CN114994393B - 电压检测电路、检测芯片及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电压检测电路、检测芯片及电子设备，电压检测电路用于检测变压器的电感电压，包括：分压电阻，用于将电感电压转换为检测电压；第一跨导模块，用于根据检测电压与第一偏置电压输出传感电流以及第一反馈电流，在电感电压为第一电压前，调节第一偏置电压值，以调节第一反馈电流值，从而改变检测电压值，以降低检测电压相对于电感电压的延迟。由此，本申请可以降低检测电压相对于电感电压的延迟，并补偿分压电阻与第一电容造成的检测信号幅度衰减。

Description

电压检测电路、检测芯片及电子设备

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电压检测电路、检测芯片及电子设备。

背景技术

随着电子技术的发展，变压器得到了更为广泛的应用。变压器通常设置于开关电源中，由功率开关控制变压器中的电感进行充放电，以调节电压。

由于变压器的电感电压值较大，需要通过分压电阻将电感电压转换为较小幅值的检测电压，使得用于电感电压的检测芯片能够正常工作。然而，检测芯片的检测引脚上存在寄生电容，寄生电容与分压电阻对检测电压进行滤波，使得检测电压相对于电感电压存在延迟，降低了电感电压检测的时效性。

发明内容

鉴于上述问题，有必要提出一种可降低电感电压相对于检测电压的延迟的电压检测电路、检测芯片以及电子设备。

第一方面，本申请提供一种电压检测电路，用于检测变压器的电感电压，包括：分压电阻，分压电阻用于将电感电压转换为检测电压；第一跨导模块，第一跨导模块用于接收检测电压与第一偏置电压，并用于根据检测电压与第一偏置电压输出传感电流以及第一反馈电流，传感电流用于指示电感电压值，第一反馈电流用于调节检测电压值；在电感电压值为第一电压前，调节第一偏置电压值，以调节第一反馈电流值，从而改变检测电压值，以降低检测电压相对于电感电压的延迟。本申请通过设置分压电阻，可以在电感电压的负周期内通过检测分压电阻上流经的电流以得到检测电压；通过设置第一跨导模块，可以将检测电压进行跨导放大为传感电流，以指示检测电压值；第一跨导模块还可以输出第一反馈电流，以调节检测电压值。如此，当电感电压变化时，检测引脚上寄生电容导致检测电压延迟，可以由第一反馈电流对检测电压进行调节，以降低检测电压相对于电感电压的延迟。

在一些可能的实现方式中，还包括第一电容，第一电容电连接于第一跨导模块，第一电容用于调节第一反馈电流值。如此，第一电容可作为旁路电容，调节第一反馈电流值，以调节检测电压值。

在一些可能的实现方式中，第一偏置电压具有第一增速时，检测电压相对于电感电压的延时降低；第一偏置电压具有第二增速时，检测电压超前于电感电压。如此，可以通过控制第一偏置电压的增速，调节第一反馈电流值，以减少或抵消检测引脚上寄生电容对检测电压的影响。

在一些可能的实现方式中，还包括检测引脚，检测引脚电连接于分压电阻与第一跨导模块之间，检测引脚电连接有电容器，当第一偏置电压具有第二增速时，电容器用于调节检测电压相对于电感电压的超前或延时时间。如此，可以通过调节电容器的电容值，以改变检测引脚上寄生电容与电容器的总阻抗，以调节检测电压相对于电感电压的超前或延时时间。

在一些可能的实现方式中，还包括第一开关，第一开关的第一端接收清零信号，第一开关的第二端电连接于检测引脚，当第一开关接收到清零信号时，第一开关将检测电压置为第二电压。如此，在变压器完成一个充放电周期后，第一开关可以根据清零信号将检测电压置为第二电压，减少前一周期的检测电压余量，提高检测电压的精确度。

在一些可能的实现方式中，还包括滤波电路，滤波电路电连接于第一跨导模块，滤波电路用于接收参考偏置电压，并用于将参考偏置电压滤波得到第一偏置电压。如此，滤波电路可以减少由分压电阻以及第一电容对检测电压的滤波效果。

在一些可能的实现方式中，第一反馈电流与传感电流的幅度相等。如此，可以优化第一跨导模块的响应速度。

在一些可能的实现方式中，第一偏置电压为第一跨导模块的输出失调电压。如此，当检测电压大于零时，第一反馈电流为零，当检测电压小于零时，第一反馈电流随检测电压降低而增大，第一反馈电流与检测电压相关联。

