Супервизоры питания

Микросхемы супервизоров питания компании on Semiconductor Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ромадина Ирина

Самые простые интегральные формирователи сигналов сброса появились в начале 90‑х годов как альтернатива традиционной схеме на RC-цепочке. Современные электронные компоненты типа микроконтроллеров или процессоров имеют встроенные модули мониторинга питания, сторожевые таймеры и прочие средства против зависания и неправильного функционирования при сбоях по питанию. Тем не менее, для обеспечения высокой надежности в аппаратуре для ответственных приложений используются отдельные супервизоры питания. По данной причине эти простые устройства до сих пор востребованы на современном рынке электронной аппаратуры.

Текст научной работы на тему «Микросхемы супервизоров питания компании on Semiconductor»

Микросхемы супервизоров питания

компании ON Semiconductor

Самые простые интегральные формирователи сигналов сброса появились в начале 90-х годов как альтернатива традиционной схеме на 1РС-цепочке. Современные электронные компоненты типа микроконтроллеров или процессоров имеют встроенные модули мониторинга питания, сторожевые таймеры и прочие средства против зависания и неправильного функционирования при сбоях по питанию. Тем не менее, для обеспечения высокой надежности в аппаратуре для ответственных приложений используются отдельные супервизоры питания. По данной причине эти простые устройства до сих пор востребованы на современном рынке электронной аппаратуры.

Супервизоры питания — интегральные микросхемы, которые изменяют состояние своего выходного цифрового сигнала, если уровень напряжения питания оказывается ниже определенной пороговой величины напряжения. Супервизоры предназначены для работы в микропроцессорных системах и формируют сигнал RESET при падении напряжения ниже допустимого уровня. Современная схема микропроцессорного супервизора (диспетчера) является дешевым и эффективным средством для контроля и автоматического поддержания работы операционной системы без сбоев. Эти приборы потребляют малую мощность, имеют низкую цену при широком диапазоне встроенных функций и размещаются в небольших корпусах. Интегрированная структура микросхемы объединяет источник опорного напряжения и компаратор с температурно-компенсированным порогом и гистерезисом. Корректная работа формирователя сброса гарантирована при минимальном уровне входного напряжения 1 В.

Микросхемы супервизоров питания выпускают в настоящее время десятки компаний, среди которых Maxim, ON Semiconductor, NXP, Microchip, ROHM, STMicroelectronics, Analog Devices, Holtek и др.

Первая микросхема супервизора MAX809 в корпусе SOT23 была разработана компанией Maxim и стала стандартом для всех остальных производителей. В настоящее время MAX809 и ее аналоги выпускаются с несколькими пороговыми напряжениями, задаваемыми при производстве. Производитель гарантирует точность ±2,6% при работе в диапазоне температур -40.. .+85 °C и минимальный период сброса 140 мс.

За время производства микросхемы были существенно оптимизированы ее функциональные качества; уменьшились энергопотре-

бление, размеры корпуса и цена; расширились возможности для специфических приложений и диапазон рабочих температур. Супервизоры питания применяются в секторе промышленной автоматики и в автомобильной электронике, где сбой по питанию может привести к выходу из строя силовых приводов и механическим разрушениям системы.

В настоящее время выпускаются интегральные устройства, в которых функция супервизора питания дополнена входом ручного сброса, сторожевым таймером, индикацией пониженного питания, встроенным ЕЕПРОМ, маломощным LDO и возможно формирование нескольких сигналов при различных сбоях по питанию.

Микросхемы супервизоров питания ON Semiconductor

Калифорния), которая с 2008 г. является подразделением ON Semiconductor и занимается разработкой и производством аналоговых продуктов, микросхем энергонезависимой памяти, цифровых программируемых потенциометров (DPP), LDO-стабилизаторов, LED-драйверов. Продукты Catalyst применяются в телекоммуникационном, компьютерном, автомобильном и индустриальном оборудовании.

Эта микросхема, разработанная компанией Maxim в начале 90-х, на долгие годы стала эталоном для подражания для других производителей. ON Semiconductor выпускает эту серию супервизоров c маркировкой Maxim. Следует отметить, что их выпускает также и NXP. Однако ток потребления у них больше, чем у аналогичных ON Semi — 17 мкА. Есть защита от кратковременных провалов по питанию.

Супервизоры (рис. 1) производства компании Maxim потребляют 17-100 мкА в зависимости от температуры и напряжения питания. Они выпускаются в корпусах типовой SOT-23 или SC-70 (SOT-323) меньшего размера.

Формирователь сигнала сброса (рис. 2) состоит из термокомпенсированного источни-

Супервизоры питания

Супервизоры питания — интегральные микросхемы, которые изменяют состояние своего выходного цифрового сигнала, если уровень напряжения питания снизился ниже определенной пороговой величины напряжения. Доминирующей сферой использования таких устройств являются микропроцессорные системы, особенно если в них используются энергонезависимые запоминающие устройства. Применение супервизоров питания в таких системах позволяет устранить следующие проблемы:

несанкционированное поведение микропроцессора/микроконтроллера при подаче питания и снятии питания, т.е. когда существуют интервалы времени, когда напряжение питания находится на недостаточном уровне для корректной дешифрации и исполнения кода команды;
как следствие из первого пункта, инициация самопроизвольной записи в энергонезависимую память за счет сбоя в выполнении программы;
инициация процесса записи в энергонезависимую память, когда напряжение питания заведомо находилось на уровне недостаточного для корректного завершения процесса записи.

Кроме того, супервизоры питания могут использоваться как автономное устройство в составе цифровой или микропроцессорной системы в качестве, например, порогового элемента, релейного регулятора и пр.

Компания Rohm выпускает несколько серий супервизоров питания, состав которых иллюстрирует рисунок 1.

Рисунок 1. Классификация супервизоров питания компании Rohm

Все супервизоры питания разделяются на два типа: биполярный и КМОП. Следует подчеркнуть, что наименование первого типа означает не двуполярность, а выполнение интегральной схемы на основе биполярной технологии, т.е. на основе биполярных транзисторов. Соответственно, КМОП-тип означает выполнение супервизора по КМОП-технологии и, как следствие, подчеркивает пониженное по сравнению с биполярным типом собственное энергопотребление.

Следующей различающей чертой супервизоров питания является схемотехника выхода: открытый сток/коллектор и двухтактный КМОП-выход (см. рисунок 2). Использование супервизоров питания с открытым стоком/коллектором оправдано в том случае, если управляемая линия организована по принципу монтажного И, лог. 1 в которой формируется за счет внешнего подтягивающего к плюсу питания резистора. Такой резистор, как правило, содержат большинство входов сброса современных микроконтроллеров. Если же управляемая линия является высокоимпедансной, то необходимо использовать супервизор с КМОП-выходом, представляющего собой двухтактный ключ и обеспечивающий формирование как лог. 0, так и лог.1.

Рисунок 2. Схемотехника выходного каскада супервизоров питания

Супервизоры также отличаются схемами обработки исполнительного сигнала (см. табл.1). Самые простые супервизоры (серия BD47) не содержат никакой обработки и выход компаратора у них управляет непосредственно выходным ключевым транзистором. Их недостатком является неустойчивость поведения на пороге срабатывания. Для устранения этого недостатка в остальных сериях введен триггер Шмита, обладающего гистерезисной характеристикой. В тех случаях, где допускается кратковременное снижение уровня питания, необходима временная задержка исполнительного сигнала, иначе это приведет, например, к нежелательному сбросу микроконтроллера. Компания Rohm выпускает несколько серий супервизоров с функцией задержки исполнительного сигнала. При этом используются два принципа формирования временной задержки. Первый основан на заряде внешнего конденсатора С через внутренний резистор с фиксированным номиналом. Особенностью данного способа является возможность получения желаемой временной задержки путем подбора номинала внешнего конденсатора. В другом случае используется встроенный генератор, который тактирует цифровой счетчик. Выход компаратора в этом случае является сигналом разрешения счета. Данные супервизоры отличаются фиксированными значениями временных задержек (50, 100 и 200 мс) и, как следствие, минимальным числом внешних компонентов.

