Monitor de potencia dual/triple para subtensión y sobretensión en alimentaciones positivas y negativas

Un monitor de energía puede indicar con precisión cuándo el sistema tiene sobrevoltaje o si el sobrevoltaje amenaza con causar una interrupción del sistema, lo que permite que el sistema maneje la situación con elegancia.

El LTC2909 es una solución de monitoreo altamente personalizable con umbrales de entrada ajustables, selección de polaridad de entrada, temporizador de reinicio multimodo y drenaje abierto PRIMERA producción. Los umbrales de entrada ajustables permiten al usuario establecer cualquier umbral de activación para el comparador, sujeto solo a límites de precisión parcial, en lugar de tener que elegir entre una colección limitada de umbrales establecidos de fábrica.

Cada entrada ajustable se puede configurar en cualquier polaridad, lo que le permite monitorear voltajes de suministro negativos o positivos para subvoltaje o sobrevoltaje. La selección de polaridad se controla mediante una simple conexión del pin SEL; no se requieren componentes externos.

Los pines del temporizador multimodo se pueden configurar de varias maneras para adaptarse a una amplia variedad de aplicaciones, lo que permite un control completo del retraso de reinicio, la eliminación de un condensador de tiempo externo o la eliminación del tiempo de espera por completo. el es PRIMERA Un pin es una salida de drenaje abierto: se puede subir a un voltaje apropiado para el dispositivo receptor PRIMERA señal, independiente de la fuente de alimentación del LTC2909. La salida se puede cablear O conectar a otros supervisores u otra lógica de drenaje abierto, lo que permite que se emita cualquiera de varias condiciones de reinicio.

La Figura 1 muestra cómo el LTC2909, con solo unos pocos componentes, puede monitorear un suministro de 24 V para subtensión y sobretensión. Se pueden monitorear casi dos condiciones de reinicio en cualquier sistema mediante la conexión adecuada del LTC2909. El tamaño pequeño del LTC2909 (disponible en paquetes DFN y TSOT-23 de 8 pines de 3 mm × 2 mm) mantiene la solución de monitoreo pequeña, y la alta precisión de las piezas mantiene alta la disponibilidad del sistema sin sacrificar la confiabilidad. La particular VCC El husillo LTC2909 incorpora un regulador de derivación que permite accionar la pieza desde cualquier suministro de alta disponibilidad, incluso un riel de alto voltaje. Además, el bajo consumo de corriente en reposo del LTC2909 lo hace adecuado para aplicaciones de bajo consumo, como dispositivos portátiles alimentados por batería.

Figura 1. Supervisión de subtensión y sobretensión de 24 V.

La aplicación más común de un monitor de energía es determinar cuándo una fuente de alimentación positiva está por debajo de cierto umbral crítico requerido para el funcionamiento adecuado de los dispositivos alimentados. Menos comunes, pero no más desafiantes para el LTC2909, son las situaciones que requieren monitorear la energía negativa o determinar cuándo el voltaje excede un cierto valor que puede afectar la funcionalidad o dañar los dispositivos alimentados.

La conexión del pin de entrada de tres estados SEL determina si cada uno de los comparadores de entrada ADJ está configurado para polaridad positiva (la entrada debe estar por encima del umbral o PRIMERA
se declara bajo) o en polaridad negativa (la entrada debe estar por debajo del umbral o
PRIMERA se dice que es débil). Las entradas configuradas en polaridad negativa son útiles para reiniciar cuando el voltaje del monitor es más positivo (o menos negativo) de lo que debería ser. En otras palabras, una entrada de polaridad negativa puede monitorear un suministro positivo para sobrevoltaje (OV) o un suministro negativo para bajo voltaje (UV). De manera similar, una entrada de polaridad positiva es útil para emitir un reinicio cuando el voltaje de monitoreo es más negativo (o menos positivo) de lo que debería ser, por lo que puede monitorear un voltaje positivo para subvoltaje o un voltaje negativo para sobrevoltaje. Tradicionalmente, los términos sobrevoltaje y subvoltaje se refieren al valor absoluto del voltaje del monitor, por lo que un suministro de subvoltaje de -5V a -4.3V.

