CN113945856B - 基于浮动电源域的电源电压uvlo检测电路 - Google Patents

基于浮动电源域的电源电压uvlo检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，所述电路包括：分压单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和低压侧之间，用于对浮动电源域进行分压，得到分压电压VHB‑HS；基准电压产生单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和基准电位之间，用于产生基准电压VREF；比较器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端和第二输入端分别与分压电压VHB‑HS和基准电压VREF相连，输出端用于输出检测信号Vout。本发明的UVLO检测电路可以用比较简单的电路实现比较高的UVLO门限精度；电路响应速度比较快，适用于高压应用领域；静态功耗比较低，整个电路面积比较小，可以做到低成本、低功耗。

Description

基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路
技术领域
本发明属于电压检测技术领域，具体涉及一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路。
背景技术
在BUCK、BOOST或者High side driver(高压侧驱动)电路中有浮动电源驱动highside(高压侧)的NMOS管(NMOS管外置或集成在芯片内)，如图1所示为现有技术中高压侧驱动电路的示意图，其中，浮动电源域为HB-HS，在工作中HB和HS的电压波形如图2所示，每个周期HS和HB都是脉冲信号，HB与HS的电压差几乎保持不变。在半桥驱动电路中，ΔV1可以高到120V，ΔV2大约5V。
在High side driver(高压侧驱动)电路中，通常需要通过UVLO检测电路用来检测HB与HS之间的电压差：
如图3所示，现有技术中的一种UVLO检测电路包括电阻R1、PMOS管M1、基准电流源I1及反相器，电阻R1及PMOS管M1的栅极分别与高压HB和低压HS相连，VHB-VHS>Vgs_M1+I1*R1，由于Vgs_M1(PMOS管M1的栅源电压)工艺偏差比较大，UVLO的精度不够高，偏差会在10％以上；
如图4所示，现有技术中的另一UVLO检测电路包括电阻R1～R4、及比较器，R1与R2、R3与R4分别对高压HB和低压HS进行分压，并将分压后的电压接入比较器的两个输入端进行比较，K*(VHB-VHS)>Vos，K＝R1/R2＝R3/R4；当高压HB达到100V时，分压比例较大，比较器误差有倍增效应，分压电阻面积和功耗很难折中。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，从而提高UVLO门限精度。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，所述电路包括：
分压单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和低压侧之间，用于对浮动电源域进行分压，得到分压电压VHB-HS；
基准电压产生单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和基准电位之间，用于产生基准电压VREF；
比较器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端和第二输入端分别与分压电压VHB-HS和基准电压VREF相连，输出端用于输出检测信号Vout。
一实施例中，所述分压单元包括若干连接于高压侧和低压侧之间的分压电阻。
一实施例中，所述分压单元包括第一电阻R1及第二电阻R2，其中，第一电阻R1的第一端与浮动电源域的高压侧相连，第二电阻R2的第二端与浮动电源域的低压侧相连，第一电阻R1的第二端与第一电阻R1的第一端相连，比较器的第一输入端与第一电阻R1的第二端及第一电阻R1的第一端相连。
一实施例中，所述分压电压VHB-HS＝K*(VHB-VHS)，其中，K为第一电阻R1与第二电阻R2的比值，VHB及VHS分别为高压侧和低压侧的电压。
一实施例中，所述基准电压产生单元包括第三电阻R3及电流源。
一实施例中，所述第三电阻R3的第一端与浮动电源域的高压侧相连，第三电阻R3的第二端与电流源的第一端相连，电流源的第二端与基准电位相连。
一实施例中，所述基准电压VREF＝VHB-I1*R3，其中，I1为电流源产生的基准电流，VHB为高压侧的电压。
一实施例中，所述基准电压产生单元还包括高压隔离器件。
一实施例中，所述高压隔离器件为NMOS管，NMOS管的源极与电流源的第一端相连，漏极与第三电阻R3的第二端相连，栅极接外部驱动信号。
一实施例中，所述比较器工作于浮动电压域的高压侧和低压侧之间。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的UVLO检测电路可以用比较简单的电路实现比较高的UVLO门限精度；电路响应速度比较快，适用于高压应用领域；静态功耗比较低，整个电路面积比较小，可以做到低成本、低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中高压侧驱动电路的示意图；
图2为现有技术中HB和HS波形示意图；
图3为现有技术中一种UVLO检测电路的示意图；
图4为现有技术中另一UVLO检测电路的示意图；
图5为本发明一具体实施例中UVLO检测电路的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，该电路包括：
分压单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和低压侧之间，用于对浮动电源域进行分压，得到分压电压VHB-HS；
基准电压产生单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和基准电位之间，用于产生基准电压VREF；
比较器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，第一输入端和第二输入端分别与分压电压VHB-HS和基准电压VREF相连，输出端用于输出检测信号Vout。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图5所示，本发明一具体实施例中基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其包括：
分压单元10，电性连接于浮动电源域的高压侧(HB)和低压侧(HS)之间，用于对浮动电源域进行分压，得到分压电压VHB-HS；
基准电压产生单元20，电性连接于浮动电源域的高压侧(HB)和基准电位之间，用于产生基准电压VREF；
比较器30，包括第一输入端(+)、第二输入端(-)及输出端，第一输入端和第二输入端分别与分压电压VHB-HS和基准电压VREF相连，输出端用于输出检测信号Vout。
具体地，分压单元10包括若干连接于高压侧和低压侧之间的分压电阻。
本实施例中，分压单元包括第一电阻R1及第二电阻R2，其中，第一电阻R1的第一端与浮动电源域的高压侧(HB)相连，第二电阻R2的第二端与浮动电源域的低压侧(HS)相连，第一电阻R1的第二端与第一电阻R1的第一端相连，比较器的第一输入端与第一电阻R1的第二端及第一电阻R1的第一端相连。
通过上述分压单元的设计，分压电压VHB-HS＝K*(VHB-VHS)，其中，K为第一电阻R1与第二电阻R2的比值，VHB及VHS分别为高压侧和低压侧的电压。
具体地，基准电压产生单元包括第三电阻R3及电流源。
本实施例中，第三电阻R3的第一端与浮动电源域的高压侧(HB)相连，第三电阻R3的第二端与电流源的第一端相连，电流源的第二端与基准电位(本实施例中的基准电位以地电位为例进行说明)相连。
通过上述基准电压产生单元的设计，基准电压VREF＝VHB-I1*R3，其中，I1为电流源产生的基准电流，VHB为高压侧的电压。
进一步地，基准电压产生单元20还包括高压隔离器件。
本实施例中的高压隔离器件为NMOS管M1，NMOS管M1的源极与电流源的第一端相连，漏极与第三电阻R3的第二端相连，栅极接外部驱动信号。应当理解的是，在其他实施例中高压隔离器件也可以采用其他类型的隔离器件，此处不再一一举例说明。
本实施例中的比较器工作于浮动电压域的高压侧(HB)和低压侧(HS)之间，分压电压VHB-HS和基准电压VREF分别输入至比较器，从而得到检测信号Vout。
如本实施例中，K＝R1/R2＝0.1，I1＝3μA，R3＝100Kohm，VHB-VHS>3V，则浮动电源域UVLO门限为3V。
本发明中的UVLO门限精度与以下因素有关，总体来看都比较容易做到很高：
1)K，即R1与R2的比值，由于没有电阻工艺误差，电阻比值精度比较容易做到很高；
2)I1*R3，电流源I1可以用V/R4(R4为电流源I1的内置电阻)的方式得到，因此，R3与R4的工艺误差可以抵消，精度比较高；
3)比较器的offset，精度可以做到比较高。
本发明的电路响应速度比较快，在高压应用领域也可以使用：
1)R1/R2是在高压域的电阻分压，没有额外高压器件寄生电容，响应速度快；
2)I1*R3是整个电路结构中速度限制点，因为高压隔离器件M1的寄生电容比较大，但是仅此一个高压器件的寄生电容，相对其它结构速度更快；
3)比较器，工作在浮动电压域，不直接跨高低压，所以速度可以很快。
从以上电路结构看，主要功耗有R1/R2之路，电流大约2μA；I1大约3μA；比较器大约15μA；整个架构电路功耗可以控制在20μA左右。
上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明的UVLO检测电路可以用比较简单的电路实现比较高的UVLO门限精度；电路响应速度比较快，适用于高压应用领域；静态功耗比较低，整个电路面积比较小，可以做到低成本、低功耗。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例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，各实施例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。

