如何将带有监控IC的LED用于欠压和过压故障指示器

欠压和过压故障具有公共复位信号，这使得难以独立检测这些事件。本应用笔记介绍了使用监控IC和LED来解决此问题的不同配置。

介绍

传统上，监控IC用于监控电压轨的欠压故障（UV）。当电源轨低于设定阈值时，系统使用微控制器的复位输出信号保持复位状态，以防止不稳定行为或灾难性故障。

最近的监控IC设计用于监控电源轨的欠压故障和过压故障（OV），从而将电源轨限制在允许的窗口阈值内，如图1所示。很难确定输入端的哪个事件导致了系统复位，因为只有一个专用复位输出同时响应欠压和过压故障。

本应用笔记讨论了以下配置：

采用MAX16132和LED的OV/UV检测电路

使用锁存 LED 状态的 OV/UV 检测电路

OV/UV 检测电路使用 SR 锁存器锁存 LED

图1.MAX16132欠压/过压门限窗口

使用LED的UV/OV检测电路

对于专注于高级驾驶辅助系统（ADAS）的汽车应用，监控OV故障非常重要，因为过压会损坏微控制器并使其不可靠。车辆中的OV故障事件可能由于各种不同的瞬态情况而发生。在这些事件中，主要重点是保存微控制器并在发生故障时激活冗余电路。

图2显示了一个简单的应用电路，该电路使用蓝色和红色LED显示欠压和过压。一旦检测到过压事件，电路就会禁用故障稳压器。

图2.使用 LED 的 UV/OV 检测电路。

在图2中，MAX16132为单通道监控IC，在IN（V在），输入容差设置为 ±7%。+7%容差将输入过压门限值设置为3.531V，−7%容差将输入欠压门限设置为3.069V。MAX9648为极低迟滞比较器，具有同相输入，连接到5V电源轨和RESET之间的电阻分压器网络。在OV和UV事件期间，电阻分压器设置一个等于标称监控电压（V星期一） 与 V 相同在在 3.3V 时。相同的阻性梯子用作RESET引脚的上拉电阻。使用以下公式计算 R1 和 R2 的值：

当没有故障情况时，V重置与 V 相同DD，但在任何故障期间，V重置根据 RESET 灌电流，最高可达 0.3V。MAX16132的最大RESET灌电流为20mA。

在这种情况下，VDD= 5V 和 V裁判= 3.3V。选择 R2 = 10KΩ 和 V重置R1 = 4.24KΩ 时为 0.3V。这将进入RESET引脚的电流限制在330ΩA。

图2中，逻辑A是MAX9648的漏极开路输出，逻辑B是MAX16132的漏极开路输出（复位）。

添加VREF用于稳定性的集成电路

图2所示的解决方案是一种经济高效的解决方案，适用于具有稳定5V电源轨（VDD）的系统。如果5V电源轨有噪声，可使用MAX6037获得稳定的VREF电压，如图3所示。MAX6037为低功耗、固定、可调基准输出。MAX16132的输入为5V电源轨，MAX6037的输出基准电压可在1.184V至5V范围内变化。图3所示为MAX6037用作比较器MAX9648的VREF。

图3.使用 LED 和 V 的 UV/OV 检测电路裁判HCO

紫外线和 OV 故障案例

图3中，A为比较器MAX9648的输出，B为MAX16132的RESET输出。Y1 和 Y2 是输入 A 和 B 的逻辑输出，Y1 表示为/A 和 B 的数字 OR，Y2 是 A 和 B 的数字 OR。

Y1 = /有效 A + B

Y2 = A + B

表 1.输入-输出逻辑的真值表

 

电路事件	一个	B	Y1	Y2
OV	0	0	1	0
紫外线	1	0	0	1
x	0	1	1	1
x	1	1	1	1

 

案例1：紫外线故障

当3.3V监控电压轨（VMON） 降至 3.069V 的欠压阈值点以下，RESET 将逻辑 B 置位至低电平。当比较器的输出将输入A驱动至高电平时，它驱动Q1导通。蓝色 LED 通过将电流吸收到 RESET 中而亮起，从而指示 IN 处发生欠压事件。

