CN114689934A - 一种模块化电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请包括一种模块化电压检测电路，具体涉及电压检测技术领域。在该电路中，电路的电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点；第一节点依次通过第二电阻以及第二三极管接地；第一节点还通过第三电阻接地；电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻以及第一三极管接地；电压输入端还依次通过第一电流镜的第三端以及第三电流镜的无源端接地；电压输入端还通过第三电流镜的有源端接地。上述模块化电压检测电路的电路结构简单，元器件较少，从而降低了电压检测电路的复杂度，减小了电压检测电路的体积。

Description

一种模块化电压检测电路

技术领域

本发明涉及电压检测技术领域，具体涉及一种模块化电压检测电路。

背景技术

现有技术的电路结构中通常需要对电压进行检测，并根据电压的检测结果生成控制信号以对电路进行控制，从而保证电路的稳定运行。

本领域中常见的电压检测电路如图1所示，其中V_D是待检测的输入电压，GND为接地，R5和R6为检测电阻，U1为比较器，REF为基准电压产生电路，V_S为电压检测电路的输出信号。检测电阻R5和R6对待检测的输入电压进行分压操作，并将分压后的电压信号输入到比较器U1正相输入端中；同时，基准电压产生电路产生基准电压信号输入到比较器U1反相输入端中，此时，比较器U1将分压后的电压信号和基准电压信号进行比较，从而输出电压检测电路的输出信号V_S，当V_S为高时，说明待检测的输入电压V_D达到某一阈值，当V_S为低时，说明待检测的输入电压V_D未达到某一阈值。

但上述方案中，电压检测电路中存在基准电压产生电路，从而增加了电路的复杂度，并且增大了电路的体积，且常见的基准电压产生电路受温度影响较大，因此在温度较高或较低的应用场合中，基准电压产生电路输出的基准电压误差较大，从而导致电压检测电路出现较大误差。

发明内容

本申请实施例提供一种模块化电压检测电路，降低了电压检测电路的复杂度，减小了电压检测电路的体积，所述电路包括第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜；

所述电路的电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点；

所述第一节点依次通过第二电阻以及第二三极管接地；所述第一节点还通过第三电阻接地；

所述电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻以及第一三极管接地；

所述电压输入端还依次通过第一电流镜的第三端以及第三电流镜的无源端接地；

所述电压输入端还通过第三电流镜的有源端接地；

所述电压输入端依次通过第四电阻以及第三电阻接地。

在一种可能的实现方式中，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同；

所述第一三极管与所述第二三极管为相同参数的三极管。

在一种可能的实现方式中，所述第一三极管的基极与集电极接地；所述第一三极管的发射极与所述第一电阻相连。

在一种可能的实现方式中，所述第二三极管的基极与集电极接地；所述第二三极管的发射极与所述第二电阻相连。

在一种可能的实现方式中，所述第一电流镜的第一端包括第三MOS管；所述第一电流镜的第二端包括第四MOS管；所述第一电流镜的第三端包括第五MOS管；

所述第三MOS管、第四MOS管以及第五MOS管的栅极相连。

在一种可能的实现方式中，所述电压输入端与所述第三MOS管的源极连接；所述第三MOS管的漏极与所述第一MOS管的漏极连接；所述第一MOS管的源极与所述第一节点连接；

所述电压输入端与所述第四MOS管的源极连接；所述第四MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极连接；所述第二MOS管的源极依次通过第一电阻以及第一三极管接地。

在一种可能的实现方式中，所述第三电流镜的无源端包括第六MOS管M6；所述第三电流镜的有源端包括第七MOS管；

所述电压输入端通过第一电流源与所述第七MOS管的漏极相连；所述第七MOS管的栅极与所述第六MOS管的栅极相连；所述第七MOS管的栅极与所述第七MOS管的漏极相连。

