隨著世界各地的電網(wǎng)隨著時(shí)間的推移變得越來(lái)越智能，復(fù)雜的電子設(shè)計(jì)是必要的。同時(shí)，不能損害長(zhǎng)期系統(tǒng)可靠性。智能電表監(jiān)控各種系統(tǒng)電壓，以防止導(dǎo)致測(cè)量不一致或系統(tǒng)故障的意外情況。

圖 1 中顯示的通用電子表應(yīng)用程序由幾個(gè)模塊組成，這些模塊協(xié)同工作以測(cè)量消耗的電量。

圖1?：電表系統(tǒng)框圖示例

這篇博文解釋了 DC/DC 電源、計(jì)量和應(yīng)用模塊（以紅色標(biāo)出）的用途，并深入探討了電源電壓監(jiān)控器/看門(mén)狗定時(shí)器子系統(tǒng)的重要性。從一般設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，監(jiān)控電力消耗的系統(tǒng)需要精確、緊湊和可靠。

DC/DC 電源子系統(tǒng)要求：寬 V?IN和低 I?Q

電表通常從主 AC 電源接收 12 V 至 24 V 電壓，然后將其轉(zhuǎn)換為 3.3 V 或 5 V 直流電壓，為系統(tǒng)的其余部分供電。電壓監(jiān)控器確保主電源和所有電源軌都在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)，以便系統(tǒng)正確運(yùn)行。如果該模塊中的電壓出現(xiàn)故障或掉電，則電壓監(jiān)控解決方案需要標(biāo)記故障情況，以便系統(tǒng)的其余部分可以正常關(guān)閉。

如果主電源不能提供足夠的電力，開(kāi)關(guān)將連接備用電池或超級(jí)電容器到系統(tǒng)中，以臨時(shí)提供所需的電力。一般來(lái)說(shuō)，依靠備用電源儲(chǔ)備的系統(tǒng)可以從這種關(guān)鍵操作條件下的任何節(jié)電中受益，因?yàn)檩^低功率的系統(tǒng)將在電源儲(chǔ)備上持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。DC/DC 電源模塊需要一個(gè)具有寬 V?IN的電壓監(jiān)控器，以監(jiān)控高達(dá) 24 V 的電壓，并在使用電源儲(chǔ)備時(shí)實(shí)現(xiàn)低功耗。

計(jì)量和應(yīng)用子系統(tǒng)要求：高精度和可編程延遲

計(jì)量模塊通過(guò)傳感器連接到外部世界，負(fù)責(zé)在將信息發(fā)送到微控制器 (MCU) 進(jìn)行處理之前進(jìn)行實(shí)際的電力測(cè)量。應(yīng)用程序塊有另一個(gè) MCU，除了顯示信息外，還可以格式化和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該塊負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，并作為系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出之間的主要接口。

在這些模塊中，準(zhǔn)確監(jiān)控為 MCU 供電的電壓軌和 MCU 活動(dòng)對(duì)于確保可靠和一致的測(cè)量至關(guān)重要。如果 MCU 未處于正確的工作狀態(tài)，電壓監(jiān)控器或看門(mén)狗定時(shí)器可以在任何其他問(wèn)題出現(xiàn)之前標(biāo)記故障。在監(jiān)測(cè)電壓時(shí)，特別是在需要精確、穩(wěn)健和可靠測(cè)量的系統(tǒng)中，電壓監(jiān)測(cè)精度對(duì)于快速準(zhǔn)確地確定系統(tǒng)何時(shí)未以最佳性能運(yùn)行非常重要。

此外，每當(dāng)應(yīng)用程序使用 MCU 或多個(gè)不同的外設(shè)時(shí)，可能需要可編程啟動(dòng)延遲以進(jìn)行排序。當(dāng) MCU 或其他外設(shè)在系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)行之前需要特定的時(shí)間來(lái)啟動(dòng)或完成任務(wù)時(shí)，可編程延遲將發(fā)揮重要作用。此外，當(dāng)發(fā)生故障情況時(shí)，可能需要特定的復(fù)位延遲，以便 MCU 和/或外設(shè)在釋放復(fù)位之前完成任務(wù)。在這種情況下，可編程延遲功能提供了一種可編程且簡(jiǎn)單的解決方案，以增加靈活性。

電表設(shè)計(jì)要求審查

圖 1 中列出的所有三個(gè)模塊都需要具有寬 V?IN、低功耗、高精度和可編程延遲的電壓監(jiān)控器。一個(gè)值得考慮的好選擇是 TPS3840，因?yàn)樗谝粋€(gè)設(shè)備中提供了這些要求的平衡。

TPS3840 具有高達(dá) 24V 或更高的寬輸入電壓范圍，帶有用于監(jiān)控高低壓軌的外部電阻器、1% 的典型電壓監(jiān)控精度，并且僅消耗 350nA 的功率，同時(shí)提供可編程延遲。此外，TPS3840 提供了顯著的精度和靈活性，這是僅通過(guò) MCU 中的內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器監(jiān)控?zé)o法獲得的。與 MCU 中的內(nèi)部 ADC 監(jiān)控相比，TPS3840 在電壓監(jiān)控閾值選項(xiàng)、更低的上電復(fù)位電壓和更快的啟動(dòng)延遲方面具有更大的靈活性。

上電復(fù)位定義為定義輸出之前的最小輸入電壓，這對(duì)于防止可能產(chǎn)生錯(cuò)誤故障或過(guò)早系統(tǒng)啟動(dòng)的毛刺至關(guān)重要。TPS3840 的啟動(dòng)延遲僅為 220 μs，這意味著 TPS3840 甚至可以在系統(tǒng)其余部分上電之前開(kāi)始監(jiān)控電壓。總體而言，電壓監(jiān)控器通過(guò)持續(xù)監(jiān)控為電表內(nèi)部供電的電壓軌來(lái)確保正確的系統(tǒng)功能。

計(jì)量和應(yīng)用模塊中的外部看門(mén)狗定時(shí)器將通過(guò)檢測(cè) MCU 的通用輸入/輸出引腳發(fā)送的脈沖來(lái)確保 MCU 不會(huì)周期性地鎖存或毛刺。如果軟件出現(xiàn)故障并且錯(cuò)過(guò)了一個(gè)脈沖，外部看門(mén)狗定時(shí)器將復(fù)位 MCU。

TPS3430 可編程看門(mén)狗定時(shí)器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗峁┝丝删幊炭撮T(mén)狗超時(shí)和看門(mén)狗復(fù)位延遲，以滿足任何 MCU 的時(shí)序要求。