当3.3V电源轨（VMON） 升至欠压门限以上，RESET 取消置位，将逻辑 B 拉高。只要3.3V电源轨（VMON） 在窗口阈值内，RESET具有高阻抗，无论晶体管的状态如何，都无法吸收电流。

案例 2：OV 故障

当3.3V电源轨（VMON） 高于 3.531V 的过压阈值，RESET 由于 IN 处的过压事件而置位，这将逻辑 B 驱动为低电平。但是，比较器的输出将输入A驱动为低电平。如表1所示，当输入A和B处于逻辑低电平时，Q2导通。由于RESET为低电平，红色LED通过吸收电流进入RESET而亮起，这表示IN处发生过压事件。在OV故障期间，使用逻辑Y2（FET Q2的源极）并关闭LDO（或DC-DC控制器）以保存剩余系统或提醒微控制器发生OV事件。

保持均匀的 LED 亮度

图2中使用的英飞凌® IRF7307由采用相同封装的NFET（Q1）和PFET（Q2）组成。为了获得均匀的LED亮度，需要调整R1和R2以补偿更高的RDSON的PFET。MAX16132的复位输出低压（VOL）最大值为0.3V，取决于I沉当前。MAX16132的ISINKMAX电流为20mA。通过应用以下公式计算 R3 和 R4 的适当值：

 

五世发光二极管取决于所选的 LED，最高可达 1V。VRESET 可高达0.3V，具体取决于ISINK电流。我发光二极管是允许通过 LED 的最大电流。 ILEDMAX = 10mA 和 RDSON= 5Ω，R3 = 365Ω。图4显示了VMON的变化以及不同LED电压相对于时间的相应行为。在欠压故障期间，蓝色 LED 亮起，在过压故障期间，红色 LED 亮起。

图4.电路中的OV/UV故障。

用MAX16054锁存LED状态

使用MAX16132和LED的检测电路具有成本效益，但如果故障长时间不持续，LED会迅速关闭，恕不另行通知。为了缓解这个问题，请使用MAX16054 IC，它是一款按钮开/关控制器，带有去抖动器和内置锁存器。MAX16054可以在VMON超过标称电压窗口时锁存故障事件。对于OV或UV事件，MAX16054去抖动周期后，其中一个相应的LED亮起，并保持相同状态，直到MAX16054 CLR被拉低。MAX16054即使在电路中清除故障后也能帮助调试问题。

图5所示电路支持在发生故障时对逻辑输出Y1和Y2进行锁存。Y1或Y2从高逻辑切换到低电平，触发MAX16054 IC开启LED。用户可以按CLR按钮关闭LED并清除故障。故障条件必须至少持续MAX16054锁存LED开启的去抖动时间，典型值为50ms。

图5.带 LED 状态锁存的 UV/OV 检测电路。

图6显示，当VMON超过过压阈值（由橙色区域表示）时，信号Y2置位。当Y2超过MAX16054去抖周期时，MAX16054 （OV锁存器）锁存输出为高电平。按 CLR 按钮清除故障。

图6.带锁存输出的OV故障检测时序图。

使用 SR 锁存器锁定 LED 状态

为了在较短的故障条件下锁存输出，用SR锁存器代替MAX16054 IC。如图7所示，电容C1和C2在上电条件下提供有效的逻辑。发生故障时，SR 锁存器将输出设置为高电平并打开 LED。要清除故障，必须按下按钮。

图7.UV/OV检测电路，使用SR锁存器锁存LED状态。

结论

使用使用LED和监控IC（如MAX16132）的OV/UV检测电路或使用IC或SR锁存器锁存LED状态，可以保护汽车环境中的任何敏感系统免受不必要的瞬变、意外过压和欠压电路以及短路的影响。这些解决方案利用单独的欠压和过压故障指示器。对于任何系统级调试，通过使用MAX16054或SR锁存器对LED进行锁存，可以存储系统中以前的故障。

审核编辑：郭婷