在一种可能的实现方式中，所述电压输入端与所述第五MOS管的源极连接；所述第五MOS管的漏极与所述第六MOS管的漏极连接；所述第六MOS管的源极接地；

所述电压输入端通过第一电流源与所述第七MOS管的漏极连接，且所述第七MOS管的源极接地。

在一种可能的实现方式中，所述第五MOS管的漏极与所述电路中的输出节点连接，以将电压检测信号通过所述输出节点输出。

在一种可能的实现方式中，所述第一电流镜的第一端包括第五三极管；所述第一电流镜的第二端包括第六三极管；所述第一电流镜的第三端包括第七三极管；

所述第二电流镜的第一端包括第三三极管；所述第二电流镜的第二端包括第四三极管；

所述第三电流镜的有源端包括第八三极管；所述第三电流镜的无源端包括第九三极管。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在模块化电压检测电路中，该电路中包括第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜，且电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点；第一节点依次通过第二电阻以及第二三极管接地，且第一节点通过第三电阻接地；电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻以及第一三极管接地；此时由于第一节点处的电压即为第三电阻上的电压值，且第一电流镜中第三端流出的电流与第一电流镜中第一端流出的电流相同，因此当第一电流镜的第三端流出的电流大于第三电流镜的无源端流出的电流时，此时第一电流镜的第三端与第三电流镜的无源端之间的输出节点累积电荷，此时电压检测电路的输出信号为高，当第一电流镜的第三端流出的电流小于第三电流镜的无源端流出的电流时，此时第一电流镜的第三端与第三电流镜的无源端之间的输出节点释放电荷，此时电压检测电路的输出信号为低。

因此上述方案将基准电压产生电路和比较器电路进行模块化设计，通过一个模块化的电路同时实现基准电压产生电路和比较器电路的功能，从而得到一种模块化电压检测电路；

且该模块化电压检测电路的电路结构简单，元器件较少，从而降低了电压检测电路的复杂度，减小了电压检测电路的体积；

该模块化电压检测电路通过独特的电路设计和参数选取，消除了温度对电压检测电路的影响，从而大大提高了电压检测精度；

在该模块化电压检测电路中只需对第三电阻和第四电阻的阻值进行调节，即可得到不同的检测电压临界值，即该模块化电压检测电路通过简单的电阻调节即可将其应用于不同的主电路中，从而大大提高了该模块化电压检测电路的应用范围；同时，在对该模块化电压检测电路进行修调时，只需对上述两个电阻进行修调即可，而无需对基准电压产生电路等进行修调，从而降低修调难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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是常见的电压检测电路的结构示意图。

图2是根据本申请一个示例性实施例示出的一种模块化电压检测电路的结构示意图。

图3示出了本申请实施例涉及的一种模块化电压检测电路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图2是根据本申请一个示例性实施例示出的一种模块化电压检测电路的结构示意图。如图2所示，该电路包括第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜；

该电路的电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点A；

该第一节点A依次通过第二电阻R2以及第二三极管Q2接地；该第一节点A还通过第三电阻R3接地；

该电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻R1以及第一三极管Q1接地；

该电压输入端还依次通过第一电流镜的第三端以及第三电流镜的无源端接地；

该电压输入端还通过第三电流镜的有源端接地。

在一种可能的实现方式中，该第一电阻R1与该第二电阻R2的阻值相同；

该第一三极管Q1与该第二三极管Q2为相同参数的三极管。

在一种可能的实现方式中，该电路还包括第四电阻R4；

该电压输入端依次通过第四电阻R4以及第三电阻R3接地。

在一种可能的实现方式中，该第一三极管Q1的基极与集电极接地；该第一三极管Q1的发射极与该第一电阻R1相连。

在一种可能的实现方式中，该第二三极管Q2的基极与集电极接地；该第二三极管Q2的发射极与该第二电阻R2相连。

在一种可能的实现方式中，该第一电流镜的第一端包括第三MOS管M3；该第一电流镜的第二端包括第四MOS管M4；该第一电流镜的第三端包括第五MOS管M5；

该第三MOS管M3、第四MOS管M4以及第五MOS管M5的栅极相连。

在一种可能的实现方式中，该电压输入端与该第三MOS管M3的源极连接；该第三MOS管M3的漏极与该第一MOS管M1的漏极连接；该第一MOS管M1的源极与该第一节点A连接；

该电压输入端与该第四MOS管M4的源极连接；该第四MOS管M4的漏极与该第二MOS管M2的漏极连接；该第二MOS管M2的源极依次通过第一电阻R1以及第一三极管Q1接地。

在一种可能的实现方式中，该第三电流镜的无源端包括第六MOS管M6；该第三电流镜的有源端包括第七MOS管M7；

该电压输入端通过第一电流源I1与该第七MOS管M7的漏极相连；该第七MOS管M7的栅极与该第六MOS管M6的栅极相连；该第七MOS管M7的栅极与该第七MOS管M7的漏极相连。