Супервизоры и схемы сброса компании STMicroelectronics

Статья посвящена обзору тех компонентов компании STMicroelectronics, которые являются первым «фронтом обороны» микроконтроллеров, процессоров и программируемых логических микросхем от нестабильности источников питания. В этот список входят супервизоры со встроенным сторожевым таймером и без него на один и более входных каналов, супервизоры со встроенным ключом, автоматически переключающим питание устройств с основного источника на резервное батарейное питание, специализированные супервизоры.

LED-драйверы MEAN WELL в вопросах и ответах

Супервизоры питания — интегральные микросхемы, изменяющие состояние своего выходного цифрового сигнала, если уровень напряжения питания установился ниже определенной пороговой величины. Доминирующей сферой использования таких устройств являются микропроцессорные системы, особенно если в них используются энергонезависимые запоминающие устройства.

Применение супервизоров питания в таких системах позволяет устранить несанкционированное поведение микропроцессора/микроконтроллера при подаче и снятии питания, то есть в интервалах времени, когда напряжение питания находится на недостаточном уровне для корректной дешифрации и исполнения кода команды. В этих случаях возможна самопроизвольная и/или незаконченная запись в энергонезависимую память микроконтроллера.

В тех случаях, когда к электронному изделию предъявляются высокие требования надежности в сочетании с суровыми условиями эксплуатации (высокие электромагнитные и электростатические поля) и особыми требованиями безопасности для человека (например в индустриальной электронике), применение внешнего супервизора является обязательным даже несмотря на наличие практически во всех семействах микроконтроллеров STMicroelectronics собственных встроенных схем мониторинга напряжения питания и независимых сторожевых таймеров. Это связано, в частности, с тем, что отказ микроконтроллера может распространяться и на его систему сброса.

Другая область применения — CPLD/FPGA, которые не имеют в своем составе супервизоров. Положение усугубляется потребностью таких микросхем в отдельных напряжениях питания для ядра, портов ввода/вывода, аналоговых и цифровых узлов ФАПЧ и др. В этих случаях необходимо применение многоканальных супервизоров.

Конкретный пример: современный электропривод металлообрабатывающего промышленного станка, в котором математическим управлением чаще всего занимается микроконтроллер, в свою очередь управляющий силовыми ключами и обрабатывающий сигналы внешних датчиков тока и датчика положения вала двигателя. В случае сбоя или «зависания» этого микроконтроллера, силовые ключи останутся в непредсказуемом состоянии, что может вызвать разрушение не только двигателя, но и станка, за которым находится оператор. А применение внешнего супервизора позволяет избежать таких опасных ситуаций — выход сброса супервизора можно использовать не только для сброса микроконтроллера, но и для принудительного переключения выходных ключей в предварительно определенное безопасное состояние, минуя сам микроконтроллер, то есть аппаратно.

Самые простые супервизоры не содержат никакой предварительной обработки входного сигнала: выход компаратора у них управляет непосредственно выходным ключевым транзистором. Недостатком таких супервизоров является неустойчивость поведения на пороге срабатывания. Для устранения этого недостатка во все супервизоры STMicroelectronics введены триггеры Шмидта.

В тех случаях, когда допускается кратковременное снижение уровня питания, необходима временная задержка исполнительного сигнала, иначе это приведет, например, к нежелательному сбросу микроконтроллера. Компания STMicroelectronics выпускает несколько серий супервизоров с функцией задержки сигнала сброса. За это отвечает встроенный сторожевой таймер — Watch Dog Timer (WDT). Этот таймер вырабатывает сигнал сброса, если микроконтроллер «не отвечает» в течение определенного фиксированного интервала времени.

Таким образом, сторожевой таймер защищает микропроцессорную систему не только во время переходных процессов источника питания, но и при сбоях в ходе выполнения программы при нормальном напряжении питания, что может быть вызвано действием мощной электромагнитной помехи. Кроме того, использование сторожевого таймера исключает необходимость применения кнопки «сброс» для выхода из состояния «зависания», так как в этом случае таймер автоматически возвращает микроконтроллер к нормальному режиму работы.

Компания STMicroelectronics выпускает большую линейку супервизоров питания, которая практически полностью покрывает потребности разработчика.

Супервизоры общего назначения (табл. 1, рис. 1) разделяются по числу входных контролируемых каналов (от одного до пяти), дополнительному входу принудительного сброса (например, внешняя кнопка RESET), активному логическому уровню формируемого сигнала сброса (низкий и высокий), типу выходного ключа сброса (открытый коллектор и двухтактный выход) и длительности импульса сброса. Основная область применения — супервизоры для микропроцессоров и программируемых логических микросхем CPLD/FPGA.

Рис. 1. Структурная схема супервизора общего назначения

Рис. 1. Структурная схема супервизора общего назначения

Таблица 1. Супервизоры общего назначения: параметры и характеристики

Супервизоры питания и их применение

МИКРОСХЕМА МС34064
Роль точного контроля напряжений питания непрерывно возрастает. Массовое применение устройств с батарейным (в частности аккумуляторным) питанием сделало непрерывный контроль напряжения питания обязательным для многих устройств» например, калькуляторов, карманных компьютеров, МРЗ-плееров, электронных часов и т. д. Разрядка аккумуляторов ниже определенного уровня губительно сказывается на сроке их работы, также как и перезарядка. Кроме того, многие электронные приборы, даже при сетевом питании, чувствительны к изменению напряжения источника. В первую очередь это относится к таким устройствам, как микропроцессоры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модули памяти и т. д.

Известно огромное число устройств контроля напряжения питания — от банального стрелочного вольтметра до сложных интеллектуальных блоков зарядки аккумуляторов. Нередко точность контроля и температурная стабильность порогов у многих таких устройств оказывалась явно низкой, а их повышение вело к неоправданному усложнению узлов контроля и увеличению потребляемой ими мощности. Учитывая эту ситуацию» ряд крупных фирм микроэлектронной промышленности приступил к серийному производству специальных микросхем супервизоров напряжения.

Основной задачей при разработке новых микросхем было их предельно простое применение по основному назначению (контроль за падением напряжения ниже заданного уровня) и наличие только трех выводов. Это несколько сужает возможные области применения таких массовых микросхем и требует внимательного изучения всех особенностей их работы, что и составляет цель данной статьи.
Прежде всего рассмотрим функциональную схему супервизора (рис. 1, а) более подробно. Ясно, что порог срабатывания задается напряжением опорного источника U_ref = 1,2 В и делителем напряжения R1R2. В технической документации задаются пороги срабатывания и гистерезис, они приведены в табл. 1.

Параметр	Мин.	Тип.	Макс.
Верхний порог, В	4,5	4,61	4,7
Нижний порог. В	4,5	4,59	4,7
Гистерезис, В	0,01	0,02	0,05

Статические характеристики
В руководстве по микросхеме МС34064/33064 [1] приведено детальное описание статических характеристик микросхем. Рассмотрим основные их них. Главной является передаточная характеристика, показанная на рис. 2.

Она описывает зависимость выходного напряжения от входного. Нетрудно заметить, что эта характеристика куда сложнее, чем это можно было бы предположить из идеализированного описания микросхемы. Лишь в средней части (в области входных напряжений примерно 1. 9В она соответствует описанию типовой роли прибора.

