电源电压控制器

电源电压控制器 TL77xx系列 重要警告 德克萨斯州仪器有权利再不告知的情况下改变自己的产量或中断任何半导体产品或业务，和在配送之前通知顾客已被证实正确的需要核实的最新的相关。 德州仪器在销售产品的同时附带其半导体产品和相关软件的说明书和软件保证书。测试和其它质量控制技术是利用德州仪器认定的范围，有必要支持这项保证。所以每一个设备的具体参数将不被告知。 必然使用半导体器件的应用软件有潜在的危险性，包括人身或财产伤害，或者环境伤害。(“批判性应用软件”) 德州仪器的半导体仪器不是有经授权或有担保应用于生命维持软件，设备或系统或其他关键性系统。 为了尽量减少与客户的应用程序相关联的风险，适当的操作保障措施，应该由客户提供，以尽量减少固有的或程序性的危害。 德州仪器应用协助，客户产品设计，软件不承担任何责任本文所述的性能，或侵犯专利或服务。 德州仪器也不声明或保证，在任何环境下的任何许可，明示或暗示，被授予专利权，版权，屏蔽作品权或其他知识产权的TI覆盖或与之有关的任何组合，机器或过程中，半导体可能会对或产品或服务的使用。 摘要 数字系统必须有确切的初始状态。在简单的应用软件中，对微机和微处理器的一个复位输入是以R/C电路连接为条件的。上电之后，电路维持逻辑电平的高或低直到电源电压达到，微机的内部逻辑已经实现复位。然而，这种简单的电路不工作在所有条件下，或在很短的下降的电源电压。本应用报告描述了操作和应用的电源电压监控电路系列TL77xx，已被特别设计来解决这些应用问题。 1(引言 在数字系统上电后，通常必须被迫变成了一个明确的初始状态。对于微型计算机和微处理器复位输入提供的简单的应用中，R / C网络连接。上电后，该电路的逻辑电平保持在此输入高(或低)，直到电源电压已达到其标称值，以及已执行的微型计算机的内部逻辑系统的初始化完成。 图1 复位电路 然而，这个电路在电源电压缺少的情况下会不正常工作。在这种情况下，电容C必须被迅速地通过二极管放电，仅当电源电压Vcc低于复位输入阈值电压(1.25伏)时。 VCC的小幅下降在电源电压最小幅度范围内可以破坏的存储器和寄存器的内容，但不激活复位电路。这可能会带来灾难性的后果。 下面是8080汇编下的输入检测范例 WAIT LXI B,INPUT ;装入地址 LOOP LDAX B ;读输入 ANI MASK ;屏蔽位 JNZ LOOP ;检测 如果，在循环的执行过程中，由一个短的电压降会影响B / C的寄存器的内容(导致一个不正确的输入以被读取)，一个不正确的条件下将被测试和一个不正确的决定将造成的后果。此外，解决输入将显示值，可从来没有给予积极的测试结果:执行程序似乎停止。 在大型计算机中提供了若干功能，以防止这样的错误:电源故障及时中断信号的危险的条件下，保护的存储器中内容的是由电池后备，依此类推。在小型微型计算机系统的成就是昂贵的，而且在大多数应用中也没有需要。通常是足够的，如果在一个严重的电压降之后，微型计算机的定义会被强制进入初始条件。为了实现该功能，同时防止上面提到的问题，下面的电路的功能是必需的: ----一个严重的电压降的精确检测。 ----不是在操作范围内作为电源电压的复位信号的生成，，以防止未定义的微型计算机的 操作。 ----在电源电压有维护返回到其标称值后，在确定的时间维持复位信号，以确保正确的 初始化的电路。 对于这些应用，德州仪器已经开发出了一系列集成的电路，用最少的外部元件，无需额外的调整，将符合要求以上描述。 2(电路类型 该电路中的主要部分是一个参考电压源，它由一个非常稳定的，温度补偿的带隙参考组成。一个外部电容器(典型值0.1 mF)必须连接到电压输出Vref，以减少电源电压的快速瞬变的影响。 SENSE输入处的电压除以一个电阻分压器，由一个比较器与基准电压比较。为了实现高准确性，在晶圆探测分频器调整。