道，许多集成电路都包含 UVLO 功能，当设备的电源电压太低而无法正常运行时，该功能会禁用设备。欠压锁定（Undervoltage-Lockout）简称UVLO，是电子设备中在电源电压低于正常工程准位时，切断电源的电路。在嵌入式系统中常会用UVLO监控电池电压，若电压低于一定值，会直接切断电源，保护嵌入式系统的电路。如果没有 UVLO 功能，在低电源电压下，设备可能会做一些事情，但我们无法确定是什么。UVLO 功能可确保设备根据其规格运行或不执行任何操作。

除其他外，低电源电压会导致：

· 偏置电路工作不正常。

· 带隙产生错误的参考电压。

· 逻辑功能失效。

· 功率晶体管仅部分开启或关闭。

许多设备的 UVLO 阈值低于几伏。老实说，设备在如此低的电源电压下做任何事情都令人印象深刻。如果我们不相信我，请尝试设计一个工作电压为 2V 的模拟电路，然后看看我们的表现如何。

功率器件面临的挑战更大。当电源电压低时，也许你可以打开和关闭一个功率 MOSFET，但你不能很快做到。通常情况下，MOSFET 的导通电阻会增加，因为电源电压太低而无法产生足够高的栅源电压。

一些器件指定了推荐的电源电压范围以及 UVLO 阈值。只有当它的电源电压在这个范围内时，设备才能实现全部性能。但是 UVLO 阈值和推荐的最小电源电压之间会发生什么？TI 的一些功率器件仍可在此范围内运行，但未指定它们的性能。这意味着降压转换器仍然降压，升压转换器仍然升压，降压-升压转换器仍然降压、升压或降压-升压，但可用的输出功率可能小于设备的最大能力。

在关键任务应用中，UVLO 阈值通常高于推荐的最低电源电压——设备仅在可以实现全部性能时开启。这种方法导致了极其稳健的系统设计，但对于消费产品而言，通常不具有成本效益。这就像驾驶一辆车在燃油油位变低（但不是空的）时立即停止工作。让汽车仍然可以驾驶——尽管性能下降——比突然完全停止工作更有用。

图 1 说明了典型功率器件的运行状态。你可以看到：

· 在 V I < V IT (min)的红色区域中，器件不工作并且消耗的电源电流最小。

· 在 V I > V REC (min)的绿色区域中，设备以全性能运行。

· 在 V IT (min) < V I < V IT (max)的灰色区域中，设备要么关闭（红色）要么工作（黄色），但任一状态取决于 UVLO 功能的精确阈值。

· 在 V IT < V I < V REC (min)的黄色区域中，器件功能齐全，但数据表中未指定其性能。

图 1：典型的 UVLO 行为

请注意，上升和下降 UVLO 阈值是不同的。这是因为设计良好的 UVLO 功能具有滞后作用。为什么？好吧，不仅比较器电路通常受益于迟滞，而且功率器件的本质往往会从上游电源中汲取大量电流。而且由于电源和它供电的设备之间总是存在一些电阻，因此 UVLO 比较器看到的电压总是比上游电源的电压小一点（见图 2）。当电压达到 UVLO 阈值时，器件关闭，流入其中的电流瞬间下降到几乎为零，导致 UVLO 比较器看到的电压立即升高（因为当输入电流下降时，输入电阻两端的电压下降突然消失）。

图2：具有UVLO功能的典型功率器件等效电路

如果迟滞电压小于 I×R，则在某些条件下，电源管理 IC (PMIC) 可以打开和关闭多次，然后最终关闭。充其量，这看起来很丑；在最坏的情况下，它可能会导致系统级问题。图 3 和图 4 是说明这种现象的示波器图。

图 3：低输入电阻导致常规断电行为

图 4：高输入电阻导致不规则的断电行为

下次设计应用电路时，请花点时间确保我们了解 UVLO 功能的工作原理。

例如：

· 确保我们知道电路的上升和下降阈值及其迟滞；

· 查看 UVLO 阈值和推荐的工作电压范围之间是否存在设备可以运行但可能无法提供其所有指定性能的区域。确保我们的应用程序可以处理该区域。

· 请记住，输入电流乘以输入电阻应小于 UVLO 迟滞，以实现干净的上电和断电行为。