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引言

電壓監(jiān)控器具有多種外形尺寸和豐富的功能，可幫助設(shè)計(jì)人員提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性。電壓監(jiān)控器通常用于監(jiān)控電源軌。在幾乎所有設(shè)計(jì)、工業(yè)或汽車(chē)應(yīng)用中使用電壓監(jiān)控器的優(yōu)勢(shì)之一是監(jiān)控器可幫助處理器防止出現(xiàn)欠壓情況。使用監(jiān)控器監(jiān)控用于 MCU 的電源軌有助于在意外電壓軌故障（例如突發(fā)壓降、尖峰和瞬態(tài)）中將 MCU 復(fù)位。

電壓監(jiān)控器的另一個(gè)常見(jiàn)用途是充當(dāng)比較器，對(duì)電池或系統(tǒng)電源軌進(jìn)行監(jiān)控。發(fā)生過(guò)壓或欠壓事件時(shí)，監(jiān)控器可以檢測(cè)到相應(yīng)事件并做出反應(yīng)。TI 具有非常豐富的產(chǎn)品系列，提供具有不同閾值、精度和遲滯的監(jiān)控器，以便可以監(jiān)控低壓電源軌和高壓電源軌。

設(shè)計(jì)人員可以選擇使用適當(dāng)?shù)燃?jí)的高壓監(jiān)控器或具有額外電路的低壓監(jiān)控器，使監(jiān)控器能夠在超出其建議工作條件時(shí)運(yùn)行。本應(yīng)用手冊(cè)介紹了使用高壓和低壓監(jiān)控器監(jiān)控高壓電源軌的幾種設(shè)計(jì)解決方案。

高壓監(jiān)控器

圖 1 顯示了 TPS37 用于在標(biāo)準(zhǔn) 24V 電壓軌上同時(shí)監(jiān)控欠壓和過(guò)壓情況的低復(fù)雜性解決方案。由于 TPS37 可處理高達(dá) 65V 的電壓，因此該器件可輕松監(jiān)控與 24V 電源的直接連接。

類似地，圖 2 顯示了用于直接監(jiān)控兩個(gè)獨(dú)立電壓軌的 TPS38，而 圖 3 顯示了 TPS3760 監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn) 12V 電壓軌上的欠壓情況。

TPS37、TPS38 和 TPS3760 的一些常見(jiàn)特性包括可編程感應(yīng)和復(fù)位延時(shí)時(shí)間特性、低靜態(tài)電流、手動(dòng)復(fù)位特性以及具有不同輸出拓?fù)溥x項(xiàng)。有關(guān) TPS3760、TPS37 和 TPS38 關(guān)鍵特性的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱應(yīng)用手冊(cè)寬 VIN 過(guò)壓和欠壓監(jiān)控器的常見(jiàn)應(yīng)用。

如圖 4 所示，TPS3762 是另一款具有低電源電流的 65V 窗口監(jiān)控器，也可以直接監(jiān)控與 12V/24V 的連接。它還具有可幫助將系統(tǒng)置于安全狀態(tài)的輸出復(fù)位鎖存功能，以及在器件內(nèi)部運(yùn)行診斷的內(nèi)置自檢功能。得益于具備 BIST 功能，TPS3762 的優(yōu)勢(shì)之一是以 SIL-3 功能安全合規(guī)級(jí)別為目標(biāo)，適用于工業(yè)應(yīng)用，而 TPS3762-Q1 以 ASIL-D 功能安全合規(guī)級(jí)別為目標(biāo)，適用于汽車(chē)應(yīng)用，這將幫助設(shè)計(jì)人員滿足如表 1 所示的功能安全要求。

使用高壓監(jiān)控器，可以非常輕松地監(jiān)控高壓電源軌。TI 的高壓監(jiān)控器設(shè)計(jì)用于處理高達(dá) 65V 的電壓，并具有低電流消耗，適用于工業(yè) SELV 電源軌和汽車(chē)電池系統(tǒng)。由于這些監(jiān)控器可直接連接到高壓電源而無(wú)需額外的電路（如圖 5 所示），因此可為監(jiān)控高壓電源軌提供簡(jiǎn)單的解決方案，并能快速響應(yīng)。