Conectar SEL a tierra establece ambas entradas ajustables en polaridad negativa. En este modo, la pieza se puede utilizar como monitor de subtensión doble negativo o como monitor de sobretensión doble positivo. Si lo desea, también sirve como un monitor de bajo voltaje negativo con un monitor de sobrevoltaje positivo. Conexión de SEL a VCC establece ambas entradas en polaridad positiva, útil para monitores de sobrevoltaje doble positivo o doble negativo, así como un monitor de subvoltaje positivo con un monitor de sobrevoltaje negativo. Finalmente, dejar el pin SEL abierto configura ADJ1 a polaridad positiva y ADJ2 a polaridad negativa. En esta configuración, la parte puede monitorear un suministro positivo y un suministro negativo para bajo voltaje, o ambos para sobrevoltaje. También puede funcionar como monitor de ventana (subtensión y sobretensión) para alimentación positiva o negativa. Estas selecciones de polaridad y las aplicaciones correspondientes se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1. Conexión SEL para diferentes polaridades de entrada
ADJ1ADJ2alfiler de sal
Polaridad positiva:
UV positivo o OV negativo
Polaridad positiva:
UV positivo o OV negativo
VCC
Polaridad positiva:
UV positivo o OV negativo
Polaridad negativa:
UV negativo o OV positivo
Abierto
Polaridad negativa:
UV negativo o OV positivo
Polaridad negativa:
UV negativo o OV positivo
Mundo

Las entradas del LTC2909 son totalmente ajustables para brindar la máxima flexibilidad de monitoreo. Cada pin ADJ se conecta directamente a la entrada de alta impedancia de un comparador cuya otra entrada está conectada a una referencia interna de 500 mV (nominal). Ajustar el voltaje de umbral es tan simple como conectar un divisor de resistencia al suministro para que la entrada ADJ esté a 500 mV cuando el suministro del monitor esté en el umbral deseado. Al seleccionar las resistencias externas correctas, se puede establecer el punto de disparo nominal en absoluto
Valor deseado.

En la Figura 2 se muestra una configuración de resistencia típica para un suministro positivo. Para un suministro negativo, se requiere cierta compensación para que el punto de derivación de la resistencia sea de 500 mV. Esta compensación la proporciona el pin REF del LTC2909, que proporciona una referencia de 1 V protegida (con una precisión del 1,5 % sobre el rango de temperatura de funcionamiento y tensión de alimentación). Por lo tanto, la conexión divisoria típica para un suministro negativo se muestra en la Figura 3. Tenga en cuenta que los suministros positivos con puntos de disparo nominales por debajo de 500 mV deben considerarse «negativos» para fines de monitoreo (ya que requieren un cambio hacia arriba para alcanzar 0,5 V). Se puede monitorear un solo suministro para UV y OV con tres resistencias, como se muestra en la Figura 4 para un suministro positivo y en la Figura 5 para un suministro negativo.

Figura 2. Monitoreo de suministro positivo.

Figura 3. Fuente de alimentación negativa del monitor.

Figura 4. Monitoree el suministro positivo para UV y OV.

Figura 5. Supervise el suministro negativo de UV y OV.

La selección de valores de resistencia está determinada por dos factores: punto de disparo nominal y consumo de corriente. En particular, la selección de R1 está impulsada por el consumo de corriente y la proporción de otras resistencias a R1 determina el punto de activación. Si el voltaje del monitor está normalmente cerca de su umbral de disparo nominal, el voltaje en R1 es de aproximadamente 0,5 V, por lo que la corriente consumida por el divisor de resistencia es de aproximadamente 0,5 V/R1. Los suministros que funcionan significativamente fuera de su umbral hacen que el consumo de corriente se desvíe de la estimación anterior en aproximadamente el mismo porcentaje en el que se apartan del umbral.

En la mayoría de las aplicaciones, el consumo de corriente debe minimizarse. Sin embargo, de a medida que se reduce la corriente, el impacto de la fuga del punto de derivación en la precisión del monitoreo se vuelve más severo. La corriente de fuga se toma de la impedancia del punto de activación en la entrada ADJ, por lo que el error fraccionario es aproximadamente:

Ecuación 1

Como regla general, la corriente en el divisor debe ser al menos 100 veces mayor que la fuga esperada, incluido el máximo de 15 NA internos a la sección y cualquier fuente de fuga externa.

Otros valores de resistencia están determinados por la elección del punto de activación. Dado que la precisión del umbral del LTC2909 está garantizada en un 1,5 % sobre el rango de temperatura de funcionamiento y de suministro, los puntos de activación normalmente deben establecerse en un 1,5 % sobre el rango especificado para la condición de funcionamiento de la fuente de alimentación supervisada. Por ejemplo, un punto de disparo por bajo voltaje debe ser 4,425 V, no 4,5 V proporcionando 5 V ±10 %. Consulte la barra lateral Precisión de umbral para obtener una explicación.

