具有带隙结构的迟滞比较器电路设计
具迟滞功能的比较器电路[发明专利]
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专利名称：具迟滞功能的比较器电路专利类型：发明专利
发明人：陈明东,王又法
申请号：CN201910696393.7
申请日：20190730
公开号：CN112311363A
公开日：
20210202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种具迟滞功能的比较器电路，其包括第一比较器、第二比较器与反相器。
第一比较器包括两个N通道金属氧化物(NMOS)晶体管、两个第一P通道金属氧化物(PMOS)晶体管与两个第二PMOS晶体管。
NMOS晶体管的栅极接收第一与第二电压，第一PMOS晶体管的源极分别连接第一与第二电阻。
第一比较器根据第一与第二电压之间的电压差，从NMOS晶体管的漏极输出差分输出信号。
第二比较器的输出端连接第一比较器的第一PMOS晶体管的栅极。
反相器的输入端连接第二比较器的输出端，其输出端连接PMOS晶体管的栅极。
通过第一与第二电阻。
降低第一PMOS晶体管对于温度的敏感度。
申请人：光宝科技新加坡私人有限公司
地址：新加坡罗弄泉
国籍：SG
代理机构：隆天知识产权代理有限公司
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教学设计说课稿(《迟滞比较器在蓄电池充电保护电路中的设计》说课稿)
《迟滞比较器在蓄电池充电保护电路中的设计》说课稿各位专家：大家好！我们汇报的题目是“迟滞比较器在蓄电池充电保护电路中的设计”。
下面，我将从教学分析、设计思路、实施过程、效果反思四个方面进行汇报。
一、教学分析1.教学内容本单元是根据光伏工程技术专业《光伏电子线路分析与设计》课程，依据人才培养方案，立足区域光伏电子产品组装与调试人才需求，课程以光伏市电互补控制器为项目载体，将教学内容确定为直流稳压电源电路设计、直流开关电路设计、蓄电池充放电控制电路设计、互补接入组合控制电路设计、互补模式时序控制电路设计、电压显示电路设计等6个情景，本次课是第3个情景的第3个项目，即通过迟滞比较器工作原理分析，掌握迟滞比较器在蓄电池充电保护电路设计方法。
2.教学对象本课程授课对象为高职光伏工程技术一年级学生（下学期）。
通过前置《电路基础》课程及前几单元的学习，已掌握二极管、三极管开关电路、集成运算放大电路、单限电压比较器、双限电压比较器等基础知识与技能。
3.教学目标根据教学内容和光伏电子产品组装与调试岗位技能要求，把迟滞比较器工作原理和反相迟滞比较电路参数分析与调试技术作为本单元的知识目标和技能目标；并把沟通与协调能力、团队合作精神等职业基本素养贯穿于整个教学过程中。
4.重点难点反相迟滞比较电路参数设置与分析为本项目教学重点，教学难点为迟滞比较器上下阈值电压分析计算。
二、设计思路依据职业教育教学改革要求，采用各类信息化教学手段，利用教学资源库及网络课程、互动学习平台与仿真技术、教学视频与工程视频及多元化评价方式，开展翻转课堂教学活动，实现“课前预习测试、课上实施与答疑、课后巩固与提升的线上线下相结合的教学互动活动；采用任务驱动教学法，以蓄电池充电保护电路设计为载体，通过互动教学平台、仿真技术、成果转化等途径实现电子线路分析与设计能力培养。
三、实施过程1.在课前预习与测试环节，教师通过课程平台、微信、QQ等媒介发布学习任务；学生接受任务后，通过移动终端、课程平台进行网络课程视频知识学习；完成测试项目和互动平台电路设计能力测试。
电子课程设计-迟滞比较器
《电子设计基础》课程报告设计题目：迟滞比较器学生班级：电子1001班学生学号：学生姓名：指导教师：时间：2011-2012-1学期11-18周成绩：西南科技大学信息工程学院一.设计题目及要求1.题目：迟滞比较器2.要求：上门限电压V T+=3V下门限电压V T-=2V二．题目分析与方案选择单门限电压比较器电路简单，灵敏度高，但其抗干扰能力差。
因此，有另一种抗干扰能力强的迟滞比较器。
迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。
因为比较器处于正反馈状态，因此一般情况下，输出电压v o与输入电压v i不成线性关系，只有在输出电压v o发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可能近似为零，即v ID近似为零时，是输出电压v o转换的临界条件，当v i>v p时，输出电压v o为低电平V OH，反之v o为高电平，此时的v p即为门限电压V T。
三．主要元器件介绍运算放大器（型号：LM358AH），电源电压范围宽：单电源3-30V；低功耗电流适合于电池供电。
稳压管（由两个背靠背的二极管组成，其型号为：IN5229B，其稳压值是4.3V)四．电路设计及计算（图1）Multisim图该迟滞比较器中，选择其高平电压V OH=5V,低平电压V OL=-5V，根据上下门限电压值的运算：1.V T+=(R1V REF)/(R1+R2)+(R2V OH)/(R1+R2)V T-=(R2V REF)/(R1+R2)+(R2V OH)/(R1+R2)代入V T+=3V,V T-=2V,V OH=5V,V OL=-5V,算得：V REF=2.8V,R1=10KΩ,R2=70KΩV REF=VCCR7/2(R3+R7)L)/(R1+R2)五．仿真及结果分析（图2）从图中的通道A可以知道，V T+=3.076V,V T-=1.930V，其误差：33076.3-100%=2.5%，22930.1-100%=-3.5%误差来源可能是电路图中的R4的阻值，还有就是参考电压V REF的值的选取。
迟滞比较器
迟滞比较器单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。
例如，在单门限电压v中含XX_01中，当比较器的图I有噪声或干扰电压时，其输入和所示，输出电压波形如图XX_01VvV附近出现干扰，由于在==REFthI VvV，导致将时而为，时而为OLOOH比较器输出不稳定。
如果用这个v去控制电机，将出现输出电压O频繁的起停现象，这种情况是不允许的。
提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。
．电路组成1迟滞比较器是一个具有迟滞回环所示为特性的比较器。
图XX_02aXX_01图反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，如其传输特性如图XX_02b所示。
Vv位置互换，就可组成将与REFI同相输入迟滞比较器。
(a)2．门限电压的估算由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况vv不下，输出电压与输入电压IO成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入(b) 端之间的电压才可近似认为等于图XX_02零，即（1）或设运放是理想的并利用叠加原理，则有（2）word编辑版．vVVVV和下门限电压的不同值（根据输出电压），可求出上门限电压或TOLOT+–OH分别为（3）（4）门限宽度或回差电压为（5），则由式(3)~(5)XX_02a所示，且可求得设电路参数如图，和。
3．传输特性开始讨论。
设从，和vvv增加当由零向正方向增加到接近前，不变。
当一直保持IOIvVvVV下跳到下跳到，到略大于。
再增加，，则同时使由POLOHOIv保持不变。
Ovv不变，将始终保持只有当，则若减小，只要oIV。
其传输特性如图XX_02b跳到所示。
时，才由OH v的变化而改变的。
由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压o它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了（此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，供参考，感谢您的配合和支持）word编辑版．word编辑版．。