在一种可能的实现方式中，该电压输入端与该第五MOS管M5的源极连接；该第五MOS管M5的漏极与该第六MOS管M6的漏极连接；该第六MOS管M6的源极接地；

该电压输入端通过第一电流源I1与该第七MOS管M7的漏极连接，且该第七MOS管M7的源极接地。

可选的，第一MOS管M1和第二MOS管M2为参数完全相同的NMOS管，第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5为参数完全相同的PMOS管，第六MOS管M6和第七MOS管M7为参数完全相同的NMOS管；第一三极管Q1和第二三极管Q2为参数完全相同的PNP三极管，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相同（如为890KΩ）。

可选的，该第五MOS管的漏极与该电路中的输出节点S连接，以将电压检测信号V_S通过该输出节点S输出。

以下对上述电路结构的工作原理进行解释说明：

如图2所示，设定第一节点A点电压为V_A，图2中B点电压为V_B，图2中E点电压为V_E，图2中F点电压为V_F，因此，第二电阻R2上的电流为(V_A-V_E)/R2，第一电阻R1上的电流为(V_B-V_F)/R1；

由于第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5构成第一电流镜电路，因此，流过第三MOS管M3的电流IM3、流过第四MOS管M4的电流IM4和流过第五MOS管M5的电流IM5均相等，即IM3=IM4=IM5，此时，IM4流入第二MOS管M2，IM3流入第一MOS管M1，故流过第一MOS管M1的电流IM1和第二MOS管M2中的电流IM2也相等，即IM1=IM2，因此，第一MOS管M1的栅源电压差和第二MOS管M2的栅源电压差相同，且由于第一MOS管M1的栅极和第二MOS管M2的栅极相连，即因此第一MOS管栅极处的电压V_G1等于第二MOS管栅极处的电压V_G2，因此，第一MOS管M1的源极电压V_S1和第二MOS管M2的源极电压V_S2相等，即V_A=V_S1=V_S2=V_B；

同时，第一电阻R1与第二电阻R2参数完全相同，第一三极管Q1和第二三极管Q2参数也完全相同，此时作以下假设：

（1）假设第二电阻R2上流过的电流IR2大于第一电阻R1上流过的电流IR1，即IR2>IR1，故此时，V_B-V_F<V_A-V_E，因此，V_F>V_E，又由于第一三极管Q1和第二三极管Q2基极相连，因此，流过第一三极管Q1的电流IQ1大于流过第二三极管Q2的电流IQ2，即IQ1>IQ2；同时，第一电阻R1和第一三极管Q1串联，第二电阻R2和第二三极管Q2串联，因此，IR1=IQ1，IR2=IQ2，故此时，电流大小存在矛盾之处，此假设不成立；

（2）假设第二电阻R2上流过的电流IR2小于第一电阻R1上流过的电流IR1，即IR2<IR1，故此时，V_B-V_F>V_A-V_E，因此，V_F<V_E，又由于第一三极管Q1和第二三极管Q2基极相连，因此，流过第一三极管Q1的电流小于流过第二三极管Q2的电流，即IQ1<IQ2；同时，第一电阻R1和第一三极管Q1串联，第二电阻R2和第二三极管Q2串联，因此，IR1=IQ1，IR2=IQ2，故此时，电流大小也存在矛盾之处，此假设也不成立；

（3）假设第二电阻R2上流过的电流IR2等于第一电阻R1上流过的电流IR1，即IR2=IR1，故此时，V_B-V_F=V_A-V_E，因此，V_F=V_E，又由于第一三极管Q1和第二三极管Q2基极相连，因此，流过第一三极管Q1的电流等于流过第二三极管Q2的电流，即IQ1=IQ2；同时，第一三极管电路中的第一电阻R1和第一三极管Q1串联，第二电阻R2和第二三极管Q2串联，因此，IR1=IQ1，IR2=IQ2，故此时，电流大小不存在矛盾之处，此假设成立；

故由上述分析可知，V_A=V_B，且V_E=V_F，因此，第一电阻R1和第二电阻R2上流过的电流均为(V_A-V_E)/R2，同时，在第一电流镜和第二电流镜的作用下，使得IM4=IM2=IR1=IM3=IM1=IR2=(V_A-V_E)/R2；

