CN111682503A

CN111682503A - 欠压保护电路

Info

Publication number: CN111682503A
Application number: CN202010555850.3A
Authority: CN
Inventors: 龚晓寒; 盛云
Original assignee: Suzhou Novosense Microelectronics Co ltd
Current assignee: Suzhou Novosense Microelectronics Co ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2020-09-18
Also published as: WO2021253704A1

Abstract

本发明提供了欠压保护电路，所述欠压保护电路包括电源电压、与电源电压相连接的阈值模块及与阈值模块相连接的开关模块；所述阈值模块输出阈值电压，所述开关模块接收阈值电压并输出开关信号，所述开关信号包括断开信号和闭合信号，所述阈值模块接收开关信号以对阈值电压进行调整；当电源电压大于阈值电压时，开关模块输出闭合信号，阈值电压降低；当电源电压小于阈值电压时，开关模块输出断开信号，阈值电压升高。因而，本发明中，电源电压通过阈值模块可直接产生阈值电压，因而不需要另外设置参考电压的建立电路，因而可以实现快速响应。而且，也同样不需要额外的比较器电路，简化了电路的同时，也能实现电路的功能，并兼具精度的要求。

Description

欠压保护电路

技术领域

本发明涉及模拟电路领域，特别是一种高速高精度的欠压保护电路。

背景技术

现有技术中的欠压保护电路，需要利用电源电压VDD的分压值和参考电压Vref进行比较，并直接设置比较器对比较结果进行输出，并控制后级电路的启停。从而，当电源电压VDD的分压值大于参考电压Vref时，启动后级电路；而当电源电压VDD的分压值小于参考电压Vref时，关闭后级电路，从而实现欠压保护。并且，比较结果可以用于调整电源电压VDD的分压值，以实现电源电压VDD的分压值的滞回，防止出现抖动。

但是，现有技术中进行电压之间的比较，需要先把参考电压Vref建立好，这就依赖于参考电压Vref的建立精度和建立速度。而一般的参考电压Vref为带隙基准的输出，通常需要10～100us的建立时间，因此会限制电源电压VDD的判断速度。若为了提高速度来建立一个简易的基准电压，则精度就难以得到保证。

因此，必须设计一种新的高速高精度的欠压保护电路。

发明内容

为解决上述问题之一，本发明提供了欠压保护电路，所述欠压保护电路包括电源电压、与电源电压相连接的阈值模块及与阈值模块相连接的开关模块；所述阈值模块输出阈值电压，所述开关模块接收阈值电压并输出开关信号，所述开关信号包括断开信号和闭合信号，所述阈值模块接收开关信号以对阈值电压进行调整；

当阈值电压大于电源电压时，开关模块输出断开信号，阈值电压升高；

当阈值电压小于电源电压时，开关模块输出闭合信号，阈值电压降低。

作为本发明的进一步改进，所述阈值模块包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和第二三极管的基极互相连接、发射极均接地，所述第一三极管的基极和集电极相互连接；所述阈值模块还包括第一可调电阻模块和第二可调电阻模块，第一三极管的集电极通过第一可调电阻模块接入电源电压，第二三极管的集电极通过第二可调电阻模块接入电源电压。

作为本发明的进一步改进，所述第一可调电阻模块包括串联的第一电阻和第三电阻及并联于第一电阻上的第一开关，所述第二可调电阻模块包括串联的第二电阻和第四电阻及并联于第二电阻上第二开关；所述开关模块输出断开信号时，第一开关和第二开关断开，所述开关模块输出闭合信号时，第一开关和第二开关闭合。

作为本发明的进一步改进，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等，第三电阻和第四电阻的阻值相等。

作为本发明的进一步改进，所述阈值模块还包括第五电阻，所述第二三极管的发射极通过第五电阻接地。

作为本发明的进一步改进，所述阈值模块还包括第六电阻和第七电阻，所述第一三极管的基极通过第六电阻接地，所述第二三极管的集电极通过第七电阻接地；所述第六电阻和第七电阻的阻值相等。