Claims (7)

1.一种基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述电路包括：
分压单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和低压侧之间，用于对浮动电源域进行分压，得到分压电压VHB-HS；
基准电压产生单元，电性连接于浮动电源域的高压侧和基准电位之间，用于产生基准电压VREF；
比较器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端和第二输入端分别与分压电压VHB-HS和基准电压VREF相连，输出端用于输出检测信号Vout；
所述基准电压产生单元包括第三电阻R3及电流源，还包括高压隔离器件；所述第三电阻R3的第一端与浮动电源域的高压侧相连，第三电阻R3的第二端与电流源的第一端分别与高压隔离器件的两端相连，电流源的第二端与基准电位相连。
2.根据权利要求1所述的基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述分压单元包括若干连接于高压侧和低压侧之间的分压电阻。
3.根据权利要求2所述的基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述分压单元包括第一电阻R1及第二电阻R2，其中，第一电阻R1的第一端与浮动电源域的高压侧相连，第二电阻R2的第二端与浮动电源域的低压侧相连，第一电阻R1的第二端与第一电阻R1的第一端相连，比较器的第一输入端与第一电阻R1的第二端及第一电阻R1的第一端相连。
4.根据权利要求3所述的基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述分压电压VHB-HS＝K*(VHB-VHS)，其中，K为第一电阻R1与第二电阻R2的比值，VHB及VHS分别为高压侧和低压侧的电压。
5.根据权利要求1所述的基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述基准电压VREF＝VHB-I1*R3，其中，I1为电流源产生的基准电流，VHB为高压侧的电压。
6.根据权利要求1所述的基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述高压隔离器件为NMOS管，NMOS管的源极与电流源的第一端相连，漏极与第三电阻R3的第二端相连，栅极接外部驱动信号。
7.根据权利要求1所述的基于浮动电源域的电源电压UVLO检测电路，其特征在于，所述比较器工作于浮动电压域的高压侧和低压侧之间。
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