比较器之滞回(迟滞)比较器实战计算

 

下面我们进行一个电池低电压保护的电路设计,其中会介绍到滞回比较器的实际用法以及详细计算推导过程。

 

假设我们定18.5V为电池欠压保护电压,也就是说在当前负载情况下电池电压低于18.5V时,其他功能会被限制住或者说带不动当前负载,而负载消失或者停止后,电池电压是会慢慢恢复的会高于欠压保护电压18.5V,那么就会反反复复始终处于开关、开关、开关的状态,那么要解决这种现象就需要使用到双阈值电路,低于低阈值时候关闭,高于高阈值时候开通,既可以避免反复震荡开关也能提高电路可靠性。

 

假设现在有一款电池标称电压值是24V实际充满后是29V,我们以低于18.5V为低阈值电压,高阈值是18.5V到24V之间,那就选择18.5V为低阈值21V为高阈值,具体情况可以具体定高低阈值。

 

电路设计过程中,电源设计是重中之重,一个良好的电源可以为电路提供稳定的电压以及电流,假设我们已经设计好一个5V LDO的电源,此处的LDO电源不使用分立器件搭建,需要使用LDO芯片,目的是为了保证电压值的精准稳定。

 

图一▲

 

如图一所示,是一个双阈值滞回比较器电路,负输入端接电池电压,正输入端接5V电源进行电阻分压处理,那么怎么才能确定图中参数的数值呢?

 

首先看比较器负输入端,通过两个分压电阻进行分压,这两个分压电阻的取值不能过大也不能过小,我们电池的阈值设置是18.5V---21V,而电池标称电压值24V最大29V,所以综合考虑选择在21V时候保证流过分压电阻的电流1mA左右,这样不至于在18.5V时候电流太小容易受到干扰,也不至于在29V时候电流消耗过大,电阻选择时候选择常用标称值的阻值,那么取R1=20K,R6=1K,如图二所示。

 

图二▲

   

当BATT=18.5V时,U1=18.5*R6/R1+R6=0.88V

当BATT=21.0V时,U1=21.0*R6/R1+R6=1V

 

根据计算结果得知:BATT阈值电压变化时候U1会同步跟着变化,且阈值为0.88V---1V,也就是说当U1=0.88V时候比较器输出低电平,当U1=1V时候比较器输出高电平(图三),后极电路可以根据高低电平进行其他操作的控制

 

图三▲

 

当U1=0.88V时候比较器的等效电路如图五示  当U1=1V时候比较器的等效电路如图六示

 

图五▲

 

图六▲

  

因为R3在比较器输出高或低的时候作为上下拉电阻,我们在计算时候先忽略R3、R4支路,然后比较器输出高的等效电路就可以改为图七,此时电源电压5V,保持电路1mA电流可以确定R5+R2等于5K上下,然后进行电阻分配,R5=1K,R2=4K3图八示(电阻取值不唯一,其他阻值也是可以的)

 

图七▲

 

图八▲

 

确定好R2、R5阻值后看一下比较器输出低时候的等效电路(图九),此时比较器输出低的等效电路中未知量只有R3,根据叠加定理可以列出一个等式

 

图九▲

 

等式:

 

把V2=0.88V、R2=4300R、R5=1000R代入式中进行化简运算

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

化简后得出R3=1.126*10^4Ω(实际上没有11.26K的电阻,我们选择标称值为11.2K的电阻,然后实际设计时候在进行细微调整阈值电压不会影响正常使用)得出R3阻值后反过来看当U2=1V时,比较器输出高电平时候的等效电路(图十)

 

图十▲

 

同样根据叠加定理写出公式(VCC=5V,V1=V2):

 

 

 

 

 

 

 

 

最终得出结论:R1=20K、R2=4K3、R3=11K2、R4=46K、R5=R6=1K,所有电阻精度选择1%精度或者更高

 

图十一▲

 

最终版滞回比较电路图(图中比较器2脚是要接电源地的),文中有问题的地方还请留言指出,看到后会修改重新上传。

 

文中用到的Mathcad 15计算文件我放到云盘中,有需要的朋友可以自行下载,有两组阈值的计算文件,一组是阈值0.88V---1V,一组是3.34V---4.33V,个人人为还是借助Mathcad 15计算可以提高效率,本人第一次推导公式手算,走了很多弯路推导到最后发现电阻值根本找不到或者就很离谱,希望大家少走弯路。