了解一下电源的欠压锁定

[导读]正如大多数电子工程师已经知道的那样，许多集成电路都包含 UVLO 功能，当其电源电压太低而无法正常运行时，该功能会禁用设备。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 功能可确保设备按照其规范运行或根本不执行任何操作。

有人告诉我，人体的最佳环境在 21 ° C 到 30 ° C 之间，因此在 TI 的空调办公室内——全年温度设置为 23°C——条件非常适合提供最佳性能（至少，这是我老板告诉我的）。

然而，在北方的冬季，气温可能会降至 –20 ° C 或更低。即使穿着多层衣服，人体在这些条件下也不能很好地运作：它可以生存，但不能达到最佳性能。

人体并不是唯一受其操作条件影响的东西。集成电路在一定的温度和电源电压范围内也能最好地工作。在这篇文章中，我将讨论后者以及相关的欠压锁定 (UVLO) 功能。

电压能走多低？

正如大多数电子工程师已经知道的那样，许多集成电路都包含 UVLO 功能，当其电源电压太低而无法正常运行时，该功能会禁用设备。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 功能可确保设备按照其规范运行或根本不执行任何操作。

除其他外，低电源电压会导致：

· 偏置电路运行不正确。

· 带隙产生错误的参考电压。

· 逻辑功能失败。

· 功率晶体管仅部分打开或关闭。

许多设备的 UVLO 阈值低于几伏。老实说，令人印象深刻的是，设备在如此低的电源电压下可以做任何事情。如果我们不相信我，请尝试设计一个以 2V 工作的模拟电路，看看我们是怎么做的。

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，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。只有当其电源电压在此范围内时，该器件才能实现全部性能。但是在 UVLO 阈值和建议的最小电源电压之间会发生什么？TI 的一些功率器件仍在此范围内工作，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器件能够提供的最大功率。

在任务关键型应用中，UVLO 阈值通常高于建议的最小电源电压——该器件仅在能够实现全部性能时才会开启。这种方法导致了极其稳健的系统设计，但通常对于消费产品来说并不具有成本效益。这就像驾驶一辆在燃油油位低（但不是空的）时就停止工作的汽车。让汽车仍然可以驾驶——尽管性能降低——比突然完全停止工作更有用。

图 1 说明了典型功率器件的工作状态。你可以看到：

· 在 V I < V IT (min) 的红色区域中，器件不工作并消耗最小的电源电流。

· 在 V I > V REC (min) 的绿色区域中，器件以全性能运行。

· 在 V IT (min) < V I < V IT (max) 的灰色区域中，器件要么处于关闭状态（红色），要么处于工作状态（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，但其性能未在数据表中指定。

了解一下电源的欠压锁定

图 1：典型的 UVLO 行为

请注意，上升和下降 UVLO 阈值是不同的。这是因为精心设计的 UVLO 功能具有滞后性。为什么？好吧，不仅比较器电路通常受益于迟滞，而且功率器件本质上往往会从上游电源中拉出大量电流。由于电源和它所供电的设备之间总是存在一些电阻，UVLO 比较器看到的电压总是略低于上游电源的电压（参见图 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增加（因为当输入电流下降时，输入电阻两端的电压降突然消失）。

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