有人告訴我，人體的最佳環(huán)境在 21 ° C 到 30 ° C 之間，因此在 TI 的空調(diào)辦公室內(nèi)——全年溫度設(shè)置為 23°C——條件非常適合提供最佳性能（至少，這是我老板告訴我的）。

然而，在北方的冬季，氣溫可能會(huì)降至 –20 ° C 或更低。即使穿著多層衣服，人體在這些條件下也不能很好地運(yùn)作：它可以生存，但不能達(dá)到最佳性能。

人體并不是唯一受其操作條件影響的東西。集成電路在一定的溫度和電源電壓范圍內(nèi)也能最好地工作。在這篇文章中，我將討論后者以及相關(guān)的欠壓鎖定 (UVLO) 功能。

電壓能走多低？

正如大多數(shù)電子工程師已經(jīng)知道的那樣，許多集成電路都包含 UVLO 功能，當(dāng)其電源電壓太低而無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，該功能會(huì)禁用設(shè)備。如果沒(méi)有 UVLO 功能，在低電源電壓下，設(shè)備可能會(huì)做一些事情，但我們無(wú)法確定是什么。UVLO 功能可確保設(shè)備按照其規(guī)范運(yùn)行或根本不執(zhí)行任何操作。

除其他外，低電源電壓會(huì)導(dǎo)致：

· 偏置電路運(yùn)行不正確。

· 帶隙產(chǎn)生錯(cuò)誤的參考電壓。

· 邏輯功能失敗。

· 功率晶體管僅部分打開或關(guān)閉。

許多設(shè)備的 UVLO 閾值低于幾伏。老實(shí)說(shuō)，令人印象深刻的是，設(shè)備在如此低的電源電壓下可以做任何事情。如果我們不相信我，請(qǐng)嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)以 2V 工作的模擬電路，看看我們是怎么做的。

功率器件面臨的挑戰(zhàn)更大。當(dāng)電源電壓低時(shí)，也許你可以打開和關(guān)閉一個(gè)功率 MOSFET，但你不能很快做到。通常，MOSFET 的導(dǎo)通電阻會(huì)增加，因?yàn)殡娫措妷禾投鵁o(wú)法產(chǎn)生足夠高的柵源電壓。

一些器件指定了推薦的電源電壓范圍以及 UVLO 閾值。只有當(dāng)其電源電壓在此范圍內(nèi)時(shí)，該器件才能實(shí)現(xiàn)全部性能。但是在 UVLO 閾值和建議的最小電源電壓之間會(huì)發(fā)生什么？TI 的一些功率器件仍在此范圍內(nèi)工作，但未指定它們的性能。這意味著降壓轉(zhuǎn)換器仍然降壓，升壓轉(zhuǎn)換器仍然升壓，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器仍然降壓、升壓或降壓-升壓，但可用的輸出功率可能小于器件能夠提供的最大功率。

在任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用中，UVLO 閾值通常高于建議的最小電源電壓——該器件僅在能夠?qū)崿F(xiàn)全部性能時(shí)才會(huì)開啟。這種方法導(dǎo)致了極其穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但通常對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)并不具有成本效益。這就像駕駛一輛在燃油油位低（但不是空的）時(shí)就停止工作的汽車。讓汽車仍然可以駕駛——盡管性能降低——比突然完全停止工作更有用。

圖 1 說(shuō)明了典型功率器件的工作狀態(tài)。你可以看到：

· 在 V I < V IT (min) 的紅色區(qū)域中，器件不工作并消耗最小的電源電流。

· 在 V I > V REC (min) 的綠色區(qū)域中，器件以全性能運(yùn)行。

· 在 V IT (min) < V I < V IT (max) 的灰色區(qū)域中，器件要么處于關(guān)閉狀態(tài)（紅色），要么處于工作狀態(tài)（黃色），但任一狀態(tài)取決于 UVLO 功能的精確閾值。

· 在 V IT < V I < V REC (min) 的黃色區(qū)域中，器件功能齊全，但其性能未在數(shù)據(jù)表中指定。

圖 1：典型的 UVLO 行為

請(qǐng)注意，上升和下降 UVLO 閾值是不同的。這是因?yàn)榫脑O(shè)計(jì)的 UVLO 功能具有滯后性。為什么？好吧，不僅比較器電路通常受益于遲滯，而且功率器件本質(zhì)上往往會(huì)從上游電源中拉出大量電流。由于電源和它所供電的設(shè)備之間總是存在一些電阻，UVLO 比較器看到的電壓總是略低于上游電源的電壓（參見圖 2）。當(dāng)電壓達(dá)到 UVLO 閾值時(shí)，器件關(guān)閉，流入其中的電流瞬間下降到幾乎為零，導(dǎo)致 UVLO 比較器看到的電壓立即增加（因?yàn)楫?dāng)輸入電流下降時(shí)，輸入電阻兩端的電壓降突然消失）。

圖 2：具有 UVLO 功能的典型功率器件的等效電路

如果遲滯電壓小于 I×R，則在某些條件下，電源管理 IC (PMIC) 可以在最終永久關(guān)閉之前打開和關(guān)閉多次。充其量，這看起來(lái)很難看。在最壞的情況下，它可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題。圖 3 和圖 4 是說(shuō)明這種現(xiàn)象的范圍圖。

圖 3：低輸入電阻導(dǎo)致常規(guī)斷電行為

圖 4：高輸入電阻導(dǎo)致不規(guī)則斷電行為

下次我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，請(qǐng)花點(diǎn)時(shí)間確保我們了解 UVLO 功能的工作原理。例如：

· 確保我們知道電路的上升和下降閾值及其滯后；

· 查看 UVLO 閾值和推薦的工作電壓范圍之間是否存在一個(gè)區(qū)域，在該范圍內(nèi)設(shè)備可以運(yùn)行但可能無(wú)法提供其所有指定性能。確保我們的應(yīng)用程序可以處理該區(qū)域。

· 請(qǐng)記住，輸入電流乘以輸入電阻應(yīng)小于 UVLO 滯后，以實(shí)現(xiàn)干凈的上電和斷電行為。