５００ｎＡ電源監控器延長便攜式應用電池壽命

摘要：通過實際應用電路展示，介紹了采用LTC2934和LTC2935超低功率監控器提供準確電壓監視和微處理器控制，從而實現便攜應用電池壽命的延長。

關鍵詞：電源監控器；電池壽命；電源管理；LTC2934；LTC2935

引言

在電子設備(特別是電池供電型產品)的設計中，功耗是一項重要的問題。對于電子設備設計師而言，面臨的難題是如何在不顯著縮短設備電池運行時間的情況下增添功能。例如，拆開任何一部時尚的便攜式設備，您將會發現，不少集成電路即使在處于空閑狀態的時候也會消耗一定的電流。應盡量地減小嵌入式電路的靜態電流和工作電流(以最大限度地延長應用的電池工作壽命)，這一點很重要。

有的時候，在弱電池電壓條件下，當接通設備時，您可能只會發現它沒有任何反應，并且在其上電序列過早終止之后被部分配置。避免發生該問題的一種方法是采用功率需求極低的電源監控器來監視系統電源，從而使得它們即使在電池電量消耗非常之大的情況下也能夠做出響應。LTC2934和LTC2935超低功率監控器在設備工作的所有相位期間均提供了準確的電壓監視和微處理器控制。系統初始化、電源故障預警、手動復位和上電/斷電復位發生等功能都被內置于器件之中，因而僅需從電源吸收區區500nA的電流。

電源電壓上升：啟動很重要

在電源上電的過程中需要控制器件的啟動，這一點很重要。LTC2934/35上電復位(POR)功能提供了電壓監視和邏輯控制，用于防止在電源電壓不足的情況下起動微處理器。PRO功能還產生了一個延時，以為電源電壓的穩定提供少許余量。該延時也使得一個處理器振蕩器能夠起振，并在允許微處理器執行編碼操作之前達到一個穩定的頻率。

來自監控器的復位輸出麗通常連接至微處理器的復位輸入。在系統啟動期間，監控器把麗輸出保持于低電平。當電壓達到一個規定的最小值時，內部復位定時器將開始運行，并另外再把麗輸出保持于低電平達一定的時間(通常為200ms)。當復位定時器終止操作時，RST出被拉至高電平，并把微處理器從其復位狀態中釋放出來。

圖2示出了從圖1所示的典型應用電路獲得的電源上升波形。當V_cc超過了電源故障門限+2.5％遲滯(3.192V×1.025=3.272V)時，允許把電源故障輸出(PFO)拉至高電平。LT3009(一款3μA LDO)從V_cc來供電。由于PFO輸出由LDO輸出來上拉，因此PFO將跟隨LDO。當LDO輸出超過了復位門限+5％遲滯(1.696V×1.05=1.781V)時，內部復位定時器開始運行。在200ms之后，麗被拉至高電平，而且，與麗相連的系統邏輯電路從其復位狀態中釋放出來。

電源電壓下降：注意預警

非受控的電源丟失會引發許多的系統問題。LTC2934和LTC2935包含一個電源故障邏輯輸出(麗)，將其拉至低電平，以對即將發生的電源丟失提供預警。預警應在被監視電源的電壓下降至不足電平之前(以及遠遠早于RST出被拉至低電平的時候)提供，這樣才能發揮效用。PFO和RST被拉至低電平之間的時間可用于在停機之前啟動多項關鍵的操作。當監控器把微處理器復位拉至低電平時，就有可能無法執行操作。由電源故障報警信號所啟動的操作包括：關斷非關鍵元件(以保存能量)，并把重要的數據寫入存儲器。有些安全應用可能還會要求將數據刪除，從而不給存儲器窺探者以可乘之機。

圖3示出了從圖1所示應用電路獲得的電源下降波形。這些波形示出了當VCC突然從系統斷接時，麗是如何提供具有足夠提前量的報警的。在1.8V電壓條件下，LT3009將向一個負載提供10mA的恒定電流。當V_cc(標稱值為4.1V)被斷按時，100μF輸入電容器開始放電。電源故障門限被配置為3.192V。