当感测到的输入电压低于阈值电压时，可控硅 被触发时，排出的定时电容器Ct。它也可以触发晶闸管经由树脂由一个逻辑电平输入(TTL电平，低电平有效)。再次关闭的晶闸管时，无论在SENSE输入(或树脂的输入)的电压增加超过阈值，或在短供电电压下降的电容器的放电电流变得比保持低电流晶闸管低。 此后，所述电容器是由一个电流源100毫安充电，充电时间被计算为如下: td , 1.3,104 ,Ct Ct in F, t in s 由于充电电流的电流强度，因而也确定延迟td时间的耐受性受集成电路中的电阻器的影响。这些偏差对半导体制造过程的影响是不可忽略的。因此，可能会发生变化的延迟时间-50,至+100,。然而，这里讨论的应用程序不受这个影响。在图3中的图显示了典型的延迟时间td与外部电容器Ct的电容。 图2 逻辑图 图3 Ct估值图 只要在所述电容器的电压低于参考电压时，一个额外的比较器和电容器的电压与参考电压比较，并迫使输出进入活动状态。 图4示出的各种信号的时序。在这个例子中，SENSE输入被连接到在典型应用中的本装置的电源电压Vcc。最小的电源电压这个装置的功能是保证为3.6 V。上电后的输出是不确定的，直到最低达到电源电压Vres。对于TL77xxA最小的电源电压是VRES= 3.0 V(典型值2.5 V)，为TL77xxB VRES= 1.0 V此外，当使用的TL77xxB应当注意，与这样的低电源下面的电路的复位输入端的电压的功能可能无法保证。 除了电压VRES电容器Ct首次备排出，留在有源输出状态(RESET高，RESET=低)。 当输入电压变得高于阈值电压的Vt时，晶闸管关断和电容器充电。经过延时，td，在电容器的电压传递的输出比较器的触发电平的输出变得不活跃。该电路是初始化设置为一个确定的状态，并启动正确的操作。 图4 定时图 半导体晶闸管在的电压下降到低于阈值电压Vt和复位期间被再次触发序列重新开始。此外，现在的输出保持在有效状态后返回的时间td电源电压至其所需的值。当输入电压的上升或下降缓慢时，一个滞后VH在输入比较器的输入防止振荡电路。 时间td - 并且电容器Ct - 确定由以下电路的要求。在TTL或CMOS逻辑电路，理论上复位时间为20至50毫微秒就足够了。对于正确的操作，微型计算机需要一个复位信号，该信号持续几个机器周期是这样的顺序的10个到第200毫秒，根据在使用微型计算机的类型。在一个实际的应用中，将延迟时间确定的电源的特性。护理，在这期间和之后不久上电，很短的电压波动不重复的复位系统。延迟时间的10至20毫秒或甚至达500 ms通常会避免这些问题。由于内部限定定时电容器Ct的放电电流，此电容的大小没有上限。 3(应用实例 该电路的五个版本是可用的: ----TL7705A, TL7705B (Vt = 4.55 V): 在TTL电系统及微型电子计算机的应用这需要 一个5伏电源的系统(例如TMS700) ----TL7709A (Vt = 7.6 V): 使用微机系统中的应用TMS1XXXNLL。 ----TL7712A (Vt = 10.8 V): 在CMOS中，微处理器中的应用，和内存与12伏电源的电 路 ----TL7715A (Vt = 13.5 V): 在操作电源电压的电路中的应用为15V时被经常发现应用 于在模拟电路中 ----TL7702A, TL7702B (Vt = 2.5 V): 其他供应系统中的应用使用的电压。所需的触发 电平可与外部调整SENSE输入的电阻分压器。 由于对于大多数应用，电路已经调整到适当的电压电平，这些设备是易于使用的。图5示出的初始化电路图TMS7000微机系统与电源电压Vcc= 5 V的外部元件需要去耦电容Cref的为参考电压和定时电容器Ct。输出的TL77xx的集电极开路输出。