CN116430102B - 一种宽输入电压范围的电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电压检测技术领域，具体涉及一种宽输入电压范围的电压检测电路，在电压检测电路中，电源电压VIN依次通过第一电流源、第一三极管及第一二极管连接至第一节点E；还依次通过第二电流源、第三三极管及第二二极管连接至第二节点F；电源电压VIN还通过第二电流镜结构连接至电压检测输出端VO；第一电压输入端VP通过第一电阻连接至第一节点E；第一节点E通过第六开关管连接至第三节点G；第二电压输入端VD通过第二电阻连接至第二节点F。通过上述电压检测电路结构可以实现对全范围内的输入电压进行电压检测，大大增大了电压检测电路的应用范围。

Description

一种宽输入电压范围的电压检测电路

技术领域

本申请涉及电压检测技术领域，具体涉及一种宽输入电压范围的电压检测电路。

背景技术

差分电压检测电路是本领域常见的电压检测电路。

而现有技术中的差分电压检测电路通常具有固定的输入电压范围，即本领域中的差分电压检测电路一般分为高压检测电路和低压检测电路，高压检测电路通常只能对高输入电压进行检测，而低压检测电路通常只能对低输入电压进行检测，因此，现有技术中的电压检测电路应用范围较小。

发明内容

本申请提供了一种宽输入电压范围的电压检测电路，可以大大增大电压检测电路的应用范围，该技术方案如下：

在所述电压检测电路中，电源电压VIN依次通过第一电流源A1及第一三极管Q1连接至第一节点E；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流源A2及第三三极管Q3连接至第二节点F；

所述第一三极管Q1的控制端与所述第三三极管Q3的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第三电阻R3及第一开关管M1连接至所述第二节点F；

所述电源电压VIN还依次通过第四电阻R4、第二开关管M2及第一电流镜结构的第一支路接地；所述电源电压VIN还通过第二电流源A2连接至所述第一开关管M1的控制端，所述第一开关管M1的控制端与所述第二开关管M2的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路及第一电流镜结构的第二支路接地；

所述电源电压VIN还通过第二电流镜结构的第二支路连接至电压检测输出端VO；所述电压检测输出端VO通过第七电阻R7接地；

第一电压输入端VP通过第一电阻R1连接至所述第一节点E；所述第一节点E通过第六开关管M6连接至第三节点G；所述第三节点G通过第四电流源A4接地；所述第一节点E还依次通过第八开关管M8及第五电阻R5接地；

第二电压输入端VD通过第二电阻R2连接至所述第二节点F；所述第二节点F依次通过第五开关管M5及第三电流源A3接地；所述第五开关管M5的控制端与所述第六开关管M6的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路、第九开关管M9及第六电阻R6接地；所述第三节点G还与所述第八开关管M8的控制端及所述第九开关管M9的控制端连接。

在一种可能的实施方式中，所述电源电压VIN依次通过第一电流源A1、第一三极管Q1及第一二极管D1连接至第一节点E；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流源A2、第三三极管Q3及第二二极管D2连接至第二节点F；

所述电源电压VIN还依次通过第三电阻R3、第一开关管M1及第三二极管D3连接至所述第二节点F；

所述电源电压VIN还通过第二三极管Q2连接至所述第一三极管Q1的控制端，所述电源电压VIN还通过第一电流源A1连接至所述第二三极管Q2的控制端；

所述第一节点E还依次通过第七开关管M7、第八开关管M8及第五电阻R5接地；所述第七开关管M7的控制端依次通过所述第八开关管M8及第五电阻R5接地。

在一种可能的实施方式中，所述第一电压输入端VP输入的第一电压V1与所述第二电压输入端VD输入的第二电压V2之间的差值，与所述电压检测输出端VO的电压成正比。

在一种可能的实施方式中，所述第一电流源A1产生的电流和所述第二电流源A2产生的电流相等。

在一种可能的实施方式中，所述第三电流源A3产生的电流和所述第四电流源A4产生的电流相等。

在一种可能的实施方式中，所述第一电阻R1的阻值和所述第二电阻R2的阻值相等；

所述第三电阻R3的阻值和所述第四电阻R4的阻值相等；

所述第五电阻R5的阻值和所述第六电阻R6的阻值相等。

在一种可能的实施方式中，所述第一电流镜结构的第一支路包括第三开关管M3；所述第一电流镜结构的第二支路包括第四开关管M4；所述第三开关管M3的控制端与所述第四开关管M4的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第四电阻R4、第二开关管M2及所述第三开关管M3接地；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路及所述第四开关管M4接地。

