CN108683217B - 可关断的电源电压监视电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可关断的电源电压监控电路，用于对不稳定电源进行监控，包括用于并接在所述不稳定电源两个输出端之间的两个连接端子、电源电压监视单元、第一开关单元、常闭型的第二开关单元、第二开关控制单元；其中，电源电压监视单元用于对不稳定电源的输出电压进行监控；第一开关单元受控于电源电压监视单元，以在输出电压大于第一预设值时导通第一开关单元，在输出电压小于第二预设值时断开第一开关单元；在第一开关导通时，第二开关控制单元采用输出端的电源进行工作，并产生触发信号；第二开关单元受控于触发信号，以接收到触发信号时断开。本发明中电源电压监视部分能量消耗低，整个系统运行时的总功耗基本都集中于用电系统上。

Description

可关断的电源电压监视电路

技术领域

本发明涉及电压监视领域，更具体地说，涉及一种可关断的电源电压监视电路，尤其涉及一种可数控关断的电源电压监视电路。

背景技术

电源电压监视器根据当前系统供电的电压状况，通过控制电子开关器件的方式启动/关闭系统，因此能够有效避免不适当的供电造成的系统功能异常或损坏。通常的电源电压监视器与电源、电子开关器件、用电系统的连接关系如下图1所示，用电系统可以是负载，也可以是被充电的电源系统等。

其中电源为不稳定电源，如为基于能量收集的电源或输出电压忽高忽低的电源。以基于能量收集的电源为例，基于能量收集的电源随着收集到的能量累积，其包含的储能器件的电压逐渐上升，因此通过监视该电压即可得知累积的能量大小。当该电压超过设定的阈值Vstart时，电源电压监视器闭合电子开关器件以为用电系统进行供电。随着电源能量的消耗，该电压逐渐降低，当该电压低于设定的阈值Vstop时，电源电压监视器断开电子开关器件以停止向用电系统供电。监视器关闭系统供电之后，开始电源开始能量累积过程，直到电压下一次超过阈值Vstart，并如此循环往复。

当断开电子开关器件时，只有电源电压监视器在工作，因此总电流消耗Itotal＝I1。当导通电子开关器件时，电源电压监视器和系统都在运行，因此总电流消耗Itotal＝I1+I2。

电源电压监视器的功耗是整个系统总功耗的一部分，而且整个系统总功耗越低，监视器功耗就越显突出。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中电源电压监视器会一直消耗整个系统的能量，而且整个系统总功耗越低，监视器功耗就越显突出的技术缺陷，提供可关断的电源电压监控电路。

本发明为解决其技术问题，提供了一种可关断的电源电压监控电路，用于对不稳定电源进行监控，包括用于并接在所述不稳定电源两个输出端之间的两个连接端子、电源电压监视单元、第一开关单元、常闭型的第二开关单元、第二开关控制单元；所述电源电压监视单元与所述第二开关单元串联后并接在所述两个连接端子之间，所述第二开关控制单元的一端连接其中一个所述连接端子，另一端通过第一开关单元连接至另一个所述连接端子，所述第二开关控制单元的两端各引出一输出端子用于连接用电系统；

其中，所述电源电压监视单元用于对用于所述不稳定电源的输出电压进行监控；所述第一开关单元受控于所述电源电压监视单元，以在所述输出电压大于第一预设值时导通所述第一开关单元，在所述输出电压小于第二预设值时断开所述第一开关单元；

在所述第一开关单元导通时，所述第二开关控制单元采用所述输出端的电源进行工作，并产生触发信号；所述第二开关单元受控于所述触发信号，以接收到触发信号时断开。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述电源电压监视单元包括电压比较器，电压比较器的第一信号输入端连接基准电压，第二信号输入端的输入电压与所述输出电压关联；

所述电压比较器根据所述输出电压作用于所述第二输入端的电压与基准电压的大小关系，分别产生两种不同的电压触发信号来触发所述第二开关单元的闭合和断开。

更进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述第一开关单元通过第一MOS开关管实现，该第一MOS开关管的栅极电性连接所述电压比较器输出端，该第一MOS开关管的另外两个极：漏极连接至用于输出作为接地电压的所述输出端子，源极连接至用于连接不稳定电源的接地端的所述连接端子。