因此在图5中的一个上拉电阻RESET输出处所示，以确保正确的高电平。 图5 TL7705在5伏微型计算机中的应用 图6 多充电源的电压管理 在较大的系统中，需要多个电源电压，这有必要检测所有供应电压避免会在断电的情况下导致危险。在图6的电路图中，两个TL7712A的用于检测的正极和负12伏电源。它们的输出被馈送到TL7705A监视的5伏电源的RESIN输入。本装置的输出提供了一个复位信号，每当三个电源电压的任何一个出现故障时会活动。复位信号手动产生通过一个开关，其连接到12伏的正电源供电的电压监视器。 当设计师设计的电源电压监视器不得不注意当唯一的供应电压变为临界电压或失败时定义的复位信号产生(至少如果主电源电压5 V仍然可用)。因此12 V电源电压的电路被供给的5 V的电路检测提供。监视负电源电压的电路，该电路的复位信号被供给到通过一个电阻分压器的基础上，控制TL7705A的RESIN输入晶体管BC546。分压器的设计使复位产生，即使负电源已经完全失败。 已经确定两个电路监视的两个12伏电源的延迟的电容器，可选择短路(在所示的例子中，在这里它是0.01 mF)。这些电路的输出只用于触发该第三监视器TL7705A。复位信号最后的持续时间由由电容Ct的最后提到的电路而定。 这些电源电压监控电路的设计，以检测电源电压下降为短> 300纳秒。在图7中示出在SENSE输入的最小脉冲宽度tdmin相对于所需的触发电压监视电源电压跌落DVCC的振幅。其他电路的灵敏度(TL7702，TL7712等)，可以计算为的触发电压比率成正比。 图7 在SENSE输入的典型触发灵敏度电压监视器TL7705A 图8 减弱触发灵敏度的电路 在不需要这种性能的应用场合，可以通过在一个RC滤波器之前放置SENSE输入降低灵敏度。以避免不能接受的变化阈值电压(TL7705，TL7709，TL7712，TL7715)的电阻器的值应该是只有10 W。在这样的应用中会更好的使用TL7702A。在这个电路中的阈值电压可以是设定为所需的值，由一个高阻抗电压监视器。在SENSE小的滤波电容Cf输入时间触发灵敏度(图8)。 即使没有电源电压的应用，在一些应用中也有必要保持复位电路的输出的激活。在正常情况下关闭的输出晶体管的TL77xxA(非激活状态)，当电源电压是低于3 V(Vcc的为TL77xxB> 1 V)。在图9中的P沟道场效应晶体管被连接到RESET输出。此晶体管导通，当电源电压下降到低于即3 V-3 V或更小的栅极源极电压。为了确保晶体管关闭时的供电电压达到标称值，栅极是至少6 V比更积极源(或所需的高层次，例如2.4 V)。因此，在图9中的电压监视器所提供的供应电压为12 V。由于电源电压稳定性方面的要求，这是不高的，此电源在前面的电压调节器中的功率，电压例如可以采取从滤波提供。 图9 输出电路的改进电路 这些集成电路的进一步应用是在电池缓冲存储器系统的应用。当线电压出现故障，存储器中的内容必须不能被一个随机写操作的微机损坏。，即使在低电源电压复位信号被施加到所述处理器，这些不受控制的写操作也可能会发生。一般来说，它足够切换进入非活动的芯片选择线状态(需要的一些记忆，写行也将被禁用)。一个开关，它由晶体管Q1和二极管D1组成，被插入到存储器芯片的选择线路。在正常操作下(当前电压)的输出的TL7705B关闭(高)，晶体管Q1提请其基极电流从晶体管Q2和电阻器R1。被微处理器检测当片选线从高分到低分的切换，该晶体管导通的存储器中的CS输入变低，并且内存启用。因为小的直流负载电阻器R2和晶体管的饱和电压(及因此CS输入低电平的移位)是非常小的(典型值40毫伏)。当芯片选择线是由所述处理器再次切换为高电平时，晶体管Q1被关断(逆电流的影响增益是可以忽略不计)，二极管D1导通，充电电路中的电容。在一个电力故障的情况下TL7705B的RESET输出被触发变低。