Maxim ICL7665：微處理器電壓監測的理想之選

在電子設計領域，微處理器的穩定運行至關重要，而電壓監測則是保障其穩定運行的關鍵環節。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司的ICL7665微處理器電壓監測器，看看它是如何在電壓監測方面發揮重要作用的。

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一、產品概述

ICL7665是一款能夠為微處理器（μPs）提供過壓和欠壓警告的電壓監測器。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中表現出色，能有效延長電池的使用壽命。其兩個電壓檢測器的跳變點和滯后特性可以通過外部電阻進行單獨編程，可適用于任何大于1.3V的電壓。該監測器的供電電壓范圍為1.6V至16V，同時能夠監測1.3V至數百伏的電壓。此外，ICL7665A是其改進版本，具有2%精度的VSET1閾值，并能保證在不同溫度下的性能。

二、產品特性

1. 低功耗設計

3μA的靜態電流，使其成為電池供電系統中電壓監測的理想選擇。在電池和市電供電系統中，參考電壓、兩個比較器和滯后輸出的獨特組合，減少了許多電路的尺寸和元件數量。

2. 高精度檢測

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

3. 寬供電電壓范圍

1.6V至16V的供電電壓范圍，使其能夠適應不同的電源環境，提高了產品的通用性。

4. 可編程跳變點

通過外部電阻可以對兩個電壓檢測器的跳變點進行單獨編程，滿足不同應用場景的需求。

5. 片上滯后輸出

片上滯后輸出能夠有效避免輸入信號中的噪聲或小變化導致輸出的反復切換，提高了系統的穩定性。

三、典型應用

1. 微處理器電壓監測

實時監測微處理器的電壓，確保其在正常工作電壓范圍內運行，防止因過壓或欠壓導致的系統故障。

2. 低電池檢測

在電池供電系統中，及時檢測電池電壓的變化，當電池電壓過低時發出警告，提醒用戶及時充電或更換電池。

3. 電源故障和欠壓檢測

監測電源的電壓變化，當電源出現故障或欠壓時，及時發出信號，保護系統免受損壞。

4. 電池備份切換

在市電供電中斷時，自動切換到電池供電，保證系統的持續運行。

5. 電源故障監測

實時監測電源的工作狀態，及時發現電源故障并采取相應的措施。

6. 過壓/欠壓保護

對系統進行過壓和欠壓保護，防止因電壓異常導致的設備損壞。

7. 高低溫、壓力、電壓報警

通過監測溫度、壓力和電壓等參數，當參數超出正常范圍時發出報警信號。

四、電路設計與參數計算

1. 基本過/欠壓檢測電路

• 簡單閾值檢測器：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VSET輸入為1.3V時，比較器改變狀態。ICL7665A在+25°C時具有2%的閾值精度，典型溫度系數為100ppm/°C，大多數應用中無需外部電位器。
• 帶滯后的閾值檢測器：如圖4所示，在每個電壓檢測器中增加了一個電阻，該電阻在VSET輸入高于1.3V閾值時提供電流。滯后特性可以防止輸入信號在跳變點附近的噪聲或小變化導致輸出的反復切換。
• 閾值檢測器（VIN = V+）：如圖5所示，該電路適用于待檢測電壓也是ICL7665的電源電壓的情況。該電路的優點是所有流經輸入分壓器電阻的電流都流經滯后電阻，允許使用更高阻值的電阻，而滯后輸出泄漏對跳變點的影響較小。

2. 電阻值計算

不同電路的電阻值計算方法不同，具體如下：

• 簡單閾值檢測器（圖3）：
  • 選擇R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范圍內。
  • 根據R11和所需的跳變點計算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)]
• 帶滯后的閾值檢測器（圖4）：
  • 選擇R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范圍內。
  • 根據所需的上跳變點VU計算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)]
  • 根據所需的滯后量計算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}}]
• 閾值檢測器（VIN = V+）（圖5）：
  • 選擇R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范圍內。
  • 計算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)]
  • 計算R31：[R 31=R 11left(frac{V{U}-V{L}}{V_{SET }}right)]

五、應用案例

1. 單電源故障監測

如圖6所示，該電路用于監測單電源的過壓和欠壓情況。上跳變點（控制OUT1）以5.5V為中心，具有100mV的滯后；下跳變點（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。

2. 多電源故障監測

如圖7所示，ICL7665可以同時監測多個電源。計算電阻值時，當VSET輸入處于跳變點（1.3V）時，通過R11的電流為1.3V / R11。當兩個輸入電壓處于所需的低壓檢測點時，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斷開

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。當電池電壓降至1V x (N – 1)（N為電池單元數）時，負載將被斷開，同時使用800mV的滯后防止反復開關循環。

4. 電源故障警告和上電/下電復位

如圖9所示，該電路監測7805三端5V穩壓器的原始直流輸入電壓。當未調節的直流輸入降至8.0V以下時，電源故障警告信號變高。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

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

6. 電池切換電路

如圖11所示，該電路具有兩個功能：當市電供電電源關閉時，將CMOS存儲器的電源切換到備用電池；當備用電池接近放電時，點亮低電池警告LED。

7. 簡單高低溫報警

如圖12所示，該電路使用低成本NPN晶體管作為傳感器，ICL7665作為高低檢測器。通過調節R1和R2，可以設置高溫和低溫報警的閾值。

六、SCR閂鎖預防

與所有結隔離的CMOS電路一樣，ICL7665具有固有的四層或SCR結構，在某些條件下可能會觸發破壞性閂鎖。為避免這種情況，需要采取以下預防措施：

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，否則很少會發生上升速率SCR現象。

3. 限制最大電源電壓

將最大電源電壓（包括瞬態尖峰）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

Maxim ICL7665微處理器電壓監測器以其低功耗、高精度、寬供電電壓范圍和可編程跳變點等特性，為微處理器的電壓監測提供了可靠的解決方案。通過合理的電路設計和參數計算，可以滿足不同應用場景的需求。同時，采取有效的SCR閂鎖預防措施，可以確保產品的穩定性和可靠性。在實際應用中，電子工程師們可以根據具體需求選擇合適的電路和參數，充分發揮ICL7665的優勢。大家在使用ICL7665的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。