Dado un punto de activación deseado y el valor de R1 elegido como se indicó anteriormente, se pueden calcular los valores apropiados del resto de las resistencias. Al monitorear un suministro positivo para una sola condición de falla, el usuario debe seleccionar

ecuación 2

Asimismo, en el caso de una alimentación negativa (o una alimentación positiva con una tensión de disparo inferior a 0,5 V),

Ecuación 3

Tenga en cuenta que si el voltaje de disparo deseado es menor que el de tierra, el valor de VVIAJAR debe ser negativo. La situación es un poco más complicada cuando solo se usan tres resistencias para monitorear un solo suministro de UV y OV. Para repostaje positivo con umbrales de ruta V deseadosDISPARADOR (UV) y VVIAJE (OV)los valores son apropiados

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ecuación 4

Finalmente, para un suministro negativo con un umbral de disparo de VDISPARADOR (UV) y VVIAJE (OV)los valores apropiados son:

Ecuación 5

Las tablas 2 y 3 muestran los valores de resistencia recomendados para monitorear algunos voltajes de suministro estándar para UV, OV o UV y OV. La Tabla 2 proporciona valores para una precisión de fuente de alimentación nominal del 5 % (puntos de disparo del 6,5 %) y la Tabla 3 proporciona valores para fuentes de alimentación del 10 % (puntos de disparo del 11,5 %). En las tablas, los valores de R1 se eligieron para minimizar el error de umbral mediante el uso de valores de resistencia estándar del 1 % y para mantener el consumo de corriente del divisor cerca de 5 µA.

Tabla 2. Valores de Resistencia Recomendados para Monitoreo al 5%.
Voltaje nominal5% UV5% VO5% UV y UV
R1R2R1R2R1R2Q3
24232k10,2 millones102k5,11 millones82.5k11.5k4.12M
15115k3.09M200k6.19 a. m.76.8k10.7k2,37 millones
1249.9k1,07 millones102k2,49 millones76.8k10.7k1.87M
9115k1.82M78.7k1,43 millones162k22.6k2.94M
5137k1,15 millones137k1.33M76.8k10.7k732k
3.3221k1,15 millones340k2.05M76.8k10.7k453k
2.5115k422k51.1k221k137k19.1k576k
1.863.4k150k115k324k82.5k11.5k221k
1.559.0k107k137k301k76.8k10.7k158k
1.2127k158k102k158k187k26.1k267k
1.0200k174k100k113k107k15.0k105k
-5133k1.37M118k1.37M174k20.0K2.00M
-997.6k1.74M115k2.32M182k22.6k3,65 millones
–12107k2,49 millones40.2k1,07 millones40.2k5.11k1,07 millones
-15107k3.09M309k10,2 millones309k40.2k10,2 millones
Tabla 3. Valores de Resistencia Recomendados para Monitoreo al 10%.
Voltaje nominal10% UV10% VO10% UV y UV
R1R2R1R2R1R2Q3
24102k4.22M115k6.04M39.2k10.2k2.05M
15200k5,11 millones200k6:4941.2k10.7k1.33M
12115k2.32M107k2.74M41.2k10.7k1.05M
9113k1,69 millones140k2,67 millones73.2k19.1k1.37M
5113k887k113k1,15 millones115k30.1k1,13 millones
3.3221k1,07 millones294k1.87M226k59.0k1.37M
2.5102k348k301k1.37M41.2k10.7k178k
1.8137k301k86.6k261k63.4k16.5k174k
1.548.7k80.6k43.2k102k51.1k13.3k107k
1.2137k154k63.4k107k80.6k21.0k115k
1.0200k154k137k169k174k45.3k169k
-5115k1,13 millones200k2.43M115k24.3k1.37M
-9127k2.15M215k4.53M51.1k11.8k1,07 millones
–12115k2.55M41.2k1,15 millones130k30.9k3.57M
-15115k3,16 millones309k10,7 millones47.5k11.5k1,62 millones

¿Por qué es importante la precisión del umbral?

En los sistemas de monitorización existe un cierto nivel de tensión por encima del cual no se puede garantizar el correcto funcionamiento de los dispositivos conectados a un bus de potencia. Idealmente, este es el voltaje en el que el supervisor debería emitir un reinicio, ya que esto asegura el funcionamiento adecuado del sistema al tiempo que permite la máxima variación de voltaje de suministro permitida. Entonces, en el caso ideal, la tolerancia de suministro es tan baja como lo aceptarán los dispositivos en el bus.

Por supuesto, cualquier monitor real tiene una precisión limitada, lo que refuerza las limitaciones del sistema. La precisión del monitor generalmente se especifica como una banda porcentual alrededor del punto de activación nominal donde se garantiza el umbral, como ±1.5%. Para evitar reinicios molestos cuando la fuente de alimentación funciona con normalidad, las bandas de precisión de monitorización y tolerancia de la fuente de alimentación no deben superponerse.

Por ejemplo, una fuente de alimentación debe tener un umbral nominal establecido en 6,5 % con una tolerancia especificada de ±5 %, supervisada por un monitor preciso hasta 1,5 % para evitar. reinicio accidental. Con esta banda de precisión, no se garantiza que el monitor emita un reinicio hasta que la alimentación alcance el otro extremo de la banda de precisión del monitor, al 8 %. Por lo tanto, los dispositivos conectados a la fuente de alimentación deberían funcionar correctamente hasta una desviación de al menos el 8 % de la tensión de alimentación. Si esto no se puede hacer, ba debería preverse una disposición con una tolerancia más estricta. A modo de comparación, reemplazar el monitor de energía con una precisión del 1,5 % por un dispositivo un 2,5 % más pequeño requiere que la tolerancia de la fuente de alimentación se ajuste a ±3 % para garantizar la misma banda operativa del 8 %, lo que agrega complejidad al diseño de la fuente de alimentación.

