Voltage monitor MAX8212

Semplice e versatile IC per il monitoraggio della tensione di alimentazione in circuiti con architettura a microprocessore e non solo.

L’integrato che andiamo a presentarvi è un semplice dispositivo per il monitoraggio della tensione di alimentazione
di un circuito. Quando si verifica un power-failure, ad esempio per un malfunzionamento dello stadio di alimentazione, oppure in caso di blackout, il cambiamento dell’uscita del dispositivo comunica questo evento ad un microprocessore (o ad un controller dedicato), cosicché la procedura, prevista per queste evenienze, possa essere attivata in tempo. Ecco allora che il microprocessore può decretare l’immediato backup dei dati ed iniziare lo spegnimento del sistema, oppure decidere di commutare la sorgente di alimentazione dalla rete elettrica a quella a batterie. Le possibili applicazioni segnalate dalla MAXIM, alcune delle quali trattate nel seguito, sono: µP Voltage Monitoring, Under voltage Detection, Overvoltage Detection, BatteryBackup Switching, Power-Supply Fault Monitoring e Low-Battery Detection.

Descrizione

Il MAX8212 è un IC ad 8 pin (solo 5 di questi sono effettivamente utilizzati) realizzato in tecnologia CMOS micropower dalla MAXIM, che lo commercializza con cinque package differenti (PDIP, 8 SO, 8 µMAX, 8 CERDIP, 8 TO-99) e nelle versioni commerciale, industriale e militare (0/70°C, -40/+85°C e –55/125°C). In figura 1 è riportato il suo schema a blocchi: sostanzialmente è costituito da un comparatore, un riferimento di tensione a 1,15V, uno stadio di uscita realizzato con un MOS a canale N in configurazione opendrain, e da un MOS a canale P per la retroazione positiva.

Figura 1: schema a blocchi del MAX8212

Figura 1: schema a blocchi del MAX8212

Il  funzionamento è semplice: quando sul pin di soglia THRESH è presente una tensione inferiore a quella di riferimento, l’uscita del comparatore è alta e ciò mantine in interdizione i due MOS. Al contraio, se il  livello su THRESH risulta superiore agli 1,15V, i due MOS risulteranno contemporaneamente in conduzione. Ecco che allora la linea di uscita OUT viene posta a GND, mentre quella HYST alla tensione di alimentazione  (V+). HYST è la linea di feedback che consente la realizzazione dell’isteresi, accorgimento questo che assicura una maggiore immunità al rumore. Senza l’isteresi infatti, e in presenza di fluttuazioni della tensione di alimentazione, si potrebbe manifestare una continua commutazione dell’uscita che, potenzialmente, causerebbe instabilità al sistema. L’impiego di qualche resistenza esterna consente la scelta dell’ampiezza di questa isteresi, nonché la collocazione delle due soglie upper e lower (rispettivamente VU e VL).

Esempi  applicativi

Una tipica configurazione di base per la segnalazione sia dell’overvoltage che dell’undervoltage è visibile in figura 2.

Figura 2: circuito di base per l’overvoltage/undervoltage.

Figura 2: circuito di base per l’overvoltage/undervoltage.

La scelta delle resistenze deve essere fatta in base alle seguenti formule di progetto e al range di valori consentito dalla tecnologia CMOS (10KΩ-10MΩ):

  • assegnare  un valore conveniente ad R1;
  • calcolare il valore di R2 usando la formula: R2 = R1 x (VU  – 1,15)/1,15 (si ottiene ricavando la tensione sul pin THRESH (qui pari a 1,15V) usando il partitore di tensione a VIN, che qui coincide con VU, e tenendo conto che in questa circostanza R3 è isolata - P-MOS interdetto);
  • calcolare il valore di R3 usando la formula: R3 = R2 x (VL  – 1,15)/ (VU  – VL) (si ottiene eguagliando la somma delle correnti su R2 ed R3 a quella che circola in R1, dal momento che qui R3 è come connessa all’alimentazione - VIN qui coincide con VL).

Si ricorda che VU e VL sono quei valori della tensione di alimentazione che fanno da margini alla finestra dell’isteresi (vedi figura 5). Osservare come R3 sia inversamente proporzionale all’ampiezza di questa finestra. A titolo di esempio, se desideriamo una VU=4V e VL=2V (quindi  VU   –  VL    =  2V) possiamo definire R1=10KΩ, scelta che automaticamente comporta una R2=24,8 KΩ. Volendo scegliere tra i possibili valori della serie di resistenze E12, assegneremo ad R2 il valore più prossimo, quindi 27KΩ. Riferendoci al valore teorico di R2 calcoliamo R3 fino ad ottenere 10,5KΩ, quindi il valore commerciale è, anche per questa resistenza, pari a 10KΩ. Riassumendo abbiamo ottenuto: R1=10KΩ, R2=27KΩ, R3=10KΩ. Questi valori comportano i  seguenti livelli di tensione nominali ed effettivi:

VU = 4,25V - VL = 1,98V e quindi VU - VL = 2,27V.

