設計目標

設計說明

此高速、隔離式欠壓和過壓檢測電路通過具有可調閾值的雙路隔離式窗口比較器 (AMC23C14) 實現(xiàn)。此電路專為工業(yè)現(xiàn)場電源應用而設計，在此類應用中，控制器端必須檢測遠程模塊電流電壓是否在有效范圍內。

之所以選擇 AMC23C14，是因為它具有穩(wěn)健的增強型隔離、至少 100kV/μs 的高 CMTI、可調雙通道窗口比較器閾值、寬高側電源電壓范圍（3V 至 27V）以及擴展的工業(yè)溫度范圍（–40°C 至 +125°C）。

設計說明

1. 為了更大程度地降低誤差，請為分壓器（R₅ 和 R₆）和閾值設置電阻器 (R₁) 選擇精密電阻器。
2. AMC23C14 由現(xiàn)場電源供電，并由齊納二極管和分流電阻器針對高于 30V（絕對最大電源）的電壓提供保護。
3. 請根據(jù)所需的工作電壓范圍，選擇分壓器和閾值設置電阻器。

設計步驟

1. 確定在電源低于 20.4V (24V – 15%) 的最低有效工作電壓時跳變內部固定 300mV 閾值所需的分壓器分壓比。調整分壓器的總電阻，使得當 V_supp 為理想工作電壓 24V 時，將其電流設為 100μA。
   $IN=V_{supp}\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $300 mV=20.4 V\left(\frac{R_6}{R_5+R_6}\right)$
   $V_{supp}=100 \mu \mathrm{A)}\times (R_5+R_6)$
   $24 V=100 \mu \mathrm{A)}\times (R_5+R_6)$

   對方程組求解會得到 R₅ = 236kΩ、R₆ = 3.52kΩ。

   • 借助模擬工程師計算器，最接近的 E96 電阻器值為 237kΩ 和 3.48kΩ。
2. 調整閾值設置電阻器，以便在電源電壓超過 28.8V (24V + 20%) 時跳變可調閾值比較器。
   $IN=V_{supp}(\frac{R_6}{R_5+R_6}）$
   $IN=28.8 V\left(\frac{3.52 k\Omega }{237 k\Omega +3.52 k\Omega }\right)$
   $IN=0.42 V$
   $V_{ref} = IN$
   $R_1=\frac{V_{ref}}{I_{ref}}= \frac{0.42 V}{100 \mu A}=4.2 k\mathrm{\Omega }$
3. 選擇一個 27V 齊納二極管來保護 AMC23C14，防止該器件因為電壓超過建議的工作電源電壓而受損。

設計仿真

以下圖像是欠壓和過壓檢測電路的 SPICE 仿真波形。所包含的是 VDD1 輸入，其中顯示了齊納二極管保護 VDD1 輸入，防止它因為電壓超出工作電壓范圍而受損。欠壓和過壓檢測電流的 SPICE 仿真 - 由小變大顯示了輸入電壓由小變大時輸出觸發(fā)點的 SPICE 仿真。欠壓和過壓檢測電流的 SPICE 仿真 - 由大變小顯示了一個類似圖片，不過是輸入電壓由大變小時的輸出觸發(fā)點。通過比較這兩個圖像可以看到，觸發(fā)點相差 0.3V，其中電壓輸入由大變小時具有較低的觸發(fā)器值。

測得的響應

以下圖像顯示了欠壓和過壓檢測電路的測量輸出，并將輸出與 V_supp 電壓（跡線 1）進行了對比。AMC23C14 具有開漏輸出，這些輸出通常會上拉至 VDD2，并且在輸入電壓超過每個比較器的閾值電壓時，會被驅動至低電平。在這些測量中，如果 V_supp 超過 28.8V，OUT1（跡線 3）會變?yōu)榈碗娖剑绻?Vsupp 超過 20.8V，則 OUT2 會變?yōu)榈碗娖健＝M件變化和比較器遲滯可能會影響跳變閾值，但在本例中，跳變點位于所需值的 1% 范圍內。如果 V_supp 由小變大或由大變小，電壓閾值會略有不同。第二個波形顯示了 OUT1 在 28.6V 而非 28.8V 處觸發(fā)時的情況。

V_supp 由小變大時的波形捕獲

V_supp 由大變小時的波形捕獲

以下圖像顯示了欠壓和過壓檢測電路的測量輸出，并將 AMC23C14 輸出與 VIN 電壓（跡線 2）進行了對比。根據(jù)這些測量結果可以確認，比較器跳變閾值與內部比較器閾值在 300mV 時設置的所需值以及由外部設置閾值在 420mV 時設置的所需值一致，如設計步驟部分步驟 2 中的公式所定義。

V_supp 由小變大時 IN 的波形

V_supp 由大變小時 IN 的波形

設計特色器件

設計參考資料

請參閱《模擬工程師電路說明書》，了解有關 TI 綜合電路庫的信息。

德州儀器 (TI)，AMC23C14 具有可調閾值的雙路快速響應增強型隔離式窗口比較器 數(shù)據(jù)表