在一些可能的实现方式中，还包括第二跨导模块，第二跨导模块包括第二偏置电压生成模块以及跨导放大单元，第二偏置电压生成模块电连接于检测引脚以及跨导放大单元，第二偏置电压生成模块用于将第一偏置电压转换为第二偏置电压，并将第二偏置电压输出到跨导放大单元，跨导放大单元用于根据第二偏置电压输出第二反馈电流，以调节流经检测引脚的检测电流。如此，第二跨导模块可以将检测电流分流为第二反馈电流，当检测电流变化时，第二反馈电流延迟变化，可以减少因分压电阻以及检测引脚上寄生电容导致检测电压衰减的效果。

在一些可能的实现方式中，检测电流为第一反馈电流与第二反馈电流之和。如此，检测电流由第一反馈电流以及第二反馈电流提供，第一反馈电流无延迟，使得传感电流幅度增强，第二反馈电流有延迟，使得传感电流幅度增速回落，从而进一步降低因分压电阻以及检测引脚上寄生电容导致检测电压衰减的效果。

在一些可能的实现方式中，第二偏置电压为第二跨导模块的输出失调电压。

在一些可能的实现方式中，第一跨导模块和/或跨导放大单元为NMOS管。

第二方面，本申请提供一种检测芯片，包括上述的电压检测电路。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括上述的检测芯片。

附图说明

图1为本申请的一种实施方式提供的电压检测电路的结构图。

图2为图1中检测引脚上寄生电容的示意图。

图3为图2中寄生电容在第一偏置电压具有第二增速时积分电流的方向示意图。

图4为图1中电压检测电路的电路图。

图5为本申请的另一种实施方式提供的电压检测电路的电路图。

图6为图1中电压检测电路的信号时序图。

主要元件符号说明

变压器 1

电感 2

分压电阻 11

第一跨导模块 12

检测芯片 13

检测引脚 131

寄生电容 132

滤波电路 14

第二跨导模块 15

第二偏置电压生成模块 151

跨导放大单元 152

电阻 R1

第一电容 C1

电容器C

第二电阻 R2

第二电容 C2

第三电阻 R3

第三电容 C3

第一开关 M1

NMOS管 M2、M3

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

本申请实施例中，“第一”、“第二”等词汇，仅是用于区别不同的对象，不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。例如，第一应用、第二应用等是用于区别不同的应用，而不是用于描述应用的特定顺序，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

请参阅图1，本申请提供一种电压检测电路10，电压检测电路10电连接于变压器1，电压检测电路10用于检测变压器1的电感电压，在一些实施方式中，电感电压可以为变压器1中副线圈的电压。

在一些实施方式中，变压器1设置于开关电源中，开关电源还包括功率开关，功率开关通过控制变压器1中的充电和放电过程，以调节开关电源的输出电压值。变压器1中电感储能释放后会持续与开关电源中与电感并联的电容谐振，且谐振过程中变压器1的电感电压以地电平为中心振荡，因此电压检测电路10可以通过检测电感电压，来判断谐振时电感已经最大程度回收电容储能的时刻，再通过功率开关开启下一个电感充放电周期，以提高开关电源的转换效率。

在一些实施方式中，电压检测电路10集成于检测芯片13中，电压检测电路10包括分压电阻11、第一跨导模块12以及检测引脚131，分压电阻11电连接于变压器1与检测引脚131之间，第一跨导模块12连接于检测引脚131。

可以理解，由于电感电压幅值较大，而超出检测引脚131的电压检测范围，因此，分压电阻11可以将电感电压转换为检测引脚131检测范围内的检测电压。由于电感电压受到功率开关的控制而呈周期性变化，在电感电压的负半周期，检测引脚131可能无法检测到检测电压的负值，因此，检测引脚131可以在电感电压为负值期间，通过检测分压电阻11上流经的电流以实现对电感电压的检测。

在一些实施方式中，电压检测电路10还包括滤波电路14，滤波电路14电连接于第一跨导模块12，滤波电路14用于接收参考偏置电压，并将参考偏置电压滤波得到第一偏置电压，第一偏置电压可为第一跨导模块12提供偏置电压。