В области малых напряжений (менее 0,5 В), когда источник опорного напряжения перестает работать, передаточная характеристика имеет характерный выброс с линейным участком, на котором выходное напряжение равно входному, но уже при напряжении 0,5 В выходное напряжение падает практически до нуля и остается таким до увеличения входного напряжения до основного порога около 4,6 В. Далее, вплоть до напряжения чуть больше 9 В, выходное напряжение после скачка снова становится практически равным входному. А при входном напряжении более 9,2 В выходное напряжение скачком уменьшается практически до нуля. Причина подобного поведения не поясняется, но это означает, что микросхема может использоваться для двухпорогового контроля. Неясно и то, является ли точное значение 2 для отношения напряжений порогов преднамеренным или случайным обстоятельством.

Исследования показывают, что в малой области главного порога (напряжение около 4,6 В) передаточная характеристика имеет гистерезис, как показано на рис. 3.

При снятии характеристик в статическом режиме ширина петли гистерезиса составляет 20 мВ. Наличие гистерезиса исключает дребезг при переключении, как при нарастании, так и уменьшении контролируемого напряжения, а малая величина гистерезиса делает двойственность порога (при увеличении и уменьшении напряжения) практически незаметной.

Высокая стабильность порога — отличительное качество микросхем данной серии. На рис. 4 представлены температурные изменения верхнего и нижнего порогов в диапазоне температуры окружающей среды ТА = -40.. .+85 °С, разность порогов уменьшается при понижении температуры.

Интересный вид имеют зависимости входного тока от входного напряжения, представленные на рис. 5 для трех значений температуры окружающей среды, в целом они носят почти линейный характер с небольшим отклонением от линейности в области малых значений, однако в области порогов (4,6 и 9,2 В) эти зависимости имеют характерные падающие и нестабильные участки, обусловленные регенеративным переключением устройства. В определенных условиях это может порождать паразитные или полезные релаксационные колебания с частотой 1 МГц и выше.

Максимальное значение выходного тока (до выхода из насыщения) при нормальных условиях составляет около 25 мА> что достаточно для яркого свечения светодиодного индикатора или включения маломощного реле.

Статические характеристики супервизоров питания неплохо описывают их применение при медленно изменяющихся входных напряжениях, что характерно для многих стандартных применений таких микросхем. Из них следует, что по основному назначению их можно использовать при высокостабильном пороге около 4,6 В. Использование второго порога 9,2 В в технической документации не оговаривается, но, как показала практика, вполне возможно (максимальное напряжение питания с запасом взято равным 10 В).

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Узлы порогового контроля со светодиодными индикаторами являются самыми простыми. Устройство (рис. 8, а), приведенное в описании микросхемы, обеспечивает свечение светодиода при падении напряжения источника питания ниже основного порога 4,6 В.
При увеличении питающего напряжения свыше 9,2 В свечения прекращается. Если узел выполнен так, как показано на рис. 13, б, обеспечивается четкая индикация превышения напряжением питания значения 4,6 В, а также и контроль за спадом напряжения ниже 9,2 В. Порог можно увеличивать, включая вход через диод или подключая его к источнику питания через низкоомный (единицы кОм) делитель. К сожалению, способов понизить напряжение порога у данных микросхем нет.

Будучи высокочувствительными регенеративными устройствами состабильным порогом срабатывания, супервизоры могут применяться в огромном количестве пороговых схем, например, в качестве триггеров Шмитта, устройств контроля сигналов с фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов, пороговых устройств контроля температуры с резисторны-ми и диодными датчиками температуры и т. д. Принципы построения таких устройств вполне очевидны.

На рис 9 показан основной способ включения микросхемы супервизора питающего напряжения для создания сигнала сброса микропроцессорного устройства.
Резистор R_H позволяет изменять петлю гистерезиса (ранее приводились данные для R_H = 0), что дает возможность в широких пределах менять условия сброса микропроцессора. Обычно гистерезис позволяет создавать зону нечувствительности, предотвращающую сброс микропроцессорных устройств при небольших случайных скачках напряжения питания.

Супервизоры напряжения питания могут использоваться в зарядных устройствах для контроля уровня зарядки аккумуляторных батарей. Примером может служить схема устройства, показанная на рис. 10.

Устройство служит для контроля зарядки аккумуляторной батареи GB1 от солнечной батареи BL1. Пока уровень напряжения GB1 ниже основного порога, напряжение на выходе микросхемы супервизора равно нулю и внешний транзистор закрыт. Ток от солнечной батареи через диод заряжает GB1. Но если напряжение на GB1 начинает превышать заданный порог, сигнал на выходе супервизора увеличивается и внешний транзистор открывается, замыкая на себя ток элементов солнечной батареи. Перезарядка GB1 предотвращается и можно эксплуатировать аккумуляторную батарею без присмотра.

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА МИКРОСХЕМАХ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Супервизоры также могут применяться при построении разнообразных импульсных устройств. Ниже описаны некоторые из них, рекомендуемые производителями микросхем импульсных устройств.

Типичным применением супервизора является возбудитель мощного полевого транзистора. Мощные полевые транзисторы крайне нежелательно запускать импульсами с пологими участками нарастания и спада, например треугольными [2]. В этом случае транзисторы длительное время находятся в состоянии, когда одновременно ток стока и напряжение на стоке велики, что ведет к резкому увеличению мгновенной рассеиваемой мощности, перегреву транзисторов и снижению к. п. д. ключевых устройств. На рис. 11 показана схема узла запуска, исключающего из входного напряжения область, где возможна перегрузка мощного полевого транзистора по мгновенной мощности рассеивания. Варианты умощнения вы-хода микросхемы рассмотрены в [3].

Малая инерционность срабатывания микросхемы супервизора не всегда является достоинством. Даже при создании сигнала сброса микропроцессора (применения микросхемы по прямому назначению) желательно создать задержку сигнала сброса, чтобы сброс не происходил при очень коротких перепадах напряжения питания. Для этого следует использовать дополнительный конденсатор C_DLY который создает экспоненциальное нарастание сигнала сброса. Время задержки вычисляется выражением, приведенным в правом нижнем углу типовой схемы сброса микропроцессора (рис. 12).

Если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе меньше второго порога составляет 9,2 В, выходной перепад формируется с задержкой в момент, когда экспоненциально растущее напряжение достигает уровня основного порога 4,6 В. Осциллограммы входного и выходного напряжения узла (рис. 13) для такого случая показаны на рис 14. Однако если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе микросхемы супервизора превышает второй порог 9,2 В, будет формироваться уже не выходной перепад, а выходной прямоугольный импульс. Это связано с тем, при достижении экспоненциальным напряжением значения второго порога транзистор микросхемы снова открывается и напряжение на выходе становится близким к нулю. Осциллограммы входного и выходного напряжения для последнего случая показаны на рис. 15.

Длительность задержки выходного перепада составляет:

где U_H — напряжение основного порога 4.6 В. Эта же формула при U_H = 9,2 В определяет задержку второго (отрицательного) перепада выходного напряжения» а разность задержек — длительность выходного прямоугольного импульса.

Используя микросхему супервизора, можно построить и импульсный генератор (мультивибратор). Простейший вариант на основе использования второго порога работает не очень стабильно и дает жесткое самовозбуждение. Для того, чтобы срабатывал основной порог, узел приходится дополнять транзисторным инвертором, как показано на рис 16. Он обеспечивает зарядку и разрядку конденсатора С через резистор R. При достижении верхнего входного напряжения петли гистерезиса транзистор включается и конденсатор разряжается до нижнего порога. Затем транзистор выключается, и конденсатор начинает заряжаться до верхнего входного напряжения петли гистерезиса и т. д.

