CN102299501B - 一种欠压保护电路 - Google Patents

Abstract

一种欠压保护电路包括：电压采样模块，用于得到电源的采样电压；基准电压产生模块，用于产生二次电源和参考电压；第一欠压控制模块；第二欠压控制模块，电源电压高于第三稳压管稳压值时，第二欠压控制模块输出第二非欠压信号，电源电压低于第三稳压管稳压值时，第二欠压控制模块输出高电平的第二欠压信号；逻辑处理模块，当第一欠压控制模块的输出信号和第二欠压控制模块的输出信号任一为欠压信号时，逻辑处理模块输出欠压信号。本发明的一种欠压保护电路包括第二欠压控制模块和逻辑处理模块，使得电源电压低于第三稳压管稳压值时，输出第二欠压信号，再经过逻辑处理模块直接输出欠压信号，这样解决了只有第一欠压控制模块时输出错误信号的问题。

Description

一种欠压保护电路

技术领域

本发明涉及集成电路保护技术领域，尤其涉及一种欠压保护电路。

背景技术

集成电路芯片工作时，电压的稳定尤为重要。虽然一只额定电压为15V的芯片在8V甚至5V的电压下工作不会被烧毁，但是长时间的低电压工作使芯片的功耗过大对其造成不良影响，电路稳定性也会变得很差，所以需要使用欠压保护电路避免电路工作在这种情况下。

如图1是现有技术的欠压保护电路原理图；图2是基准电压产生模块电路原理图；在图2中，D3、D4是稳压管，稳压值为5V；在电源VDD上电且没有超过稳压管D3的稳压值5V时，由于稳压管D3没有达到稳压值，所以输出的参考电压VREF和和二次电源VDD2是随VDD变化而变化的；当电源VDD大于稳压管稳压值5V且小于第一欠压阈值VUVL+时，第三稳压管D3也达到了稳压值5V，由于电流镜10的特性，第八MOS管M8的源极也达到了5V，此后，参考电压VREF由电阻R4和电阻R5分压得到，输出恒定值，由于第四稳压管D4也达到了稳压值，因此，二次电源VDD2输出恒定值。也就是说在电源VDD的电压值大于稳压管稳压值5V时，由于二次电源VDD2和参考电压VREF均为恒定值，欠压保护电路输出的欠压信号UVL不会发生错误。

在图1中，当电源VDD由0上升时，欠压信号UVL输出为高电平，电阻R3被短路，采样电压VF为：

$\mathrm{VF}=\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}1-\mathrm{VD}2}{R1+R2}\×R2---\left(1\right)$

其中VD1和VD2是稳压管D1和稳压管D2的电压。

电源VDD从0开始上升且小于稳压管D3的稳压值5V的过程中，采样电压VF在增大，参考电压VREF也在增大，此时，很可能出现参考电压VREF的上升速度小于采样电压VF的上升速度，也就是说在此区间某个时刻可能会出现参考电压VREF小于采样电压VF的时刻，这时采样电压VF和参考电压VREF通过比较器比较，比较器输出高电平，在经过反相器，欠压信号UVL端输出为低电平，表明已经不欠压，但此时VDD还是处于欠压状态，也就是说欠压保护电路出现了误操作。

当VDD下降到稳压管D3的稳压值5V以下时，由图2的工作原理可知，参考电压VREF也开始下降，此时，很可能出现参考电压VREF的下降速度大于采样电压VF的下降速度，如果出现了这种情况，在此区间某个时刻可能会出现参考电压VREF小于采样电压VF，那么欠压信号UVL就会输出低电平，VF为：

$\mathrm{VF}=\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}1-\mathrm{VD}2}{R1+R2+R3}\×(R2+R3)---\left(2\right)$

但此时VDD还是处于欠压状态，也就是说欠压保护电路出现了误操作。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中当电源下降到稳压管稳压值以下时，欠压保护电路仍然不会输出欠压信号的误操作。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明涉及的一种欠压保护电路，包括：

