在架構(gòu)師角色中，您可以決定諸如實(shí)現(xiàn)目標(biāo) SIL 或 PL 的必要診斷之類(lèi)的事情，并使用 FMEDA 評(píng)估架構(gòu)。這個(gè)項(xiàng)目很有趣，因?yàn)樗彩且粋€(gè)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)（單個(gè)PCB），而不僅僅是一個(gè)IC。

該架構(gòu)的FMEDA看起來(lái)不錯(cuò)，但電源監(jiān)控被證明有些困難。在此設(shè)計(jì)中，要監(jiān)控的電源為 1.8V、3.3V、5V、9V、14.7V 和 -5.7V。要監(jiān)控的電壓范圍和電源數(shù)量增加了一些困難。

理想情況下，我希望監(jiān)視器體系結(jié)構(gòu)具有以下屬性：

額定溫度 -40'C 至 125'C

能夠承受高達(dá)32V甚至更高的電壓

成本相對(duì)較低

窗口（欠壓和過(guò)壓監(jiān)控）

至少可測(cè)試欠壓（這本身不是故障，而是上電期間的正常情況）

我的首選顯示器是 LTC4365，如下所示，因?yàn)樗鼭M足了我上面列出的許多所需特性，并且價(jià)格合理，每 1K 件略高于 1 美元。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以關(guān)斷一個(gè)外部電源電壓，并具有一個(gè)集電極開(kāi)路輸出，因此可以將其中幾個(gè)電源組合在一起，以產(chǎn)生基于多個(gè)電源的關(guān)斷信號(hào)。在外部uC的控制下，可以使用從UV輸入到地的外部MOSFET通過(guò)將UV節(jié)點(diǎn)拉低來(lái)測(cè)試電路。

圖1 - ADI公司的LTC 4365

如果使用多個(gè) LTC4365，則所有 LTC4365 均可由相同的 12V 電源供電，而不是由它們正在監(jiān)視的電源供電。這將使他們能夠監(jiān)控較低的電壓電源。

但這足夠好嗎？IEC 1-61508：2的表A.2010始終是一個(gè)很好的起點(diǎn)。

圖 2 - IEC 61508-2：2010 的快照

在表 A.1 中，它說(shuō)，如果您想為電源申請(qǐng) 60% 的直流電，您需要檢查功率卡在高（電壓>所提供組件的額定電壓）和卡在低電平 （0V）。但是，如果您想聲稱90%或99%，則還需要考慮漂移和振蕩。

如果振蕩幅度足夠高，以至于超過(guò)了 LTC4365 的 UV 或 OV 門(mén)限，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，但如果幅度不達(dá)到該水平，該怎么辦？根據(jù)您為振蕩供電的內(nèi)容，可能不是問(wèn)題（=>無(wú)效果故障）或不成問(wèn)題。但是，假設(shè)您正在為模數(shù)轉(zhuǎn)換器供電，電源要求為5V +/-10%。這意味著您可以在電源電壓上有一個(gè)100kHz 1V正弦波，而不會(huì)使UV或OV比較器跳閘。根據(jù)ADC的電源抑制，該頻率可能是一個(gè)問(wèn)題。如有必要，電源上的適當(dāng)去耦應(yīng)該會(huì)有所幫助。漂移呢？你可以爭(zhēng)辯說(shuō)，漂移只有在超過(guò)UV和OV跳閘并捕獲問(wèn)題的值時(shí)才是一個(gè)問(wèn)題。因此，在許多應(yīng)用中，LTC4365 就足夠了。

更棘手的是，如果您想根據(jù) ISO 4 生成 CAT 13849 系統(tǒng)，并且只想為兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)一個(gè)電源。對(duì)于 CAT 4 系統(tǒng)，您需要防止故障累積（如果您來(lái)自汽車(chē)功能安全背景，請(qǐng)考慮潛在故障指標(biāo)）。通常，故障累積的最敏感區(qū)域是項(xiàng)目及其診斷。

在我們進(jìn)一步討論之前，讓我們先了解一下 LTC4365 的幕后情況。

圖 3 - LTC4365 的引擎蓋下

我突然想到的是，有兩個(gè)比較器，一個(gè)的跳閘點(diǎn)完全有可能漂移得很高，另一個(gè)的絆線點(diǎn)可能會(huì)漂移得很低。此外，在UV比較器上使用外部下拉MOSFET進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以檢查該比較器的功能，但不檢查失調(diào)誤差引起的漂移。也許您可以在MOSFET上放置一個(gè)串聯(lián)電阻，將UV電壓拉到跳變點(diǎn)之外，但現(xiàn)在增加了復(fù)雜性。