Осциллограммы напряжения на конденсаторе С и коллекторе внешнего транзистора показаны на рис. 17.

Поскольку разность порогов мала, напряжение на конденсаторе имеет участки почти линейного нарастания и спада. Импульсы напряжения на коллекторе внешнего транзистора близки к прямоугольным (рис 17). Из-за малой разности порогов и малой допустимой неличины R частота колебаний генератора довольно велика и составляет около 300 кГц при R = 7,5 кОм.

Работа устройства основана на импульсном управлении биполярным транзистором МР5У51А,включенным по схеме ключевого понижающего стабилизатора релаксационного типа. Импульсы с коллектора транзистора фильтруются LC-фильтром, и его выходное напряжение используется как входное для микросхемы супервизора. Делитель на его входе повышает порог до уровня 5 В, которое с учетом пульсаций определяет выходное напряжение преобразователя.

За рубежом супервизоры питания выпускаются почти всеми полупроводниковыми
фирмами, например [4, 5]. Относительно давно существует отечественная серия микросхем К1171СП2хх [6], начат выпуск серии микросхем К1274хх [7], функциональная схема показана на рис 19. Источник опорного напряжения изображен в виде стабилитрона.
Обозначение «хх» указывает на типовое напряжение порога срабатывания— 29 при пороге 2,83. 2,97 В, 33 при 3,23. 3,37 В и т. д. до 45 при 4,43. 4,57 В. Выпуск ряда модификаций микросхем с разными порогами упрощает их выбор. Максимальное допустимое рабочее напряжение увеличено до 15 В. В остальном микросхемы аналогичны описанным МС34064, в том числе и по принципам схемного применения.

ЛИТЕРАТУРА:
1. МС34064, МС33064. Undervoltage Sensing Circuit. Motorola, 1пс.У 1996.
2. В. П. Дьяконов, А. А. Максимчук, А. М. Ремнев, В. Ю. Смердов. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова. — М: СОЛОН-Р, 2002.
3. С. Алексеев. Триггеры Шмита без источника питания. — Схемотехника, 2002, Л«? 12, с. 24.
4. KIA7019AP/AF/AT- KIA7045AP/ AF/AT. Bipolar Linear Integrated Circuit KEC, 2002.
5. M. Потапчук. Супервизоры серии MCPIOx фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11.
6. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. —М; Додэка, 1998.
7. А. Нефедов. Новые микросхемы для источников питания. — М.: Ремонт и сервис, 2006, .№? 5, с. 61, 62.

Супервизоры питания и их применение

В статье описаны микросхемы для микропроцессорных устройств — супервизоры (детекторы) напряжений, которые служат для четкого и точного определения момента снижения питающих напряжений до заданного уровня. Показано, что будучи простыми трехвыводными устройствами, эти микросхемы имеют довольно большие функциональные возможности, которые позволяют применять их и в других интересных и полезных устройствах — источниках электропитания, зарядных устройствах для аккумуляторов, импульсных устройствах и т. д. Описаны результаты исследования микросхем супервизоров и даны рекомендации по их применению.
МИКРОСХЕМА МС34064
Роль точного контроля напряжений питания непрерывно возрастает. Массовое применение устройств с батарейным (в частности аккумуляторным) питанием сделало непрерывный контроль напряжения питания обязательным для многих устройств» например, калькуляторов, карманных компьютеров, МРЗ-плееров, электронных часов и т. д. Разрядка аккумуляторов ниже определенного уровня губительно сказывается на сроке их работы, также как и перезарядка. Кроме того, многие электронные приборы, даже при сетевом питании, чувствительны к изменению напряжения источника. В первую очередь это относится к таким устройствам, как микропроцессоры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модули памяти и т. д.
Известно огромное число устройств контроля напряжения питания — от банального стрелочного вольтметра до сложных интеллектуальных блоков зарядки аккумуляторов. Нередко точность контроля и температурная стабильность порогов у многих таких устройств оказывалась явно низкой, а их повышение вело к неоправданному усложнению узлов контроля и увеличению потребляемой ими мощности. Учитывая эту ситуацию» ряд крупных фирм микроэлектронной промышленности приступил к серийному производству специальных микросхем супервизоров напряжения.

Одной из наиболее распространенных микросхем супервизоров напряжения является МС34064/33064, разработанная фирмой Motorola [1). Она выпускается также фирмами LinFinity Microelectronics, On Semiconductor и др. Микросхема (рис. 1) содержит высокоточный температурно-ком-пенсированный источник опорного напряжения, делитель напряжения R1R2, прецизионный гистерезисный компаратор ГИК с нагрузочным резистором R3 и выходной ключевой транзистор VT с диодом VD.
В микросхеме 21 транзистор и она выпускается во всех наиболее распространенных корпусах для транзисторов и микросхем малой степени интеграции, например в транзисторном корпусе Т0226АА и в корпусах вось-мивыводных микросхем 751 (SO-8) и 846А (Micro-8).
Основной задачей при разработке новых микросхем было их предельно простое применение по основному назначению (контроль за падением напряжения ниже заданного уровня) и наличие только трех выводов. Это несколько сужает возможные области применения таких массовых микросхем и требует внимательного изучения всех особенностей их работы, что и составляет цель данной статьи.

Прежде всего рассмотрим функциональную схему супервизора (рис. 1, а) более подробно. Ясно, что порог срабатывания задается напряжением опорного источника U_ref = 1,2 В и делителем напряжения R1R2. В технической документации задаются пороги срабатывания и гистерезис, они приведены в табл. 1.

Параметр	Мин.	Тип.	Макс.
Верхний порог, В	4,5	4,61	4,7
Нижний порог. В	4,5	4,59	4,7
Гистерезис, В	0,01	0,02	0,05

Гистерезис необходим для исключения срабатывания компаратора от случайных быстрых изменений напряжения питания и шумов. Из-за существенной нелинейности входящих в супервизор элементов корректная работа устройства обеспечивается вблизи области срабатывания и далеко за ее пределами — примерно 1. 9 В, хотя допустимый диапазон входных напряжений шире — 1. 10В. Максимальная рассеиваемая мощность 520.. .650 мВт в зависимости от корпуса. Максимальный втекающий в выход ток — 100 мА, диапазон рабочих температур 0. +70°С для микросхем обычного применения и -40. +85 °С для микросхем в промышленном исполнении.
Статические характеристики
В руководстве по микросхеме МС34064/33064 [1] приведено детальное описание статических характеристик микросхем. Рассмотрим основные их них. Главной является передаточная характеристика, показанная на рис. 2.
/>
Она описывает зависимость выходного напряжения от входного. Нетрудно заметить, что эта характеристика куда сложнее, чем это можно было бы предположить из идеализированного описания микросхемы. Лишь в средней части (в области входных напряжений примерно 1. 9В она соответствует описанию типовой роли прибора.
В области малых напряжений (менее 0,5 В), когда источник опорного напряжения перестает работать, передаточная характеристика имеет характерный выброс с линейным участком, на котором выходное напряжение равно входному, но уже при напряжении 0,5 В выходное напряжение падает практически до нуля и остается таким до увеличения входного напряжения до основного порога около 4,6 В. Далее, вплоть до напряжения чуть больше 9 В, выходное напряжение после скачка снова становится практически равным входному. А при входном напряжении более 9,2 В выходное напряжение скачком уменьшается практически до нуля. Причина подобного поведения не поясняется, но это означает, что микросхема может использоваться для двухпорогового контроля. Неясно и то, является ли точное значение 2 для отношения напряжений порогов преднамеренным или случайным обстоятельством.
Исследования показывают, что в малой области главного порога (напряжение около 4,6 В) передаточная характеристика имеет гистерезис, как показано на рис. 3.