Nulla vieta, ovviamente, di ottenere valori più prossimi a quelli desiderati, impiegando altri valori di resistenza e/o uno più resistori in serie e tolleranze più piccole possibili. A titolo di completezza, in figura 3 è mostrato un altro schema tipico che vale la pena considerare: un semplice circuito per il controllo del LowVoltage della tensione di alimentazione (VIN).

Figura 3: schema di un Low-Voltage Detector.

Figura 3: schema di un Low-Voltage Detector.

Qui però si impiega un IC diverso, anche se del tutto simile al MAX8212 che ne condivide il datasheet,  siglato dalla MAXIM MAX8211. Schematicamente quest’ultimo differisce leggermente dal primo in quanto la sua uscita risulta essere invertita (manca la porta NOT all’ingresso dell’N-MOS). Dal punto di vista elettrico l’uscita dell’IC in esame (MAX8212) ammette una corrente di sink massima pari a 50mA, ben superiore ai soli 7mA del MAX8211. Queste uscite possono benissimo essere semplicemente impiegate per l’accensione di un led di segnalazione, in circuiti come gli indicatori di stato del livello batteria. La figura 4 ne riporta una possibile e semplice configurazione, con o senza isteresi (in funzione della presenza o no della resistenza R3).

Figura 4: semplice circuito per l’indicazione del livello batteria.

Figura 4: semplice circuito per l’indicazione del livello batteria.

Il circuito in figura può essere adottato in sistemi a microprocessore a 5V: i valori scelti per le resistenze consentono la commutazione dell’uscita da 1 a 0 logico nel momento in cui la tensione di alimentazione va sotto i 4,5V e, grazie al valore di R3, un’isteresi di ampiezza di circa 75mV. Questo fronte di discesa allora, può essere impiegato per la generazione di un interrupt che attivi la procedura prevista in caso di sottoalimentazione. In figura 5 viene riportata la curva caratteristica dei due monitor-voltage configurati per il funzionamento  in Voltage Detector con isteresi.

Figura 5: curva di risposta con isteresi.

Figura 5: curva di risposta con isteresi.

Si ricorda che l’uscita del MAX8212 è attiva bassa, questo significa che nello stato ON la linea OUT viene portata a massa dall’N-MOS. Ovviamente la tensione da monitorare può esser diversa da quella che alimenta lo stesso integrato, come nel caso dei sistemi funzionanti con più di una tensione di alimentazione. A questo proposito la figura 6 mostra una semplice circuito che segnala  il passaggio della tensione di input (opportunamente ridotta dal partitore R1-R2), per il valore di riferimento interno pari a 1,15V.

Figura 6: semplice Voltage Detector a singola soglia.

Figura 6: semplice Voltage Detector a singola soglia.

La risposta tipica di questa configurazione è visibile in figura 7, dove il segnale sinusoidale è quello effettivamente presente al pin del THRESH (piedino 3).

Figura 7: risposta del Voltage Level Detector con soglia a 1,15V.

Figura 7: risposta del Voltage Level Detector con soglia a 1,15V.

Entrambe le versioni dell’IC (MAX8211/8212) possono essere impiegate per le più diversificate applicazioni, sia in coppia che a solo: precisi regolatori di tensione, zener a tensione variabile, high supply voltage dump (circuiti di protezione che disconnettono l’alimentazione in caso di overvoltage) eccetera. Per maggiori informazioni si consultino i datasheet della coppia MAX8211/8212 e ICL8211/8212. Quest’ultima rappresenta la versione (obsoleta) in tecnologia bipolare, di gran lunga superata dalla versione CMOS finora trattata. Oltre a mantenere la piedinatura, la coppia MAX8211/8212 introduce notevoli vantaggi, essendo realizzata in tecnologia CMOS: corrente di alimentazione notevolmente inferiore (5µA tipico), possibilità di utilizzo di resistenze con più alto valore (10KΩ-10MΩ), riferimento di tensione interno più preciso, tensione di alimentazione massima più alta (18V), bassa corrente di leakage di istersi (3µA massimo) etc.

 

 

Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 14 marzo 2017

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