迟滞比较器电路课程设计
迟滞比较器电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握迟滞比较器电路的基本原理，理解其工作状态及特点。
2. 使学生了解迟滞比较器在模拟电子技术中的应用，掌握相关电路分析方法。
3. 帮助学生掌握迟滞比较器电路参数对电路性能的影响，能够进行简单的参数计算。
技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识设计简单的迟滞比较器电路，具备实际操作能力。
2. 培养学生通过仿真软件对迟滞比较器电路进行仿真分析，提高实践操作能力。
3. 提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，培养创新思维和团队协作精神。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学生学习热情，形成主动学习的态度。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性，遵循实验操作规范。
3. 增强学生的环保意识，培养学生节约资源、爱护公共财物的价值观。
课程性质分析：本课程为电子技术基础课程，通过学习迟滞比较器电路，使学生掌握模拟电子技术的基本知识，为后续相关课程学习打下基础。
学生特点分析：学生具备一定的电子技术基础知识，具有较强的学习能力和动手操作欲望，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：1. 理论联系实际，注重培养学生的实践操作能力。
2. 注重启发式教学，引导学生主动思考，培养解决问题的能力。
3. 强化团队合作，培养学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 迟滞比较器电路原理：讲解迟滞比较器的定义、工作原理，分析其与普通比较器的区别和优势。
- 教材章节：第二章第四节“迟滞比较器”2. 迟滞比较器电路分析：介绍迟滞比较器的电路结构，分析电路中各个元件的作用，探讨不同参数对电路性能的影响。
- 教材章节：第二章第五节“迟滞比较器的性能分析”3. 迟滞比较器电路设计：讲解如何根据实际需求设计迟滞比较器电路，包括参数计算、元件选型等。
- 教材章节：第二章第六节“迟滞比较器的设计与应用”4. 迟滞比较器电路仿真：指导学生使用仿真软件（如Multisim、Proteus 等）对迟滞比较器电路进行仿真分析，验证理论知识的正确性。
迟滞比较器-电子设计基础报告
《电子设计基础》课程报告设计题目：迟滞比较器学生班级：学生学号：学生姓名：指导教师：时间：成绩：西南科技大学信息工程学院一.设计题目及要求1.迟滞比较器。
2.V T－=2V，V T＋=3V。
二.题目分析与方案选择1.迟滞比较器是单门限比较器的抗干扰方向上的提升。
它较单门限比较器抗干扰能力强，但灵敏度较迟滞比较器弱。
当输入的信号不稳定时，采用迟滞比较器可以提高抗干扰能力。
2.迟滞比较器是一个具有迟滞回还传输特性的比较器，在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，组成了具有双门限的反向输入迟滞比较器。
当把输入V i和V REF互换就可组成同相输入比较器。
3.由于要求要有上下门限值，且上门限值为3V下门限值为2V。
经过筛选我选择反相输入单门限比较器。
即当输入信号V i从小逐渐增大直到V i大于3V输出最小值V OL,在V i大于3V之前都输出最大值V OH。
当信号从大到小逐渐变化时当输入信号大于2V时输出最小值V OL当输入信号小于2V时输出最大值V OH。
三.主要元器件介绍1.LM358AH的运算放大器:内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
直流电压增益高(约100dB) 。
单位增益频带宽(约1MHz) 。