Когда транзистор VT микросхемы открыт, выходное напряжение определяется начальным участком воль-тамперной характеристики насыщенного транзистора. На рис. 6 показана зависимость выходного напряжения от втекающего выходного тока для разных значений температуры окружающей среды Т_А.
Максимальное значение выходного тока (до выхода из насыщения) при нормальных условиях составляет около 25 мА> что достаточно для яркого свечения светодиодного индикатора или включения маломощного реле.

Для оценки свойств микросхем полезно также знать вольтамперную характеристику диода VD, она показана на рис. 7. Из нее видно» что диод выдерживает ток до 70 мА при прямом падении напряжения на нем 1,6 В.
Статические характеристики супервизоров питания неплохо описывают их применение при медленно изменяющихся входных напряжениях, что характерно для многих стандартных применений таких микросхем. Из них следует, что по основному назначению их можно использовать при высокостабильном пороге около 4,6 В. Использование второго порога 9,2 В в технической документации не оговаривается, но, как показала практика, вполне возможно (максимальное напряжение питания с запасом взято равным 10 В).

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Узлы порогового контроля со светодиодными индикаторами являются самыми простыми. Устройство (рис. 8, а), приведенное в описании микросхемы, обеспечивает свечение светодиода при падении напряжения источника питания ниже основного порога 4,6 В.
При увеличении питающего напряжения свыше 9,2 В свечения прекращается. Если узел выполнен так, как показано на рис. 13, б, обеспечивается четкая индикация превышения напряжением питания значения 4,6 В, а также и контроль за спадом напряжения ниже 9,2 В. Порог можно увеличивать, включая вход через диод или подключая его к источнику питания через низкоомный (единицы кОм) делитель. К сожалению, способов понизить напряжение порога у данных микросхем нет.
/>
Будучи высокочувствительными регенеративными устройствами состабильным порогом срабатывания, супервизоры могут применяться в огромном количестве пороговых схем, например, в качестве триггеров Шмитта, устройств контроля сигналов с фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов, пороговых устройств контроля температуры с резисторны-ми и диодными датчиками температуры и т. д. Принципы построения таких устройств вполне очевидны.

/>
Устройство служит для контроля зарядки аккумуляторной батареи GB1 от солнечной батареи BL1. Пока уровень напряжения GB1 ниже основного порога, напряжение на выходе микросхемы супервизора равно нулю и внешний транзистор закрыт. Ток от солнечной батареи через диод заряжает GB1. Но если напряжение на GB1 начинает превышать заданный порог, сигнал на выходе супервизора увеличивается и внешний транзистор открывается, замыкая на себя ток элементов солнечной батареи. Перезарядка GB1 предотвращается и можно эксплуатировать аккумуляторную батарею без присмотра.

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА МИКРОСХЕМАХ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Супервизоры также могут применяться при построении разнообразных импульсных устройств. Ниже описаны некоторые из них, рекомендуемые производителями микросхем импульсных устройств.
Типичным применением супервизора является возбудитель мощного полевого транзистора. Мощные полевые транзисторы крайне нежелательно запускать импульсами с пологими участками нарастания и спада, например треугольными [2]. В этом случае транзисторы длительное время находятся в состоянии, когда одновременно ток стока и напряжение на стоке велики, что ведет к резкому увеличению мгновенной рассеиваемой мощности, перегреву транзисторов и снижению к. п. д. ключевых устройств. На рис. 11 показана схема узла запуска, исключающего из входного напряжения область, где возможна перегрузка мощного полевого транзистора по мгновенной мощности рассеивания. Варианты умощнения вы-хода микросхемы рассмотрены в [3].
/>
Малая инерционность срабатывания микросхемы супервизора не всегда является достоинством. Даже при создании сигнала сброса микропроцессора (применения микросхемы по прямому назначению) желательно создать задержку сигнала сброса, чтобы сброс не происходил при очень коротких перепадах напряжения питания. Для этого следует использовать дополнительный конденсатор C_DLY который создает экспоненциальное нарастание сигнала сброса.
Время задержки вычисляется выражением, приведенным в правом нижнем углу типовой схемы сброса микропроцессора (рис. 12).

Микросхема супервизора напряжения может использоваться для формирования из входного сигнала задержанного перепада напряжения или задержанного прямоугольного импульса. Схема формирователя показана на рис. 13, его основой является интегрирующая КС-цепь на входе, которая формирует экспоненциальные фронты и спады на входе микросхемы.
/>
Если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе меньше второго порога составляет 9,2 В, выходной перепад формируется с задержкой в момент, когда экспоненциально растущее напряжение достигает уровня основного порога 4,6 В. Осциллограммы входного и выходного напряжения узла (рис. 13) для такого случая показаны на рис 14. Однако если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе микросхемы супервизора превышает второй порог 9,2 В, будет формироваться уже не выходной перепад, а выходной прямоугольный импульс. Это связано с тем, при достижении экспоненциальным напряжением значения второго порога транзистор микросхемы снова открывается и напряжение на выходе становится близким к нулю. Осциллограммы входного и выходного напряжения для последнего случая показаны на рис. 15.

/>Длительность задержки выходного перепада составляет:
/>
где U_H — напряжение основного порога 4.6 В. Эта же формула при U_H = 9,2 В определяет задержку второго (отрицательного) перепада выходного напряжения» а разность задержек — длительность выходного прямоугольного импульса.
Используя микросхему супервизора, можно построить и импульсный генератор (мультивибратор). Простейший вариант на основе использования второго порога работает не очень стабильно и дает жесткое самовозбуждение. Для того, чтобы срабатывал основной порог, узел приходится дополнять транзисторным инвертором, как показано на рис 16. Он обеспечивает зарядку и разрядку конденсатора С через резистор R. При достижении верхнего входного напряжения петли гистерезиса транзистор включается и конденсатор разряжается до нижнего порога. Затем транзистор выключается, и конденсатор начинает заряжаться до верхнего входного напряжения петли гистерезиса и т. д.
/>

Осциллограммы напряжения на конденсаторе С и коллекторе внешнего транзистора показаны на рис. 17.
Поскольку разность порогов мала, напряжение на конденсаторе имеет участки почти линейного нарастания и спада. Импульсы напряжения на коллекторе внешнего транзистора близки к прямоугольным (рис 17). Из-за малой разности порогов и малой допустимой неличины R частота колебаний генератора довольно велика и составляет около 300 кГц при R = 7,5 кОм.