El LTC2909 cuenta con un tercer comparador de alta precisión en el VCC husillo, lo que permite que la pieza funcione en algunas aplicaciones como un monitor de alimentación triple. Polaridad de la VCC
el comparador se establece en positivo, por lo que el comparador crea un UVLO preciso. También se establece el umbral UVLO y se establece en un 11,5% por debajo del umbral de tensión nominal especificado en la referencia. Hay versiones disponibles para suministros lógicos estándar: LTC2909-2.5 para suministros de 2,5 V (umbral nominal 2,175 V), LTC2909-3.3 para suministros de 3,3 V (umbral nominal 2,921 V) y LTC2909-5 para suministros de energía de 5,0 V (umbral nominal 4,425 V). ) ). El LTC2909-2.5 se recomienda para diseños que no desean monitorear VCC alfiler La UVLO entonces trabaja simplemente para asegurar que PRIMERA va alto y la V no está permitidaCC
el voltaje es demasiado bajo para garantizar una buena precisión de los umbrales de entrada ADJ. La precisión del umbral de UVLO es la misma que la precisión del umbral de ADJ: ±1,5 % garantizado en el rango de temperatura de funcionamiento.

Las fuentes de alimentación de monitorización suelen tener componentes de alta frecuencia en función de su valor de CC. Estos pueden ser causados ​​por cambios de carga que actúan sobre una impedancia de salida distinta de cero (ya sea debido a la impedancia de la línea de alimentación o al ancho de banda de regulación), potencia de ondulación de salida, acoplamiento de señal de alta frecuencia adyacente o ruido. Idealmente, el controlador de la fuente de alimentación debería determinar si el voltaje de suministro transitorio amenaza la funcionalidad de cualquiera de los dispositivos alimentados por ese riel de voltaje y emitir un reinicio si (y solo si) lo hace. Desafortunadamente, un verdadero supervisor no puede usar un algoritmo omnisciente para saber exactamente qué está conectado al bus o cómo reaccionan esos dispositivos a las transiciones de energía. Debido a esto, hay varios enfoques posibles para abordar algunas de las preocupaciones sobre la inestabilidad del suministro de energía. Estas técnicas se enfocan en eliminar dos situaciones indeseables que surgen al usar un comparador simple.

Un efecto indeseable que debe evitarse es la conmutación rápida de la salida de restablecimiento («parloteo»), debido a la ondulación, el acoplamiento o el ruido en una tensión de alimentación cercana al umbral. Una solución común es agregar histéresis al umbral del monitor, lo que evita la vibración siempre que la amplitud transitoria sea menor que la cantidad de histéresis. Agregar histéresis degrada efectivamente la precisión del umbral, lo que reduce la disponibilidad del sistema o aumenta los requisitos de voltaje de suministro del sistema. Por este motivo, el LTC2909 utiliza otros métodos para evitar las vibraciones y no tiene un umbral de histéresis a menos que la pieza esté configurada en modo de comparación, en cuyo caso sería más susceptible a las vibraciones de lo habitual (como se explica a continuación).

La principal defensa contra los chats es el tiempo de espera programado. Si en cualquier momento durante el reinicio del temporizador los suministros se vuelven inválidos, el temporizador se reinicia inmediatamente y el tiempo se reinicia desde el comienzo del período cuando los suministros vuelven a ser válidos. Por lo tanto, siempre que el voltaje de suministro esté lo suficientemente cerca del umbral de la amplitud de las fallas de suministro para llevar el suministro a la región no válida, PRIMERA permanece bajo mientras el tiempo entre transitorios sea menor que el retardo de reinicio. Es decir, el retardo de reinicio evita cruces de frecuencia superiores a 1/tPRIMERA para causar cambios no deseados en la salida de reinicio. Dado que el tiempo de espera se cancela en el modo de comparación, el LTC2909 puede conversar libremente en este modo, por lo que se agrega una pequeña cantidad de histéresis unilateral a los umbrales de comparación. Consulte «Control de límite de tiempo» a continuación para obtener una descripción del comportamiento de la histéresis.

La otra preocupación que debe abordarse es identificar los transitorios que causan un problema para los dispositivos en el bus de alimentación. En general, se puede suponer que estos dispositivos pueden continuar funcionando durante viajes cortos fuera de la región de suministro válida, especialmente porque los capacitores de desacoplamiento local ayudan a evitar tales lengüetas en los dispositivos. Si es posible, el supervisor no debe emitir un reinicio durante estas condiciones.

Considere, por ejemplo, lo que sucede cuando un sistema activa un disco duro conectado al bus de alimentación de un monitor. El voltaje del bus cae brevemente, posiblemente fuera de la región válida, y luego regresa aproximadamente a su valor anterior. Este es un comportamiento normal y esperado, y un microprocesador conectado a este bus debería funcionar normalmente durante el transitorio (de lo contrario, el sistema no podrá usar el disco duro de manera segura). El monitor de energía no debe reiniciar el microcontrolador durante un transitorio de este tipo.

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Para resolver este problema, el LTC2909 tiene filtrado de paso bajo en las salidas del comparador, por lo que las fallas breves en la fuente de alimentación del monitor no se transmiten a la lógica de control. Para la mayoría de los sistemas, la respuesta del sistema al ruido depende de la energía contenida en el ruido, en lugar de solo la magnitud del voltaje del ruido. La duración del fallo también tiene en cuenta esta energía, por lo que la probabilidad de fallo aumenta a medida que aumenta la duración del fallo (por ejemplo, un fallo del 20 % en la fuente de alimentación puede ser tolerable durante solo 100 µs, y un fallo del 5 % es tolerable durante 1 milisegundo). Filtrar los comparadores LTC2909 muestra esta tendencia. La Figura 6 muestra un gráfico típico de la duración máxima de la falla que no hace que el LTC2909 emita un reinicio, en comparación con el porcentaje de la falla que ingresa a la región no válida.

Figura 6. Longitud de falla permitida en función del tamaño.

El diseño de PCB puede exacerbar algunas de estas preocupaciones, por lo que también es importante prestar atención al diseño junto al LTC2909. En aplicaciones que utilizan comparadores de polaridad negativa, el acoplamiento capacitivo se realiza PRIMERA la polaridad negativa de salida a entrada puede hacer que la base oscile alrededor de 1/tPRIMERA si la entrada de polaridad negativa está lo suficientemente cerca del umbral: el acoplamiento capacitivo crea una retroalimentación negativa alterna alrededor de la pieza. Para evitar esta oscilación, el PRIMERA la línea debe mantenerse libre de las entradas ADJ correspondientes y, si es posible, de la fuente de alimentación correspondiente. Las aplicaciones de polaridad negativa también pueden oscilar cuando el PRIMERA provoca una gran carga, lo que resulta en una diferencia de voltaje entre la tierra de la referencia interna de 0,5 V y la tierra del voltaje del monitor. Varios factores pueden ayudar a eliminar esta fuente de oscilación. Primero, la corriente fluía a PRIMERA manténgalo por debajo de 1 mA si es posible. Las mejores prácticas establecidas también son importantes. Los divisores de resistencia de entrada que se conectan a tierra deben tener una traza de detección de Kelvin directamente en el pin GND, y la ruta desde el suministro de tierra del monitor al pin GND debe ser de baja impedancia (preferiblemente a través de un buen plano de tierra).

Como se describió anteriormente, el LTC2909 tiene un tiempo de espera de reinicio que ayuda a reducir la susceptibilidad del monitor al ruido de alimentación. Para mayor comodidad, este retraso de reinicio se puede controlar de tres maneras diferentes. Si un tiempo de espera de 200 ms es apropiado para la aplicación (según las distribuciones de ruido esperadas y las especificaciones de tiempo del sistema), no se requiere ningún componente externo para configurar el tiempo de espera; simplemente conecte el pin TMR y use el LTC2909. generador de retardo interno 200ms.

Para aplicaciones que requieren tiempos de retardo distintos a los 200 m, el retardo se puede configurar conectando el pin TMR a un capacitor conectado a tierra, donde el retardo se establece en aproximadamente 9 ms por capacitor nF. Para garantizar la precisión del temporizador, el condensador de temporización debe ser del tipo cerámico de baja fuga. Las corrientes de fuga superiores a 500 nA afectan seriamente el funcionamiento del temporizador. Por ejemplo, para un retraso de 50 ms, el condensador del temporizador debe ser 50/9 = 5,6 nF.

La figura 7 muestra el período de tiempo de espera típico en función del capacitor en el pin TMR. Debido a la capacitancia inherente en el pin TMR, el período de retardo mínimo que se puede lograr en el modo externo es de aproximadamente 400 µs, sin un capacitor externo conectado al pin. El retraso máximo está limitado a nueve segundos (condensador de 1 µF) por cuestiones de arranque. Suponiendo que el capacitor del temporizador se descargue primero durante la secuencia de encendido, el LTC2909 primero ve que el voltaje de TMR está cerca de tierra y, por lo tanto, opera en modo de temporización interna. Tan pronto como se enciende la pieza, una fuente de corriente de 2 µA comienza a tirar del pin TMR, cargando el condensador del temporizador hacia el umbral de detección de tierra (alrededor de 250 mV). Si las tres entradas de potencia (VCC y ambas entradas ADJ) son válidas, y el período de tiempo de espera interno de 200 ms finaliza antes de que el voltaje TMR alcance el umbral de detección de tierra, PRIMERA aumenta después de un retraso mucho más corto de lo esperado. Aunque este comportamiento de irrupción no es un problema en un sistema dado, el retardo máximo está limitado solo por la disponibilidad de condensadores grandes con corrientes de fuga inferiores a 500 nA.

Figura 7. Período de tiempo de restablecimiento según la capacidad.

Finalmente, hay algunos sistemas en los que el tiempo de retardo de reinicio no es deseable. Por ejemplo, este puede ser el caso en aplicaciones en las que el usuario no utiliza el LTC2909. PRIMERA pin como una línea de reinicio del sistema. Si el usuario conecta el pin TMR a VCC, el LTC2909 se coloca en modo de comparación. En el modo comparador, se evita el retardo de tiempo y las salidas del comparador se conectan directamente al PRIMERA circuito de entrenamiento Debido al filtro de paso bajo que rechaza el ruido en los comparadores, siempre habrá algún retraso entre las entradas y el PRIMERA salida, dependiendo de la cantidad de sobremarcha en la entrada. Como se muestra en la Figura 6, el retardo de propagación para grandes sobrecargas es de unos 25 µs.

En el modo de comparación, dado que se eliminó el retraso de reinicio, se redujo la inmunidad al ruido y las oscilaciones de la habitación. Para «pops» no deseados del PRIMERA salida cuando los voltajes de entrada están muy cerca del umbral, se agrega una pequeña cantidad de histéresis unilateral a los tres comparadores. La histéresis es «unilateral» en el sentido de que la transición válido-inválido no se ve afectada, pero el umbral de transición no válido es de aproximadamente 0,7% en la región válida. Por lo tanto, para las entradas ADJ, los voltajes de umbral en el modo comparador dependen del estado del pin SEL. Las clasificaciones se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4. Umbrales nominales de ADJ en modo de comparación
Para ingresarSAL = TIERRASEL abiertoSEL=VCC
ADJ1Creciente500,0 mV503,5 mV503,5 mV
otoño496,5 mV500,0 mV500,0 mV
ADJ2Creciente500,0 mV500,0 mV503,5 mV
otoño496,5 mV496,5 mV500,0 mV

En la mayoría de los sistemas, una fuente de alimentación se puede identificar como la que tiene la mayor disponibilidad, es decir, la fuente de alimentación que es más probable que se active primero. para encender, para apagar el último, y así sucesivamente. La alimentación de un supervisor de energía desde esta fuente de alimentación de alta disponibilidad tiene varias ventajas. Primero el PRIMERA los circuitos pull-down son alimentados por el suministro parcial. Por lo tanto, ayuda a garantizar el suministro de esas piezas primero. PRIMERA no flota alto debido a una fuerza de arrastre insuficiente. Por el contrario, alimentar la pieza desde una fuente de alimentación de alta disponibilidad ayuda a maximizar el tiempo de actividad del sistema porque el LTC2909 no dejará caer la PRIMERA
salida si la habitación no está correctamente alimentada.

El problema en muchos sistemas es que la fuente de alimentación de alta disponibilidad también es una fuente de alimentación de voltaje relativamente alto. Por ejemplo, el suministro más común en un sistema automotriz es un voltaje de batería de 12 V (nominal), mientras que en un sistema de telecomunicaciones es probable que sea un suministro de 48 V. Las fuentes de alimentación requieren un regulador de voltaje externo para operar desde estas fuentes, pero el LTC2909 ahorra componentes. integrando un regulador de derivación de 6,5 V en el VCC alfiler Todo lo que se requiere es una resistencia de caída en serie entre el suministro de alto voltaje y el VCC alfiler Este esquema permite que el LTC2909 se alimente desde un alto voltaje arbitrario, limitado solo por la disipación de energía en la resistencia de derivación. Además, la VCC El pin se puede usar para alimentar otras partes de bajo voltaje, siempre que se considere su corriente de suministro (que debe ser inferior a 5 mA) en la selección de la resistencia.

El voltaje de regulación de derivación nominal es de 6,5 V y está garantizado entre 6,0 V y 6,9 V en todo el rango de temperatura de funcionamiento y en un amplio rango de corriente de derivación. La selección de resistencia en serie es impulsada por la corriente de polarización del regulador de derivación. La polarización del regulador de derivación se definirá por la cantidad de corriente que fluye a través de la resistencia (según su valor y la caída de voltaje a través de ella), menos la corriente de suministro a la pieza, incluida cualquier carga extraída del pin REF, y la corriente de carga de todos los demás dispositivos que aprovechan el suministro de 6,5 V a VCC alfiler La resistencia en serie debe elegirse para polarizar el regulador de derivación entre 50 µA y 10 mA, idealmente alrededor de 1 mA.

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Estas restricciones de diseño imponen los siguientes límites a la resistencia en serie. La carga máxima extraída de la referencia, más la carga máxima extraída por otros dispositivos conectados a la VCC pin, más 150 µA para que el LTC2909 sea menor que la corriente mínima a través de la resistencia en al menos 50 µA:

Ecuación 6

Esto asegura que el regulador de derivación esté polarizado con al menos 50 µA de corriente. Por otro lado, V es la carga mínima en la referencia, más la carga mínima dibujada por otros dispositivosCC debe ser como máximo 10 mA menos que la corriente máxima que fluye a través de la resistencia:

Ecuación 7

Esto asegura que el regulador nunca se sienta a más de 10 mA de corriente. En resumen, la resistencia en serie debe satisfacer:

ecuación 8

Por ejemplo, considere funcionar con la batería de un automóvil. Para los propósitos de este ejemplo, el rango operativo de la energía de la batería es de aproximadamente 10 V a 60 V, y podemos suponer que la carga de REF del usuario y el uso de corriente externa pueden variar de 0 µA a 100 µA. El valor R mínimo es entonces 54V/10mA = 5,4k, y el valor máximo es 3,1V/400µA = 7,75k. Dadas estas restricciones, un valor de 6.8k probablemente sea óptimo.

La ecuación anterior es en realidad demasiado restrictiva. En los casos en que el voltaje de suministro sea muy cercano al voltaje de regulación de derivación, es posible que no sea posible satisfacer la ecuación anterior porque el valor máximo permitido es menor que el valor mínimo. En estos casos, se puede suponer que el valor máximo permitido es 1k en lugar del valor predicho por la fórmula anterior, siempre que VCC el pin no se usa para alimentar otros dispositivos. Hay casos en los que el regulador de derivación no puede satisfacer los requisitos de VCC (por ejemplo, aquellos con un rango de suministro potencial muy amplio). Estas aplicaciones deben usar algún regulador de voltaje externo, por supuesto debe tener un voltaje de regulación por debajo de 6V.

Una consideración final es la disipación de potencia en la resistencia en serie, que puede ser bastante alta. para suministros de alta tensión. La resistencia en serie debe diseñarse para transportar una potencia mínima

ecuación 9

Una regla general aproximada adecuada para muchas aplicaciones (aquellas con un consumo de corriente REF bastante constante y voltajes de alimentación mínimos muy superiores a 6 V) es que la resistencia nominal debe ser de al menos 0,1 vatios por cada 100 voltios de voltaje de suministro máximo, multiplicado por la relación de voltaje máximo a tensión de alimentación mínima.

Volviendo al ejemplo anterior de la batería del automóvil, la potencia disipada en la resistencia de 6,8 ka podría ser tanto como 542/6800 = 0,43 W (la regla general sería 0,36 W), por lo que lo mejor es una resistencia de 0,5 W. En realidad, por supuesto, es poco probable que la batería permanezca a 60 V el tiempo suficiente para calentar significativamente la resistencia. Si tomamos un máximo de CC más razonable de 16 V, la resistencia solo necesitaría manejar unos 15 mW.

Monitor UV de ±12 V con reinicio manual

La Figura 8 muestra un LTC2909 configurado como monitor de bajo voltaje para un sistema con suministros de ±12 V y un bus lógico de 1,8 V. La parte se alimenta desde el suministro HA 12V a través de la resistencia de caída en serie RCC. La condición flotante de SEL define la polaridad para UV positivo y UV negativo. El retardo de restablecimiento se establece en 20 ms nominales con Cgtr, lo que permite una recuperación más rápida de las fallas. Finalmente, al presionar el botón, el usuario puede llevar ADJ1 a tierra, forzando una condición de reinicio manual. La liberación del botón se activa mediante el temporizador de reinicio LTC2909. Si la ESD de las personas que tocan el botón pulsador es una preocupación, una resistencia de 10k en serie con el botón pulsador limita el flujo de corriente al LTC2909 para evitar daños.

Figura 8. Monitor de subtensión de ±12 V con botón de reinicio.

Monitor de telecomunicaciones UV/OV 48V con histéresis

Las especificaciones de energía de telecomunicaciones generalmente requieren cierta histéresis dentro del rango de voltaje aceptable. Dado que el LTC2909 generalmente no tiene histéresis en sus umbrales, la histéresis debe agregarse externamente. La Figura 9 muestra el LTC2909 configurado para monitorear un bus de alimentación nominal de 48 V para UV y OV. Los dispositivos NMOS reducen el umbral UV (al reducir R2 para ADJ1) y elevan el umbral OV (al reducir R1 para ADJ2) y el PRIMERA
alto Esto tiene el efecto de ampliar la ventana de suministro aceptable una vez que el suministro sea bueno. Las resistencias se eligen de modo que la ventana sea de 43,3 V a 70,2 V cuando el suministro está fuera de la ventana y de 38,7 V a 71,6 V cuando el suministro es bueno. Dado que la pieza recibe alimentación del bus de 48 V, la resistencia de caída en serie debe ser un dispositivo de 0,25 W para manejar la potencia disipada cuando el bus tiene sobretensión.

Figura 9. Monitor de telecomunicaciones UV/OV de 48 V con histéresis.

El dispositivo NMOS recomendado es FDG6301N, que combina ambos dispositivos NMOS en un solo paquete SC70-6. Se pueden usar otros dispositivos siempre que se garantice que el voltaje de umbral esté muy por debajo de 5 V y la ruptura de fuente-drenaje sea superior a 10 V. Tenga en cuenta que si el PRIMERA la salida está cargada con una gran capacitancia, la retroalimentación a través de la capacitancia de drenaje de la puerta de M1 puede hacer que el circuito se abra a menos que se coloque un capacitor de derivación a través del drenaje de M1.

Sistema de suministro automotriz

La Figura 10 muestra tres LTC2909 en un sistema de energía automotriz completo, que brindan protección contra sobrevoltaje, sobrecorriente y sobretemperatura, así como un restablecimiento de subvoltaje del sistema. El sistema utiliza un controlador LT1641-2 Hot Swap como disyuntor de control electrónico. El NFET lógico IRLZ34 actúa como un interruptor de desconexión y la resistencia de detección de 10 mΩ establece un límite de corriente de 4,7 A. Después de una falla de sobrecorriente, el LT1641-2 se vuelve a conectar después de un retraso de 160 ms (definido por Cj).

Figura 10. Sistema de potencia automotriz con protección contra sobrevoltaje, sobrecorriente y sobretemperatura.

Los dos LTC2909 de la izquierda son responsables de detectar condiciones de sobretensión y sobrecalentamiento. Para garantizar su correcto funcionamiento, deben estar alimentados por la entrada de 12V. La VCC los pines están conectados entre sí y la corriente de suministro fluye a través de una sola resistencia de caída, por lo que el voltaje tiende a regularse a cualquiera de los voltajes de regulación de derivación que sea más bajo.

Cuando uno de los voltajes de suministro entra en sobrevoltaje o el sensor de temperatura se calienta por encima de 85°C, el PRIMERA la línea es derribada por uno de los dos LTC2909. Esto conduce la entrada LT1641-2 a ON, desconectando el interruptor de alimentación. Al mismo tiempo, se extrae corriente a través de Q2, lo que enciende Q1, lo que activa el SCR 2N6507 y, por lo tanto, bloquea el suministro de 12 V al sistema, lo que elimina la condición de sobrevoltaje. Una vez que desaparece la condición de falla, el LTC2909 aplica un retraso de 200 ms antes de volver a conectarse a la entrada de 12 V.

El tercer LTC2909 se utiliza para proporcionar un reinicio maestro al sistema cuando una de las tres fuentes de alimentación está bajo voltaje, ya sea porque no hay suficiente voltaje de entrada o porque se ha disparado una de las fallas de protección. La UVLO realiza una tercera función de monitoreo.

Se utiliza un termistor Dale NTHS-1206N01 NTC con una resistencia a la temperatura ambiente de 100k para la detección de temperatura y se puede ubicar físicamente en cualquier lugar donde se requiera monitoreo de temperatura. El termistor es parte de un divisor de resistencia entre la salida de referencia del búfer y tierra. Siempre que la temperatura sea inferior a 85 °C, la resistencia del termistor es superior a RÁRBITROpor lo que ADJ1 está por encima de su umbral, y PRIMERA Se permite la escalada alta. Si la temperatura aumenta, la resistencia del termistor disminuye, tirando de ADJ1 y provocando un reinicio cuando su resistencia es igual o inferior a RÁRBITRO.

El LTC2909 es un verdadero monitor de energía universal, una forma de simplificar el diseño y el inventario de piezas. Proporciona una solución compacta para monitorear dos suministros para casi cualquier condición de falla, donde la selección de la polaridad de entrada y la salida de referencia con búfer permite monitorear las condiciones OV y los suministros negativos. Comparadores de precisión, incluida una tercera entrada en la sección VCC, aumentar la confiabilidad del sistema. Para simplificar aún más el diseño, no se requiere voltaje de control: un regulador de derivación incorporado en VCC permite el funcionamiento desde una fuente de alimentación de alta tensión y alta disponibilidad. Se incluye un modelo preciso del LTC2909 con SwitcherCAD (disponible en www.analog.com), como una ayuda de desarrollo rápido.

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