如何实现电压监控的四种方法

作者:电工吧 日期:2022-06-06 19:44:13 人气: 栏目:

为什么监控电压很重要?我们知道监控电压轨可以帮助我们防止掉电、检测过压事件、测量电池电量并帮助我们实施整体诊断策略。本将介绍如何实施电压监控。有四种关键方法:

1.分压器

这也许是最简单的电压监测方法。将电压除以特定因子可用作防止欠压运行的一种方法(参见图 1)。

如何实现电压监控的四种方法

1:使用电阻分压器禁用稳压器

此方法取决于受监控集成电路 (IC) 的启用特性。如果 IC 的启用电压范围很宽,则不清楚我们的应该是什么电阻值。表 1 代表一个示例。当使能引脚上施加的电压介于 0.4V 和 0.9V 之间时,稳压器将禁用。在如此宽的范围内,我们必须将阈值电压设计为 0.4V 以保证禁用。

如何实现电压监控的四种方法

1:LDO 的电压使能特性

一些设备,如LM1771,包含“精确启用”。精密启用缩小了启用和禁用电压范围,如图 2 所示。这消除了前面示例中的大部分灰色区域,并使电阻分压器的阈值电压更加精确。

如何实现电压监控的四种方法

2:精密电压使能特性

但是,使用电阻分压器有一些缺点。除了使能电压范围不准确之外,电阻分压器不提供迟滞功能。结果,在阈值电压附近振荡的分压以不希望的方式启用和禁用IC。

电阻值对于电流消耗很重要。电阻值的大小必须足够小,以允许适当的电流量来驱动使能。这种情况禁止将电阻器调整为足够大的值,而泄漏可以忽略不计。此外,泄漏是恒定的,这对于电池供电的系统来说可能是一个问题。

的优点和缺点

· 优点:成本低,简单。

· 缺点:没有滞后,可能不准确,持续泄漏。

· 底线:这种技术是电压监测的基本方法。它效率低,可能不准确,但完成了欠压保护的基本任务。

2.比较器和参考电压

3 所示电路提供与简单复位 IC 相同的基本功能。(详细信息在 TI Design 参考设计TIDP144中进行了简明扼要的表述。)与复位 IC 一样,它可以准确地监控电压并在超过某个阈值时标记输出。与复位 IC 不同,它需要外部参考和电阻器。外部组件会影响阈值电压和迟滞,因为它们的容差必须考虑到操作中。(与单片集成这些组件的复位 IC 不同,分立式解决方案无法通过修整来获得更高的精度。)

如何实现电压监控的四种方法

3:将比较器与参考电压相结合以检测电压

此外,各种外部组件将增加整体解决方案的尺寸是理所当然的。

的优点和缺点

· 优点:设计简单,包括滞后。

· 缺点:更大的解决方案尺寸,可能不准确,需要外部电压基准,恒定泄漏,需要电阻。

· 底线:如果空间或精度不是问题,这是复位 IC 的替代品。考虑到外部元件的数量,成本可能高于复位 IC。

3. 板载模数转换器(ADC)

许多处理器都配备了专用于电压监控的 ADC。这似乎是一个直观的选择,尤其是当频道可用时。一个输入/输出 (I/O) 可以监控电压轨,另一个 I/O 可以标记复位。这种方法很有吸引力,因为电压监测实际上是“免费的”。

但是,有两个缺点。首先,电流消耗要高得多。ADC 在活动时通常消耗约 100?A。这很容易使复位 IC 的电流消耗减少 100 倍以上。其次,这种方法除了 ADC 通道外,还需要使用一个或两个 I/O。当 I/O 或 ADC 通道供不应求时,这可能会出现问题。

的优点和缺点

· 优点: “免费”电压监测器,准确。

· 缺点:需要 ADC,效率较低,占用 I/O。

· 底线:如果我们不使用 ADC 通道并且功耗不是问题,则可以选择这种类型的电压监控。但是,它确实用尽了通用 I/O (GPIO)。

4.复位IC

这种单片解决方案在功耗、尺寸和精度方面优化了电压监控。它检测欠压事件并相应地触发一个标志。TI 的最低功耗 12V 监控 TPS3847等复位 IC仅消耗 380nA 的电流,如图 4 所示。复位 IC 的小尺寸也是有益的。TPS3839电压监视器采用微型 1mm x 1mm 小外形无引线 (SON) 封装。为了检测有效的欠压事件,复位 IC 需要高阈值精度。某些器件(如TPS3701)在整个温度范围内的准确度为 0.75%。

如何实现电压监控的四种方法

4:TPS3847 监控 12V 电源轨是否发生欠压事件

复位 IC 有时包含其他功能,例如过压检测、看门狗定时器和备用电池切换。

的优点和缺点

· 优点:体积小、功耗低、简单、准确、价格实惠。

· 缺点:额外的芯片与板载 ADC。

· 底线:此方法是最简单的电压监控解决方案。它针对低功耗和高精度进行了最优化。

我希望这对在我们的应用程序、现场可编程门阵列 (FPGA)、数字信号处理器 (DSP) 和处理器上实施电压监控的四种方法具有建设性的洞察力。



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