电压采样模块，用于得到电源的采样电压；

基准电压产生模块，用于产生二次电源和参考电压，所述基准电压产生模块包括第三稳压管，在电源电压高于第三稳压管稳压值时，产生稳定的二次电源电压和参考电压，在电源电压低于第三稳压管稳压值时，产生的二次电源电压和参考电压随电源电压线性变化；

第一欠压控制模块，在电源电压高于欠压阈值时，电源的采样电压高于参考电压，此时第一欠压控制模块输出第一非欠压信号，在电源电压高于第三稳压管稳压值并且低于欠压阈值时，电源的采样电压低于参考电压，此时第一欠压控制模块输出第一欠压信号；

第二欠压控制模块，在电源电压高于第三稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块输出第二非欠压信号，在电源电压低于第三稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块输出第二欠压信号；

逻辑处理模块，当第一欠压控制模块的输出信号和第二欠压控制模块的输出信号任一为欠压信号时，逻辑处理模块输出欠压信号。

与现有技术相比本发明具有如下有益效果：本发明实施例提供的一种欠压保护电路包括第一欠压控制模块、第二欠压控制模块和逻辑处理模块，使得电源电压低于第三稳压管稳压值时，第二欠压控制模块输出第二欠压信号，再经过逻辑处理模块直接输出欠压信号，并且当第一欠压控制模块的输出信号和第二欠压控制模块的输出信号任一为欠压信号时，逻辑处理模块输出欠压信号；这样解决了只有第一欠压控制模块时输出错误信号的问题。

附图说明

图1是现有技术的欠压保护电路原理图；

图2是基准电压产生模块电路原理图；

图3是本发明欠压保护电路第一实施例的原理框图；

图4是本发明欠压保护电路第二实施例的原理框图；

图5是本发明欠压保护电路第三实施例的电路原理图；

图6是本发明欠压保护电路第四实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3是本发明欠压保护电路第一实施例的原理框图；一种欠压保护电路，包括：电压采样模块100，用于得到电源的采样电压；

基准电压产生模块103，用于产生二次电源VDD2和参考电压VREF，所述基准电压产生模块包括第三稳压管D3，在电源电压高于第三稳压管稳压值时，产生稳定的二次电源电压VDD2和参考电压VREF，在电源电压低于第三稳压管稳压值时，产生的二次电源电压VDD2和参考电压VREF随电源电压线性变化；

第一欠压控制模块101，在电源电压高于欠压阈值时，电源的采样电压高于参考电压VREF，此时第一欠压控制模块输出第一非欠压信号，在电源电压高于第三稳压管稳压值并且低于欠压阈值时，电源的采样电压低于参考电压VREF，此时第一欠压控制模块输出第一欠压信号；

第二欠压控制模块102，在电源电压高于第三稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块102输出第二非欠压信号，在电源电压低于第三稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块102输出第二欠压信号；

逻辑处理模块105，当第一欠压控制模块101的输出信号和第二欠压控制模块102的输出信号任一为欠压信号时，逻辑处理模块105输出欠压信号。

与现有技术相比本发明具有如下有益效果：本发明实施例提供的一种欠压保护电路包括第一欠压控制模块101、第二欠压控制模块102和逻辑处理模块105，使得电源电压低于第三稳压管稳压值时，第二欠压控制模块102输出第二欠压信号，再经过逻辑处理模块105直接输出欠压信号，并且当第一欠压控制模块101的输出信号和第二欠压控制模块102的输出信号任一为欠压信号时，逻辑处理模块105输出欠压信号；这样解决了只有第一欠压控制模块时输出错误信号的问题。

图4是本发明欠压保护电路第二实施例的原理框图；该电路框图在图3的基础上还包括第一开关管104；第二欠压模块102的输出端连接第一开关管104的控制端，第一开关管104的一端与电源连接，另一端与或门U12的输出端连接。当电源电压低于稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块输出第二欠压信号，第二欠压信号控制第一开关管导通，使得欠压信号UVL为有效值。

