Maxim ICL7665：微處理器電壓監(jiān)測(cè)的理想之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微處理器的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，而電壓監(jiān)測(cè)則是保障其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司的ICL7665微處理器電壓監(jiān)測(cè)器，看看它是如何在電壓監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用的。

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一、產(chǎn)品概述

ICL7665是一款能夠?yàn)槲⑻幚砥鳎é蘌s）提供過壓和欠壓警告的電壓監(jiān)測(cè)器。它具有極低的典型工作電流，僅為3μA，這使得它在電池供電系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，能有效延長電池的使用壽命。其兩個(gè)電壓檢測(cè)器的跳變點(diǎn)和滯后特性可以通過外部電阻進(jìn)行單獨(dú)編程，可適用于任何大于1.3V的電壓。該監(jiān)測(cè)器的供電電壓范圍為1.6V至16V，同時(shí)能夠監(jiān)測(cè)1.3V至數(shù)百伏的電壓。此外，ICL7665A是其改進(jìn)版本，具有2%精度的VSET1閾值，并能保證在不同溫度下的性能。

二、產(chǎn)品特性

1. 低功耗設(shè)計(jì)

3μA的靜態(tài)電流，使其成為電池供電系統(tǒng)中電壓監(jiān)測(cè)的理想選擇。在電池和市電供電系統(tǒng)中，參考電壓、兩個(gè)比較器和滯后輸出的獨(dú)特組合，減少了許多電路的尺寸和元件數(shù)量。

2. 高精度檢測(cè)

ICL7665A具有2%的閾值精度，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)過壓和欠壓情況，為微處理器提供可靠的保護(hù)。

3. 寬供電電壓范圍

1.6V至16V的供電電壓范圍，使其能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境，提高了產(chǎn)品的通用性。

4. 可編程跳變點(diǎn)

通過外部電阻可以對(duì)兩個(gè)電壓檢測(cè)器的跳變點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)編程，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

5. 片上滯后輸出

片上滯后輸出能夠有效避免輸入信號(hào)中的噪聲或小變化導(dǎo)致輸出的反復(fù)切換，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

三、典型應(yīng)用

1. 微處理器電壓監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微處理器的電壓，確保其在正常工作電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，防止因過壓或欠壓導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。

2. 低電池檢測(cè)

在電池供電系統(tǒng)中，及時(shí)檢測(cè)電池電壓的變化，當(dāng)電池電壓過低時(shí)發(fā)出警告，提醒用戶及時(shí)充電或更換電池。

3. 電源故障和欠壓檢測(cè)

監(jiān)測(cè)電源的電壓變化，當(dāng)電源出現(xiàn)故障或欠壓時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)免受損壞。

4. 電池備份切換

在市電供電中斷時(shí)，自動(dòng)切換到電池供電，保證系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。

5. 電源故障監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電源故障并采取相應(yīng)的措施。

6. 過壓/欠壓保護(hù)

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過壓和欠壓保護(hù)，防止因電壓異常導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

7. 高低溫、壓力、電壓報(bào)警

通過監(jiān)測(cè)溫度、壓力和電壓等參數(shù)，當(dāng)參數(shù)超出正常范圍時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

四、電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

1. 基本過/欠壓檢測(cè)電路

• 簡(jiǎn)單閾值檢測(cè)器：如圖3所示，該電路沒有任何滯后特性。通過外部電阻形成電壓分壓器，當(dāng)VSET輸入為1.3V時(shí)，比較器改變狀態(tài)。ICL7665A在+25°C時(shí)具有2%的閾值精度，典型溫度系數(shù)為100ppm/°C，大多數(shù)應(yīng)用中無需外部電位器。
• 帶滯后的閾值檢測(cè)器：如圖4所示，在每個(gè)電壓檢測(cè)器中增加了一個(gè)電阻，該電阻在VSET輸入高于1.3V閾值時(shí)提供電流。滯后特性可以防止輸入信號(hào)在跳變點(diǎn)附近的噪聲或小變化導(dǎo)致輸出的反復(fù)切換。
• 閾值檢測(cè)器（VIN = V+）：如圖5所示，該電路適用于待檢測(cè)電壓也是ICL7665的電源電壓的情況。該電路的優(yōu)點(diǎn)是所有流經(jīng)輸入分壓器電阻的電流都流經(jīng)滯后電阻，允許使用更高阻值的電阻，而滯后輸出泄漏對(duì)跳變點(diǎn)的影響較小。

