比较器是电路设计中常用的一个模块,一般设计人员将其用在电源输入过欠压保护或者设置阈值电压。比如,当监控到电池的电压低于某一个值时,比较器的输出端会产生一个复位信号给后面的控制系统,提示系统马上要掉电。
设计的原理图如下:
VCC_BAR是系统输入的电压,阈值电压由电阻R1A和R2B的比例来决定。在选择电阻时,只要保持电阻的比例就可以保证阈值电压为同一个结果。但实际在选择时,需要权衡考虑电阻的大小和最终精度的问题。
如果选取电阻比较大,比较器的漏电流会影响阈值电压的准确性;如果选取电阻比较小,流过电阻的电流会增加,系统的功耗会增加。特别是在电池设备中,选取小阻值的电阻,对系统的待机时间和功耗的影响非常大。
在理想情况下,比较器的输入阻抗无穷大,流入比较器同相输入端的电流为0 。实际的电路,由于阻抗和漏电流的存在,流入比较器的电流不能看成是0。
电路如下:
理想条件下:
VIT为该电路设定的阈值电压。
由于IS的存在,当输入电压为VCC_BAR时,计算到参考点实际电压为:
此时电路检测到的实际阈值电压为:
则此时电路的精度为:
此时可以计算IS1为:
基于以上的参数,使用LM358做一个输入电压的欠压保护。
- 设计电路参数如下:
- 输入电压12V
- 欠压点11.5V
- 要求欠压点的精度为1%
- 设定的VREF为5V
LM358的基本参数如下:
由参数可知,IS电路为150nA。
根据上述参数,首先计算R2的阻值:
R1=767KΩ,VIT_Actual=11.499V。在实际使用过程中,不一定会有我们计算到的电阻值,这时候就要根据R1A和R2B的比例进行选择。
为了使比较器的漏电流对电路产生的影响最小,选择R1A和R2B是一般会遵循一个规则:流过分压电阻的电路IS1和IS2是漏电流的100倍。
因此,在设计电压比较器的分压电阻时,需要权衡所选阻值的大小以及比较器的选型。以及在电路最后完成时,所选用的电阻阻值也是需要考虑的一个因素。
参考文献:Optimizing Resistor Dividers at a Comparator Input