為什么監(jiān)控電壓很重要？

監(jiān)控電壓軌與做庭院工作一樣令人著迷。雖然大多數(shù)人并不特別喜歡拔除雜草或修剪樹籬，但有必要防止事情失控或讓其他人對你大喊大叫。

幸運的是，有無數(shù)種方法可以監(jiān)控我們的 1.8V 電源軌。不幸的是，并不總是清楚哪種方法最好。本文著眼于電壓監(jiān)控為何如此重要。

避免掉電

在數(shù)字領(lǐng)域，掉電會導(dǎo)致處理器鎖定和故障。例如，MSP430? 微控制器 (MCU) 線路中的最小電源電壓為 1.8V。將電源電壓降至該閾值以下，即使是短暫的，也可能意味著麻煩。幸運的是，許多 MSP430 MCU 都包含自己的復(fù)位 IC 以防止出現(xiàn)這種情況。如果發(fā)生掉電，復(fù)位 IC 將處理器置于復(fù)位狀態(tài)，直到電源電壓上升到可容忍的水平。如果電壓監(jiān)視器尚未集成到 MCU 中或需要冗余，則由工程師自行實施，如圖 1 所示。

圖 1：使用TPS3813?K33進(jìn)行電壓監(jiān)控和看門狗監(jiān)控

TPS3813-Q1監(jiān)控電路主要為 DSP 和基于處理器的系統(tǒng)提供電路初始化和計時監(jiān)測等功能。
上電期間，RESET引腳會在電源電壓 (VDD) 超出 1.1V 時有效。因此，只要 VDD保持在閾值電壓 (VIT) 以下，監(jiān)控電路就會監(jiān)測 VDD并使RESET引腳保持有效狀態(tài)。
內(nèi)部計時器將會延遲輸出恢復(fù)至無效（高電平）狀態(tài)的時間，以確保系統(tǒng)正常復(fù)位。延時時間 td = 25ms（典型值）在 VDD上升至高于閾值電壓 (VIT) 之后開始。當(dāng)電源電壓降至閾值電壓 (VIT) 以下時，輸出再次變?yōu)橛行顟B(tài)（低電平）。無需外部組件。該系列中的所有器件均具有一個通過內(nèi)部分壓器設(shè)定的固定感應(yīng)閾值電壓 (VIT)。
對于安全關(guān)鍵型應(yīng)用，TPS3813-Q1系列器件包含具備可編程延遲和窗口比率的窗口看門狗?？梢酝ㄟ^將 WDT 引腳連接到 GND 或 VDD或使用外部電容器來設(shè)置看門狗超時的上限?？梢酝ㄟ^將 WDR 引腳連接到 GND 或 VDD來設(shè)置下限和窗口比率。如果為看門狗操作不當(dāng)，RESET引腳將使微控制器復(fù)位。
該產(chǎn)品系列專為 2.5V、3V、3.3V 和 5V 電源電壓而設(shè)計。這些該器件采用 6 引腳 SOT-23 封裝。這些器件的工作溫度范圍為–40°C 至 125°C。

感測過壓事件

IC 的絕對額定電壓至關(guān)重要。以TPS61230 為例——在正常運行期間，輸入電壓范圍額定為 5.5V。輸入端施加的絕對最大電壓為 6V。超過絕對最大電壓可能會導(dǎo)致可靠性問題和/或?qū)?IC 造成永久性損壞。盡管TPS61230可能在標(biāo)稱 5V 電壓軌下運行，但可能不會考慮不準(zhǔn)確或瞬態(tài)電壓。額定精度為 5% 的 5V 電壓軌很容易成為 5.25V 電壓軌。如果線路上有足夠的電感，加載電路會導(dǎo)致電壓出現(xiàn)尖峰，從而導(dǎo)致電源電壓高于 6V。預(yù)防措施，例如熱插拔和電子保險絲將有助于防止這些事件。在某些情況下，復(fù)位 IC 也可以完成相同的任務(wù)，如圖 2 所示。

圖 2：使用TPS3700或TPS3701等窗口比較器檢測 5V 線路是否發(fā)生過壓事件

電池電量監(jiān)測

確保鋰離子 (Li-ion) 和其他電池技術(shù)不會偏離其安全工作區(qū)域勢在必行。這包括防止充電不足和過度充電狀態(tài)。雖然這通常通過電池管理系統(tǒng) (BMS)來實現(xiàn)，但電壓監(jiān)視器也可以保護(hù)電池（或多個電池）免受此類事件的影響。圖 3 顯示了使用雙電壓監(jiān)視器來檢測下降的電池電壓的實現(xiàn)。

圖 3：使用TPS3779監(jiān)控 3.6V 鋰離子電池

診斷

除了保護(hù)之外，系統(tǒng)可能需要監(jiān)控其軌道，作為整體診斷策略的一部分。例如，當(dāng)系統(tǒng)試圖獲得國際電工委員會 (IEC) 61508 標(biāo)準(zhǔn)下的安全完整性等級 (SIL) 認(rèn)可時。電壓監(jiān)視器是確保電壓軌正常運行的一種方式。