2. 電阻值計(jì)算

不同電路的電阻值計(jì)算方法不同，具體如下：

• 簡(jiǎn)單閾值檢測(cè)器（圖3）：
  • 選擇R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范圍內(nèi)。
  • 根據(jù)R11和所需的跳變點(diǎn)計(jì)算R21：[R 21=R 11left(frac{V{TRIP }-V{SET }}{V{SET }}right)=R 11left(frac{V{TRIP }-1.3 V}{1.3 V}right)]
• 帶滯后的閾值檢測(cè)器（圖4）：
  • 選擇R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范圍內(nèi)。
  • 根據(jù)所需的上跳變點(diǎn)VU計(jì)算R21：[R 21=R 11left(frac{VU-V{S E T}}{V{S E T}}right)=R 11left(frac{V U-1.3 V}{1.3 V}right)]
  • 根據(jù)所需的滯后量計(jì)算R31：[R 31=frac{(R 21)left(V{+}-V{S E T}right)}{V{U}-V{L}}=frac{(R 21)(V+-1.3 V)}{V{U}-V{L}}]
• 閾值檢測(cè)器（VIN = V+）（圖5）：
  • 選擇R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范圍內(nèi)。
  • 計(jì)算R21：[R 21=R 11left(frac{V{L}-V{S E T}}{V{S E T}}right)=R 11left(frac{V{L}-1.3 V}{1.3}right)]
  • 計(jì)算R31：[R 31=R 11left(frac{V{U}-V{L}}{V_{SET }}right)]

五、應(yīng)用案例

1. 單電源故障監(jiān)測(cè)

如圖6所示，該電路用于監(jiān)測(cè)單電源的過壓和欠壓情況。上跳變點(diǎn)（控制OUT1）以5.5V為中心，具有100mV的滯后；下跳變點(diǎn)（控制OUT2）以4.5V為中心，也具有100mV的滯后。OUT1和OUT2以線或配置連接，生成電源正常信號(hào)。

2. 多電源故障監(jiān)測(cè)

如圖7所示，ICL7665可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)電源。計(jì)算電阻值時(shí)，當(dāng)VSET輸入處于跳變點(diǎn)（1.3V）時(shí)，通過R11的電流為1.3V / R11。當(dāng)兩個(gè)輸入電壓處于所需的低壓檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，通過R21A、R21B和R31的電流之和必須等于該電流。

3. 低電池警告和低電池?cái)嚅_

如圖8所示，該電路用于防止鎳鎘（NiCd）電池過放電，并提供低電池警告。當(dāng)電池電壓降至1V x (N – 1)（N為電池單元數(shù)）時(shí)，負(fù)載將被斷開，同時(shí)使用800mV的滯后防止反復(fù)開關(guān)循環(huán)。

4. 電源故障警告和上電/下電復(fù)位

如圖9所示，該電路監(jiān)測(cè)7805三端5V穩(wěn)壓器的原始直流輸入電壓。當(dāng)未調(diào)節(jié)的直流輸入降至8.0V以下時(shí)，電源故障警告信號(hào)變高。該電路在5V輸出開始下降之前至少提供3.5ms的警告。

5. 交流電源故障和欠壓檢測(cè)

如圖10所示，通過監(jiān)測(cè)變壓器的次級(jí)，該電路執(zhí)行與圖9相同的電源故障警告功能。當(dāng)110V交流電源線電壓中斷或降低，使得峰值電壓低于10.2V時(shí)，C1將通過R1充電。當(dāng)C1上的電壓達(dá)到1.3V時(shí)，電源故障警告輸出OUT2變高。

6. 電池切換電路

如圖11所示，該電路具有兩個(gè)功能：當(dāng)市電供電電源關(guān)閉時(shí)，將CMOS存儲(chǔ)器的電源切換到備用電池；當(dāng)備用電池接近放電時(shí)，點(diǎn)亮低電池警告LED。

7. 簡(jiǎn)單高低溫報(bào)警

如圖12所示，該電路使用低成本NPN晶體管作為傳感器，ICL7665作為高低檢測(cè)器。通過調(diào)節(jié)R1和R2，可以設(shè)置高溫和低溫報(bào)警的閾值。

六、SCR閂鎖預(yù)防

與所有結(jié)隔離的CMOS電路一樣，ICL7665具有固有的四層或SCR結(jié)構(gòu)，在某些條件下可能會(huì)觸發(fā)破壞性閂鎖。為避免這種情況，需要采取以下預(yù)防措施：

1. 限制輸入電流

如果任一VSET端子的電壓可能高于V+或低于地，將輸入電流限制在最大500μA。通常，可以選擇輸入分壓器電阻，以確保即使在ICL7665的V+電源連接之前施加輸入電壓，輸入電流也保持在500μA以下。

2. 限制V+的上升速率

在ICL7665附近使用旁路電容器來限制V+的上升速率。除非滿足特定條件，否則很少會(huì)發(fā)生上升速率SCR現(xiàn)象。

3. 限制最大電源電壓

將最大電源電壓（包括瞬態(tài)尖峰）限制在18V。同樣，將OUT1和OUT2上的最大電壓限制在+18V，將HYST1和HYST2上的最大電壓限制在V+以下18V。

七、總結(jié)

Maxim ICL7665微處理器電壓監(jiān)測(cè)器以其低功耗、高精度、寬供電電壓范圍和可編程跳變點(diǎn)等特性，為微處理器的電壓監(jiān)測(cè)提供了可靠的解決方案。通過合理的電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。同時(shí)，采取有效的SCR閂鎖預(yù)防措施，可以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們可以根據(jù)具體需求選擇合適的電路和參數(shù)，充分發(fā)揮ICL7665的優(yōu)勢(shì)。大家在使用ICL7665的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。