作为本发明的进一步改进，开关模块输出断开信号时，该阈值电压UVLO+为：

开关模块输出闭合信号时，该阈值电压UVLO-为：

其中，VT指热电压，n为第一三极管和第二三极管面积之间的倍数差。

作为本发明的进一步改进，所述第二三极管的面积是第一三极管的n倍，n＞1。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块包括比较器，所述比较器的输出端输出开关信号，负输入端与第一三极管的集电极相连接，正输入端与第二三极管的集电极相连接。

作为本发明的进一步改进，所述开关模块包括第三三极管、第八电阻，所述第三三极管的基极接入第二三极管的集电极、发射极接地、集电极通过第八电阻接入电源电压；所述开关模块还包括PMOS管和NMOS管，所述PMOS管的栅极和NMOS管的栅极均接入第三三极管的集电极，PMOS管的源极接电源电压，NMOS管的源极接地，PMOS管和NMOS管的漏极相互连接且输出开关信号。

与现有技术相比，本发明中，电源电压通过阈值模块可直接产生阈值电压，因而不需要另外设置参考电压的建立电路，因而可以实现快速响应。而且，开关模块可直接通过阈值电压来输出开关信号，相当于内置了比较器，也同样不需要额外的比较器电路，简化了电路的同时，也能实现电路的功能，并兼具精度的要求。另外，本发明中的开关模块可以输出断开信号和开启信号以调整阈值电压，从而提供给阈值电压一个滞回的区间，让阈值电压在UVLO+和UVLO-之间摆动，防止出现频繁的抖动。

附图说明

图1为本发明欠压保护电路第一种实施方式的电路图；

图2为本发明欠压保护电路第二种实施方式的电路图。

具体实施例

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示提供了一种欠压保护电路，所述欠压保护电路包括电源电压VDD、与电源电压VDD相连接的阈值模块1及与阈值模块1相连接的开关模块2；所述阈值模块1输出阈值电压UVLO，所述开关模块2接收阈值电压UVLO并输出开关信号，所述开关信号包括断开信号和闭合信号，所述阈值模块1接收开关信号以对阈值电压UVLO进行调整；

当阈值电压UVLO大于电源电压VDD时，开关模块2输出断开信号，阈值电压UVLO升高；

当阈值电压UVLO小于电源电压VDD时，开关模块2输出闭合信号，阈值电压UVLO降低。

因而，本发明中，电源电压VDD通过阈值模块1可直接产生阈值电压UVLO，因而不需要另外设置参考电压的建立电路，因而可以实现快速响应。而且，开关模块2可直接通过阈值电压UVLO来输出开关信号，相当于内置了比较器，也同样不需要额外的比较器电路，简化了电路的同时，也能实现电路的功能，并兼具精度的要求。另外，本发明中的开关模块2可以输出断开信号和开启信号以调整阈值电压UVLO，从而提供给阈值电压UVLO一个滞回的区间，让阈值电压在UVLO+和UVLO-之间摆动，防止出现频繁的抖动。

进一步的，所述阈值模块1包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极互相连接、发射极均接地，所述第一三极管Q1的基极和集电极相互连接；所述阈值模块1还包括第一可调电阻模块和第二可调电阻模块，第一三极管Q1的集电极通过第一可调电阻模块接入电源电压VDD，第二三极管Q2的集电极通过第二可调电阻模块接入电源电压VDD。

本发明中，所述阈值模块1包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，已知，三极管的基极和发射极之间的电压Vbe具有温度系数，且随着温度的升高而降低。而两个基极相连的三极管的Vbe之间的差值即delta_Vbe也具有温度系数，并且为正温度系数，随着温度的升高而升高。因而，为了进一步提高精度，降低温度对阈值电压UVLO的影响，因而，本发明中采用第一三极管Q1和第二三极管Q2，用双边的三极管电路形成delta_Vbe，从而和Vbe相加配合以得到零温度系数，提高阈值电压UVLO的精确性和稳定性。具体的，

delta_V_be＝VT*ln(n)；

其中，VT是指热电压(thermal voltage)，即指温度变化而引起的电位差，和温度呈正相关。

并且，本发明中，第一可调电阻模块和第二可调电阻模块受到开关信号的控制，并可分别调整阻值，从而通过阻值的变化来改变阈值电压UVLO的大小，形成阈值电压UVLO的滞回，防止抖动。

