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从0到1设计BUCK(11) | 配置欠压闭锁的阈值,给电源加一道“安全门”

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你的手机电量低于1%时会自动关机,避免电池过放损坏——这背后的原理,和电源设计中的欠压闭锁(UVLO)如出一辙。在BUCK电路中,UVLO就像一道“安全门”,只有输入电压足够时才允许系统工作,防止低压导致芯片“过劳死”。

一个好的控制系统,各种工作条件都必须是明确的,什么样的输入对应什么样的输出,也必须是明确的。尤其是工业控制系统,失控导致的损失可能相当严重。

今天,手把手教你用电阻分压器为BUCK电路配置UVLO阈值,让电源设计更可靠!

01

/ UVLO是什么? /

 定义:UVLO(Undervoltage Lockout,欠压闭锁)是一种电路保护机制,用于监测系统输入电压。

 作用:当输入电压低于设定阈值时,UVLO强制关闭电源输出,避免因电压不足导致系统不稳定、器件损坏甚至安全隐患。

 UVLO的双阈值设计

  • 启动阈值(V_START):输入电压上升到该值时,电路开始工作(例如6.5V)。
  • 关断阈值(V_STOP):输入电压下降到该值时,电路停止工作(例如5V)。
  • 滞回电压(HYS):防止电压在阈值附近抖动导致频繁开关(如6.5V启动后,需降至5V才关闭)。

 典型应用场景

  • 电池供电设备(防止电池过放)
  • 工业电源(应对输入电压波动)
  • 汽车电子(抑制冷启动/抛负载电压跌落)

02

/ TPS54561 UVLO工作原理 /

TPS54561的UVLO功能通过EN引脚实现,其内部结构包含两个关键模块:

 电压比较器:检测EN引脚电压与内部阈值(典型值V_ENA = 1.2V)。

 滞回电流源:提供Ihys=3.4μA滞回电流,避免电压抖动导致的频繁开关。

参考规格书,TPS54561 EN引脚包括上拉电流源I1=1.2μA,滞回电流源Ihys=3.4μA,V_ENA = 1.2V(EN引脚阈值)。使用两颗分压电阻配置UVLO阈值,具体公式如下:

03

/ TPS54561 UVLO配置方法 /

通过外部电阻分压网络调整UVLO的启动电压(V_START)和关断电压(V_STOP):

 设计目标:

输入电压≥6.5V时启动(在输出电压目标值5V的基础上增加1~3V的step,这里是5V+1.5V=6.5V)

输入电压≤5V时关闭(因为输出电压目标值是5V)

 计算步骤:

计算R1/R_UVLO1:

R_UVLO1 = (V_START - V_STOP) / I_HYS  

        = (6.5V - 5V) / 3.4μA ≈ 442kΩ  

计算R2/R_UVLO2:

R_UVLO2 = (V_ENA * R_UVLO1) / (V_START - V_ENA - I1*R_UVLO1)  

        ≈ 90.9kΩ  

04

/ 关键设计注意事项 /

 电阻精度:选择1%精度的电阻,避免阈值漂移。

 功耗权衡:分压电阻不宜过小(典型值100k~1MΩ),避免静态电流过大。

 EN引脚保护:当VIN>9V时,EN引脚内部齐纳钳位(5.8V)可能激活,需确保分压后电压≤5.8V。

05

/ 小结 /

UVLO如同电源系统的“看门狗”,在电压异常时果断行动。掌握TPS54561的UVLO设计,为您的电源方案加上一把“安全锁”!

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