S805×系列电压检测器及其应用

　　S805×系列集成电路是采用CMOS工艺制造的电源欠压检测器。它有三脚插式和贴片式两种封装形式。该系列芯片有多个型号，每种型号的芯片都用于检测一个固定的电压。整个系列中各芯片的电压检测值分布在1.0V～5.2V范围内。由于采用CMOS工艺，确保了芯片具有较低的电源消耗。虽然S805×系列电压检测器是为了固定电压而设计的，但是，配合少量外围元件稍加变通，还可以开发出多种用途的电路。

　　S805×系列集成电路主要有以下一些技术特点：(1)功耗低：VDD为1.5V;(2)电压源稳定性高：典型值为8V;(3)具备滞后性：如S8051HN典型值为200mV;(4)温度性能优良：如S8051ANB的典型值为±0.13mV/℃;(5)三脚封装，体积小巧。它的应用范围为电池电压监视器、电平选择器、电压故障检测器、微电脑系统复位控制器、RAM避免存储数据丢失保护器等。

　　封装形式和引脚功能

　　S805×系列电压检测器封装形式有TO-92和SOT-89两种，如图1所示。这两种封装形式的有效外接引脚均为三只。其中，①脚OUT为控制信号电平输出端;②脚VDD既是芯片的正电源端，又是被检测电压输入端;③脚VSS既是负电源端，又是公共接地端。

　　

 

　　内部结构和工作原理

　　电压检测器系列芯片的内部结构如图2和图3所示。虽然有两种不同的封装形式，但其内部组成部分都包括一个高精度低功耗恒压源、一个比较器、一个滞后电路和一个驱动电路，只是输出驱动电路采用两种不同的设计方案，以适应不同的应用场合。

　　

 

　　

 

　　S805×芯片内配置了一个高精度的恒压源，用它与一只恒流源相串联，为电压比较器提供高稳定度的参考电压基准，在图中标记为VREF。以下针对图4介绍其工作原理。

　　

 

　　平时，即当电源电压VDD处于正常的范围时，比较器的正相输入端电压VB比VREF要高，比较器输出高电平，经过一只反相器后VC输出低电平，使NMOS场效应管MN截止，VOUT端对外呈现高阻状态。另外一只NMOS管M1也截止，此时，VB的值为VBH，VBH=VDD·(RB+RC)/(RA+RB+RC)。

　　如果电源电压VDD下降，导致VB下降到比VREF还要低时，比较器的输出电压反转，由高电平跳变到低电平。经反相器的电压VC为高电平，使NMOS场效应管MN导通，电阻RC被旁路。此时，VB的值为VBL，VBL=VDD·RB/(RA+RB)。VBL比VBH要小，进一步确保比较器输出维持低电平，从而防止电路出现振荡现象。如果VDD下降到比VBL还要低时，VOUT端的输出将呈现不确定状态。如果当VDD电压从低变高，并回升到VDD·RB/(RA+RB)>VREF时，电压比较器输出高电平，VOUT也输出高电平。

　　激活电压值由以下公式确定：VDET(-)=VREF·(RA+RB)/RB，忽略M1管的漏电。复原电压值由以下公式确定：VDET(+)=VREF·(RA+RB)/RB，忽略M1管的等效并联电阻。检测电压滞后宽度为：VHYS=VDET(+)-VDET(-)。