具体的，所述第一可调电阻模块包括串联的第一电阻R1和第三电阻R3及并联于第一电阻R1上的第一开关k1，所述第二可调电阻模块包括串联的第二电阻R2和第四电阻R4及并联于第二电阻R2上的第二开关k2；所述开关模块2输出断开信号时，第一开关k1和第二开关k2断开，所述开关模块2输出闭合信号时，第一开关k1和第二开关k2闭合。

从而，当开关模块2输出断开信号时，第一开关k1和第二开关k2断开，所述第一电阻R1和第二电阻R2接入电路中，从而第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极处的分压降低；当开关模块2输出闭合信号时，第一开关k1和第二开关k2闭合，所述第一电阻R1和第二电阻R2被短路，从而第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极处的分压升高。从而，改变阈值电压UVLO的值，给阈值电压UVLO一个调整的区间，防止在比较过程中产生波动。

并且，在本发明中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等。从而保证第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极处的电压相等。

另外，所述阈值模块1还包括第五电阻R5，所述第二三极管Q2的发射极通过第五电阻R5接地。从而，第五电阻R5也可以提供分压。

所述阈值模块1还包括第六电阻R6和第七电阻R7，所述第一三极管Q1的基极通过第六电阻R6接地，所述第二三极管Q2的集电极通过第七电阻R7接地；所述第六电阻R6和第七电阻R7的阻值相等。由于，如上所述，第一三极管Q1的基极和集电极相连接，因而相当于第一三极管Q1的集电极也通过第六电阻R6接地。所述第六电阻R6和第七电阻R7的阻值也相等，从而进一步保证第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极处的电压相同。

因此，当开关模块2输出断开信号时，该阈值电压UVLO+为：

开关模块2输出闭合信号时，该阈值电压UVLO-为：

其中，如上述所述，VT指热电压，n为第一三极管Q1和第二三极管Q2面积之间的倍数差。

因而，VT为正温度系数，Vbe为负温度系数，因而可以通过调整电阻R2/R4/R5/R7等的阻值及ln(n)的值，得到接近零温度系数的阈值电压UVLO。提高了阈值电压UVLO的精度。并且，也可以调整上述部件，从而任意调整UVLO+及UVLO-的绝对值，扩大了应用场景，也更加具有灵活性和实用性。

并且，上述第二三极管Q2的面积是第一三极管Q1的n倍，n＞1，从而可以调节温度系数。并且，在本发明中，第二三极管Q2的面积相对更大，以适用上述公式。

所述开关模块2用于比较阈值电压UVLO和电源电压VDD之间的大小，并将比较结果输出给后级电路，且输出开关信号，用以调整阈值电压UVLO的大小。具体的，本发明中，提供了两种开关模块2的实施例。

第一种实施例中，如图1所示，所述开关模块2包括比较器C1，所述比较器C1的输出端输出开关信号，负输入端与第一三极管Q1的集电极相连接，正输入端与第二三极管Q2的集电极相连接。从而所述比较器C1的正负端分别连接第二三极管Q2和第一三极管Q1的集电极，用以比较第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极之间的电压。但是，由于第二三极管Q2的集电极处通过第七电阻R7接地，则比较器C1的正输入端的电压经过比例计算，相当于为电源电压VDD，而比较器C1的负输入端的电压经过比例计算，相当于阈值电压UVLO。则，当VDD＞UVLO时，比较器C1的输出端输出高电平，启动后级电路，并且，第一开关k1和第二开关k2闭合，从而降低阈值电压UVLO的值，使得UVLO+变为UVLO-；当VDD＜UVLO时，比较器C1的输出端输出低电平，后级电路关闭，并且，第一开关k1和第二开关k2断开，从而提高阈值电压UVLO的值，使得UVLO-变为UVLO+。

第二种实施例中，如图2所示，所述开关模块2包括第三三极管Q2、第八电阻R8，所述第三三极管Q2的基极接入第二三极管Q2的集电极、发射极接地、集电极通过第八电阻R8接入电源电压VDD；所述开关模块2还包括PMOS管M1和NMOS管M2，所述PMOS管M1的栅极和NMOS管M2的栅极均接入第三三极管Q2的集电极，PMOS管M1的源极接电源电压VDD，NMOS管M2的源极接地，PMOS管M1和NMOS管M2的漏极相互连接且输出开关信号。