Еще один вариант применения супервизора напряжения показан на рис 18. Это маломощный импульсный стабилизатор (преобразователь) напряжения 11,5. 14,5 В в стабильное постоянное напряжение 5 В при токе 50 мА с максимальным изменением 35 мВ. При напряжении питания 12,6 В и изменении тока нагрузки 0.. .50 мА нестабильность выходного напряжения не превышает 12 мВ. Пульсации напряжения на выходе не более 60 мВ (полный размах), а КПД — 77 %. Любопытно отметить, что это довольно высокое значение коэффициента полезного действия, поскольку в маломощных стабилизаторах получить его намного труднее, чем в мощных, из-за значительной мощности, расходуемой на питание вспомогательных устройств.
Работа устройства основана на импульсном управлении биполярным транзистором МР5У51А,включенным по схеме ключевого понижающего стабилизатора релаксационного типа. Импульсы с коллектора транзистора фильтруются LC-фильтром, и его выходное напряжение используется как входное для микросхемы супервизора. Делитель на его входе повышает порог до уровня 5 В, которое с учетом пульсаций определяет выходное напряжение преобразователя.
/>
За рубежом супервизоры питания выпускаются почти всеми полупроводниковыми фирмами, например [4, 5]. Относительно давно существует отечественная серия микросхем К1171СП2хх [6], начат выпуск серии микросхем К1274хх [7], функциональная схема показана на рис 19. Источник опорного напряжения изображен в виде стабилитрона.
Обозначение «хх» указывает на типовое напряжение порога срабатывания— 29 при пороге 2,83. 2,97 В, 33 при 3,23. 3,37 В и т. д. до 45 при 4,43. 4,57 В. Выпуск ряда модификаций микросхем с разными порогами упрощает их выбор. Максимальное допустимое рабочее напряжение увеличено до 15 В. В остальном микросхемы аналогичны описанным МС34064, в том числе и по принципам схемного применения.

Автор: Владимир Дьяконов, г. Смоленск ЛИТЕРАТУРА: 1. МС34064, МС33064. Undervoltage Sensing Circuit. Motorola, 1пс.У 1996. 2. В. П. Дьяконов, А. А. Максимчук, А. М. Ремнев, В. Ю. Смердов. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова. — М: СОЛОН-Р, 2002. 3. С. Алексеев. Триггеры Шмита без источника питания. — Схемотехника, 2002, Л«? 12, с. 24. 4. KIA7019AP/AF/AT- KIA7045AP/ AF/AT. Bipolar Linear Integrated Circuit KEC, 2002. 5. M. Потапчук. Супервизоры серии MCPIOx фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11. 6. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. —М; Додэка, 1998. 7. А. Нефедов. Новые микросхемы для источников питания. — М.: Ремонт и сервис, 2006, .№ 5, с. 61, 62.

Микросхемы супервизоров питания компании ON Semiconductor

Самые простые интегральные формирователи сигналов сброса появились в начале 90-х годов как альтернатива традиционной схеме на RC-цепочке. Современные электронные компоненты типа микроконтроллеров или процессоров имеют встроенные модули мониторинга питания, сторожевые таймеры и прочие средства против зависания и неправильного функционирования при сбоях по питанию. Тем не менее, для обеспечения высокой надежности в аппаратуре для ответственных приложений используются отдельные супервизоры питания. По данной причине эти простые устройства до сих пор востребованы на современном рынке электронной аппаратуры.

Первая микросхема супервизора MAX809 в корпусе SOT23 была разработана компанией Maxim и стала стандартом для всех остальных производителей. В настоящее время MAX809 и ее аналоги выпускаются с несколькими пороговыми напряжениями, задаваемыми при производстве. Производитель гарантирует точность ±2,6% при работе в диапазоне температур –40…+85 °C и минимальный период сброса 140 мс.

За время производства микросхемы были существенно оптимизированы ее функциональные качества; уменьшились энергопотребление, размеры корпуса и цена; расширились возможности для специфических приложений и диапазон рабочих температур. Супервизоры питания применяются в секторе промышленной автоматики и в автомобильной электронике, где сбой по питанию может привести к выходу из строя силовых приводов и механическим разрушениям системы.

Микросхемы супервизоров питания ON Semiconductor

Компания ON Semiconductor выпускает широкую номенклатуру микросхем супервизоров питания. Многие супервизоры этой фирмы являются полными аналогами приборов Maxim/Dallas. Широкая линейка микросхем супервизоров разработана компанией Catalyst Semiconductor (Санта-Клара, шт. Калифорния), которая с 2008 г. является подразделением ON Semiconductor и занимается разработкой и производством аналоговых продуктов, микросхем энергонезависимой памяти, цифровых программируемых потенциометров (DPP), LDO-стабилизаторов, LED-драйверов. Продукты Catalyst применяются в телекоммуникационном, компьютерном, автомобильном и индустриальном оборудовании.

Супервизоры МАХ809/810

Эта микросхема, разработанная компанией Мaxim в начале 90-х, на долгие годы стала эталоном для подражания для других производителей. ON Semiconductor выпускает эту серию супервизоров c маркировкой Maxim. Следует отметить, что их выпускает также и NXP. Однако ток потребления у них больше, чем у аналогичных ON Semi — 17 мкА. Есть защита от кратковременных провалов по питанию.

Супервизоры (рис. 1) производства компании Maxim потребляют 17–100 мкА в зависимости от температуры и напряжения питания. Они выпускаются в корпусах типовой SOT-23 или SC-70 (SOT-323) меньшего размера.

Структура супервизора и цоколевка корпуса MAX809

Рис. 1. Структура супервизора и цоколевка корпуса MAX809

Формирователь сигнала сброса (рис. 2) состоит из термокомпенсированного источника опорного напряжения, резистивного делителя входного напряжения, компаратора, схемы таймера для фиксированной задержки и выходного пушпульного драйвера.

Диаграмма сигнала сброса RESET

Рис. 2. Диаграмма сигнала сброса RESET

При изготовлении микросхемы резистивная цепь может быть скорректирована на различные допуски питающего напряжения (5, 10, 15 или 20%), позволяя пользователю выбрать определенный порог сброса для каждого случая работы микропроцессора

Хотя микросхема и имеет пушпульный выход, требуется установка подтягивающего резистора, поскольку при падении напряжения питания ниже порога 1 В выход становится с открытым стоком. Отличие MAX810 — наличие инвертора перед выходным каскадом. Типовое потребление — около 500 нА.

Ряд пороговых напряжений

Для разных типов супервизоров существуют модификации, отличающиеся различным порогом напряжения компаратора, запускающего таймер формирователя сигнала сброса. Каждому пороговому напряжению модификации соответствует суффикс, присутствующий в названии типа микросхемы. Эта система суффиксов является стандартной для всех микросхем супервизоров с модификациями порогов. Каждый тип микросхемы имеет стандартный ряд модификаций. Однако при заказе крупных партий возможна реализация других значений пороговых напряжений. Пороговое напряжение определяется внутренним резистивным делителем.

Для отдельных типов супервизоров могут использоваться только некоторые из указанных в таблице 1 порогов. В названиях вместо суффиксов пороговых напряжений могут использоваться также и числовые значения. Например, цифра 28 — пороговое напряжение 2,8 В.

Таблица 1. Полный ряд суффиксов идентификации порогового напряжения при заказе

Суффикс порогового напряжения	Номинальный порог, В
L	4625
M	4380
J	4000
T	3075
S	2925
R	2630
Z	2320
Y	2190
W	1670
V	1580

Области применения супервизоров питания:

компьютеры;
серверы;
ноутбуки;
модемы;
устройства связи;
встроенные устройства управления;
бытовая электронная техника;
счетчики электроэнергии;
интеллектуальные измерительные приборы;
портативные приборы с батарейным питанием.

В таблице 2 представлены параметры микросхем супервизоров питания, выпускаемых ON Semiconductor. Основные отличия базовых схем супервизоров: ток потребления, температурный диапазон, ряд пороговых напряжений для модификаций, а также тип выхода.

