基于TL431简易电路实现电压检测的方法

　　电压检测是光纤通信设备必备的功能，是实现设备的掉电警告的信息来源，从而达到上报掉电警告到后台服务器或网管，虽然当前有专用的电压检测芯片，但随着通信设备成本下降的迫切压力，就必须寻找更加低廉且性能稳定的替代电路，那么使得成本降低，从而提高了产品在国际市场上的竞争力。

　　1、光纤通信设备

　　1.1、光纤到户FTTH简介

　　光纤到户（FTTP），又被称为光纤到屋（FTTH），指的是一种宽带通信系统，它是基于光纤光缆并采用光电子将诸如电话三重播放、宽带互联网和电视等多重高档的服务传送给家庭或企业，下面以字母简称FTTH来代表光纤到户。

　　FTTH布线结构主要有两种：一种是点对点形式拓扑，从中心局端到每个用户都用一根光纤；另外一种是点对多点形式拓扑方式的无源光网络（PON），这种点到多点的拓扑方式可有效降低光收发器数量和布线的光纤用量，同时机架空间也降低了。

　　1.2、光纤通信布局

　　根据点到多点的无源光网络方案，本文举一个例子，下图（图1）为无源光网络的典型布局图，由光线路终端（OLT）来管理众多的家庭用户（ONU），光线路终端放在小区或单位的机房，每个光模块分别放在每户家庭或每个办公室，核心交换机则放置于电信运营商的机房。所有ONU的通信数据都要汇聚到OLT中，由OLT发送到核心交换机，核心交换机再到网上，从图可知，所有的ONU的管理都是通过OLT来完成。

　

　　图1

　　2、电路设计

　　2.1、电压检测芯片MAX708

　　概述

　　MAX公司生产的复位芯片MAX708，是一种带有微处理器的电压检测控制芯片，可同时输出两种电平的复位信号，即同时输出高电平有效和低电平有效。有三种情况如由独立的比较器、VCC电压或手动复位输入均可触发复位信号。

　　MAX708内嵌有电压比较器，电压比较器可用于监视外部输入的电压信号，根据电压比较结果输出高低电平，为其它CPU处理器提供电压跌落的告警功能，此款芯片广泛用于发生电源切换、向操作者发送警报或正常关机等需要进行预警的系统中。

　　MAX708有SO-8或TSSOP-8的表面封装形式，并且提供3种可选的域值。

　　性能

　　复位信号有RESET和RESET#信号，分别代表高电平复位和低电平复位

　　电源失效或低电源警告的电压检测域值为1.25V，此电平输入到芯片的独立比较器

　　手动复位信号输入

　　芯片工作的电源电流值为100uA

　　复位域值分别可选：2.63V、2.93V、3.08V

　　在VCC=1V时能提供有效的RESET信号

　　典型应用见图2，内部等效电路见图3，由于其应用电路和内部等效电路与MAX706相似，所以由MAX706的典型应用电路和内部等效电路来表示：

　

　　表1  管脚定义

　　

　　从等效电路图3可得出，PFI输入电压大于1.25V时，/PFO输出低电平，当PFI输入电压小于1.25V时，/PFO输出高电平；PFI外部通过主板输入的电压（一般为直流12V）分压后输入到PFI，12V分压后得到1.4V给到PFI脚，一旦12V发生掉电，当12V掉到10V时，PFI脚电平变为1.25V，达到域值1.25V，由芯片内部比较器进行比较，阈值低于内部基准电压值，比较器输出低电平，从而导致/PFO输出低电平，主板的供电电压由10V继续掉电，但从10V掉到5V之间过程中，主板中的开关电源电路还可以保证主板的正常工作，就在这个10V掉到5V的过程中，/PFO输出低电平给处理器，处理器处于正常工作，可以马上处理/PFO信号，并发出警告。

　　2.2、低成本检测电路

　　可控精密稳压器TL431

　　TL431是精密可控的稳压芯片，是由美国德州仪器生产，该器件有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压可通过两个分压电阻就可随意从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值进行设置。TL431的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用电路中都可用它来代替稳压二极管，例如：运算放大电路，数字电压电流表，开关电源电路，可调电源电路等。

　　TL431的具体功能见图4的功能模块示意。由图可以看到，VI提供芯片内部的2.5V的基准源，作为运放的反向输入端电压。由运放的特性可知，只有当REF端（同向端）的电压高于VI（2.5V）时，三极管中才会有电流通过，同相输入电压少于2.5V时，三极管处于截止状态（理想状态下），随着REF端电压发生微小变化，通过三极管的电流将从1mA到100mA之间变化。当然，图4不能完全表示TL431的实际内部结构，但可用于分析理解TL431芯片内部电路。

　　TL431内部等效电路如图4所示，本文选择SOT-23封装，如图5：

　　

　　图4

　　

　　图5

　　TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法可参考下图a和图b所示。下图a作为2.5V的基准源，下图b作可调基准源，在图b中输出电压与分压电阻R2、R3的关系为U0=（1+R2/R3）2.5V，具体工作原理：输入电压增大，由于负载阻值不变，那么输入的电流也变大，伴随着流过限流电阻的电流也变大，从而限流电阻两端的电压也变大，那么稳压二极管的电压则由输入电压减去限流电阻的电压，得到U0电压值，这个U0值保持不变，即输入电压增大的幅度被限流电阻两端电压的增幅给抵消了，实现了U0电压稳压。

　

　　TL431器件的运用

　　图6电路由TL431管、PNP和NPN三极管组成，外加少量阻容，电路精简而有效，如下图，TL431为稳压二极管管，由电阻18K和10K电阻组成稳压电路，根据器件特性公式U0=（1+R2/R3）*2.5V，可知TL431之间的电压为U0=2.5*（1+18/10）=7V，那么R313电阻之间电压为12-7=5V，由于5V大于3.3V，即EB两级电压为-1.7V，故而U12PNP不导通，由于U12不导通，那么Q9也不导通，从而GPIO_0信号被拉高，为高电平；当12V开始掉电，掉到7.8V时，R313之间电压为7.8-7=0.8V，此时EB两级电压为0.7V，使得U12导通，R315电阻电压为3V，那么Q9NPN管导通，那么GPIO_0信号脚为0V低电平，信号输入到处理器，处理器处理此信号后往上层管理局点OLT发出警告，OLT收到告警后会在告警列表里打印出告警提示。

　

　　图6

　　2.3、电压检测功能测试

　　对已经设计简易电压检测电路的无源光网络设备（ONU）进行测试，方法一是通过示波器量电路输出电压UO和电路输入电压UI，当输入电压UI被切断时可观测到输入电压UI出现电压下降到10V时，UO电压则由3.3V变为0V。方法二是整个设备的功能测试，将ONU连接到OLT上，将输入电压UI切断，然后观察OLT的告警打印，这时可以看见OLT的有掉电告警的提示，然后反复测试100次以上，OLT均有提示告警。以上测试表明电路稳定可靠。

　　3、总结

　　本文提供了一种简易、低成本的电压检测电路的方法，采用稳压二极管、PNP和NPN三极管来设计掉电检测电路，完全可以替代MAX708的掉电检测功能，功能稳定可靠，且价格低廉，为MAX708的一半左右，具有较强的实用性，可用于其它对电源的检测电路上。