本实施例中，所述第三三极管Q2、第八电阻R8、PMOS管M1和NMOS管M2组成开关模块2，并输出开关信号给第一开关k1和第二开关k2，且输出电源电压VDD和阈值电压UVLOUVLO的比较结果给后级电路。

从而，当VDD＞UVLO时，第三三极管Q2处的基极电压进一步提高，第三三极管Q2连通，第三三极管Q2的集电极处的电压变为0。而PMOS管M1为低电平导通，因而PMOS管M1的漏极处的电压变为高电平；启动后级电路，并且，第一开关k1和第二开关k2闭合，从而降低阈值电压UVLO的值，使得UVLO+变为UVLO-。而当VDD＜UVLO时，则结果相反，再此不再赘述。

综上所述，本发明中，所述阈值电压UVLO相当于是通过电源电压VDD直接产生，因而不需要另外设置阈值电压UVLO的电路；从而，可以在本发明的欠压保护电路中直接进行比较，因而可实现快速响应。

并且，本发明中的阈值电压UVLO中，通过设置第一三极管Q1和第二三极管Q2电路，将正温度系数和负温度系数的部分分别相加，并调整为零温度系数，从而使得阈值电压UVLO更加接近为零温度系数，提高了阈值电压UVLO的精度。

另外，也可以任意调整阈值电压UVLO的值，更加具有灵活性和实用性，扩大了应用的场景。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种欠压保护电路，其特征在于，所述欠压保护电路包括电源电压、与电源电压相连接的阈值模块及与阈值模块相连接的开关模块；所述阈值模块输出阈值电压，所述开关模块接收阈值电压并输出开关信号，所述开关信号包括断开信号和闭合信号，所述阈值模块接收开关信号以对阈值电压进行调整；

2.根据权利要求1所述的欠压保护电路，其特征在于，所述阈值模块包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管和第二三极管的基极互相连接、发射极均接地，所述第一三极管的基极和集电极相互连接；所述阈值模块还包括第一可调电阻模块和第二可调电阻模块，第一三极管的集电极通过第一可调电阻模块接入电源电压，第二三极管的集电极通过第二可调电阻模块接入电源电压。

3.根据权利要求2所述的欠压保护电路，其特征在于，所述第一可调电阻模块包括串联的第一电阻和第三电阻及并联于第一电阻上的第一开关，所述第二可调电阻模块包括串联的第二电阻和第四电阻及并联于第二电阻上第二开关；所述开关模块输出断开信号时，第一开关和第二开关断开，所述开关模块输出闭合信号时，第一开关和第二开关闭合。

4.根据权利要求3所述的欠压保护电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等，第三电阻和第四电阻的阻值相等。

5.根据权利要求3所述的欠压保护电路，其特征在于，所述阈值模块还包括第五电阻，所述第二三极管的发射极通过第五电阻接地。

6.根据权利要求5所述的欠压保护电路，其特征在于，所述阈值模块还包括第六电阻和第七电阻，所述第一三极管的基极通过第六电阻接地，所述第二三极管的集电极通过第七电阻接地；所述第六电阻和第七电阻的阻值相等。

7.根据权利要求6所述的欠压保护电路，其特征在于，开关模块输出断开信号时，该阈值电压UVLO+为：

开关模块输出闭合信号时，该阈值电压UVLO-为：

8.根据权利要求7所述的欠压保护电路，其特征在于，所述第二三极管的面积是第一三极管的n倍，n＞1。

9.根据权利要求6所述的欠压保护电路，其特征在于，所述开关模块包括比较器，所述比较器的输出端输出开关信号，负输入端与第一三极管的集电极相连接，正输入端与第二三极管的集电极相连接。

10.根据权利要求6所述的欠压保护电路，其特征在于，所述开关模块包括第三三极管、第八电阻，所述第三三极管的基极接入第二三极管的集电极、发射极接地、集电极通过第八电阻接入电源电压；所述开关模块还包括PMOS管和NMOS管，所述PMOS管的栅极和NMOS管的栅极均接入第三三极管的集电极，PMOS管的源极接电源电压，NMOS管的源极接地，PMOS管和NMOS管的漏极相互连接且输出开关信号。