电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) 。
提供很大的增益让输入与V P有差别时就输出V OH（正的最大）或V OL（负的最小）。
2.1N5226B的一对稳压管的，稳压值是3.3V。
加上一管的正向导通值0.7V 使输出电压V OH保持在4V，V OL保持在-4V。
四.电路设计及计算依据计算：（V0-V P）/R1=V P-V REF/R2R2V0-R2V P=R1V P-R1V REFR2V0+R1V REF=V P(R1+R2)选择1N5226B的一对稳压管进行计算，正常工作时其稳压值为3.3V，把它们串联反接。
迟滞比较器电路图文分析
迟滞比较器电路图文分析在一个12V 蓄电池充电的光伏控制器中，当电压上升到13.1V 时要截至充电，当电压降低到13.6V 时，又可以再充电。
在这样的电压比较电路中需要用迟滞比较器。
单限比较电路具有电路简单、灵敏度高等优点，但存在抗干扰能力差的问题。
迟滞比较电路具有滞回特性，具有一定抗干扰能力。
同时在光伏系统中，为了实现蓄电池的充电和放电控制，需要在一个回路中实现两种电压的识别和判断，因此迟滞比较器将在上述功能电路中得到应用。
1.反相迟滞比较器如图3.19(a)所示，输入信号从比较器的反相端输入，故称为“反相迟滞比较器”。
当ui 足够小，比较电路输出高电平，即Z OH o U u u +==，此时运放的同相端电压UTH 表示，利用叠加定理可得OH REF TH U R R R U R R R U 212211+++=随着u i 不断增大，当u i >U TH 时，比较电路的输出由高电平跃变为低电平，即Z oL o U u u -==，此时运放的同相端电压用U TL 表示，其值变为：OL REF TL U R R R U R R R U 212211+++=比较器有两个门限电压U TH 和U TL ，分别称为下门限电压和上门限电压，两者的差值为“门限电压”或“门限宽度”。
)(212OL OH TL TH U U R R R U U U -+=-=∆调节R1、R2便可改变回差电压U ∆的大小。
例：在途3.19中，已知稳压管的稳定电压为±U Z =±9V ，R1=40K Ω，R2=20K Ω，基准电压U REF =3V ，求该电路的U TH 和U TL 。
解：有已知可得，U O =U Z =±9V 。
V U R R R U R R R U OH REF TH 592040203204040212211=⨯++⨯+=+++= V U R R R U R R R U OL REF TH 192040203204040212211-=⨯+-⨯+=+++=所以，输入电压u i 在增大过程中，当输入u i <+5V 时，输出电压为+9V ；当输入u i >+5V 时，输出电压为-9V ；输入电压u i 在减小过程中，当输入u i >-1V 时，输出电压为-9V ；当输入u i <-1V 时，输出电压为+9V 。
利用迟滞比较器实现蓄电池充放电电路设计
利用迟滞比较器实现蓄电池充放电电路设计蓄电池是一种能够储存电能的装置，广泛应用于车辆、太阳能系统和备用电源等领域。
为了有效地控制蓄电池的充放电过程，通常需要使用比较器来监测和调节电压。
而迟滞比较器是一种特殊的比较器，能够提供一定的带电压差的滞后效果，从而可以有效地控制电压的波动。
本文将使用迟滞比较器设计一个蓄电池充放电电路，并详细介绍其原理和实现过程。
首先，我们需要确定蓄电池的充电电压范围和充电电流。
假设我们使用的是一个12V的铅酸蓄电池，其最大充电电压为14.4V，最大充电电流为2A。
在设计充电电路时，我们希望能够实现以下功能：-当蓄电池电压低于13.6V时，启动充电过程；-当蓄电池电压达到14.4V时，停止充电过程；-充电电流控制在2A以内。
为了实现以上功能，我们可以设计如下的充电电路：首先，使用一个交流-直流电源将交流电转换为12V的直流电压，作为充电电源。
接下来，将电源的正极连接到一个迟滞比较器的正极引脚，同时将蓄电池的正极连接到比较器的负极引脚。