Таблица 2. Основные параметры микросхем супервизоров, выпускаемых ON Semiconductor

Микро- схема	Полярность RESET	Потребление, мкА	Модифи- кации по порогам	Дополни- тельные функции	Аналог	Корпус	Темпера- турный диапазон, °C
NCP803	низкий	1	2,5, 3, 3,3, 5 В	–	MAX809	SOT-23	–40…+105
CAT803	низкий	6	L, M, J, T, S, R, Z	–	MAX803	SOT-23, SC-70	–40…+85
CAT808	низкий	2,5	L, M, J, T, S, R, Z	–	MAX808	TSOT-23	–40…+85
CAT8801	низкий	0,2	5, 3,3, 3, 2,5 и 1,8 В	–	MAX809	SOT-23, SC-70	–40…+85
MAX809 MAX810	низкий высокий	0,5	L, M, J, T, S, R, Z	–	–	SOT-23, SC-70	–40…+105 (EUR) –40…+125 (EXR)
CAT809	низкий	6	L, M, J, T, S, R, Z	–	MAX809	SOT-23, SC-70	–40…+85
CAT810	высокий	6	L, M, J, T, S, R, Z	–	MAX810	SOT-23, SC-70	–40…+85
CAT811	низкий	6	L, M, J, T, S, R, Z	MR	MAX811	SOT-143	–40…+85
CAT812	высокий	6	L, M, J, T, S, R, Z	MR	MAX812	SOT-143	–40…+85
CAT813	высокий	6	V, Z	MR, WD	MAX813L	SO8, MSOP8	–40…+85
CAT705	низкий	6	V, Z	MR, WD	MAX705	SO8, MSOP8	–40…+85
CAT706	низкий	6	R, S, T, V	MR, WD	MAX706	SO8, MSOP8	–40…+85
CAT1161	DUAL	30 (standby 3 мА (active))	2,5, 2,8, 3, 4,2, 4,5 В	WD, Dual, MR, MEM	–	DIP8, SO8	–40…+85
CAT1162	DUAL	30 (standby 3 мА (active))	2,5, 2,8, 3, 4,2, 4,5 В	Dual, MR, MEM	–	DIP8, SO8	–40…+85
CAT1232LP	DUAL	35	5 В	DUAL, MR, WD	DS1232LP	SOIC-8, MSOP-8, PDIP-8, SO-16	–40…+85
CAT1832	DUAL	20	3,3 В	DUAL,MR, WD	DS1832	SOIC-8, MSOP-8, PDIP-8, SO-16	–40…+85
МС34160 МС33160	низкий	100 мА (LDO)	5 В	LDO, LineSYNC, PW	–	SO-16, PDIP-16	0…+70 –40…+85

Примечание. WD — сторожевой таймер; MR — вход ручного сброса; DUAL — два выхода RESET; MEM — встроенная ЕЕПРОМ; LDO — встроенный LDO; Line SYNC — компаратор для синхронизации с фазой сети; PW — сигнал опасной зоны напряжения.

Супервизоры серии CAT803/809/810/811/812

Супервизоры питания этой базовой линейки имеют структуру, аналогичную MAX809. Микросхемы отличаются схемой выходного формирователя сигнала RESET, а также наличием/отсутствием дополнительного входа для ручного сброса:

CAT803: выход Open-Drain, активный уровень RESET — низкий;
CAT809: выход Push-Pull, активный уровень RESET — низкий;
CAT810: выход Push-Pull, активный уровень RESET — высокий.

Супервизор является полным микромощным аналогом и альтернативой популярному супервизору MAX809. Потребление микросхем этой серии в рабочем режиме — не более 6 мкА. Другая особенность — защита входа компаратора супервизора от высокочастотных помех типа «иголок» (glitches).

Супервизоры CAT811/812 являются полными аналогами микросхем MAX811/812 и, в отличие от CAT809/810, имеют дополнительный вход ручного сброса:

CAT811: активный уровень сброса — низкий;
CAT812: активный уровень сброса — высокий.

На рис. 3 показаны схемы организации выхода сигнала сброса.

Схемы выходов супервизоров CAT809/810/811/812

Рис. 3. Схемы выходов супервизоров CAT809/810/811/812

Супервизор NCP803

NCP803 — дешевый супервизор, аналог MAX809. Он имеет выход с открытым стоком и сигналом RESET с активным низким уровнем. Требуется внешний подтягивающий к питанию резистор номиналом около 100 кОм. Напряжение питания резистора — 3–5 В.

Есть защита от импульсных помех по питанию. Ток потребления — около 1 мкA (при VCC = 3,2 В). Микросхема ориентирована на использование в приборах с батарейным питанием. Микросхема имеет модификации с заданными точными порогами напряжения мониторинга: 2,5, 3, 3,3 и 5 В. Возможен заказ микросхем с другими порогами напряжений: от 1,6 до 4,9 В с шагом 100 мВ.

Супервизор CAT808

Этот супервизор ориентирован, в основном, на применение в устройствах с батарейным питанием. На рис. 4 показан вариант его использования. Особенность — точная установка порога мониторируемого напряжения.

Типовая схема применения супервизора

Рис. 4. Типовая схема применения супервизора — выключение конвертора напряжения в батарейном устройстве при критическом разряде батареи

Схема формирователя сигнала сброса — с открытым стоком, поэтому требуется установка подтягивающего к питанию резистора. Типовое потребление 2,5 мкА. Номиналы порогового напряжения задаются числовым суффиксом в названии микросхемы.

Супервизор CAT8801

Микросхема является альтернативной заменой популярных супервизоров типа MAX809 для тех приложений, в которых особенно важно минимальное потребление: ток потребления этой микросхемы всего 200 нА.

Ряд напряжений мониторируемого питания: +5, +3,3, +3, +2,5 и +1,8 В. Активный уровень сигнала сброса — низкий. Внешний подтягивающий резистор не требуется.

CAT705/706/813 — супервизоры со встроенным сторожевым таймером

Микросхемы CAT705, CAT706 и CAT813 обеспечивают функции сброса и мониторинга питания, а также сторожевой таймер. На рис. 5 показана структура супервизоров этой серии.

Структурная схема микросхем супервизоров

Рис. 5. Структурная схема микросхем супервизоров

CAT705 и CAT706 имеют активный низкий уровень сигнала RESET, а CAT813 — высокий.

В структуре также реализован вторичный монитор по питанию (PFI), который предназначен для подачи предупредительного сигнала для микроконтроллера в случае, если питание находится в опасной зоне. Сигнал сброса гарантируется даже при снижении питания до уровня 1 В. Ширина импульса сброса — не менее 200 мс. Период сторожевого таймера — 1,6 с.

CAT1161/2 — супервизор питания со встроенной ЕЕПРОМ

Микросхема ориентирована на использование в микропроцессорных системах. В структуре также реализован и программируемый сторожевой таймер. На рис. 6 показана структура микросхем CAT1161/2.

Структура супервизора CAT1161/2

Рис. 6. Структура супервизора CAT1161/2

Время срабатывания таймера до 1,6 с. ЕЕПРОМ объемом 16 кбайт имеет последовательный I 2 C интерфейс. Реализована встроенная защита от непреднамеренной записи. Более дешевая версия CAT1162 не имеет встроенного сторожевого таймера.

Монитор и схема сброса обеспечивают защиту от неправильной записи в ЕЕПРОМ, а также правильное функционирование системных контроллеров при включении/выключении питания, а также при пониженном напряжении питания (Brown-Out). Гарантированный срок хранения данных в ЕЕПРОМ — 100 лет. Микросхема имеет пять модификаций с разными порогами напряжений для активации сброса. Микросхема выпускается в 8-IP и 8-SO корпусах.

Супервизоры с дополнительными функциями CAT1232LP, CAT1832

В микросхеме интегрированы несколько функций: монитор питания, сторожевой таймер, вход ручного сброса, формирователь сигнала сброса отрицательной и положительной полярности. Микросхема CAT1232LP ориентирована на использование в цепях питания 5 В, а CAT1832 предназначена для 3,3 В.

