CN109921772B - 一种输入信号保持电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号控制领域，特涉及一种输入信号保持电路。本发明利用第六电阻和第三电阻的分压以及齐纳二极管的钳位作用来获取控制信号，而非直接由MCU控制信号直接控制，同时电路利用了输入控制信号来控制分压电路P沟道MOSFET管的导通，确保控制输入信号的自维持，实现微控制器掉电时驱动电路的输入信号保持不变。

Description

一种输入信号保持电路

技术领域

本发明涉及信号控制领域，特涉及一种输入信号保持电路。

背景技术

正常的驱动电路输入信号来自微控制器给出的高低电平，在微控制器掉电之后，输入信号将无法维持在原有的电平状态而呈现高阻态。

在电池管理系统中，常利用MOSFET的开关特性去控制电池对外供电主回路的切断和闭合，同时在一些不间断电源的场景中，需要电池管理系统在微控制器重启或者升级的过程中，MOSFET的导通状态不发生变化，并维持原有的状态。另外在追求极低功耗的设计中，我们也会在电池管理系统深度休眠的状态下，切断除了系统基础芯片以外的其他外设供电以达到降低功耗的目的。在上述种种情景下，都意味着MOSFET驱动的控制信号丢失(控制信号处于高阻抗状态)，为了保证电池对外的正常供电，我们就需要主回路MOSFET的导通状态维持在控制信号丢失前的状态并且能长期稳定维持。

图2是摘自专利105322930A(“一种用于直流固态功率控制器的短时掉电保持电路”)，该方案发生掉电的情况，在图中RC短时掉电保持电路中的所述第一电容C1及所述第一电阻 R1的共同作用下，使得所述功率MOSFET驱动电路中的所述第一功率MOSFET的栅极驱动电压能够在掉电期间维持在一定的电压水平，在短时间内可以维持所述第一功率MOSFET导通状态。

在上述提及的现有技术方案中存在明显的缺点是电容C1会持续对外放电，电压会不断的降低，直到无法提供图中功率MOSFET(Q1)导通所需的栅极驱动电压，导致MOSFET断开，该方案无法长期维持MOSFET的状态。在长时间掉电或者主动切断控制电路电源的情景下，该方案显然是无法满足要求的，为此，需要设计一种功率MOSFET的长时间掉电保持电路。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种输入信号保持电路。本发明利用第六电阻和第三电阻的分压以及齐纳二极管的钳位作用来获取控制信号，而非直接由MCU控制信号直接控制，同时电路利用了输入控制信号来控制分压电路P沟道MOSFET管的导通，确保控制输入信号的自维持，实现微控制器掉电时驱动电路的输入信号保持不变。

本发明的技术方案是：一种输入信号保持电路，包括N沟道MOSFET管、P沟道MOSFET管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、齐纳二极管、第一光耦、第二光耦，第一光耦、第二光耦的控制端分别与控制信号2和控制信号1 连接，其特征在于：第二光耦的发射极接地，第一光耦的发射极、驱动电路输入、第七电阻的一端与第二光耦的集电极连接，齐纳二极管的阴极与第二光耦的集电极连接，齐纳二极管的阳极与第二光耦的发射极连接，第三电阻与齐纳二极管并联，第七电阻的另一端与N沟道MOSFET管的栅极连接，N沟道MOSFET管的源极接地，N沟道MOSFET管的漏极串联第一电阻、第二电阻与电源连接，第五电阻的一端与第一电阻、第二电阻的连接点连接，第五电阻的另一端与P沟道MOSFET管的栅极连接，P沟道MOSFET管的漏极经过第六电阻后与齐纳二极管的阴极连接，P沟道MOSFET管的源极与电源连接，第四电阻两端分别与电源和第一光耦的集电极连接。

根据如上所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：N沟道MOSFET管替换为NPN三极管，P沟道MOSFET管替换为PNP三极管，三极管的基极代替MOSFET管的栅极，三极管的集电极代替MOSFET管的漏极，三极管的发射极代替MOSFET管的源极。