通过调节比较器的阈值电压和迟滞时间，可以实现对蓄电池的充电控制。
当蓄电池电压低于13.6V时，比较器输出低电平，启动充电过程；当蓄电池电压达到14.4V时，比较器输出高电平，停止充电过程。
同时，通过连接一个电流传感器到充电回路中，可以实时监测电流大小，从而控制充电电流在2A以内。
在设计放电电路时-当蓄电池电压低于11.0V时，停止放电过程；-放电电流控制在2A以内。
为了实现以上功能，我们可以设计如下的放电电路：首先，将蓄电池的正负极连接到一个迟滞比较器中，同时连接一个电流传感器到放电回路中。
通过调节比较器的阈值电压和迟滞时间，可以实现对蓄电池的放电控制。
当蓄电池电压低于11.0V时，比较器输出高电平，停止放电过程；当蓄电池电压达到11.5V时，比较器输出低电平，启动放电过程。
同时，通过电流传感器监测放电电流大小，控制放电电流在2A以内。
通过以上设计，我们可以实现对蓄电池充放电过程的有效控制，保证蓄电池的使用安全和稳定性。
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具有带隙结构的迟滞比较器电路设计摘要：基于LED驱动的微功耗DC—DC转换器，针时低压高稳定性的要求设计了一款具有带隙结构的迟滞比较器电路，它的最低输入电压为1．2 V，其核心电路有带隙基准比较器、射极跟随器和迟滞比较嚣。
整个电路采用Bipolar工艺设计，利用HSpice软件对所设计的电路进行了仿真与验证。
结果表明，迟滞比较器的迟滞电压为8 mV，翻转门限电压随输入电压和温度的变化均很小。
关键词：DC—DC转换器；带隙基准；迟滞比较器；Bipolar
在大多数的便携式产品中，它的显示器几乎都采用LCD，LCD本身不能独立发光，必须要有背光源才能发光，因此LED驱动变得越来越重要。
在便携式产品中，它的电源几乎都采用电池供电，电池有镍镉、镍氢、锂离子和碱性电池，镍镉、镍氢、碱性电池的工作电压是1.2V，锂离子工作电压是3．6 V或3．7 V。
要驱动串联的几颗LED。
上述的几种电源均不能满足要求，所以必须采用升压型的DC—DC驱动LED。
本电路没有设计单一的基准源模块。
这是因为它的最低输入电压为1．2 V。
如果采用基准源模块的设计方法，要获得一个与温度和电源电压无关的基准源，整个电路的输入电压基本上要超过2 V，不满足设计要求。
因此，采用一个自身具有恒定翻转门限的迟滞比较器，实现了基准源和使能比较器的功能。
1 电路设计
1．1 电路功能
迟滞比较器的功能是将反馈电压VFB与内部的门限电压相比较，控制其他模块是否正常工作。
当反馈电压VFB比内部上门限电压高时，迟滞比较器的输出将使其他模块不工作；当反馈电压VFB比内部下门限电压高时，迟滞比较器的输出使其他模块正常工作。
1．2 具有带隙结构迟滞比较器的电路原理
带隙基准迟滞比较器由3部分构成(见图1)，带隙基准比较器、射随器和迟滞比较器。
工作原理为：输入端与内部的基准门限电压进行比较，当输入端电压超过内部基准门限时，Q12集电极中没有电流流过，即输出电流IOUT为0；当输入端电压低于较低门限时，Q12集电极中有电流流过，即有IOUT流过，从而实现了输出电流IOUT的迟滞控制。
1．2．1 带隙基准比较器
图1中左边部分是带隙基准比较器。
Q2的发射区面积是Q1的n倍。
电流Ic2，Ic1与反馈电压VFB的关系如图2所示。
设流过Q1集电极的电流为Ic1流过Q2集电极的电流为Ic2。
其工作原理是：当反馈电压VFB较低时，Ic2>Ic1，A点电压比B点电压高；当VFB从低电平逐渐增加时，电流Ic2，Ic1均增加，Ic2曲线斜率比Ic1曲线斜率小；当VFB达到带隙基准比较器的翻转门限时，Ic2=Ic1，A点电压与B点电压相等；当VFB超过带隙基准比较器的翻转门限时，Ic2<Ic1，A点电压比B点电压低，比较器发生翻转。
计算带隙基准比较器的翻转门限电压。
由Q1，Q2构成了带隙电路中△VBE的NPN 对，电流设置电阻是R1，增益电阻是R2。
R3可限制驱动Q2的基极电流，这可以防止其进入深饱和，维持电路正确的工作和限制偏置电流。