晶体管Q1的基极不能不再吸收电流。因此，分离的存储器中的CS输入从芯片选择线路。 图10 电池缓冲记忆的数据保护电路图 图11 参考电压Vref对电源电压变动的典型变化 正如前面已经提到的电源电压控制器TL77xxA的系列结合非常稳定的参考电压源可访问的Vref端。该电压源也可用于在其它应用程序中时，但需要一个恒定电压源。如图11所示，参考电压Vref的变化小于10 mV，当电源电压从3.5改变?18 V。 当环境温度发生变化时参考电压被保持在相同的稳定性。图12示出的典型特征，当环境改变温度从-40?85?，参考电压的变化范围为16 mV。 图12 参考电压Vref对环境温度的变化的典型变化 当使用集成的参考电压提供其他的电路，设计人员考虑最大电流可从该电压源是电流仅为100 mA。随着更高的负载，参考电压的稳定性受到影响。对于较高的电流的形式的运算放大器的一个缓冲器中建议作为一个射极跟随器连接(图13)。如果电压监视部分的电路是未在本申请中使用的，不必需电容器Ct。此终端悬空，输入SENSE和RESIN接地。 图 13 缓冲电路的参考电压 4(设计技巧 TL77XX系列的电源电压监控器的应用并不复杂。然而，应当注意到，这个电路是一个模拟电路，其功能和性能，比如参考电压的稳定性，可能受到相邻电路的噪声的负面影响。因此，电压监视器应该被放置在印刷电路板上，那里没有切换高电流的相邻电路(比如总线接口电路和电源开关)。在布局时，考虑印刷电路板的特殊照料，应该进行模拟电路的相互 VCCreftt连接。除了SENSE输入，还有和端。到输入端得耦合噪声将会导致输出脉冲宽 Vref度的减小。的输入或者是滤波电容器的耦合噪声，可能会导致电路不需要的触发，并因此产生不需要的RESET触发。为了避免这些影响，这些电容器的GND端必须通过最短的方式连接到电压监测器的GND端，因此其他电路引起的电路不会流过这些导线。图14给出了印刷电路板的布局建议。此外，在TL7702的SENSE输入端得电压分压器的电阻必须这样放置，才有可能没有耦合噪声。 图14 印制电路板布局的电源电压监控器 在某些使用中当使用电源监控器TL770XB时，必须串联电容器Ct和一个限流电感器Rt(图15)。有了这个电路，定时电容器将被充电到电源电压Vcc和内部的钳位(7.1V)中的较小的一个。当电源电压迅速下降到一个低于电容器Ct的直流电压时，将会导通一个 使输出错误的寄生电流。当寄生电流Ip小于1mA时，可以避免这种效果。考虑到这一点，电阻器Rt的计算方法如下: VV,CtmaxtR,, t1mA 当Vt等于SENSE输入端的阈值电压时 V,VCtmaxccmax或者7V，用这些值中较小的 当使用TL7705B(Vt=4.55V)最大的电源电压Vcc=5.5V， 5.5V,4.55VR,,,950 t1mA 图15 串联电阻在TL770xB的CT输入的应用 这个电阻小程度影响的延迟时间td。然而，在大多数应用中这种效果可忽略不计，因为 - 当确定的复位脉冲的长度 - 大量储备是考虑到帐户。 当设计一个电源电压监控电路常常在供电线路上的噪声的分析中迫切需要。通常用于这种测量的示波器的探针大多是不能够进行正确的测量。主要的原因是附着在探头上的接地线。这线往往充当天线，其接收周围的电路所产生的所有的噪音。这导致错误的显示在示波器屏幕上。更准确的结果发现，当信号通过一个0.1 mF电容(阻挡DC电压)直接焊接点被测定测量。所述电容器的另一端被连接到一个同轴电缆，其屏蔽被连接到由到下一个接地参考点的最短路径。 5(总结 电源电压的监测绝对是强制性的，以保证正确的电路初始化和检测到未定义的运行状 态，例如欠压。该报告显示多个应用程序电源电压监控系列TL77xxA的例子电路。由于其 非常准确的阈值电压，它们可以很容易地设计应用到系统中代替昂贵的分立电路。