Maxim ICL7665：微处理器电压监测的理想之选

在电子设计领域，微处理器的稳定运行至关重要，而电压监测则是保障其稳定运行的关键环节。今天，我们就来深入探讨一下Maxim公司的ICL7665微处理器电压监测器，看看它是如何在电压监测方面发挥重要作用的。

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一、产品概述

ICL7665是一款能够为微处理器（µPs）提供过压和欠压警告的电压监测器。它具有极低的典型工作电流，仅为3µA，这使得它在电池供电系统中表现出色，能有效延长电池的使用寿命。其两个电压检测器的跳变点和滞后特性可以通过外部电阻进行单独编程，可适用于任何大于1.3V的电压。该监测器的供电电压范围为1.6V至16V，同时能够监测1.3V至数百伏的电压。此外，ICL7665A是其改进版本，具有2%精度的VSET1阈值，并能保证在不同温度下的性能。

二、产品特性

1. 低功耗设计

3µA的静态电流，使其成为电池供电系统中电压监测的理想选择。在电池和市电供电系统中，参考电压、两个比较器和滞后输出的独特组合，减少了许多电路的尺寸和元件数量。

2. 高精度检测

ICL7665A具有2%的阈值精度，能够准确地检测过压和欠压情况，为微处理器提供可靠的保护。

3. 宽供电电压范围

1.6V至16V的供电电压范围，使其能够适应不同的电源环境，提高了产品的通用性。

4. 可编程跳变点

通过外部电阻可以对两个电压检测器的跳变点进行单独编程，满足不同应用场景的需求。

5. 片上滞后输出

片上滞后输出能够有效避免输入信号中的噪声或小变化导致输出的反复切换，提高了系统的稳定性。

三、典型应用

1. 微处理器电压监测

实时监测微处理器的电压，确保其在正常工作电压范围内运行，防止因过压或欠压导致的系统故障。

2. 低电池检测

在电池供电系统中，及时检测电池电压的变化，当电池电压过低时发出警告，提醒用户及时充电或更换电池。

3. 电源故障和欠压检测

监测电源的电压变化，当电源出现故障或欠压时，及时发出信号，保护系统免受损坏。

4. 电池备份切换

在市电供电中断时，自动切换到电池供电，保证系统的持续运行。

5. 电源故障监测

实时监测电源的工作状态，及时发现电源故障并采取相应的措施。

6. 过压/欠压保护

对系统进行过压和欠压保护，防止因电压异常导致的设备损坏。

7. 高低温、压力、电压报警

通过监测温度、压力和电压等参数，当参数超出正常范围时发出报警信号。

四、电路设计与参数计算

1. 基本过/欠压检测电路

• 简单阈值检测器：如图3所示，该电路没有任何滞后特性。通过外部电阻形成电压分压器，当VSET输入为1.3V时，比较器改变状态。ICL7665A在+25°C时具有2%的阈值精度，典型温度系数为100ppm/°C，大多数应用中无需外部电位器。
• 带滞后的阈值检测器：如图4所示，在每个电压检测器中增加了一个电阻，该电阻在VSET输入高于1.3V阈值时提供电流。滞后特性可以防止输入信号在跳变点附近的噪声或小变化导致输出的反复切换。
• 阈值检测器（VIN = V+）：如图5所示，该电路适用于待检测电压也是ICL7665的电源电压的情况。该电路的优点是所有流经输入分压器电阻的电流都流经滞后电阻，允许使用更高阻值的电阻，而滞后输出泄漏对跳变点的影响较小。

2. 电阻值计算

不同电路的电阻值计算方法不同，具体如下：

• 简单阈值检测器（图3）：
  • 选择R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范围内。
  • 根据R11和所需的跳变点计算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)]
• 带滞后的阈值检测器（图4）：
  • 选择R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范围内。
  • 根据所需的上跳变点VU计算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)]
  • 根据所需的滞后量计算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}}]
• 阈值检测器（VIN = V+）（图5）：
  • 选择R11的值，通常在10kΩ至10MΩ范围内。
  • 计算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)]
  • 计算R31：[R 31=R 11left(frac{V{U}-V{L}}{V_{SET }}right)]

五、应用案例

1. 单电源故障监测

如图6所示，该电路用于监测单电源的过压和欠压情况。上跳变点（控制OUT1）以5.5V为中心，具有100mV的滞后；下跳变点（控制OUT2）以4.5V为中心，也具有100mV的滞后。OUT1和OUT2以线或配置连接，生成电源正常信号。

2. 多电源故障监测

如图7所示，ICL7665可以同时监测多个电源。计算电阻值时，当VSET输入处于跳变点（1.3V）时，通过R11的电流为1.3V / R11。当两个输入电压处于所需的低压检测点时，通过R21A、R21B和R31的电流之和必须等于该电流。

3. 低电池警告和低电池断开

如图8所示，该电路用于防止镍镉（NiCd）电池过放电，并提供低电池警告。当电池电压降至1V x (N – 1)（N为电池单元数）时，负载将被断开，同时使用800mV的滞后防止反复开关循环。

4. 电源故障警告和上电/下电复位

如图9所示，该电路监测7805三端5V稳压器的原始直流输入电压。当未调节的直流输入降至8.0V以下时，电源故障警告信号变高。该电路在5V输出开始下降之前至少提供3.5ms的警告。

5. 交流电源故障和欠压检测

如图10所示，通过监测变压器的次级，该电路执行与图9相同的电源故障警告功能。当110V交流电源线电压中断或降低，使得峰值电压低于10.2V时，C1将通过R1充电。当C1上的电压达到1.3V时，电源故障警告输出OUT2变高。

6. 电池切换电路

如图11所示，该电路具有两个功能：当市电供电电源关闭时，将CMOS存储器的电源切换到备用电池；当备用电池接近放电时，点亮低电池警告LED。

7. 简单高低温报警

如图12所示，该电路使用低成本NPN晶体管作为传感器，ICL7665作为高低检测器。通过调节R1和R2，可以设置高温和低温报警的阈值。

六、SCR闩锁预防

与所有结隔离的CMOS电路一样，ICL7665具有固有的四层或SCR结构，在某些条件下可能会触发破坏性闩锁。为避免这种情况，需要采取以下预防措施：

1. 限制输入电流

如果任一VSET端子的电压可能高于V+或低于地，将输入电流限制在最大500µA。通常，可以选择输入分压器电阻，以确保即使在ICL7665的V+电源连接之前施加输入电压，输入电流也保持在500µA以下。

2. 限制V+的上升速率

在ICL7665附近使用旁路电容器来限制V+的上升速率。除非满足特定条件，否则很少会发生上升速率SCR现象。

3. 限制最大电源电压

将最大电源电压（包括瞬态尖峰）限制在18V。同样，将OUT1和OUT2上的最大电压限制在+18V，将HYST1和HYST2上的最大电压限制在V+以下18V。

七、总结

Maxim ICL7665微处理器电压监测器以其低功耗、高精度、宽供电电压范围和可编程跳变点等特性，为微处理器的电压监测提供了可靠的解决方案。通过合理的电路设计和参数计算，可以满足不同应用场景的需求。同时，采取有效的SCR闩锁预防措施，可以确保产品的稳定性和可靠性。在实际应用中，电子工程师们可以根据具体需求选择合适的电路和参数，充分发挥ICL7665的优势。大家在使用ICL7665的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。