图5是本发明欠压保护电路第三实施例的电路原理图；在本实施例中，第二欠压控制模块102包括第四电阻R14、第五电阻R15、第三开关管M13、第一二极管M11、第二二极管M12；所述第五电阻R15、第三开关管M13、地、第二二极管M12、第一二极管M11、第四电阻R14依次串联，第四电阻R14的另一端连接基准电压产生模块103的二次电源VDD2，第五电阻R15的另一端连接电源VDD；第一二极管M11与第二二极管M12串联的节点连接第三开关管M13的控制端，第三开关管M13与第五电阻R15串联的节点是第二欠压控制模块102的输出端。

逻辑控制模块105包括或门U12，或门U12的两个输入端分别连接第一欠压控制模块101的输出端和第二欠压控制模块102的输出端，或门U12的输出端连接电压采样模块100中第二开关管M16的控制端。

第一欠压控制模块包括：比较器U10和第一反相器U11，比较器U10的第一输入端连接电压采样模块100的输出端，比较器U10的第二输入端连接参考电压VREF，比较器U10的输出端连接第一反相器U11的输入端，第一反相器U11的输出端是第一欠压控制模块101的输出端。其中比较器U10的第一输入端是正输入端，比较器U10的第二输入端是负输入端。

电压采样模块包括：电源、第一稳压管D11、第二稳压管D12、第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第二开关管M16；电源、第一稳压管D11、第二稳压管D12、第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第二开关管M16依次串联，第二开关管M16与第三电阻R13并联，第一电阻R11和第二电阻R12串联的节点是电压采样模块100的输出端。

下面结合图2和图5，并以欠压信号是高电平，非欠压信号时低电平时详细说明欠压保护电路的工作原理：

欠压阈值包括第一欠压阈值VUVL+和第二欠压阈值VUVL-；第一欠压阈值VUVL+是电源电压上升过程中，由欠压变化为不欠压时的临界电压值，第二欠压阈值VUVL-是电源电压下降过程中，由不欠压变化为欠压时的临界电压值。

当电源电压VDD由正常工作电压下降，并且大于第二欠压阈值VUVL-时，图2中第三稳压管D3达到了稳压值5V，由于电流镜10的特性，第八MOS管M8的源极也达到了5V，此后，参考电压VREF由电阻R4和电阻R5分压得到，输出恒定值，由于第四稳压管D4也达到了稳压值，因此，二次电源VDD2输出恒定值。也就是说在电源VDD的电压值大于第二欠压阈值VUVL-时，二次电源VDD2和参考电压VREF均为恒定值。

由于电源VDD电压值相对比较高，使得VF＞VREF，此时第一欠压控制模块101中的比较器U10输出高电平，经过第一反相器U11后输出第一非欠压信号为低电平。同时第二欠压控制模块102中的二次电源VDD2为恒定值，由于第四电阻R14、第一二极管M11、第二二极管M12的分压作用，使得第三开关管M13导通，由此可得第三开关管M13与第五电阻R15串联的节点输出第二非欠压信号，即第二欠压控制模块102的输出端输出低电平。第一反相器U11输出的低电平和第二欠压控制模块102输出的低电平经过非门U12后，输出的欠压保护信号UVL即为低电平，表明电源电压没有欠压。此时欠压信号UVL输出低电平，此时采样电压VF为：

$\mathrm{VF}=\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}1-\mathrm{VD}2}{R1+R2+R3}\×(R2+R3)---\left(2\right)$