更进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述电压比较器为具有滞回功能的电压比较器，所述第一预设值大于所述第二预设值；或者，所述电压比较器为不具有滞回功能的电压比较器，所述第一预设值大于所述第二预设值。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述第二开关单元通过第二MOS开关管实现，该第二MOS开关管的栅极通过上拉/下拉电阻连接至用于连接所述不稳定电源的正输出端的所述连接端子，该第二MOS开关管的漏极和源极分别连接所述电源电压监视单元以及用于连接所述不稳定电源的接地端的所述连接端子。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述第二开关控制单元的输出端连接至所述第二MOS开关管的栅极，以通过所述触发信号控制所述第二MOS开关管断开。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述第二开关控制单元包括主控单元以及互补输出电路，所述互补输出电路包括：

第三MOS管，为PMOS型，源极连接至用于输出作为正电压的所述输出端子，栅极连接所述主控单元；

第四MOS管，为NMOS型，源极连接至用于输出作为接地电压的所述输出端子，漏极连接第三MOS管的漏极，栅极连接所述主控单元；

第一二极管，阴极连接第三MOS管的源极，阳极连接至第三MOS管的漏极；

第二二极管，阴极连接第一二极管的阳极，阳极连接第四MOS管的源极；

第三MOS管的漏极连接所述第二MOS管的栅极以传递所述触发信号；所述主控单元通过控制第三MOS管、第四MOS管的栅极电压使得第三MOS管导通而第四MOS管断开以产生所述触发信号。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述主控单元通过控制第三MOS管、第四MOS管的栅极电压使得第三MOS管导通而第四MOS管断开以产生所述触发信号具体是指：所述主控单元在第三MOS管、第四MOS管的栅极均输入高电平。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述主控单元为MCU或者逻辑控制电路。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述第一开关控制单元与所述第二开关控制单元均为NMOS。

进一步地，在本发明的可关断的电源电压监控电路中，所述用电系统中含有MCU，所述第二开关控制单元采用所述MCU实现，通过所述MCU的输出端口连接至所述第二开关单元以控制所述第二开关单元的通断。

实施本发明的可关断的电源电压监控电路，电源电压监视部分的能量消耗低，使得整个系统运行时的总功耗基本都集中于用电系统上。本发明的这种超低功耗的电源电压监视电路在基于能量收集的低功耗系统中尤其有效，能够显著降低系统运行功耗，提高系统运行效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的电源电压监视器的原理图；

图2是本发明的可关断的电源电压监控电路的原理框图；

图3是本发明的可关断的电源电压监控电路的另一实施例的原理框图；

图4是本发明的可关断的电源电压监控电路的一实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图2，其为本发明的可关断的电源电压监控电路的原理框图。该可关断的电源电压监控电路，用于对不稳定电源11进行监控，该电源电压监控电路包括用于并接在所述不稳定电源两个输出端之间的两个连接端子M和N、电源电压监视单元12、第一开关单元13、常闭型的第二开关单元14、第二开关控制单元15。在本实施例中M优选为正电源端子，N为负电源端子(即接地端)，但是本发明不限于此。电源电压监视单元12与第二开关单元14串联后并接在连接端子M和N之间，第二开关控制单元15的一端连接连接端子M，另一端通过第一开关单元13连接至连接端子N，第二开关控制单元15的两端各引出一输出端子P、N以用于连接用电系统16，从而给用电系统16供电。

在本发明中，电源电压监视单元12与现有技术中的电源电压监视器的功能一致，用于对不稳定电源11的输出电压(即M、N点之间的电压)进行监控；第一开关单元13受控于电源电压监视单元11，以在M、N点之间的输出电压大于第一预设值Vstart时导通第一开关单元13，在M、N点之间的输出电压小于第二预设值Vstop时断开第一开关单元13。Vstop应该小于或者等于Vstart。

在第一开关单元13导通时，M与P点导通(由于M和P点直接相连，所以二者其实一直导通)，Q和N点导通，第二开关控制单元15可采用M、N之间提供的电源进行工作，也即采用输出端P和Q之间的电源进行工作，上电后，第二开关控制单元15根据预置的程序和/或本身的电路设计产生触发信号，触发信号传送至第二开关单元13，第二开关单元13受控于该触发信号，在接收到触发信号时断开，断开后电源电压监视单元12被停止供电而停止工作。在本实施例中该触发信号的为持续性信号。