此时，第一节点A的电流包括从第一MOS管M1流入的电流、从第四电阻R4流入的电流、流出到第二电阻R2中的电流和流出到第三电阻R3中的电流，对第一节点A运用基尔霍夫电流定律，流入第一节点A的电流等于流出第一节点A的电流，可得到算式：(V_A-V_E)/R2+(V_DD -V_A)/R4= (V_A-V_E)/R2+V_A/R3，故计算可得V_A= V_DD *(R3/(R3+R4))；其中V_DD为电压输入端的电压值；

当计算得到A点电压之后，即可得IM4=(V_A-V_E)/R2，故在第二电流镜的作用下，IM5=IM4=(V_A-V_E)/R2；

同时，第一电流源I1与第七MOS管M7串联，因此，I1等于第七MOS管流经的电流IM7，故在第一电流镜的作用下，I1等于第七MOS管流经的电流IM7，且I1也等于第六MOS管流经的电流IM6；

并且，由于当IM5>IM6时，电压检测电路的输出节点S处积累电荷，电压检测电路的输出信号V_S为高；当IM5<IM6时，电压检测电路的输出节点S处释放电荷，电压检测电路的输出信号V_S为低；因此，临界状态为IM5=IM6，即(V_A-V_E)/R2=I1，其中，V_E的电压是PNP结构的第二三极管Q2的发射极和基极之间的电压差，该电压差是一个-1.993mv/℃的负温度系数电压，即V_E=1.2V-1.993mv*K，K为开尔文温度，因此，V_A-V_E=I1*R2，V_A-1.2+1.993mv*K=I1*R2，且第二电阻R2的阻值为890KΩ，从而可得V_A-1.2= I1*890KΩ-1.993mv*K；

又由上文可得，V_A= V_DD *(R3/(R3+R4))，因此，为了得到临界状态时待检测的输入电压V_DD的值，同时消除温度对电压检测电路的影响，可将I1*890KΩ设计为等于1.993mv*K，故此时，即可将第一电流源I1设计为正比于绝对温度的电流源，故其大小为0.086mv*K*ln(15)/104KΩ；

由上述分析可知，当将第二电阻R2的阻值设计为890KΩ，且将正比于绝对温度的第一电流源I1设计为0.086mv*K*ln(15)/104KΩ时，即可得V_DD*(R3/(R3+R4))-1.2=0，即V_DD=(R3+R4)/R3*1.2V；因此，当V_DD >(R3+R4)/R3*1.2V时，电压检测电路的输出信号V_S输出为高，当V_DD <(R3+R4)/R3*1.2V时，电压检测电路的输出信号V_S输出为低，此时通过设置不同的第三电阻R3和第四电阻R4的阻值，即可得到不同的检测电压临界值，从而应用于不同电路中。

需要注意的是，在一种可能的实现方式中，在本申请实施例所涉及的模块化电压检测电路中，第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜可以由若干个三极管组合实现。请参考图3，其示出了本申请实施例涉及的一种模块化电压检测电路示意图。

如图3所示，在该模块化电压检测电路中，该第一电流镜的第一端包括第五三极管Q5；该第一电流镜的第二端包括第六三极管Q6；该第一电流镜的第三端包括第七三极管Q7；且该第五三极管Q5、第六三极管Q6以及第七三极管Q7为PNP三极管；

该第二电流镜的第一端包括第三三极管Q3；该第二电流镜的第二端包括第四三极管Q4；且该第三三极管Q3以及第四三极管Q4为NPN三极管；

该第三电流镜的有源端包括第八三极管Q8；该第三电流镜的无源端包括第九三极管Q9，且该第八三极管Q8以及第九三极管Q9为NPN三极管。

由于图3中由各个三极管所构成的第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜，与图2中由各个MOS管所构成的第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜的工作原理类似，因此图3所示的模块化电压检测电路同样可以按照类似于图2所示的模块化电压检测电路的工作原理实现对电压的检测，此处不再赘述。

综上所述，在模块化电压检测电路中，该电路中包括第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜，且电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点；第一节点依次通过第二电阻以及第二三极管接地，且第一节点通过第三电阻接地；电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻以及第一三极管接地；此时由于第一节点处的电压即为第三电阻上的电压值，且第一电流镜中第三端流出的电流与第一电流镜中第一端流出的电流相同，因此当第一电流镜的第三端流出的电流大于第三电流镜的无源端流出的电流时，此时第一电流镜的第三端与第三电流镜的无源端之间的输出节点累积电荷，此时电压检测电路的输出信号为高，当第一电流镜的第三端流出的电流小于第三电流镜的无源端流出的电流时，此时第一电流镜的第三端与第三电流镜的无源端之间的输出节点释放电荷，此时电压检测电路的输出信号为低。