其中VD1和VD2是稳压管的电压。

当电源电压VDD由第二欠压阈值VUVL-继续下降至第三稳压管稳压值时，例如第三稳压管稳压值是5V；图2中第三稳压管D3也达到了稳压值5V，由于电流镜10的特性，第八MOS管M8的源极也达到了5V，此后，参考电压VREF由电阻R4和电阻R5分压得到，输出恒定值，由于第四稳压管D4也达到了稳压值，因此，二次电源VDD2输出恒定值。也就是说在电源VDD的电压值小于第二欠压阈值VUVL-并且大于稳压管稳压值5V时，二次电源VDD2和参考电压VREF均为恒定值。

由于电源VDD电压值相对比较低，使得VF＜VREF，此时第一欠压控制模块101中的比较器U10输出低电平，经过第一反相器U11后输出第一欠压信号为高电平。同时第二欠压控制模块102中的二次电源VDD2为恒定值，由于第四电阻R14、第一二极管M11、第二二极管M12的分压作用，使得第三开关管M13导通，由此可得第三开关管M13与第五电阻R15串联的节点输出低电平，即第二欠压控制模块102的输出端输出第二非欠压信号为低电平。第一反相器U11输出的高电平和第二欠压控制模块102输出的低电平经过非门U12后，输出的欠压保护信号UVL即为高电平，表明电源VDD已经欠压。欠压信号UVL输出高电平，电阻R3被短路，此时采样电压VF为：

$\mathrm{VF}=\frac{\mathrm{VDD}-\mathrm{VD}1-\mathrm{VD}2}{R1+R2}\×R2---\left(1\right)$

其中VD1和VD2是稳压管的电压。

当电源电压VDD由第三稳压管稳压值5V继续下降时，即电源电压VDD下降到第三稳压管稳压值5V；由图2工作原理可知，第三稳压管D3已经不能进行稳压至5V了，参考电压VREF和二次电源VD2都会随电源电压VDD的下降而下降；由于第二欠压控制模块102中的二次电源VDD2下降，第四电阻R14、第一二极管M11、第二二极管M12的分压不足以使得第三开关管M13导通，由此可得第三开关管M13与第五电阻R15串联的节点输出高电平，即第二欠压控制模块102的输出端输出第二欠压信号高电平，经过非门U12后，输出的欠压保护信号UVL即为高电平，表明电源VDD已经欠压。

这样当电源电压VDD下降到第三稳压管稳压值5V时，第二欠压控制模块102就屏蔽了第一欠压控制电路101的输出结果，即不论参考电压VREF和采样电压VF的比较结果是什么，最终都会由于第二欠压控制模块102输出的高电平使得最终得到的欠压保护信号UVL为高电平。解决了现有技术中在电源电压下降到稳压管稳压值以下时，会出现参考电压VREF和采样电压VF的大小不定而输出的欠压信号UVL错误的情况。

同理，在电源VDD上电且没有超过稳压管稳压值5V时，由于图2中的第三稳压管D3没有达到稳压值，所以输出的参考电压VREF和和二次电源VDD2是随VDD变化而变化的；工作原理与电源电压VDD由第三稳压管稳压值5V继续下降时相同，也是由于第二欠压控制电路102输出的高电平，经过非门U12后使得最终得到的欠压保护信号UVL为高电平，此处不再赘述。

当电源VDD大于稳压管稳压值5V且小于第一欠压阈值VUVL+时，第三稳压管D3也达到了稳压值5V，由于电流镜10的特性，第八MOS管M8的源极也达到了5V，此后，参考电压VREF由电阻R4和电阻R5分压得到，输出恒定值，由于第四稳压管D4也达到了稳压值，因此，二次电源VDD2输出恒定值。也就是说在电源VDD的电压值大于稳压管稳压值5V时，由于二次电源VDD2和参考电压VREF均为恒定值，以上已经说明了其工作原理，此处不再赘述；欠压保护电路输出的欠压信号UVL不会发生错误。

当电源VDD大于第一欠压阈值VUVL+时，二次电源VDD2和参考电压VREF均为恒定值，工作原理与以上相同，此处不再赘述；欠压保护电路输出的欠压信号UVL不会发生错误。

