CN111190044A - 自供电系统中的峰值检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源管理领域,公开了自供电系统中的峰值检测电路,包括电容C1、C2、比例电流转换单元、电压跟随器、电源开关单元和电压比较器;电容C2通过电压跟随器连接比例电流转换单元,比例电流转换单元通过开关K1向电容C1充电,电压比较器的输入端连接电容C1和采样电压,电压比较器的输出端连接电源开关单元,电源开关单元连接电容C2,用于控制电容C2的充电和放电回路的通断;电源开关单元还电连接检测单元,检测单元用来判断采样电压和基准电压的高低,本发明通过将采样电压的变化转换为电容C1的电压变化,来实现峰值电流检测。

Description

自供电系统中的峰值检测电路
技术领域
本发明涉及电源管理领域,具体涉及自供电系统中的峰值检测电路。
背景技术
目前市场,由于双绕组AC-DC方案采用自供电,而且是浮地结构,而市场上的三绕组AC-DC方案采用实地结构,原有双绕组AC-DC方案中的电源管理芯片的峰值检测电路不能直接应用于三绕组方案。客户如果在双绕组方案的基础上去实现三绕组方案需重新设计PCB电路板,然而重新设计PCB电路板要提前绘制电路图和开模,增加生产成本。因此需要一种自供电的三绕组的峰值检测电路,来实现三绕组自供电系统,并兼容目前市场的三绕组方案。
发明内容
鉴于背景技术的不足,本发明是提供了自供电系统中的峰值检测电路,所要解决的技术问题是现有峰值电流检测电路不能同时适用于双绕组AC-DC方案和三绕组AC-DC方案。
为解决以上技术问题,本发明提供了如下技术方案:自供电系统中的峰值检测电路,包括电容C1、C2、比例电流转换单元、电压跟随器、电源开关单元和电压比较器CMP1。
电容C2通过电压跟随器连接比例电流转换单元,当电容C2的电压由于充电发生改变时,比例电流转换单元连接电压跟随器的电气节点的电压发生相应改变;比例电流转换单元还通过开关K1向电容C1充电,当比例电流转换单元连接电压跟随器的电气节点的电压发生改变时,比例电流转换单元向电容C1的充电电流发生相应改变;
电容C1连接开关K1的一端还连接电压比较器的负向输入端,电压比较器CMP1的正向输入端分别连接采样电压和开关K2一端,开关K2另一端连接电压比较器CMP1的负向输入端,电压比较器CMP1的输出端连接电源开关单元;电源开关单元连接电容C2,用于控制电容C2的充放电回路的通断;电源开关单元还电连接检测单元,检测单元的输入端分别电连接采样电压和基准电压,用于向电源开关单元输入CON信号。
进一步,比例电流转换单元包括第三PMOS管P3、第四PMSO管P4、第二NMOS管N2和电阻R1;第三PMOS管的源极与第四PMOS管的源极均连接电源VA1,第四PMOS管P4的栅极分别连接第三PMOS管P3的栅极、第三PMOS管P3的漏极和第二NMOS管N2的漏极,第二NMOS管N2的栅极连接电压跟随器的输出端,第二NMOS管N2的源极分别连接电压跟随器的负向输入端和电阻R1一端,电阻R1另一端接地,第四PMOS管P4的漏极通过开关K1连接电容C1一端,电容C1另一端接地。
其中,电源开关单元包括非门、与非门、或非门、第一PMOS管P1、第一NMOS管N1、开关K3和电阻R2;第一PMOS管P1的源极连接电源VA2,第一PMOS管P1的漏极分别连接第一NMOS管N1的漏极、开关K3一端和电阻R2一端,第一NMOS管N1的源极接地,电阻R2另一端连接电容C2,开关K3另一端连接电源VA3;电压比较器CMP1的输出端分别连接与非门一输入端和或非门一输入端,CON信号分别连接或非门另一输入端和通过非门连接与非门另一输入端,与非门的输出端连接第一PMOS管P1的栅极,或非门的输出端连接第一NMOS管N1的栅极。
其中,第三PMOS管P3和第四PMOS管P4均是比例电流源;CON信号是高电平信号,信号持续时间为100ns。
当检测单元连接采样电压高于基准电压时,检测单元向电源开关单元输入高电平的CON信号,此时如果采样电压高于电容C1两端的电压VC1,则电源开关单元中的第一PMOS管P1导通,电容C2开始充电,电压跟随器输出的电压增加,则电阻R3支路的电流变大,相应的,电容C1的充电电流也增加;此时如果采样电压低于电容C1两端的电压VC1,则电源开关单元中的第一NMOS管N1闭合,第一PMOS管P1断开,电容C2开始放电,电压跟随器输出的电压降低,则电阻R3支路的电流变小,相应的电容C1的充电电流也减小,因此可通过电容VC1的电压变化来观测峰值电流的变化。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是:从以上电路可以得到,该电路在工作时通过观察电容的C1的电压变化可以得到峰值电流的变化,即适用于有外部采样电阻的系统也适用无外部采样电阻的系统,兼容性强。