電源及其監(jiān)視器可能累積的故障包括：

積累 1

第一個(gè)故障 – 電源監(jiān)視器 OV 檢測(cè)失敗

第二個(gè)故障 – 電源故障高

注意：上述順序很重要，因?yàn)槿绻诙€(gè)故障首先發(fā)生，則會(huì)檢測(cè)到它并防止故障累積

積累 2

第一個(gè)故障 – 電源 UV 檢測(cè)失敗

第二個(gè)故障 – UV 測(cè)試失敗

注意：電源的UV不是故障，因?yàn)樗巧想娖陂g電源的自然模式。

積累 3

第一個(gè)故障 – OV檢測(cè)漂移高

第二個(gè)故障 – 電源漂移高

使用 LTC4365 無(wú)法正確解決上述情況，因此對(duì)于符合 ISO 4 的 CAT 13849，您可能會(huì)遇到問(wèn)題。此時(shí)，我想到了是否將一個(gè) ADC 與 LTC4365 并聯(lián)。一種可能的ADC是AD7734，它具有4個(gè)通道，能夠監(jiān)控+/-11.6V范圍內(nèi)的輸入電壓，并可承受高達(dá)+/-50V的輸入電壓。它的額定溫度為105'c。除了+14.7V電源外，它還可以解決問(wèn)題。

然而，我隨后遇到了ADI公司ADM系列的另一系列器件，特別是ADM1169。ADM 系列的價(jià)格稍貴一些，6k 件點(diǎn)的價(jià)格為 49.1 美元，但一個(gè)器件可以監(jiān)控多達(dá) 8 個(gè)通道，每個(gè)通道上都有一個(gè) UV 和一個(gè) OV 比較器。此外，無(wú)需外部電阻來(lái)設(shè)置閾值，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)uC在SPI總線上完成。這些閾值的指定精度在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)為 +/-1%。

圖4 - ADP1169的典型應(yīng)用圖

查看下面的UV和OV比較器的詳細(xì)信息，我也發(fā)現(xiàn)不需要外部MOSFET來(lái)檢查UV功能（請(qǐng)記住，這需要進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)榍穳翰⒉淮黼娫垂收希巧想娖陂g的電源狀態(tài)），因?yàn)闇y(cè)試可以通過(guò)外部uC編程不同的跳變點(diǎn)來(lái)完成，直到它強(qiáng)制即使使用標(biāo)稱供應(yīng)也跳閘。

圖 5 - OV和UV比較器的八個(gè)片內(nèi)模塊之一

所有輸入都不能用于監(jiān)視負(fù)電源，但可以很容易地完成，如此處提供的應(yīng)用筆記中所述。

雖然VH引腳可以監(jiān)視高達(dá)14.4V的電源電壓，但此處提供了監(jiān)視更高電壓的附加指導(dǎo)。以下示例適用于VXx輸入引腳，該引腳在沒(méi)有外部電阻的情況下只能監(jiān)視高達(dá)1.375V的電壓。

圖7 - 監(jiān)視更高電壓的電源

我想提請(qǐng)您注意ADM1169的另外兩個(gè)特性。首先，它還具有片上12位ADC

圖8 - ADM1169的框圖

該ADC可用于檢測(cè)電源中的漂移，與比較器相比，ADC是一種多樣化的監(jiān)視器。

最后一個(gè)功能只是一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)。該器件從 VH 或 VP1 至 VP4 引腳上的最高電壓為自己供電。我的設(shè)計(jì)不需要其他一些功能，包括控制電源排序和將故障事件存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的能力。

我現(xiàn)在將修改我的架構(gòu)，包括一個(gè)ADM1169，并重做我的FMEDA，看看我是否受到保護(hù)，免受故障累積的影響，但我現(xiàn)在希望我已經(jīng)找到了適合根據(jù)IEC 3-61496：3對(duì)我的2018類(lèi)設(shè)計(jì)的電源監(jiān)控的解決方案。

注意：通常，對(duì)于IC，即使IC具有片上電源監(jiān)控功能，也首選外部電源監(jiān)視器。這在任何標(biāo)準(zhǔn)中都沒(méi)有說(shuō)明，但鑒于電源監(jiān)視器是最后的診斷手段，如果您使用外部電源監(jiān)視器，您與外部評(píng)估員的爭(zhēng)論將更少。

審核編輯：郭婷