如何實現(xiàn)電壓監(jiān)控的四種方法

為什么監(jiān)控電壓很重要？我們知道監(jiān)控電壓軌可以幫助我們防止掉電、檢測過壓事件、測量電池電量并幫助我們實施整體診斷策略。本文將介紹如何實施電壓監(jiān)控。有四種關(guān)鍵方法：

1.電阻分壓器

這也許是最簡單的電壓監(jiān)測方法。將電壓除以特定因子可用作防止欠壓運行的一種方法（參見圖 1）。

圖 1：使用電阻分壓器禁用穩(wěn)壓器

此方法取決于受監(jiān)控集成電路 (IC) 的啟用特性。如果 IC 的啟用電壓范圍很寬，則不清楚我們的電阻器應(yīng)該是什么電阻值。表 1 代表一個示例。當(dāng)使能引腳上施加的電壓介于 0.4V 和 0.9V 之間時，穩(wěn)壓器將禁用。在如此寬的范圍內(nèi)，我們必須將閾值電壓設(shè)計為 0.4V 以保證禁用。

表 1：LDO 的電壓使能特性

一些設(shè)備，如LM1771，包含“精確啟用”。精密啟用縮小了啟用和禁用電壓范圍，如圖 2 所示。這消除了前面示例中的大部分灰色區(qū)域，并使電阻分壓器的閾值電壓更加精確。

圖 2：精密電壓使能特性

但是，使用電阻分壓器有一些缺點。除了使能電壓范圍不準(zhǔn)確之外，電阻分壓器不提供遲滯功能。結(jié)果，在閾值電壓附近振蕩的分壓以不希望的方式啟用和禁用IC。

電阻值對于電流消耗很重要。電阻值的大小必須足夠小，以允許適當(dāng)?shù)碾娏髁縼眚?qū)動使能。這種情況禁止將電阻器調(diào)整為足夠大的值，而泄漏可以忽略不計。此外，泄漏是恒定的，這對于電池供電的系統(tǒng)來說可能是一個問題。

的優(yōu)點和缺點

· 優(yōu)點：成本低，簡單。

· 缺點：沒有滯后，可能不準(zhǔn)確，持續(xù)泄漏。

· 底線：這種技術(shù)是電壓監(jiān)測的基本方法。它效率低，可能不準(zhǔn)確，但完成了欠壓保護(hù)的基本任務(wù)。

2.比較器和參考電壓

圖 3 所示電路提供與簡單復(fù)位 IC 相同的基本功能。（詳細(xì)信息在 TI Design 參考設(shè)計TIDP144中進(jìn)行了簡明扼要的表述。）與復(fù)位 IC 一樣，它可以準(zhǔn)確地監(jiān)控電壓并在超過某個閾值時標(biāo)記輸出。與復(fù)位 IC 不同，它需要外部參考和電阻器。外部組件會影響閾值電壓和遲滯，因為它們的容差必須考慮到操作中。（與單片集成這些組件的復(fù)位 IC 不同，分立式解決方案無法通過修整來獲得更高的精度。）

圖 3：將比較器與參考電壓相結(jié)合以檢測電壓

此外，各種外部組件將增加整體解決方案的尺寸是理所當(dāng)然的。

的優(yōu)點和缺點

· 優(yōu)點：設(shè)計簡單，包括滯后。

· 缺點：更大的解決方案尺寸，可能不準(zhǔn)確，需要外部電壓基準(zhǔn)，恒定泄漏，需要電阻。

· 底線：如果空間或精度不是問題，這是復(fù)位 IC 的替代品?？紤]到外部元件的數(shù)量，成本可能高于復(fù)位 IC。

3. 板載模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

許多處理器都配備了專用于電壓監(jiān)控的 ADC。這似乎是一個直觀的選擇，尤其是當(dāng)頻道可用時。一個輸入/輸出 (I/O) 可以監(jiān)控電壓軌，另一個 I/O 可以標(biāo)記復(fù)位。這種方法很有吸引力，因為電壓監(jiān)測實際上是“免費的”。

但是，有兩個缺點。首先，電流消耗要高得多。ADC 在活動時通常消耗約 100μA。這很容易使復(fù)位 IC 的電流消耗減少 100 倍以上。其次，這種方法除了 ADC 通道外，還需要使用一個或兩個 I/O。當(dāng) I/O 或 ADC 通道供不應(yīng)求時，這可能會出現(xiàn)問題。

的優(yōu)點和缺點

· 優(yōu)點： “免費”電壓監(jiān)測器，準(zhǔn)確。

· 缺點：需要 ADC，效率較低，占用 I/O。

· 底線：如果我們不使用 ADC 通道并且功耗不是問題，則可以選擇這種類型的電壓監(jiān)控。但是，它確實用盡了通用 I/O (GPIO)。

4.復(fù)位IC

這種單片解決方案在功耗、尺寸和精度方面優(yōu)化了電壓監(jiān)控。它檢測欠壓事件并相應(yīng)地觸發(fā)一個標(biāo)志。TI 的最低功耗 12V 監(jiān)控器 TPS3847等復(fù)位 IC僅消耗 380nA 的電源電流，如圖 4 所示。復(fù)位 IC 的小尺寸也是有益的。TPS3839電壓監(jiān)視器采用微型 1mm x 1mm 小外形無引線 (SON) 封裝。為了檢測有效的欠壓事件，復(fù)位 IC 需要高閾值精度。某些器件（如TPS3701）在整個溫度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度為 0.75%。

圖 4：TPS3847 監(jiān)控 12V 電源軌是否發(fā)生欠壓事件

復(fù)位 IC 有時包含其他功能，例如過壓檢測、看門狗定時器和備用電池切換。

的優(yōu)點和缺點

· 優(yōu)點：體積小、功耗低、簡單、準(zhǔn)確、價格實惠。

· 缺點：額外的芯片與板載 ADC。

· 底線：此方法是最簡單的電壓監(jiān)控解決方案。它針對低功耗和高精度進(jìn)行了最優(yōu)化。

我希望這對在我們的應(yīng)用程序、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、數(shù)字信號處理器 (DSP) 和處理器上實施電壓監(jiān)控的四種方法具有建設(shè)性的洞察力。