根据如上所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：第一光耦和第二光耦替换为NPN 三极管，三极管的基极与控制信号连接，三极管的发射极代替光耦的发射极，三极管的集电极代替光耦的集电极。

根据如上所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电阻为56KΩ的电阻。

根据如上所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：第五电阻、第七电阻为1KΩ的电阻。

本发明的有益效果是：一是实现微控制器掉电时驱动电路的输入信号保持不变。二是通过控制第一光耦、第二光耦强行改变控制信号输入电压，以此打破原有的平衡，改变输入控制信号维持的状态。三是改进点是在驱动电路的前端，而非现有方案的驱动电路之后，本方案MOSFET的断开和闭合相对于现有增加电容C1的方案响应时间会更快。四是电压的保持来源于外部不间断电压，相对于现有方案-掉电期间的栅极驱动电压来源于电容C1,本发明在掉电期间可维持栅极驱动电压的时间更长、更稳定。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为现有掉电保持电路)

附图标记说明：N沟道MOSFET管Q1、P沟道MOSFET管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三MOSFET管Q3、齐纳二极管D1、第一光耦U1A、第二光耦U2A、电源VCC。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明的输入信号保持电路，包括N沟道MOSFET管Q1、P沟道MOSFET 管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、齐纳二极管D1、第一光耦U1A、第二光耦U2A，第一光耦U1A、第二光耦U2A 的控制端分别与控制信号2和控制信号1连接，第二光耦U2A的发射极接地，第一光耦U1A 的发射极、驱动电路输入、第七电阻R7的一端与第二光耦U2A的集电极连接，齐纳二极管 D1的阴极与第二光耦U2A的集电极连接，齐纳二极管D1的阳极与第二光耦U2A的发射极连接，第三电阻R3与齐纳二极管D1并联，第七电阻R7的另一端与N沟道MOSFET管Q1的栅极连接，N沟道MOSFET管Q1的源极接地，N沟道MOSFET管Q1的漏极串联第一电阻R1、第二电阻R2与电源VCC连接，第五电阻R5的一端与第一电阻R1、第二电阻R2的连接点连接，第五电阻R5的另一端与P沟道MOSFET管Q2的栅极连接，P沟道MOSFET管Q2的漏极经第六电阻R6后与齐纳二极管D1的阴极连接，P沟道MOSFET管Q2的源极与电源VCC连接，第四电阻R4两端分别与电源VCC和第一光耦U1A的集电极连接。

本发明中，N沟道MOSFET管Q1可以替换为NPN三极管，P沟道MOSFET管Q2可以替换为PNP三极管，三极管的基极代替MOSFET管的栅极，三极管的集电极代替MOSFET管的漏极，三极管的发射极代替MOSFET管的源极。

本发明中，第一光耦U1A和第二光耦U2A可以替换为NPN三极管。三极管的基极与控制信号连接，三极管的发射极代替光耦的发射极，三极管的集电极代替光耦的集电极。

本发明的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第六电阻R6可以为56KΩ的电阻，第五电阻R5、第七电阻R7可以为1KΩ的电阻。

如图1所示，本发明的供电主回路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第三MOSFET管 Q3和负载，驱动电路输出端与第八电阻R8，为了实现第三MOSFET管Q3的长时掉电保持，需要保证第三MOSFET管Q3的栅极驱动电压在掉电时维持不变，而第三MOSFET管Q3驱动电压来源于驱动电路，驱动电路由电池供电，所以只需要保证驱动电路的输入控制信号在掉电时不发生改变即可实现第三MOSFET管Q3的长时掉电保持功能。