第一跨导模块12用于根据检测电压与第一偏置电压输出第一反馈电流以及传感电流。第一反馈电流用于调节检测电压值，传感电流用于指示电感电压值。

在一些实施方式中，第一反馈电流与传感电流可以为同一电流回路中的电流，传感电流可以由电连接于第一跨导模块12的外部电源(图中未示出)提供，第一反馈电流与传感电流的幅度相等。如此，可以优化第一跨导模块12的响应速度；通过电流检测装置(例如，电流计)可以检测出传感电流值，从而获得电感电压值。

可选地，第一偏置电压可设置为第一跨导模块12的输入失调电压。如此，若检测电压大于零(即电感电压为正半周期)时，第一跨导模块12输出的第一反馈电流值为零，检测引脚131可以通过检测电压获知电感电压；若检测电压小于零(即电感电压为负半周期)时，检测引脚131无法通过负值的检测电压获知电感电压值，此时第一跨导模块12输出的第一反馈电流值随检测电压值降低而增大，传感电流亦随检测电压值降低而增大，因此第一跨导模块12可通过传感电流指示检测电压值，进而指示电感电压值。

在一些实施方式中，电压检测电路10还包括第一电容C1，第一电容C1的第一端电连接于检测引脚131，第一电容C1的第二端接地。第一电容C1可作为旁路电容，形成第一反馈电流到地的通路。因此，第一电容C1可以通过调节其电容值，控制第一反馈电流值。

在一些实施方式中，电压检测电路10还包括第一开关M1，第一开关M1的第一端接收清零信号，第一开关M1的第二端接地，第一开关M1的第三端电连接于检测引脚131。其中，清零信号可以由时钟源生成，且清零信号的频率与开关电源中功率开关的切换频率相同。第一开关M1可以为MOS管，当第一开关M1接收到清零信号时，第一开关M1控制其第二端与第三端导通，即第一开关M1将检测引脚131下拉至地电平(即低电平)，检测电压亦被下拉至第二电压(例如，零电压)。如此，在变压器1完成一个充放电周期后，第一开关M1可以根据清零信号将检测电压置为第二电压，减少前一周期的检测电压余量，提高检测电压的精确度。

请参阅图2，本申请提供的检测引脚131上存在寄生电容132，寄生电容132的第一端电连接于分压电阻11、第一跨导模块12，寄生电容132的第二端接地。

需要说明的是，寄生电容132并非人为设置，而是由电路布局自然形成的等效电容。由于电感电压以地电平为中心振荡，在电感电压下降的过程中，寄生电容132会产生积分电流Iclp，积分电流Iclp对应的电压与检测电压叠加，使得检测电压相对于电感电压的下降存在延迟，由此，第一跨导模块12输出的传感电流也相对于电感电压存在延迟，劣化了电感电压检测的时效性。

可以理解，在电感电压变化到第一电压(例如，零电压)之前，可以增大第一偏置电压，以增大第一反馈电流值，寄生电容132产生的积分电流Iclp被第一反馈电流部分地抵消，因此，增大第一偏置电压可以补偿由于寄生电容132产生的积分电流Iclp对检测电压的影响，降低检测电压相对于电感电压的延迟。

在一些实施方式中，通过控制第一偏置电压的增速，可以控制第一反馈电压对积分电流Iclp的抵消效果。具体地，当第一偏置电压具有第一增速时，如图2所示，第一反馈电流可以部分地抵消积分电流Iclp；当第一偏置电压具有第二增速时，如图3所示，第一反馈电流可以全部抵消积分电流Iclp，且可使积分电流Iclp反向，从而检测电压可以超前于电感电压，传感电流也对应地超前于电感电压。第二增速大于第一增速。

可选地，第一增速为10⁷V/s，第二增速为2*10⁷V/s。在一些实施方式中，检测引脚131还电连接有电容器C，电容器C设置于检测芯片13外部，电容器C的第一端电连接于寄生电容132的第一端，电容器C的第二端电连接于寄生电容132的第二端。当第一偏置电压具有第二增速时，电容器C可以改变其与寄生电容132的总阻抗，从而调节检测电压相对于电感电压的延迟或超前时间。

请参阅图4，本申请提供的电压检测电路10还包括电阻R1以及第二跨导模块15，第二跨导模块15包括第二偏置电压生成模块151以及跨导放大单元152，第二偏置电压生成模块151包括第二电容C2以及第二电阻R2、滤波电路14包括第三电阻R3以及第三电容C3，变压器1包括电感2，电感2的第一端接地，电感2的第二端电连接于分压电阻11的第一端，电感2相对于地的电压即为电感电压。

分压电阻11的第二端电连接于检测引脚131、第一电容C1的第一端、电阻R1的第一端、第一开关M1的第三端、第二电容C2的第一端、跨导放大单元152的第一输入端、第一跨导模块12的第一输入端，第一跨导模块12的第一输出端，第一电容C1的第二端接地，第二电阻R2的第二端接地，第二电容C2的第二端电连接于第二电阻R2的第一端以及跨导放大单元152的第二输入端，第二电阻R2的第二端电连接于第三电容C3的第一端、第三电阻R3的第一端、第一跨导模块12的第二输入端，第三电阻R3的第二端接收参考偏置电压，第三电容C3的第二端接地。

在电感电压为正值(即电感电压为正半周期)时，分压电阻11以及电阻R1将电感电压分压为检测电压，并将检测电压传送到检测引脚131，检测引脚131根据检测电压指示电感电压值。

在电感电压为负值(即电感电压为负半周期)时，第一跨导模块12通过检测引脚131获取检测电压，并根据检测电压以及第一偏置电压输出第一反馈电流以及传感电流，可以理解，第一反馈电流可以调节检测引脚131上流经的检测电流，因此第一反馈电流可以改变检测电压值，由于电感电压为交流信号，对应地，第一反馈电流亦为交流信号，第一电容C1可以将第一反馈电流导流至地，因此第一电容C1可以作为旁路电容，以改变第一反馈电流值。

第一偏置电压由滤波电路14对接收到的参考偏置电压进行滤波后得到，可以理解，由于分压电阻11与第一电容C1构成滤波回路，并对检测电压造成了滤波效果，滤波电路14通过第三电容C3以及第三电阻R3对参考偏置电压进行滤波以得到第一偏置电压，可以补偿分压电阻11与第一电容C1对检测电压造成的滤波效果。

第二跨导模块15用于对检测电流分流为第二反馈电流，具体地，第二偏置电压生成模块151接收滤波电路14提供的第一偏置电压，第二偏置电压生成模块151通过第二电容C2以及第二电阻R2对第一偏置电压进行滤波、延时后，得到第二偏置电压，跨导放大单元10根据第二偏置电压输出第二反馈电流，可以理解，第二反馈电流亦可以调节检测电流值。

可以理解，第二偏置电压延迟于第一偏置电压，第二反馈电流亦延迟于第一反馈电流。由于分压电阻11与第一电容C1对检测电压存在滤波作用，使得检测电压幅度衰减，因此，当检测电压变化时，第一反馈电流亦会发生变化，由于检测电流由第一反馈电流与第二反馈电流一同提供，而第二反馈电流延迟于第一反馈电流，若检测电流减小，第一反馈电流随之减小，而由于第二反馈电流延迟于第一反馈电流，因此第二反馈电流先增大，后减小，因此传感电流与第一反馈电流值相同，均为先减小后增大，即第二跨导模块15可以补偿由分压电阻11与第一电容C1对检测电压造成的幅度衰减。

请参阅图5，本申请另一实施方式提供一种电压检测电路30，电压检测电路30与图4中电压检测电路20的区别在于：电压检测电路30中，第一跨导模块12包括NOMS管M3，第二跨导模块15包括第二电阻R2以及NMOS管M2。

可以理解，电压检测电路30中，第一跨导模块12的输入失调电压即为NMOS管M3的阈值电压，第二跨导模块15的输入失调电压即为NMOS管M2的阈值电压。如此，可以加快第一跨导模块12以及第二跨导模块15的响应速度。NMOS管M2的栅极与源极间的等效电容构成第三电容C3，即NMOS管M2的栅源电容可与第二电阻R2配合以生成第二偏置电压。

请参阅图6，为本申请提供的电压检测电路20的信号时序图。在T1时刻前，电感电压为正半周期，检测电压与电感电压一致，但由于检测引脚131上存在寄生电容132，检测电压延迟于电感电压T1时刻。当电感电压进入负半周期时，检测引脚131通过检测分压电阻11上流经的电流以得到检测电压，第一跨导模块12根据检测电压输出第一反馈电流，且电感电压越小，第一反馈电流越大。