在一种可能的实施方式中，所述第三开关管M3及所述第四开关管M4为NMOS管；

或者，所述第三开关管M3及所述第四开关管M4为NPN三极管。

在一种可能的实施方式中，所述第二电流镜结构的第一支路包括第十开关管M10；所述第二电流镜结构的第二支路包括第十一开关管M11；所述第十开关管M10的控制端与所述第十一开关管M11的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过所述第十开关管M10及所述第一电流镜结构的第二支路接地；

所述电源电压VIN还通过所述第十一开关管M11连接至电压检测输出端VO；

所述电源电压VIN还依次通过所述第十开关管M10、第九开关管M9及第六电阻R6接地。

在一种可能的实施方式中，所述第十开关管M10及所述第十一开关管M11为PMOS管；

或者，所述第十开关管M10及所述第十一开关管M11为PNP三极管。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请通过上述电压检测电路结构，可以实现对全范围内的输入电压进行电压检测，大大增大了电压检测电路的应用范围；

本申请通过设置第二三极管Q2，可大大减小第一三极管Q1的基极电流对第一电流镜结构的影响，从而大大增加电流镜的精度，提高了电压检测电路的输出准确性；

本申请通过设置第一二极管D1、第二二极管D2以及第三二极管D3，将电压输入端与第一三极管Q1、第三三极管Q3以及第一开关管M1隔断，从而防止电压输入端输入高电压，损坏电压检测电路，从而提高电压检测电路的安全性；

本申请通过在电压检测电路中串接第七开关管M7，从而匹配电压检测电路中三个支路的工作电压，防止由于三个支路中某个支路的工作电压较低而导致电压检测电路误导通，大大提高电压检测电路的可靠性。

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是根据一示例性实施例示出的一种宽输入电压范围的电压检测电路的结构示意图。

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1是根据一示例性实施例示出的一种宽输入电压范围的电压检测电路的结构示意图。如图1所示，该电压检测电路包括第一电流源A1、第二电流源A2、第三电流源A3、第四电流源A4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6、第七开关管M7、第八开关管M8、第九开关管M9、第十开关管M10、第十一开关管M11、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电压输入端VP，第二电压输入端VD以及电压检测输出端VO。

在该电压检测电路中，电源电压VIN依次通过第一电流源A1及第一三极管Q1连接至第一节点E；

该电源电压VIN还依次通过第二电流源A2及第三三极管Q3连接至第二节点F；

所述第一三极管Q1的控制端与所述第三三极管Q3的控制端连接；该电源电压VIN还依次通过第三电阻R3及第一开关管M1连接至该第二节点F；

该电源电压VIN还依次通过第四电阻R4、第二开关管M2及第一电流镜结构的第一支路接地；该电源电压VIN还通过第二电流源A2连接至该第一开关管M1的控制端，该第一开关管M1的控制端与该第二开关管M2的控制端连接；

该电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路及第一电流镜结构的第二支路接地；

该电源电压VIN还通过第二电流镜结构的第二支路连接至电压检测输出端VO；该电压检测输出端VO通过第七电阻R7接地；

第一电压输入端VP通过第一电阻R1连接至该第一节点E；该第一节点E通过第六开关管M6连接至第三节点G；该第三节点G通过第四电流源A4接地；该第一节点E还依次通过第八开关管M8及第五电阻R5接地；

第二电压输入端VD通过第二电阻R2连接至该第二节点F；该第二节点F依次通过第五开关管M5及第三电流源A3接地；该第五开关管M5的控制端与该第六开关管M6的控制端连接；

该电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路、第九开关管M9及第六电阻R6接地；该第三节点G还与该第八开关管M8的控制端及该第九开关管M9的控制端连接。

在一种可能的实施方式中，该电源电压VIN依次通过第一电流源A1、第一三极管Q1及第一二极管D1连接至第一节点E；

该电源电压VIN还依次通过第二电流源A2、第三三极管Q3及第二二极管D2连接至第二节点F；

该电源电压VIN还依次通过第三电阻R3、第一开关管M1及第三二极管D3连接至该第二节点F；

该电源电压VIN还通过第二三极管Q2连接至该第一三极管Q1的控制端，该电源电压VIN还通过第一电流源A1连接至该第二三极管Q2的控制端；

该第一节点E还依次通过第七开关管M7、第八开关管M8及第五电阻R5接地；该第七开关管M7的控制端依次通过该第八开关管M8及第五电阻R5接地。

在一种可能的实施方式中，该第一电压输入端VP输入的第一电压V1与该第二电压输入端VD输入的第二电压V2之间的差值，与该电压检测输出端VO的电压成正比。

在一种可能的实施方式中，该第一电流源A1产生的电流和该第二电流源A2产生的电流相等，均为IA1。

在一种可能的实施方式中，该第三电流源A3产生的电流和该第四电流源A4产生的电流相等，均为IA2。

在一种可能的实施方式中，该第一电阻R1的阻值和该第二电阻R2的阻值相等；

该第三电阻R3的阻值和该第四电阻R4的阻值相等；

该第五电阻R5的阻值和该第六电阻R6的阻值相等。

在一种可能的实施方式中，该第一电流镜结构的第一支路包括第三开关管M3；该第一电流镜结构的第二支路包括第四开关管M4；该第三开关管M3的控制端与该第四开关管M4的控制端连接；