本发明自维持电路的核心技术方案是利用第六电阻R6和第三电阻R3的分压以及齐纳二极管D1的钳位作用来获取控制信号，而非直接由MCU控制信号直接控制，同时电路利用了输入控制信号来控制分压电路P沟道MOSFET管Q2的导通，确保控制输入信号的自维持。在整个电路中，MCU控制信号是通过控制第一光耦U1A、第二光耦U2A强行改变控制信号输入电压，以此打破原有的平衡，改变输入控制信号维持的状态。

本发明的工作原理是：MCU控制信号1给出高电平时，在N沟道MOSFET管Q1的栅极将会存在1/2VCC的驱动电压(3V～9V)，由于齐纳二极管D1(选取稳定电压值为5.1V)的作用，N沟道MOSFET管Q1的栅极的驱动电压会被钳位在5.1V，即N沟道MOSFET管Q1的栅极驱动电压范围为3V～5.1V，选取导通阈值低于3V的N沟道MOSFET作为Q1，即可保证N沟道MOSFET管Q1的完全导通，并通过第一电阻R1、第二电阻R2的分压提供给P沟道MOSFET 管Q2的栅极1/2VCC驱动电压(3V～9V)，同样选取导通阈值低于3V的P沟道MOSFET作为Q2，即可保证P沟道MOSFET管Q2导通，

那么在此时N沟道MOSFET管Q1的栅极驱动电压将由1/2VCC提高到2/3VCC(4V～12V)，同样在齐纳二极管D1钳位作用下变为(4V～5.1V)，N沟道MOSFET管Q1仍然可以保证完全导通，如果此时MCU控制信号1由于掉电缺失呈现高阻态，那么N沟道MOSFET管Q1的栅极电压通过的第六电阻R6和第三电阻R3的分压依然可以保持在1/2VCC(3V～5.1V)，维持驱动电路的输入电压为高电平。同理，当MCU控制信号2给高电平时，N沟道MOSFET管Q1的栅极驱动电压将会变为0，N沟道MOSFET管Q1断开，P沟道MOSFET管Q2的栅源电压也变为0， Q2断开，若此时MCU控制信号由于掉电丢失，那么N沟道MOSFET管Q1的栅极驱动电压会由于P沟道MOSFET管Q2断开的条件下，接近0V，致使N沟道MOSFET管Q1继续处于断开状态，维持驱动电路的输入电压为低电平。

Claims (5)

1.一种输入信号保持电路，包括N沟道MOSFET管、P沟道MOSFET管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、齐纳二极管、第一光耦、第二光耦，第一光耦、第二光耦的控制端分别与控制信号2和控制信号1连接，其特征在于：第二光耦的发射极接地，第一光耦的发射极、驱动电路的输入端、第七电阻的一端与第二光耦的集电极连接，齐纳二极管的阴极与第二光耦的集电极连接，齐纳二极管的阳极与第二光耦的发射极连接，第三电阻与齐纳二极管并联，第七电阻的另一端与N沟道MOSFET管的栅极连接，N沟道MOSFET管的源极接地，N沟道MOSFET管的漏极串联第一电阻、第二电阻与电源连接，第五电阻的一端与第一电阻、第二电阻的连接点连接，第五电阻的另一端与P沟道MOSFET管的栅极连接，P沟道MOSFET管的漏极经过第六电阻后与齐纳二极管的阴极连接，P沟道MOSFET管的源极与电源连接，第四电阻两端分别与电源和第一光耦的集电极连接。

2.根据权利要求1所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：N沟道MOSFET管替换为NPN三极管，P沟道MOSFET管替换为PNP三极管，三极管的基极代替MOSFET管的栅极，三极管的集电极代替MOSFET管的漏极，三极管的发射极代替MOSFET管的源极。

3.根据权利要求1所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：第一光耦和第二光耦替换为NPN三极管，三极管的基极与控制信号连接，三极管的发射极代替光耦的发射极，三极管的集电极代替光耦的集电极。

4.根据权利要求1所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第六电阻为56KΩ的电阻。

5.根据权利要求1所述的一种输入信号保持电路，其特征在于：第五电阻、第七电阻为1KΩ的电阻。