图6是本发明欠压保护电路第四实施例的电路原理图。本实施例中第一开关管104是NMOS管，第三开关管M13是NMOS管；第一二极管M11和第二二极管M12均是由MOS组成的二极管；第二开关管M16是NMOS管，在当欠压信号UVL是高电平有效时，第二开关管M16导通。电源电压VDD小于第三稳压管D3稳压值5V时，由于前述论述了第二欠压控制模块102输出第二欠压信号为高电平，由于增加了NMOS管104，第二欠压控制模块102输出的高电平直接将NMOS管104导通，欠压信号UVL为高电平；这样提供了双重保险，不会产生错误的欠压信号UVL。电源电压VDD高于第三稳压管D3稳压值5V时的工作原理前面已经论述，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种欠压保护电路，其特征在于，包括：

电压采样模块，用于得到电源的采样电压；

基准电压产生模块，用于产生二次电源和参考电压，所述基准电压产生模块包括第三稳压管，在电源电压高于第三稳压管稳压值时，产生稳定的二次电源电压和参考电压，在电源电压低于第三稳压管稳压值时，产生的二次电源电压和参考电压随电源电压线性变化；

第一欠压控制模块，在电源电压高于欠压阈值时，电源的采样电压高于参考电压，此时第一欠压控制模块输出第一非欠压信号，在电源电压高于第三稳压管稳压值并且低于欠压阈值时，电源的采样电压低于参考电压，此时第一欠压控制模块输出第一欠压信号；

第二欠压控制模块，在电源电压高于第三稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块输出第二非欠压信号，在电源电压低于第三稳压管稳压值时，所述第二欠压控制模块输出第二欠压信号；

逻辑处理模块，当第一欠压控制模块的输出信号和第二欠压控制模块的输出信号任一为欠压信号时，逻辑处理模块输出欠压信号。

2.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于，还包括第一开关管；第二欠压模块的输出端连接第一开关管的控制端，第一开关管的一端与电源连接，另一端与逻辑处理模块的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述第一开关管是NMOS管。

4.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述欠压阈值包括第一欠压阈值和第二欠压阈值；第一欠压阈值是电源电压上升过程中，由欠压变化为不欠压时的临界电压值，第二欠压阈值是电源电压下降过程中，由不欠压变化为欠压时的临界电压值。

5.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述第二欠压控制模块包括第四电阻、第五电阻、第三开关管、第一二极管、第二二极管；第五电阻、第三开关管、地、第二二极管、第一二极管、第四电阻依次串联，第四电阻的另一端连接基准电压产生模块的二次电源，第五电阻的另一端连接电源；第一二极管与第二二极管串联的节点连接第三开关管的控制端，第三开关管与第五电阻串联的节点是第二欠压控制模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述第三开关管是NMOS管；所述第一二极管和第二二极管均是由MOS组成的二极管。

7.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述逻辑处理模块包括或门，所述或门的两个输入端分别连接第一欠压控制模块的输出端和第二欠压控制模块的输出端，或门的输出端连接电压采样模块中第二开关管的控制端。

8.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述第一欠压控制模块包括：比较器和第一反相器；所述比较器的第一输入端连接电压采样模块的输出端，比较器的第二输入端连接参考电压，比较器的输出端连接第一反相器的输入端，第一反相器的输出端是第一欠压控制模块的输出端。

9.根据权利要求8所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述比较器的第一输入端是正输入端，比较器的第二输入端是负输入端。

10.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述电压采样模块包括：电源、第一稳压管、第二稳压管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二开关管；电源、第一稳压管、第二稳压管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二开关管依次串联，第二开关管与第三电阻并联，第一电阻和第二电阻串联的节点是电压采样模块的输出端。

11.根据权利要求10所述的一种欠压保护电路，其特征在于，所述第二开关管是NMOS管。

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