下述将进一步说明如何重新导通第一开关单元13，具体的可根据实际需要采用下述任意一种方法。(1)不主动关闭第一开关单元13，从而使得不稳定电源11一直供电，当不稳定电源11的电能下降到足够低时，第一开关单元13由于获取不到保持其正常工作的最低电压而停止工作，停止工作后上述的触发信号不能维持，而使得第二开关单元14恢复常闭状态。(2)通过输出电压监控单元对输出电压进行监控，即对P和Q之间的电压进行监控，输出电压监控单元连接第二开关控制单元15，当P和Q之间的电压小于预设值时，第二开关控制单元15停止输出所述触发信号，而使得第二开关单元14恢复常闭状态。(3)第二开关控制单元15根据预设规则，停止输出所述触发信号，而使得第二开关单元14恢复常闭状态，预设规则可以是预设时长、指定时间点或者是其他，这里不限制。

参考图3，本实施与上述实施例不同之处在于，上述实施例中的第二开关控制单元15与用电系统16为两个分开的电路，而在本实施例中用电系统16中含有MCU(这种情况极为常见)，第二开关控制单元15采用该MCU实现，通过该MCU的输出端口连接至第二开关单元14以控制第二开关单元14的通断。从而进一步降低功耗、节约成本、降低系统设计复杂度。

参考图4，其为本发明的可关断的电源电压监控电路的一实施例的电路原理图。在本实施例的可关断的电源电压监控电路中，电源电压监视单元12包括电压比较器121，电压比较器121的第一信号输入端(反向输入端)连接基准电压，第二信号输入端(同向输入端)的输入电压与输出电压关联。具体地，电压VCC输入稳压器的VIN引脚，从VOUT输出稳定电压作为基准电压，VCC连接在分压电阻R3与R4之间，当第二开关单元14导通时，第二信号输入端的电压为R4*VCC/(R4+R3)。

在电压比较器121工作时，电压比较器121根据输出电压VCC作用于第二信号输入端的电压R4*VCC/(R4+R3)与基准电压的大小关系，分别产生两种不同的电压触发信号来触发第二开关单元14的闭合和断开。

第一开关单元13通过第一MOS开关Q1管实现，该第一MOS开关管Q1的栅极电性连接电压比较器121的输出端，该第一MOS开关管Q1的另外两个极：漏极(右上连接端)连接至用于输出作为接地电压的所述输出端子GND_Q，源极(右下连接端)连接至用于连接不稳定电源的接地端的所述输入端子GND。

在本发明中，电压比较121器为具有滞回功能的电压比较器，第一预设值大于所述第二预设值；或者，电压比较器121为不具有滞回功能的电压比较器，所述第一预设值大于所述第二预设值。本实施例优选为前者。

第二开关单元13通过第二MOS开关管Q2实现，该第二MOS开关管Q2的栅极通过上拉/下拉电阻(本实施例优选为上拉电阻R1)连接至用于连接所述不稳定电源的正输出端的所述连接端子VCC，该第二MOS开关管Q2的漏极和源极分别连接所述电源电压监视单元12以及用于连接所述不稳定电源的接地端的所述连接端子GND。

第二开关控制单元15的输出端连接至所述第二MOS开关管Q2的栅极，以通过所述触发信号控制所述第二MOS开关管断开。第二开关控制单元15可为MCU或者逻辑控制电路，其内部通常包括主控单元以及互补输出电路，所述互补输出电路包括：

第三MOS管Q3，为PMOS型，源极连接至用于输出作为正电压的所述输出端子，栅极连接所述主控单元；

第四MOS管Q4，为NMOS型，源极连接至用于输出作为接地电压的所述输出端子，漏极连接第三MOS管Q3的漏极，栅极连接所述主控单元；

第一二极管D1，阴极连接第三MOS管Q3的源极，阳极连接至第三MOS管Q3的漏极；

第二二极管D2，阴极连接第一二极管D1的阳极，阳极连接第四MOS管Q4的源极；

第三MOS管Q3的漏极连接所述第二MOS管Q2的栅极以传递所述触发信号；所述主控单元通过控制第三MOS管Q3、第四MOS管Q4的栅极电压使得第三MOS管Q3导通而第四MOS管Q4断开以产生所述触发信号。

主控单元通过控制第三MOS管Q3、第四MOS管Q4的栅极电压使得第三MOS管Q3导通而第四MOS管Q4断开以产生所述触发信号具体是指：第三MOS管Q3关断，第四MOS管Q4导通。下述将以能量收集电源为例进一步对图3中电路的工作原理做进一步说明。

初始时VCC很小，当第二MOS管Q2的栅极电压大于源极电压且差值大于导通电压时，第二MOS管Q2导通，电源电压监视单元12上电开始工作，此时电压比较器121输出低电平，第一MOS管Q1关断，此时不稳定电源11不向用电系统16供电；