附图说明
本发明有如下附图:
图1为本发明的结构图;
图2为本发明的电路原理图;
图3为本发明的检测单元的电路原理图;
图4为本发明使用时的波形图;
图5为本发明与外围驱动电路的应用示意图;
图6为本发明与外围驱动电路工作时的波形图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示,自供电系统中的峰值检测电路,包括电容C1、C2、比例电流转换单元、电压跟随器A1、电源开关单元、电压比较器CMP1和检测单元。
电容C2通过电压跟随器A1连接比例电流转换单元,当电容C2的电压由于充电发生改变时,比例电流转换单元连接电压跟随器A1的电气节点的电压发生相应改变;比例电流转换单元还通过开关K1向电容C1充电,当比例电流转换单元连接电压跟随器A1的电气节点的电压发生改变时,比例电流转换单元向电容C1的充电电流发生相应改变;
电容C1连接开关K1的一端还连接电压比较器CMP1的负向输入端,电压比较器CMP1的正向输入端分别连接采样电压和开关K2一端,开关K2另一端连接电压比较器的负向输入端,电压比较器CMP1的输出端连接电源开关单元;电源开关单元连接电容C2,用于控制电容C2的充放电回路的通断;电源开关单元还电连接检测单元,检测单元的输入端分别电连接采样电压和基准电压,用于向电源开关单元输入CON信号。
如图2所示,比例电流转换单元包括第三PMOS管P3、第四PMSO管P4、第二NMOS管N2和电阻R1;第三PMOS管的源极与第四PMOS管的源极均连接电源VA1,第四PMOS管P4的栅极分别连接第三PMOS管P3的栅极、第三PMOS管P3的漏极和第二NMOS管N2的漏极,第二NMOS管N2的栅极连接电压跟随器A1的输出端,第二NMOS管N2的源极分别连接电压跟随器A1的负向输入端和电阻R1一端,电阻R1另一端接地,第四PMOS管P4的漏极通过开关K1连接电容C1一端,电容C1另一端接地。
其中,第三PMOS管P3和第四PMSO管P4是比例电流源,其宽道比为N:1,则流过第三PMOS管P3的电流IP3和第四PMOS管P4的电流IP4之比为N:1。
电源开关单元包括非门、与非门、或非门、第一PMOS管P1、第一NMOS管N1、开关K3和电阻R2;第一PMOS管P1的源极连接电源VA2,第一PMOS管P1的漏极分别连接第一NMOS管N1的漏极、开关K3一端和电阻R2一端,第一NMOS管N1的源极接地,电阻R2另一端连接电容C2,开关K3另一端连接电源VA3;电压比较器CMP1的输出端分别连接与非门一输入端和或非门一输入端,CON信号分别连接或非门另一输入端和通过非门连接与非门另一输入端,与非门的输出端连接第一PMOS管P1的栅极,或非门的输出端连接第一NMOS管N1的栅极。
如图3所示,电流检测单元分别连接采样电压CS和基准电压VREF,经图3中的电路输出CON信号。
本发明工作原理如下:具体参照图2。电源VA1和VA2是电源电压,VA2是基准电压,幅值在O.7V左右;上电时开关K3闭合,电容C2开始充电,上电完成后开关K3断开;当开关K3断开后,电容C2上的电压与VA3的幅值保持相同,此时电容C2电压通过电压跟随器A1跟随,电阻R1上的电压也为VA3,电阻R1上的电流为IR1=VA3/R1。
电路工作时,采样电压CS逐渐上升、开关S2闭合,此时电容C1上的电压跟随采样电压CS同步变化,经过时间T1后(在500ns左右),开关K2断开、开关K1闭合,第四PMOS管P4对电容C1充电,充电电流IP4=VA3/(R1*N);电容C1上的电压慢慢上升,电压比较器CMP1的两端分别连接采样电压CS和电容C1的电压VC1,当采样电压CS电压高于VC1电压,则电压比较器CMP1输出为高电位,当采样电压CS压低于VC1电压,则电压比较器CMP1输出为低电位。
CON信号是控制信号,用于控制何时打开第一PMOS管P1和第一NMOS管N1。CON信号的产生如图3所示,电压比较器CMP2输入接采样电压CS和基准电压VREF,假设峰值采样信号的基准为VRP,则设定VREF=VRP*3/4,当采样电压CS电压超过基准电压VREF,则电路输出CON信号,CON信号为一个脉冲信号,其信号宽度为T2(在100ns左右)。