因此上述方案将基准电压产生电路和比较器电路进行模块化设计，通过一个模块化的电路同时实现基准电压产生电路和比较器电路的功能，从而得到一种模块化电压检测电路；

且该模块化电压检测电路的电路结构简单，元器件较少，从而降低了电压检测电路的复杂度，减小了电压检测电路的体积；

该模块化电压检测电路通过独特的电路设计和参数选取，消除了温度对电压检测电路的影响，从而大大提高了电压检测精度；

在该模块化电压检测电路中只需对第三电阻和第四电阻的阻值进行调节，即可得到不同的检测电压临界值，即该模块化电压检测电路通过简单的电阻调节即可将其应用于不同的主电路中，从而大大提高了该模块化电压检测电路的应用范围；同时，在对该模块化电压检测电路进行修调时，只需对上述两个电阻进行修调即可，而无需对基准电压产生电路等进行修调，从而降低修调难度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种模块化电压检测电路，其特征在于，所述电路包括第一电流镜、第二电流镜以及第三电流镜；

所述电路的电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点；

所述第一节点依次通过第二电阻以及第二三极管接地；所述第一节点还通过第三电阻接地；

所述电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻以及第一三极管接地；

所述电压输入端还依次通过第一电流镜的第三端以及第三电流镜的无源端接地；

所述电压输入端还通过第三电流镜的有源端接地；

所述电压输入端还依次通过第四电阻以及第三电阻接地。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同；所述第一三极管与所述第二三极管为相同参数的三极管。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一三极管的基极与集电极接地；所述第一三极管的发射极与所述第一电阻相连；

所述第二三极管的基极与集电极接地；所述第二三极管的发射极与所述第二电阻相连。

4.根据权利要求1至3任一所述的电路，其特征在于，所述第一电流镜的第一端包括第三MOS管；所述第一电流镜的第二端包括第四MOS管；所述第一电流镜的第三端包括第五MOS管；

所述第三MOS管、第四MOS管以及第五MOS管的栅极相连。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二电流镜的第一端包括第一MOS管；所述第二电流镜的第二端包括第二MOS管；

所述第一MOS管与所述第二MOS管的栅极相连。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电路的电压输入端依次通过第一电流镜的第一端、第二电流镜的第一端连接至第一节点，包括：

所述电压输入端与所述第三MOS管的源极连接；所述第三MOS管的漏极与所述第一MOS管的漏极连接；所述第一MOS管的源极与所述第一节点连接；

所述电压输入端还依次通过第一电流镜的第二端、第二电流镜的第二端、第一电阻以及第一三极管接地，包括：

所述电压输入端与所述第四MOS管的源极连接；所述第四MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极连接；所述第二MOS管的源极依次通过第一电阻以及第一三极管接地。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第三电流镜的无源端包括第六MOS管；所述第三电流镜的有源端包括第七MOS管；

所述电压输入端通过第一电流源与所述第七MOS管的漏极相连；所述第七MOS管的栅极与所述第六MOS管的栅极相连；所述第七MOS管的栅极与所述第七MOS管的漏极相连。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述电压输入端还依次通过第一电流镜的第三端以及第三电流镜的无源端接地，包括：

所述电压输入端与所述第五MOS管的源极连接；所述第五MOS管的漏极与所述第六MOS管的漏极连接；所述第六MOS管的源极接地；

所述电压输入端还通过第三电流镜的有源端接地，包括：

所述电压输入端通过第一电流源与所述第七MOS管的漏极连接，且所述第七MOS管的源极接地。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第五MOS管的漏极与所述电路中的输出节点连接，以将电压检测信号通过所述输出节点输出。

10.根据权利要求1至3任一所述的电路，其特征在于，所述第一电流镜的第一端包括第五三极管；所述第一电流镜的第二端包括第六三极管；所述第一电流镜的第三端包括第七三极管；

所述第二电流镜的第一端包括第三三极管；所述第二电流镜的第二端包括第四三极管；

所述第三电流镜的有源端包括第八三极管；所述第三电流镜的无源端包括第九三极管。

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