由于参考偏置电压为低电平，第一跨导模块12与第二跨导模块15均未导通，此时检测电流完全由第一反馈电流提供。在T0时刻时，清零信号由高电平变为低电平，第一开关M1断开，检测引脚131不再被下拉至地电平(即零电平)，检测电压不再被置零。此时参考偏置电压变为高电平，由于滤波电路14包括第三电容C3，第一偏置电压延迟于参考偏置电压增大，第一反馈电流随第一偏置电压增大而增大，从而检测电压随之增大。

检测电流由第一反馈电流以及第二反馈电流提供，在T2时段，第一偏置电压具有第二增速，因此传感电流超前于电感电压(即在电感电压变为零之前，第一跨导模块12输出传感电流)。

由于第二偏置电压生成模块151包括第二电容C2，因此第二偏置电压延迟于第一偏置电压，对应地，第二反馈电流延迟于第一反馈电流，当第二反馈电流增大时，检测电流与第一反馈电流均减小，而当电感电压进入负半周期后，电感电压不断减小，检测引脚131通过检测分压电阻11上流经的电流以获取检测电压，第一反馈电流增大，而第二反馈电流减小。因此，在电感电压进入负半周期前，传感电流值与检测电流值之比大于在电感电压进入负半周期后，传感电流值与检测电流值之比。传感电流值与检测电流值之比的变化速度可由第二电阻R2与第二电容C2的总阻抗决定。

本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括检测芯片13。在一些实施方式中，电子设备可以是，但不限于笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机等。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电压检测电路，用于检测变压器的电感电压，其特征在于，包括：

分压电阻，所述分压电阻用于将所述电感电压转换为检测电压；

第一跨导模块，所述第一跨导模块用于接收所述检测电压与第一偏置电压，并用于根据所述检测电压与所述第一偏置电压输出传感电流以及第一反馈电流，所述传感电流用于指示所述电感电压，所述第一反馈电流用于调节所述检测电压；

检测引脚，所述检测引脚电连接于所述分压电阻与所述第一跨导模块之间，所述检测引脚用于接收所述检测电压以及所述第一反馈电流，并用于根据第一反馈电流补偿所述检测电压；

第二跨导模块，所述第二跨导模块包括第二偏置电压生成模块以及跨导放大单元，所述第二偏置电压生成模块电连接于所述检测引脚以及所述跨导放大单元，所述第二偏置电压生成模块用于将所述第一偏置电压转换为第二偏置电压，并将所述第二偏置电压输出到所述跨导放大单元，所述跨导放大单元用于根据所述第二偏置电压输出第二反馈电流，以调节流经所述检测引脚的检测电流；

在所述电感电压为第一电压前，调节所述第一偏置电压，以调节所述第一反馈电流，从而改变所述检测电压，以降低所述检测电压相对于所述电感电压的延迟。

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述第一偏置电压具有第一增速时，所述检测电压相对于所述电感电压的延时降低；所述第一偏置电压具有第二增速时，所述检测电压超前于所述电感电压。

3.如权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述检测引脚电连接有电容器，当所述第一偏置电压具有第二增速时，所述电容器用于调节所述检测电压相对于所述电感电压的超前或延时时间。

4.如权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于，还包括第一开关，所述第一开关的第一端接收清零信号，所述第一开关的第二端电连接于所述检测引脚，当所述第一开关接收到所述清零信号时，所述第一开关将所述检测电压置为第二电压。

5.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路电连接于所述第一跨导模块，所述滤波电路用于接收参考偏置电压，并用于将所述参考偏置电压滤波得到所述第一偏置电压。

6.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述第一反馈电流与所述传感电流的幅度相等，所述第一偏置电压为所述第一跨导模块的输出失调电压。

7.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述检测电流为所述第一反馈电流与所述第二反馈电流之和，所述第二偏置电压为所述第二跨导模块的输出失调电压。

8.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述第一跨导模块和/或所述跨导放大单元为NMOS管。

9.一种检测芯片，其特征在于，所述检测芯片包括如权利要求1至8任一项所述的电压检测电路。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的检测芯片。

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