该电源电压VIN还依次通过第四电阻R4、第二开关管M2及该第三开关管M3接地；

该电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路及该第四开关管M4接地。

在一种可能的实施方式中，该第三开关管M3及该第四开关管M4为NMOS管；

或者，该第三开关管M3及该第四开关管M4为NPN三极管。

进一步的，当该第三开关管M3及该第四开关管M4为NMOS管时，其控制端为各自的栅极；

当该第三开关管M3及该第四开关管M4为NPN三极管时，其控制端为各自的基极。

在一种可能的实施方式中，该第二电流镜结构的第一支路包括第十开关管M10；该第二电流镜结构的第二支路包括第十一开关管M11；该第十开关管M10的控制端与该第十一开关管M11的控制端连接；

该电源电压VIN还依次通过该第十开关管M10及第一电流镜的第二支路接地；

第一电流镜结构的第二支路该电源电压VIN还通过该第十一开关管M11连接至电压检测输出端VO；

该电源电压VIN还依次通过该第十开关管M10、第九开关管M9及第六电阻R6接地。

在一种可能的实施方式中，该第十开关管M10及该第十一开关管M11为PMOS管；

或者，该第十开关管M10及该第十一开关管M11为PNP三极管。

进一步的，当该第十开关管M10及该第十一开关管M11为PMOS管时，其控制端为各个的栅极；

当该第十开关管M10及该第十一开关管M11为PNP三极管时，其控制端为各个的基极。

进一步的，该第五开关管M5与该第六开关管M6为PMOS管，当该第五开关管M5与该第六开关管M6为PMOS管时，其控制端为各自的栅极。

进一步的，该第一开关管M1、第二开关管M2及第七开关管M7为PMOS管；第八开关管M8及第九开关管M9为NMOS管；

当该第一开关管M1、第二开关管M2及第七开关管M7为PMOS管，第八开关管M8及第九开关管M9为NMOS管时，其控制端为各自的栅极。

进一步的，该第一三极管Q1、第二三极管Q2及第三三极管Q3为NPN三极管，当该第一三极管Q1、第二三极管Q2及第三三极管Q3为NPN三极管时，其控制端为各自的基极。

基于图1的一种宽输入电压范围的电压检测电路的电路结构，其工作原理可以如下所示：

电路上电后，第一电压输入端VP输入第一电压V1，第二电压输入端VD输入第二电压V2，且第一电压V1大于第二电压V2；

设第一参考电压为一个小于等于电源电压VIN减去第一电流源A1的两端电压差VA1减去第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2减去第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差VBE1减去第一二极管D1的正向导通压降VD1的电压值，例如，电源电压VIN为5V，第一电流源A1的两端电压差VA1为0.5V，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2为0.7V，第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差VBE1为0.7V，第一二极管D1的正向导通压降VD1为0.7V，此时，该第一参考电压应小于等于2.4V，即可设第一参考电压为2.4V；

设第二参考电压为一个大于第五开关管M5的栅源电压差VGS5（或第六开关管M6的栅源电压差VGS6）和第三电流源A3的两端电压差VA3（或第四电流源A4的两端电压差VA4）之和的电压值，例如，第五开关管M5的栅源电压差VGS5（或第六开关管M6的栅源电压差VGS6）为1V，第三电流源A3的两端电压差VA3（或第四电流源A4的两端电压差VA4）为0.5V，此时，该第二参考电压应大于1.5V，但同时考虑到当电路工作后，第一电阻R1或第二电阻R2或第五电阻R5两端还存在压降，故此时，将第二参考电压设计为2V；

由上述分析可知，第一参考电压大于第二参考电压。

此时，根据电路结构，可将该宽输入电压范围的电压检测电路的工作过程分为以下几种情况进行分析：

（1）当第一电压V1和第二电压V2均小于第二参考电压时，该宽输入电压范围的电压检测电路的工作过程如下：

由于第一电压V1和第二电压V2均小于第二参考电压，故此时，第一电压V1和第二电压V2无法满足第五开关管M5和第三电流源A3以及第六开关管M6和第四电流源A4的正常工作电压，故此时，第五开关管M5和第三电流源A3以及第六开关管M6和第四电流源A4处于关断状态，因此，第七开关管M7、第八开关管M8和第九开关管M9也均处于关断状态；