　　选型参考

　　S805×系列电压检测器，根据检测电压值和输出结构的不同分为16种型号(见表1和表2);有的型号又含两种封装形式(如图1所示)，因此，共有24种可供选用的产品。

　　表1

　　型号检测电压范围(V)输出结构电流消耗典型值IDD(μA)封装形式

　　TO-92SOT-89

　　S8051ANB1.00-1.10NMOS管开漏输出1.4

　　VDD=1.5V○

　　S8051ANR1.10-1.20○○

　　S8051HN1.80-2.001.8

　　VDD=3.0V　○

　　S8052ANB2.00-2.20　○

　　S8052ANB2.00-2.20MOS管推挽输出○

　　S8052ALB2.20-2.40○○

　　S8052ALR2.40-2.60○○

　　S8052ALO2.60-2.80○

　　S8053ALY2.80-3.102.2

　　VDD=4.5V○○

　　S8053ALB2.90-3.10○

　　S8053HLB3.10-3.40○○

　　S8054HN3.80-4.20NMOS管开漏输出2.6

　　VDD=6.0V○○

　　S8054ALR4.00-4.30MOS管推挽输出○○

　　S8054ALB4.30-4.60○

　　S8054ALO4.60-4.90○

　　S8054ALY4.90-5.20○○

　　表2

　　输入电压VDD>VDET(+)VDD

　　输出状态

　　输出类型

　　NMOS开漏输出高阻VSS

　　CMOS推挽输出VDDVSS

　　电气参数

　　S805×系列电压检测器，有着共同的绝对极限参数，如表3所示;但电气参数却不尽相同，限于篇幅，本文不再一一列出。

　　表3

　　参数符号范围单位

　　工作电压VDD-VSS12.0V

　　输入电压VINVSS-0.3--VDD+0.3

　　输出电压NMOS开漏输出VOUTVSS-0.3--12.0

　　CMOS推挽输出VSS-0.3--VDD+0.3

　　输出电流IOUT50mA

　　功耗PD200mW

　　工作温度TOPR-20--+70

 

　　存储温度TSTG-40--+125

　　焊接温度TSIDER260(10s时间)

　　应用举例

　　下面列举的各种应用电路中，电压检测器全部采用的是NMOS管开漏输出型，在此仅以该型为例，对于CMOS推挽输出型也会触类旁通。

　　1.微型电子计算机复位电路

　　电路如图5所示。该电路实现的功能是，采用单独电源的微处理器MPU复位控制电路，防止微处理器程序混乱或数据丢失。

　　

 

　　2.单片机复位电路

　　电路如图6所示。该电路实现的功能是，采用阻容延时的单片机MCU复位控制电路，防止因电源故障而造成的单片机程序混乱或数据丢失。

　　

 

　　3.在线延时启动控制电路

　　电路如图7所示。该电路实现的功能是，采用阻容延时实现上电延时启动单片机MCU的复位控制电路(其输出电压波形如图7所示)，防止因电源不够稳定而造成的单片机程序混乱或数据丢失。

　　

 

　　4.与稳压器配合使用的电路

　　电路如图8所示。该电路实现的功能是，向单片机系统提供5V电源和电源波动复位信号。

　　

 

　　5.用电阻分压法检测电压值

　　当在S805×系列产品中找不到理想的检测电压值时，可以用电阻分压法来获得所需的检测电压。电路如图9所示，在该电路中，检测电压=VDET·(RA+RB)/RB;滞后宽度=VHYS·(RA+RB)/RB。

　　

 

　　6.用二极管降压法检测电压值

　　当在S805×系列产品中找不到理想的检测电压值时，也可以用二极管降压法来获得所需的检测电压。电路如图10所示，在该电路中，检测电压=VDET+VD1+VD2。

　　

 

　　7.RAM存储器电源控制电路

　　电路如图11所示。该电路实现的功能是，向RAM存储器系统提供备用电源和电源掉电复位信号。当外接电源VIN电压处在正常范围时，S805×输出呈现高阻，译码器的G选通端电平被一只电阻拉高，译码器输出端当中的一只输出低电平，选中RAM阵列中的一个，使其可以被微处理器选通和访问。此时VD1导通，VD2截止，电池无电流输出，译码器和RAM阵列由VIN供电。而当外接电源VIN电压下降或消失时，S805×输出低电平，译码器G选通端电平被拉低，译码器输出端全部输出高电平，RAM阵列中的数据只能保持，而不能被微处理器选通和访问，此时VD2导通，VD1截止，电池有电流输出，为译码器和RAM阵列供电。

　　

 

　　8.充电控制电路

　　电路如图12所示。该电路实现的功能是，用太阳能电源对可充电电池组进行浮充方式充电，由电池组为负载提供不间断电源。为了避免电池组过充电，设计了一个以S805×为核心的控制电路。其工作原理为：当电池组电压低于下限值时，S805×输出低电平，三极管VT截止，二极管VD正向导通，太阳能电源对电池组进行充电。经过一段时间的充电，电池组的电压上升到高于上限值时，S805×输出端的电平变高，VT开始导通，VD反向截止，太阳能电源被VT短路，停止对电池组充电。这里的下限值VDET(-)和上限值VDET(+)均由芯片确定。

　　

 

　　9.电平选择电路

　　电路如图13所示。该电路实现一个逻辑电平选择器的功能。其工作原理是，由于S8054HN的检测电压值VDET2高于S8052ANB的VDET1，当电源电压随着时间由高变低时，在整个变化过程中将会出现三种情况：(1)当VDD>VDET2时，两只检测器均输出高阻，导致三极管导通，使OUT端输出低电平;(2)当VDET1　VDD时，S8052ANB和S8054HN均输出低电平，虽然三极管VT截止，但OUT端电压被S8052ANB拉低。