VCC逐渐升高，第二MOS管Q2持续导通，当达到某一阈值时，电压比较器121输出高电平，第一MOS管Q1导通，此时不稳定电源11向用电系统16供电，第二开关控制单元15上电开始工作，主控单元在第三MOS管Q3、第四MOS管Q4的栅极均输入高电平，此时第三MOS管Q3关断、第四MOS管Q4导通，第二MOS管Q2的栅极被下拉至低电平，第二MOS管Q2关断，此时电源电压监视单元12断电停止工作。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种可关断的电源电压监控电路，用于对不稳定电源进行监控，其特征在于，包括用于并接在所述不稳定电源两个输出端之间的两个连接端子、电源电压监视单元、第一开关单元、常闭型的第二开关单元、第二开关控制单元；所述电源电压监视单元与所述第二开关单元串联后并接在所述两个连接端子之间，所述第二开关控制单元的一端连接其中一个所述连接端子，另一端通过第一开关单元连接至另一个所述连接端子，所述第二开关控制单元的两端各引出一输出端子以用于连接用电系统；

其中，所述电源电压监视单元用于对所述不稳定电源的输出电压进行监控；所述第一开关单元受控于所述电源电压监视单元，以在所述输出电压大于第一预设值时导通所述第一开关单元，在所述输出电压小于第二预设值时断开所述第一开关单元；

在所述第一开关单元导通时，所述第二开关控制单元采用所述输出端的电源进行工作，并产生触发信号；所述第二开关单元受控于所述触发信号，以接收到触发信号时断开。

2.根据权利要求1所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述电源电压监视单元包括电压比较器，电压比较器的第一信号输入端连接基准电压，第二信号输入端的输入电压与所述输出电压关联；

所述电压比较器根据所述输出电压作用于所述第二信号输入端的电压与基准电压的大小关系，分别产生两种不同的电压触发信号来触发所述第二开关单元的闭合和断开。

3.根据权利要求2所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述第一开关单元通过第一MOS开关管实现，该第一MOS开关管的栅极电性连接所述电压比较器输出端，该第一MOS开关管的另外两个极：漏极连接至用于输出作为接地电压的所述输出端子，源极连接至用于连接所述不稳定电源的接地端的所述连接端子。

4.根据权利要求2所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述电压比较器为具有滞回功能的电压比较器，所述第一预设值大于所述第二预设值；或者，所述电压比较器为不具有滞回功能的电压比较器，所述第一预设值大于所述第二预设值。

5.根据权利要求1所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述第二开关单元通过第二MOS开关管实现，该第二MOS开关管的栅极通过上拉或下拉电阻连接至用于连接所述不稳定电源的正输出端的所述连接端子，该第二MOS开关管的漏极和源极分别连接所述电源电压监视单元以及用于连接所述不稳定电源的接地端的所述连接端子。

6.根据权利要求5所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述第二开关控制单元的输出端连接至所述第二MOS开关管的栅极，以通过所述触发信号控制所述第二MOS开关管断开。

7.根据权利要求5所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述第二开关控制单元包括主控单元以及互补输出电路，所述互补输出电路包括：

第三MOS管，为PMOS型，源极连接至用于输出作为正电压的所述输出端子，栅极连接所述主控单元；

第四MOS管，为NMOS型，源极连接至用于输出作为接地电压的所述输出端子，漏极连接第三MOS管的漏极，栅极连接所述主控单元；

第一二极管，阴极连接第三MOS管的源极，阳极连接至第三MOS管的漏极；

第二二极管，阴极连接第一二极管的阳极，阳极连接第四MOS管的源极；

第三MOS管的漏极连接所述第二MOS开关管的栅极以传递所述触发信号；所述主控单元通过控制第三MOS管、第四MOS管的栅极电压使得第三MOS管导通而第四MOS管断开以产生所述触发信号。

8.根据权利要求7所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述主控单元通过控制第三MOS管、第四MOS管的栅极电压使得第三MOS管导通而第四MOS管断开以产生所述触发信号具体是指：所述主控单元在第三MOS管、第四MOS管的栅极均输入高电平。

9.根据权利要求1所述的电源电压监控电路，其特征在于，所述用电系统中含有MCU，所述第二开关控制单元采用所述MCU实现，通过所述MCU的输出端口连接至所述第二开关单元以控制所述第二开关单元的通断。

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