低壓監(jiān)控器

對(duì)于某些設(shè)計(jì)而言，采用低壓監(jiān)控器來(lái)監(jiān)控高于器件額定電壓的電壓監(jiān)控應(yīng)用是有好處的。例如，盡管 TPS3808E 具有 6.5V 功能限制，但某些應(yīng)用需要使用 TPS3808E 等低壓監(jiān)控器來(lái)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn) 12V 電壓軌。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是添加額外的電路，幫助監(jiān)控器保持在建議的運(yùn)行條件下工作。為此，有兩種常見(jiàn)的方法，要么添加分壓器，要么添加并聯(lián)電壓基準(zhǔn)。表 2 概述了使用這些低壓監(jiān)控器解決方案與使用諸如 TPS37 之類高壓監(jiān)控器之間的一些差異。

分壓器方法

一種方法是使用連接到監(jiān)控器 VDD 引腳的分壓器將電源電壓軌按比例降低至建議電平。例如，如果標(biāo)稱 12V 電池電壓軌的瞬態(tài)電壓為 40V，但需要為同一電壓軌的 TPS3840 供電，則當(dāng)電壓軌為 40V 時(shí)，監(jiān)控器仍需正常工作。解決方法是將分壓器連接到 VDD 引腳，以將電源調(diào)整到 TPS3840 的建議電平，如圖 6 所示。一個(gè)問(wèn)題是，分壓器始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此始終會(huì)有漏電流。TPS3840 的低 Iq 允許增加電阻值以降低漏電流。分壓器方法可以提高監(jiān)控器的 VDD 功能并降低解決方案成本，但代價(jià)是功耗會(huì)增加。對(duì)于嘈雜的應(yīng)用，TI 建議在使用電阻分壓器時(shí)在 VDD 上安裝一個(gè)輸入電容器。但是，在 VDD 上添加一個(gè)電容器可能會(huì)顯著減慢器件的響應(yīng)速度，因?yàn)樗c CIN 和用于分壓器的電阻一起構(gòu)成了一個(gè) RC 電路。

并聯(lián)電壓基準(zhǔn)

另一種選擇是使用并聯(lián)基準(zhǔn)來(lái)鉗制輸入電壓，如圖 7 所示。在此示例中，LM4040 基準(zhǔn)用于將 VDD 鉗位至 6.5V。并聯(lián)基準(zhǔn)會(huì)傳導(dǎo)極小的電流，然后將其余電流分流至高于其設(shè)定的分流電壓以上。在電壓軌低于 6.5V 的情況下，電流消耗較低，分流器不會(huì)限制 TPS3808E VDD 引腳的電壓。這意味著，TPS3808E 可在電源軌高于最小輸入電壓時(shí)進(jìn)行穩(wěn)壓。以這種方式實(shí)施并聯(lián)基準(zhǔn)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)低成本降壓穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器僅在電壓高于 6.5V 時(shí)才啟用。圖 7 顯示了一個(gè)典型示例，說(shuō)明 LM4040 如何與 TPS3808E 配合使用以監(jiān)控 12V 電壓軌。

結(jié)語(yǔ)

有多種方法可以監(jiān)控高壓電源軌。TI 提供了大量可實(shí)現(xiàn)各種功能的器件，這些功能對(duì)于監(jiān)控高壓電源軌大有裨益。通常，TI 建議采用其推出的一種高壓監(jiān)控器，這種監(jiān)控器可提供簡(jiǎn)單而有效的解決方案來(lái)監(jiān)控高壓電源軌，響應(yīng)速度快并且功耗低。如果應(yīng)用不要求低功耗或快速響應(yīng)速度，那么將低壓監(jiān)控器與概述的電路之一配合使用便是滿足任何高壓需求的可行解決方案。表 2 比較了 TI 在其產(chǎn)品系列中提供的一些高壓監(jiān)控解決方案。