Основные параметры микросхем:

программируемый период срабатывания сторожевого таймера: 150, 600 мс или 1,2 с;
два выхода сигнала сброса:
- активный высокий, пушпульный выход;
- активный низкий, открытый сток (CAT1232LP);
- активный низкий, пушпульный выход (CAT1832);
Микропроцессорные супервизоры питания CAT1232LP и CAT1832 обеспечивают останов и рестарт микропроцессора при зависаниях или зацикливании, рестарт после сбоев по питанию и антидребезговый ручной сброс по кнопке.

Выбор периода срабатывания сторожевого таймера осуществляется наличием режимной перемычки на входе TD:
- tTD = 150 мс, TD = GND.
- tTD = 600 мс, TD = Open.
- tTD = 1200 мс, TD = VCC.
На рис. 7 показана структура супервизоров CAT1232LPCAT1832. На рис. 8 представлена типовая схема включения супервизора CAT1232LP.

Рис. 7. Структурная схема супервизоров CAT1232LP и CAT1832

Рис. 8. Типовая схема включения супервизора CAT1232LP

МС34160/33160

Серия MC34160/33160 представляет собой маломощный линейный стабилизатор напряжения и супервизор напряжения питания. Модуль супервизора питания имеет расширенные функции, часто востребованные в микроконтроллерных системах управления с сетевым питанием. Микросхемы ориентированы для применения в промышленных контроллерах.
- входное напряжение питания (линейного регулятора) — 40 В;
- выходной ток 5-В стабилизатора напряжения — 100 мA;
- схема защиты выхода от короткого замыкания;
- низкий ток в дежурном режиме;
- встроенная защита от перегрева;
- рабочий температурный диапазон 0…+70 °C (МС34160) и –40…+85 °C (МС33160);
- корпуса SOIC-16W и PDIP-16.
В микросхеме (рис. 9) есть три компаратора для определения различных фактов нарушения питания и, соответственно, для извещения микроконтроллера, чтобы предотвратить неправильное функционирование системы:

Супервизор питания. Функция POR. Функция BOR. Постепенное снижение напряжения. Типичные номиналы напряжений на сброс супервизоров

Супервизоры питания микроконтроллеров используются в различных приложениях, но две основные задачи, которые они позволяют решать – следующие: 1. Удержание контроллера в состоянии сброса до тех пор, пока напряжение питания не достигнет заданного значения и не стабилизируется (POR). 2. Сброс контроллера при снижении напряжения питания ниже критического уровня или при внезапном провале напряжения (BOR). Несмотря на то, что большинство современных микроконтроллеров уже имеют в своем составе встроенные модули POR и BOR, применение внешних супервизоров оправданно по следующим соображениям: 1. Ограниченное число контрольных точек для сброса микроконтроллера при использовании внутренних функций, по сравнению с супервизором; 2. Ток потребления внешнего супервизора в сотни раз меньше по сравнению с потреблением при подключении внутренней функции BOR и POR, что связано в первую очередь с технологией производства микроконтроллеров и аналоговых микросхем.

Постепенное снижение напряжения

Типичные номиналы напряжений на сброс супервизоров

Типичное значение на сброс, В

Минимальное значение, В

Максимальное значение, В

2,7 3,0 3,15 4,50 4,60 4,75 4,85

2,55 2,85 3,0 4,25 4,35 4,50 4,60

2,625 2,925 3,075 4,375 4,475 4,625 4,725

Помимо перечисленных свойств, супервизоры характеризуются такими параметрами как: — величина задержки импульса сброса (у детекторов напряжения задержки нет); — ток потребления; — наличие входа сторожевого таймера; — наличие входа для подключения внешнего сброса (MR).

Супервизоры со входом сторожевого таймера

Супервизоры со входом для подключения кнопки сброса

Использование супервизоров для организации «оконного» режима
- Детекторы напряжения отличаются от супервизоров отсутствием задержки на выходе сброса RST.
- Microchip производит ряд детекторов в миниатюрных корпусах 3/SOT-23, 3/SOT-89, 3/TO-92, отличающихся сверхнизким собственным потреблением
Тип выходной цепи супервизора
- Применение внешнего супервизора питания в микропроцессорных системах определяется двумя факторами: малое энергопотребление (менее 1мкА) и большее количество напряжений на сброс по сравнению со встроенными в микроконтроллер модулями POR/
- Основными параметрами супервизоров, на которые следует обратить внимание при выборе супервизора питания являются:
- 1) пороговое напряжение;
- 2) тип выхода;
- 3) полярность напряжения сброса;
- 4) величина импульса сброса;
- 5) собственное потребление;
- 6) температурный диапазон.
Как подобрать супервизор?
- Для реализации функций POR/BOD необходимо обратить внимание на следующие основные факторы:
- 1. Напряжение сброса (большинство супервизоров имеют ряд фиксированных напряжений срабатывания для поддержки 5 В и 3 В систем);
- 2. Тип выхода (с открытым стоком, с внутренним подтягивающим резистором или комплементарный);
- 3. Полярность импульса сброса (низкий/высокий уровень).
- Analog Device
- Dallas Semiconductors
- Electronic Technology
- Maxim
- Microchip
- Telcom
- Texas Instruments
- Выработка сигнала RST при включении питания
- Выработка сигнала RST при снижении напряжения питания
- Наличие выходов сигнала RST одной или обеих полярностей
- Наличие входа для внешней кнопки сброса
- Наличие компаратора раннего предупреждения о снижении напряжения
- Возможность задания порогового напряжения выработки сигнала RST (резисторный делитель)
- Программирование длительности сигнала RST (конденсатор)
Функции SV (продолжение)
- Программирование периода срабатывания WDT
- Наличие схемы подключения резервного питания
- Контроль заряженности резервного источника питания
- Подзарядка резервного источника питания
- Звуковая индикация снижения напряжения питания
- Выработка сигнала запрета CS запоминающих устройств при понижении напряжения
- Контроль дополнительных напряжений питания (+12В, -12В и т.д.)
- Формирование сигналов прерывания при снижении питания
- Выработка отдельного сигнала WDT или объединение его с сигналом RST
Три группы микросхем SV

1 группа микросхем SV

Первая группа микросхем

DS 1819, TPS3824, TPS3825

VCC – вход напряжения питания WDI – вход перезапуска WDT RST – выход сигнала сброса MR – вход для сигнала перезапуска WDI от микроконтроллера

2 группа микросхем SV

Вторая группа микросхем SV

ADM707, DS1707, ETC707, MAX707, SP707, ADM708, TLC770

VCC – вход напряжения питания WDI – вход перезапуска WDT RST – выход сигнала сброса MR – вход для сигнала перезапуска WDI от микроконтроллера PFI – вход для анализа дополнительного источника питания PFO – выход прерывания, свидетельствующий о снижении напряжения по входу PFI RIN – LOWL – выход прерывания по снижению напряжения

Функциональная схема супервизора питания 3 группы

Третья группа микросхем SV

VCC – вход напряжения питания WDI – вход перезапуска WDT RST – выход сигнала сброса MR – вход для сигнала перезапуска WDI от микроконтроллера PFI – вход для анализа дополнительного источника питания PFO – выход прерывания, свидетельствующий о снижении напряжения по входу PFI RIN – LOWL – выход прерывания по снижению напряжения WDI – вх. перезапуска WDT TD – вх. программирования периода WDT TOL — вх. программирования допуска SV (4,5V/4,75V) SENS- доп. вход контроля питания REF — Ct – HYST –при контроле входа SENSE можно ввести задержку 5 мкс CTL – выбор канала контроля (GND- основное питание, VCC- вход SENSE)
Похожие записи: