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我的电源正常吗，如果不正常怎么办？我的微处理器还在工作吗？

在第 1 部分中，我们研究了可以检测电源电压过低时的电源监控 IC 的运行情况，以及如果过低时会发生什么。我们将继续进行分析，然后考虑如何密切关注微处理器以确保它仍然活着。

图 1.LTC2934-1 配置为简单的上升电压检测器。

这是我们在第 1 部分末尾使用的电路，如图 1 所示。再次注意，除R3外，所有电阻值都明显大于R3，因此R3-C1网络上的负载量可以忽略不计。被监测的电压和IC的电源电压同时上升。 

图 2.LTC2934-1 仿真显示 PFO 节点性能异常。

查看图 2 所示的仿真结果。我将模拟运行到仅 50 毫秒（通过更改 .tran 语句中的第二个术语），这样我就可以仔细查看该时间跨度内的作。

图 2 显示了 +VCC电源电压（蓝色带红色箭头）如我们预期的那样呈指数级上升，但它显示 PFO 节点性能异常。当电源电压从零上升时，PFO 通过 R4 上拉电阻随之上升（'2934 PFO FET 关闭）。在通电后约7ms至8ms时，内部电路电压充足并活跃;PFO 开关 LO。最后，当 +VCC足够高，使 PFI 节点足够高，PFO 被释放（进入 HI）。

这次作提出了一个重要问题。在 +VCC高达约 0.7 V，则不断言 PFO。在此特定配置中，上述 +VCC1.6V，则没有断言PFO——但那是因为我相当武断地选择了R1和R2，只是为了获得一个正常工作的电路。0.7 V 电平是问题点。系统中的大多数其他电路可能无法在 0.7 V 的电源电压下工作——但如果它能工作怎么办？

为了使电路更像我们使用 10 VDC 总线运行的实际系统，让我们将电压监控电路的跳闸点更改为 9.5 V。回想一下，PFI 电压跳扣点为 0.4 V。我们将 R1 保留在 100kΩ，并使用分压器公式计算 R2，如公式 1a 所示：

其中：

• V_OUT= 顶部和底部电阻结处的输出电压 （0.4 V）;

• V_IN= 为顶部电阻器供电的电源电压 （9.5 V）;

• R_BOT= 底部电阻器的电阻 （100 kΩ）;

• R_TOP= 顶部电阻器的电阻。

代入这些值并使所有电阻值以kΩ为单位，我们得到公式 1b：

将每边除以 9.5 得到公式 1c：

减少左边分数并将两边乘以 [R_TOP+100]，我们得到公式 1d：

乘以等式的左侧，我们得到等式 1e：

重新排列和组合类似的项，我们得到公式 1f：

最后，将双方除以 42.1×10^-3，得到公式 1g：

我们将使用最接近的标准 5% 值 2.2 M*Omega，如图3所示。

图 3.此版本检测到的电源电压高于我以前的版本——在本例中为 9.5 V。

仿真结果如图4a所示。V_IN为0.0 V 到 0.7 V 左右，性能又很麻烦。图 4b 提供了上电后发生的情况的特写视图。 

图 4.2934 的性能看起来更好 （a），但可能仍然存在问题。在（b）中，我通过将示意图 .tran 语句的第二项更改为 50 毫秒再次放大。

PFO 看起来更像我们对 +10 VDC 电源电压监控器的期望，除了电源输出约为 0.7 V 时出现的讨厌的毛刺。

为了确保这不是异常，我重新设计了电路，以用作 3.3 VDC 电源的监视器。我将低压跳闸点设置为 3.1 V。电路如图5所示。R2 可以使用 665 kΩ 或 681 kΩ、1% 电阻。

仿真结果如图6所示。再次，+V_IN为0.0V至0.7V左右，性能很麻烦。

正如我上面提到的，系统中的大多数其他电路可能无法在 0.7 V 的电源电压下工作，但某些电路可能会工作。

图 5.这是一款 3.3 V 监视器，断言 PFO 低于 3.1 V。

作为此类电路的设计工程师，您有责任确保您的设计正常运行。您可能需要添加额外的组件以迫使 PFO 保持在较低水平，直到 +VCC肯定足够高。或者，回到我们开始的地方，你可能会想要制作 +VCC对监督IC始终在线。

要更详细地了解可能遇到的问题，可以执行故障模式和影响分析，并考虑单点故障会发生什么情况。

图6.该图清楚地显示了PFO问题，即PFO无法随电源电压上升。

一次故障会导致严重的问题吗？如果发生一个故障并且它是看不见的——如果系统保持正常运行——第二次故障是否会导致严重问题？进行此分析将揭示可能存在的严重问题：故障模式是否会造成不安全条件？设备会损坏吗？设备用户会受到伤害吗？

现在我们已经打开了这罐蠕虫并发现我们无法将蠕虫放回罐中，让我们考虑一下是否需要监控电源轨是否存在过压情况。这里有一个提示：我们愿意。更简单的设备不会监控过电压。如果电源电压超过器件数据手册中的最大工作电压，它们将受到不利影响。电源下游的系统组件（因此，几乎所有其他组件）都可能过热或破坏性损坏。它们在受损状态下的表现是任何人的猜测，但上面提到的相同问题和考虑因素也适用。

图7.这是一个典型的电压监控器（类似于我们之前看到的器件）+ WDT IC，显示了（a）中的内部结构和（b）中的典型用法。图片：Diodes， Inc.

还有更复杂的监控设备将电源监控与称为看门狗定时器 （WDT） 的设备相结合。WDT 通常监控一个 μP 的输出。在μP上运行的代码不仅可以执行其常规功能，还可以定期切换其WDT输出HI和LO。此作将重置 WDT IC 中的计时器，使其永远不会超时。如果WDT IC的WDT输入卡住（在HI或LO），定时器超时并强制对μP进行RESET。参见图 7。

WDT 和电压监测器将为您的 μP 系统提供大量可靠性，尤其是在您考虑可能遇到的各种故障模式后。为了进行更详细的分析，您可以在 Spice 中模拟 μP 加 WDT 电路（假设您使用的版本具有为您正在使用的设备创建的模型）。注意：确保您使用的模型经过精心设计，可以准确模拟设备运行，直至数十到数百毫伏的电源水平。

（本文登于《EEPW》202510期）

关键词： 电源监控器 控制电路 202510