由于電源故障條件繼續存在，而不僅僅持續很短的時間，因此，邏輯輸出麗將被拉至低電平，并在一個小的比較器延遲之后保持低電平狀態。在這個時候，系統邏輯電路(通常連接至麗)應采取適當的停機動作。在該應用中，在電源故障發生之后剩余的工作時間大約為10ms。最后，VCC變得非常之低，以至于LDO將開始出現壓降。在LDO輸出降至復位門限(1.696V)以下之后不久，RST將被確定為低電平。此時，系統負載被移除，而且LDO輸出開始恢復。不過，剩余的負載和內置遲滯將會防止LDO的恢復對RST出產生干擾。

選擇固定或可調門限

LTC2935集成了8對精準的復位和電源故障門限。采用3個數字選擇輸入來配置8對門限中的任何一對(見表1)。采用LTC2935的典型應用電路不需要額外的外部元件。因此，解決方案所占用的板級空間極小，而且功率極低。

當需要定制(可調)門限時，可采用LTC2934。LTC2934用于監視施加在其PFI和ADJ輸入端上的電壓(一般是通過一個外部阻性分壓器來完成)。外部分壓器的電阻值可以很大，這有助于保持低電流。因輸入漏電流(在整個溫度范圍內的最大值為lnA)而引起的分壓器誤差往往非常小，根本不用擔心。PH和ADJ輸入具有精準的400mV門限(下降)，所以可進行低電壓監視。LTC2934和LTC2935的下降門限準確度均為±1.5％(在整個工作溫度范圍內)。最小V_cc很低，僅為1.6V。

手動復位和復位定時

LTC2934具有兩種可選的復位超時周期。把RT輸入連接至低電平，選擇的是一個15ms超時，而把RT輸入連接至高電平則選擇的是一個200ms超時。LTC2935具有一個200ms的固定超時。這兩款器件均具有一個手動復位輸入，當MR輸入被拉至低電平時(通常利用一個開關來完成)，該手動復位輸入將把RST確定為低電平。MR輸入具有一個連接至V_cc的內部900k上拉電阻器，用于在開關開路時對麗輸入執行上拉操作?；蛘撸部梢岳靡粋€外部邏輯信號來把MR輸入拉至低電平。當MR輸入恢復高電平時，RST在復位超時周期結束之后被拉至高電平(假設被監視的輸入電壓高于復位門限)。

監視一個兩節層疊鋰離子電池

有些便攜式應用使用一組電池來實現較長的產品工作壽命。對于采用兩節層疊4.1V鋰離子電池(或相似電池)的產品，總層疊電壓(8.2V)超過了LTC2934的最大工作電壓(5.5V)。然而，如果兩節層疊電池的中心抽頭是可用的話，那么仍然能夠監視電池。圖4示出了采用層疊電池的中心抽頭來對LTC2934施加偏壓的方法。在電源故障輸入端(PFI)上對總層疊電壓進行監視。該應用電路被配置成在電池電壓之和降至6.00V以下時把PFO輸出拉至低電平?？烧{輸入(ADJ)負責監視LDO輸出。當LDO輸出降至3.00V以下時，RST輸出將被拉至低電平。

非常充裕的遲滯

某些應用電路在加電時將產生一個很大的負載瞬變。如果電池的串聯電阻很大，那么這種瞬變就會導致電池電壓顯著地下降。如果負載在復位輸出被拉至高電平之后啟用，則隨后出現的電壓降有可能把V_cc監視器輸入端上的電壓置于門限以下，從而導致復位和電源故障輸出被拉至低電平。在這樣的場合中，采用有源門限控制(如圖5所示)是有幫助的。LTC2935的電源故障輸出(PFO)可用于改變任何(或全部)門限控制輸入狀態(S2、S1、S0)。電源故障比較器門限始終高出復位門限達150mV，而且，電源故障輸出并不經歷200ms的復位超時延遲。如果電源故障輸出在復位輸出之前被拉至高電平(對于上升電源而言情況幾乎總是這樣)，則它將可被用來把下降門限降至其他7種門限選項之一。在圖5中，復位下降門限從3.3V(PFO為低電平)變至2.25V(麗為高電平)，這提供了一個1.05V的充裕下降遲滯。

結語

LTC2934和LTC2935監控器所需的500nA電流非常之小，因而可被置于器件功率預算的“無關”列之中。盡管功率很低，但這些監控器并未舍棄功能。上電復位和電源故障預警信號為系統邏輯電路提供了無干擾的邏輯控制。復位延遲時間是內置的。這兩款器件均具有手動復位功能。這些監控器的配置很容易，而且所需的外部元件極少。超低的輸入漏電流規格使得高性能應用成為可能。