NESY067 November   2024

 

  1.   1
  2.   概覽
  3.   摘要
  4.   簡介
  5.   電源供應器設計中的安全考量與潛在故障
  6.   工業系統功能安全與標準簡介
  7.   使用電壓監控器 IC 進行電壓監控
  8.   電壓監控如何影響功能安全額定值
  9.   安全扭矩關閉設計範例
  10.   結論

使用電壓監控器 IC 進行電壓監控

監控電壓的方法有很多。此外,您選擇監控的電壓也會有所不同。在任何工業應用中,您可能需要監控高達 48V 或低至 0.8V 的電壓,以因應過電壓或欠電壓情況。幸好有監控系統中重要電壓軌的有效方法,可實現任何功能安全設計的幾個層面。透過準確的電壓監控,協助您知悉何時應完全關閉系統、重設 MCU ,或是進行其他系統層級選擇以達到安全狀態。若不持續監控安全相關電壓軌,系統將無法在發生潛在危險情況時採取行動。

可使用離散式零組件設計電壓監控電路的方法,但在著重功能安全的系統中,若將電壓監控功能整合至單一的子系統電路,判斷診斷範圍就會變得更加容易。因此電壓監控器 IC 對功能安全特別有幫助,其中包含閾值準確度、靜態電流、重設時間延遲、鎖存能力、電壓磁滯、輸出類型和 BIST 的不同組合。

表 4 列出部分電壓監控器參數和功能。

表 4 重要電壓監控參數。
參數或特點 說明
閾值準確度 額定臨界電壓周圍的準確度百分比。
最大輸入電壓 裝置可監控的最大電壓。
靜態電流 閒置時設備消耗的電流量。
重設延遲時間 裝置在不再發生故障時解除故障狀態所需的時間量。
電壓磁滯 閾值與解除有效閾值之間的差異。如果監控的電壓振盪,此參數有助於防止誤報。
輸出拓撲 電壓監控器的輸出接腳 (開汲極或推拉式),採用低電位作動或高電位作動格式。
閂鎖 發生故障後,代表故障的接腳會維持宣告狀態,直到監控器 IC 收到清除邏輯的訊號為止。
BIST 執行內部裝置診斷以檢查內部故障。

電壓監控器 IC 會監控電壓;一旦電壓進入欠電壓或過電壓狀態,電壓監控器便可通知 MCU,切換電源開關或驅動閘極。電壓監控器可偵測電源供應器已變更,並快速安全有效地斷開電源供應器。同時監控欠電壓和過電壓的監控器也稱為窗型監控器。您執行的電壓監控類型也會影響功能安全等級。

表 5 會列出這些等級。

表 5 電壓監控如何影響 DC。
電壓監控類型 潛在診斷範圍或安全故障分數
過電壓 60%
窗型 (過電壓與欠電壓) 90% 至 99%

設計安全電路時,請務必考慮診斷範圍等級。此外,使用電壓監控器 IC 可減少必要電路元件的數量,進而簡化設計。