R4，R5电阻值相等。
于是带隙比较器的翻转门限电压就等于VTH。
在T=300 K时，；VT与绝对温度成正比，此时VT=8．62×10-5T；
VT随温度的增加而增加，而Vbe随温度的增加而减小，它的温度系数。
在式(5)中，第1项是正温度系数，第2项是负温度系数，合理调节R2，R1的比值和n，就可以得到与温度、电源电压无关的翻转门限电压。
1．2．2 迟滞比较器
迟滞比较器的设计不是采用比较器输出端加反馈电阻到输入端，即改变比较器输入门限的方法，而是采用改变电路的平衡性，在比较器的反相输入端引入一失调电压来实现迟滞功能。
(1)迟滞比较器的框图
图3是图1中迟滞比较器的简化原理方框图。
其工作原理是：当VIN+为低电平并逐渐增加时，比较器输出OUT为低电平，反馈回路使得开关K打开。
当VIN+>VIN-+VOS时，比较器发生翻转，输出高电平，反馈回路使得开关闭合。
VIN+由高电平开始下降时，反馈回路使得开关处于闭合状态，当VIN+<VIN-时，比较器发生跳变，输出变为低电平。
因此该比较器迟滞电压为VOS。
(2)实际电路设计
图1电路中，Q11，Q12，Q9，R10提供迟滞反馈回路。
Q13相当于图3中的开关K。
Q11，Q12，Q13构成电流镜，当Q12集电极有电流流过时，Q11，Q13集电极也有电流流过。
当C点电压高于D点电压时，Q10导通，Q12集电极中有电流流过，Q11的集电极，电流流过R10，Q9的发射极电位升高，Q9截止，迟滞比较器处于一种工作状态(相当于图3中K闭合)，设此时流过R8中的电流为IH。
当C点电压低于D点电压时，Q10截止，Q12集电极中没有电流流过，Q9的集电极电位变低，Q9导通，迟滞比较器处于另一种工作状态(相当于图3中K打开)，设此时流过R8中的电流为IL。
迟滞过程为：当C点电压从低电平逐渐增加时，Q10截止，Q12集电极中没有电流流过，Q9的发射极电位变低，Q9导通，流过R8中的电流为IL；当C点电压与D点电压相等时，比较器发生翻转，设此时D点电压为VH，Q10导通，Q12集电极中有电流流过，Q11的集电极电流流过R10，Q9的发射极电位升高，Q9截止，流过R8中的电流变为IH，Q9由截止变为导通，引起流过R8的电流变化量△IR8=IL-IH，R8两端的电压变化量为△V=R8×△AIR8，相当于迟滞比较器的负端电压减少△V，当C点电压低于VH-△V时，迟滞比较器发生翻转。
于是迟滞比较器的迟滞电压为△V。
(3)整体电路的门限电压和迟滞电压
当VFB从低电平逐渐增加时，Ic2>Ic1，于是C点电压高于D点电压，Q10导通，Q9截止。
当输入电压VFB达到带隙比较器的翻转门限时，Ic2=Ic1，此时迟滞比较器发生翻转，
Q10截止，Q9导通，设此时的VFB=VOH，则有：
当VFB从超过VOH电压逐渐减小时，迟滞比较器的工作点发生变化，只有当迟滞比较器的电压达到下翻转门限时，迟滞比较器才翻转，于是当VFB减小到VFB=VOH时，Q10并不导通，VFB继续减小，当迟滞比较器的电压达到下翻转门限时，迟滞比较器才会发生翻转，Q10导通，设此时的VFB=VOL，则有：
式中：△U是△V等效到IN端的输入电压；△V是迟滞比较器的迟滞电压。
于是整体电路的输入端FB迟滞电压为△U。
它与Q9导通时流过的电流、R8大小有关。
调节R9，R10的大小可以改变Q9导通时流过的电流，也就可以调节这个迟滞电压。
改变R8的大小可以直接调整迟滞电压。
2 仿真验证
迟滞比较器的仿真波形如图4～图6所示，图4为输出电流IOUT与输入信号FB的关系图。
从图中可以看出，该电路能够实现8 mV的迟滞功能。
图5和图6分别为迟滞比较器翻转门限随电源电压和温度的变化结果。
可以看出，迟滞比较器的翻转门限随温度和电压变化均较小，验证了电路的稳定性较高。
3 结语
传统的带隙基准电路和迟滞比较器电路占芯片面积较大，工作电压和功耗都比较高。
本文设计的具有带隙结构的迟滞比较器工作电压低至1．2 V，大大节省了芯片面积，适用于微功耗DC—DC转换器中，主要用于镍镉、镍氢和碱性电池供电的便携式产品。