当CON信号为高电位时,如果电压比较器CMP1输出高电位,说明电容C1上的电压上升速度小于采样电压CS的上升速度,则第一PMOS管P1导通,第一NMOS管N1断开,此时电流I1对电容C2充电,电容C2电压上升,假设充电时间为T3,T3大约为100ns,充电结束后电容C2上的电压保持,则电流IR1变大,对电容C1的充电电流也相应变大,电容C1的电压上升斜率变快,如此反复几个周期后,电容C1的电压上升斜率逐渐和采样电压CS的上升斜率保持一致,电压也保持相等;如果电压比较器CMP1输出低电位,则说明此时电容C1的电压上升速度大于采样电压CS的上升速度,则第一PMOS管P1断开,第一NMOS管N1导通,电容C2以电流大小为I2的电流放电,电容C2上的电压减小,假设放电时间是T4,T4大约为100ns,当放电结束,电容C2上的电压保持,则IR1电流变小,则对C1的充电电流变小,电容C1的上升斜率变慢,如此反复几个周期后,电容C1的电压上升斜率逐渐和采样电压CS的上升斜率保持一致,电压也保持相等。各个波形图如图4所示。
在自供电系统中,系统会通过功率管对VCC电源电压充电,此时无法得到采样电压CS,可通过电容C1的电压VC1来表征采样电压CS的电压变化,后面则能通过电容C1上的电压波形来判断功率管电流的变化,进而实现峰值检测。如图5,当VC1电压高于V1,则SD_N翻转,关闭第四NMOS管N4,此时功率三极管通过二极管给VCC供电。VC1电压继续上升,直到上升到V2电压,比较器CMP4翻转,输出高电位,关闭功率三极管,此时峰值检测完毕,波形如图6所示。
对于本发明中的峰值检测电路,如果电路外围设有采样电阻,将采样电阻接到电压比较器CMP1的正向输入端,如果电路外围无采样电阻,可在图5中的第四NMOS管N4的源极连接采样电阻接地。
上述依据本发明为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.自供电系统中的峰值检测电路,其特征在于:包括电容C1、C2、比例电流转换单元、电压跟随器CMP1、电源开关单元和电压比较器;所述电容C2通过电压跟随器连接比例电流转换单元,当电容C2的电压由于充电发生改变时,比例电流转换单元连接电压跟随器的电气节点的电压发生相应改变;所述比例电流转换单元还通过开关K1向电容C1充电,当比例电流转换单元连接电压跟随器的电气节点的电压发生改变时,比例电流转换单元向电容C1的充电电流发生相应改变;所述电容C1连接开关K1的一端还连接电压比较器CMP1的负向输入端,所述电压比较器CMP1的正向输入端分别连接采样电压和开关K2一端,开关K2另一端连接电压比较器CMP1的负向输入端,电压比较器CMP1的输出端连接电源开关单元;所述电源开关单元连接电容C2,用于控制电容C2的充电和放电回路的通断;所述电源开关单元还电连接检测单元,所述检测单元的输入端分别连接采样电压和基准电压,用于向电源开关单元输入CON信号。
2.根据权利要求1所述的自供电系统中的峰值检测电路,其特征在于:所述比例电流转换单元包括第三PMOS管P3、第四PMSO管P4、第二NMOS管N2和电阻R1,所述第三PMOS管的源极与第四PMOS管的源极均连接电源VA1,第四PMOS管P4的栅极分别连接第三PMOS管P3的栅极、第三PMOS管P3的漏极和第二NMOS管N2的漏极,第二NMOS管N2的栅极连接电压跟随器的输出端,第二NMOS管N2的源极分别连接电压跟随器的负向输入端和电阻R1一端,电阻R1另一端接地,第四PMOS管P4的漏极通过开关K1连接电容C1一端,电容C1另一端接地。
3.根据权利要求2所述的自供电系统中的峰值检测电路,其特征在于:所述电源开关单元包括非门、与非门、或非门、第一PMOS管P1、第一NMOS管N1、开关K3和电阻R2;第一PMOS管P1的源极连接电源VA2,第一PMOS管P1的漏极分别连接第一NMOS管N1的漏极、开关K3一端和电阻R2一端,第一NMOS管N1的源极接地,电阻R2另一端连接电容C2,开关K3另一端连接电源VA3;所述电压比较器CMP1的输出端分别连接与非门一输入端和或非门一输入端,所述CON信号分别连接或非门另一输入端和通过非门连接与非门另一输入端,所述与非门的输出端连接第一PMOS管P1的栅极,所述或非门的输出端连接第一NMOS管N1的栅极。
4.根据权利要求2所述的自供电系统中的峰值检测电路,其特征在于:第三PMOS管P3和第四PMOS管P4均是比例电流源。
5.根据权利要求1所述的自供电系统中的峰值检测电路,其特征在于:所述CON信号是高电平信号,信号持续时间为100ns。
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