如何將帶有監(jiān)控IC的LED用于欠壓和過壓故障指示器

欠壓和過壓故障具有公共復(fù)位信號(hào)，這使得難以獨(dú)立檢測這些事件。本應(yīng)用筆記介紹了使用監(jiān)控IC和LED來解決此問題的不同配置。

介紹

傳統(tǒng)上，監(jiān)控IC用于監(jiān)控電壓軌的欠壓故障（UV）。當(dāng)電源軌低于設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)使用微控制器的復(fù)位輸出信號(hào)保持復(fù)位狀態(tài)，以防止不穩(wěn)定行為或?yàn)?zāi)難性故障。

最近的監(jiān)控IC設(shè)計(jì)用于監(jiān)控電源軌的欠壓故障和過壓故障（OV），從而將電源軌限制在允許的窗口閾值內(nèi)，如圖1所示。很難確定輸入端的哪個(gè)事件導(dǎo)致了系統(tǒng)復(fù)位，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)專用復(fù)位輸出同時(shí)響應(yīng)欠壓和過壓故障。

本應(yīng)用筆記討論了以下配置：

采用MAX16132和LED的OV/UV檢測電路

使用鎖存 LED 狀態(tài)的 OV/UV 檢測電路

OV/UV 檢測電路使用 SR 鎖存器鎖存 LED

圖1.MAX16132欠壓/過壓門限窗口

使用LED的UV/OV檢測電路

對于專注于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的汽車應(yīng)用，監(jiān)控OV故障非常重要，因?yàn)檫^壓會(huì)損壞微控制器并使其不可靠。車輛中的OV故障事件可能由于各種不同的瞬態(tài)情況而發(fā)生。在這些事件中，主要重點(diǎn)是保存微控制器并在發(fā)生故障時(shí)激活冗余電路。

圖2顯示了一個(gè)簡單的應(yīng)用電路，該電路使用藍(lán)色和紅色LED顯示欠壓和過壓。一旦檢測到過壓事件，電路就會(huì)禁用故障穩(wěn)壓器。

圖2.使用 LED 的 UV/OV 檢測電路。

在圖2中，MAX16132為單通道監(jiān)控IC，在IN（V在），輸入容差設(shè)置為 ±7%。+7%容差將輸入過壓門限值設(shè)置為3.531V，?7%容差將輸入欠壓門限設(shè)置為3.069V。MAX9648為極低遲滯比較器，具有同相輸入，連接到5V電源軌和RESET之間的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)。在OV和UV事件期間，電阻分壓器設(shè)置一個(gè)等于標(biāo)稱監(jiān)控電壓（V星期一） 與 V 相同在在 3.3V 時(shí)。相同的阻性梯子用作RESET引腳的上拉電阻。使用以下公式計(jì)算 R1 和 R2 的值：

當(dāng)沒有故障情況時(shí)，V重置與 V 相同DD，但在任何故障期間，V重置根據(jù) RESET 灌電流，最高可達(dá) 0.3V。MAX16132的最大RESET灌電流為20mA。

在這種情況下，VDD= 5V 和 V裁判= 3.3V。選擇 R2 = 10KΩ 和 V重置R1 = 4.24KΩ 時(shí)為 0.3V。這將進(jìn)入RESET引腳的電流限制在330ΩA。

圖2中，邏輯A是MAX9648的漏極開路輸出，邏輯B是MAX16132的漏極開路輸出（復(fù)位）。

添加VREF用于穩(wěn)定性的集成電路

圖2所示的解決方案是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，適用于具有穩(wěn)定5V電源軌（VDD）的系統(tǒng)。如果5V電源軌有噪聲，可使用MAX6037獲得穩(wěn)定的VREF電壓，如圖3所示。MAX6037為低功耗、固定、可調(diào)基準(zhǔn)輸出。MAX16132的輸入為5V電源軌，MAX6037的輸出基準(zhǔn)電壓可在1.184V至5V范圍內(nèi)變化。圖3所示為MAX6037用作比較器MAX9648的VREF。

圖3.使用 LED 和 V 的 UV/OV 檢測電路裁判HCO

紫外線和 OV 故障案例

圖3中，A為比較器MAX9648的輸出，B為MAX16132的RESET輸出。Y1 和 Y2 是輸入 A 和 B 的邏輯輸出，Y1 表示為/A 和 B 的數(shù)字 OR，Y2 是 A 和 B 的數(shù)字 OR。

Y1 = /有效 A + B

Y2 = A + B

表 1.輸入-輸出邏輯的真值表

案例1：紫外線故障

當(dāng)3.3V監(jiān)控電壓軌（VMON） 降至 3.069V 的欠壓閾值點(diǎn)以下，RESET 將邏輯 B 置位至低電平。當(dāng)比較器的輸出將輸入A驅(qū)動(dòng)至高電平時(shí)，它驅(qū)動(dòng)Q1導(dǎo)通。藍(lán)色 LED 通過將電流吸收到 RESET 中而亮起，從而指示 IN 處發(fā)生欠壓事件。

