一个用集成运放实现低功耗电压检测的思路

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所属分类:技术杂记

      现在,基本上是电池供电的产品,大部分都需要工作在低功耗模式下,这时候MCU通常不能实时的运行。一般说来,MCU在开启AD采样的时候,至少需耗费几个毫安的电流。为了使MCU又不实时AD采样,而又能进行电池低电压告警,通常采用电压比较器产生中断方法来解决该类问题。

      如下图:当电池电压低于3.3V的时候,出现下降沿来触发IO中断,这时MCU马上醒过来,恢复正常运行模式,来读取AD电压。

            20181026-2

      也有人会说,用两个三极管做低电压检测及整形滤波处理,也能达到效果,理论上如此,但三极管有严重的温度漂移现象,而且每个三极管的PN结的导通电压也存在差异,在高精度的电源检测中一般不采用。

      说到读取AD电压,当要监测的外部AD值超过MCU的VREF值的时候,我们通常需要做偏置电阻分压处理。但当偏置电阻超过一定范围的时候,读取的AD电压会不准,尤其是当AD值以随机频率的跳变的时候,就更不准了。其实原因很简单,就是因为MCU的内部AD口集成了一个ADC电阻和电容,电路存在一定频率响应问题。另外,MCU的AD接口规范里,也有对外部输入电阻的最大值有要求,比如,STM32L151C8就有描述,最大不能超过50K欧姆(具体可以参见硬件手册)。当上位偏置电阻与所接AD口的电阻值之和超过该最大输入电阻的时候,就会存在较大的AD采样误差。

      MCU的AD接口的内部框架图如下图所示:

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      为了解决此类问题,通常情况,引入的偏置电阻要比这个最大输入电阻要少一个数量级。但一般电路上要求低功耗,我们的两个偏置电阻为几十千欧是远远不够的,因此,引入射极跟随器,应用它的特点,提升输入电阻,减小输出电阻来解决该类问题,如下图所示:

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      但此种电路有一个最大的瓶颈就是集成运放自身的功耗问题。从Mutisim中LM2904库仿真的情况来看,搞个比较器电路都需要几百个微安,还是达不到要求,须引入超低功耗的集成运放来降低电源功耗,在TI的网站上找了一个LPV812的运放。它号称静态功耗为425nA,我想价格也一定不便宜。到时候再具体实测吧。

      附件是LPV812的硬件规格书。lpv812.pdf,请读者自行下载参阅。

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