當(dāng)3.3V電源軌（VMON） 升至欠壓門限以上，RESET 取消置位，將邏輯 B 拉高。只要3.3V電源軌（VMON） 在窗口閾值內(nèi)，RESET具有高阻抗，無論晶體管的狀態(tài)如何，都無法吸收電流。

案例 2：OV 故障

當(dāng)3.3V電源軌（VMON） 高于 3.531V 的過壓閾值，RESET 由于 IN 處的過壓事件而置位，這將邏輯 B 驅(qū)動(dòng)為低電平。但是，比較器的輸出將輸入A驅(qū)動(dòng)為低電平。如表1所示，當(dāng)輸入A和B處于邏輯低電平時(shí)，Q2導(dǎo)通。由于RESET為低電平，紅色LED通過吸收電流進(jìn)入RESET而亮起，這表示IN處發(fā)生過壓事件。在OV故障期間，使用邏輯Y2（FET Q2的源極）并關(guān)閉LDO（或DC-DC控制器）以保存剩余系統(tǒng)或提醒微控制器發(fā)生OV事件。

保持均勻的 LED 亮度

圖2中使用的英飛凌? IRF7307由采用相同封裝的NFET（Q1）和PFET（Q2）組成。為了獲得均勻的LED亮度，需要調(diào)整R1和R2以補(bǔ)償更高的RDSON的PFET。MAX16132的復(fù)位輸出低壓（VOL）最大值為0.3V，取決于I沉當(dāng)前。MAX16132的ISINKMAX電流為20mA。通過應(yīng)用以下公式計(jì)算 R3 和 R4 的適當(dāng)值：

五世發(fā)光二極管取決于所選的 LED，最高可達(dá) 1V。VRESET 可高達(dá)0.3V，具體取決于ISINK電流。我發(fā)光二極管是允許通過 LED 的最大電流。 ILEDMAX = 10mA 和 RDSON= 5Ω，R3 = 365Ω。圖4顯示了VMON的變化以及不同LED電壓相對于時(shí)間的相應(yīng)行為。在欠壓故障期間，藍(lán)色 LED 亮起，在過壓故障期間，紅色 LED 亮起。

圖4.電路中的OV/UV故障。

用MAX16054鎖存LED狀態(tài)

使用MAX16132和LED的檢測電路具有成本效益，但如果故障長時(shí)間不持續(xù)，LED會(huì)迅速關(guān)閉，恕不另行通知。為了緩解這個(gè)問題，請使用MAX16054 IC，它是一款按鈕開/關(guān)控制器，帶有去抖動(dòng)器和內(nèi)置鎖存器。MAX16054可以在VMON超過標(biāo)稱電壓窗口時(shí)鎖存故障事件。對于OV或UV事件，MAX16054去抖動(dòng)周期后，其中一個(gè)相應(yīng)的LED亮起，并保持相同狀態(tài)，直到MAX16054 CLR被拉低。MAX16054即使在電路中清除故障后也能幫助調(diào)試問題。

圖5所示電路支持在發(fā)生故障時(shí)對邏輯輸出Y1和Y2進(jìn)行鎖存。Y1或Y2從高邏輯切換到低電平，觸發(fā)MAX16054 IC開啟LED。用戶可以按CLR按鈕關(guān)閉LED并清除故障。故障條件必須至少持續(xù)MAX16054鎖存LED開啟的去抖動(dòng)時(shí)間，典型值為50ms。

圖5.帶 LED 狀態(tài)鎖存的 UV/OV 檢測電路。

圖6顯示，當(dāng)VMON超過過壓閾值（由橙色區(qū)域表示）時(shí)，信號(hào)Y2置位。當(dāng)Y2超過MAX16054去抖周期時(shí)，MAX16054 （OV鎖存器）鎖存輸出為高電平。按 CLR 按鈕清除故障。

圖6.帶鎖存輸出的OV故障檢測時(shí)序圖。

使用 SR 鎖存器鎖定 LED 狀態(tài)

為了在較短的故障條件下鎖存輸出，用SR鎖存器代替MAX16054 IC。如圖7所示，電容C1和C2在上電條件下提供有效的邏輯。發(fā)生故障時(shí)，SR 鎖存器將輸出設(shè)置為高電平并打開 LED。要清除故障，必須按下按鈕。

圖7.UV/OV檢測電路，使用SR鎖存器鎖存LED狀態(tài)。

結(jié)論

使用使用LED和監(jiān)控IC（如MAX16132）的OV/UV檢測電路或使用IC或SR鎖存器鎖存LED狀態(tài)，可以保護(hù)汽車環(huán)境中的任何敏感系統(tǒng)免受不必要的瞬變、意外過壓和欠壓電路以及短路的影響。這些解決方案利用單獨(dú)的欠壓和過壓故障指示器。對于任何系統(tǒng)級(jí)調(diào)試，通過使用MAX16054或SR鎖存器對LED進(jìn)行鎖存，可以存儲(chǔ)系統(tǒng)中以前的故障。

審核編輯：郭婷