同时，第一电流源A1产生的电流流入第二三极管Q2的基极，使得第二三极管Q2的基极电压被拉高，第二三极管Q2导通，此时，电源电压VIN通过第二三极管Q2拉高第一三极管Q1和第三三极管Q3的基极电压，故此时，第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，第一电流源A1产生的电流和第二电流源A2产生的电流分别通过第一三极管Q1和第三三极管Q3流向第一二极管D1和第二二极管D2；此时，由电路结构可知，流入第二三极管Q2的基极电流放大一个倍数（如100倍）后再流入第一三极管Q1的基极，因此，流入第二三极管Q2的基极电流为一个较小值即可（如当第一三极管Q1的基极电流需要1µA时，流入第二三极管Q2的基极电流只需10nA即可），从而使得第一电流源A1产生的电流几乎全部流入第一三极管Q1的集电极中，又因为第一电流源A1和第二电流源A2产生的电流相等，且第一开关管M1和第二开关管M2均为MOS管，其栅极不流过电流，故此时可得，在第二三极管Q2的作用下，可大大减小第一三极管Q1基极电流的影响，使得从第一电流源A1流入第一三极管Q1的集电极中的电流和从第二电流源A2流入第三三极管Q3的集电极中的电流几乎相等，因此，第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差等于第三三极管Q3的基极和发射极之间的电压差，又由于第一三极管Q1和第三三极管Q3的基极相连，且第一二极管D1和第二二极管D2的正向压降相同，故此时，第一节点E处电压VE等于第二节点F处电压VF；

并且，由于第一开关管M1和第二开关管M2的栅极电压通过第三三极管Q3、第二二极管D2和第二电阻R2被拉低，因此，第一开关管M1和第二开关管M2均导通，同时，第三开关管M3和第四开关管M4的控制端电压通过第二开关管M2和第四电阻R4被拉高，第三开关管M3和第四开关管M4均导通，在第一开关管M1和第二开关管M2中均产生电流。

此时，由于第一电压V1大于第二电压V2，且第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值，因此，从E点流入第一电阻R1的电流I1=(VE-V1)/R1小于从F点流入第二电阻R2的电流I2=(VF-V2)/R2，而由于第一二极管D1与第一电阻R1直接串联连接，因此，从第一节点E流入第一电阻R1的电流=流出第一二极管D1中的电流=流出第二二极管D2中的电流，此时，根据KCL（基尔霍夫电流定律）定律可知，从第二节点F流入第二电阻R2的电流I2=流出第二二极管D2中的电流I1+第一开关管M1中流过的电流I3，故此时，I3=I2-I1=(VF-V2)/R2-(VE-V1)/R1=(V1-V2)/R1。

而由图1中的电路结构可知，当第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等时，若流过第一开关管M1中的电流小于流过第二开关管M2中的电流，则第三电阻R3两端的电压差小于第四电阻R4两端的电压差，因此，第一开关管M1的源极电压大于第二开关管M2的源极电压，而又由于第一开关管M1的栅极与第二开关管M2的栅极相连，因此，第一开关管M1的源栅电压差大于第二开关管M2的源栅电压差，流过第一开关管M1中的电流应大于流过第二开关管M2中的电流，故此时，前后矛盾，流过第一开关管M1中的电流不是小于流过第二开关管M2中的电流。

若流过第一开关管M1中的电流大于流过第二开关管M2中的电流，则第三电阻R3两端的电压差大于第四电阻R4两端的电压差，因此，第一开关管M1的源极电压小于第二开关管M2的源极电压，而又由于第一开关管M1的栅极与第二开关管M2的栅极相连，因此，第一开关管M1的源栅电压差小于第二开关管M2的源栅电压差，流过第一开关管M1中的电流应小于流过第二开关管M2中的电流，故此时，前后矛盾，流过第一开关管M1中的电流不是大于流过第二开关管M2中的电流。

若流过第一开关管M1中的电流等于流过第二开关管M2中的电流，则第三电阻R3两端的电压差等于第四电阻R4两端的电压差，因此，第一开关管M1的源极电压等于第二开关管M2的源极电压，而又由于第一开关管M1的栅极与第二开关管M2的栅极相连，因此，第一开关管M1的源栅电压差等于第二开关管M2的源栅电压差，流过第一开关管M1中的电流应等于流过第二开关管M2中的电流。

由上述分析可知，当第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等时，流过第一开关管M1中的电流=流过第二开关管M2中的电流=I3=(V1-V2)/R1；

同时，由于第二开关管M2和第三开关管M3串联连接，因此，流过第二开关管M2中的电流与流过第三开关管M3中的电流相等，均为I3；且由于第三开关管M3和第四开关管M4构成第一电流镜结构，因此，流入第四开关管M4中的电流也为I3。

此时，第十开关管M10和第十一开关管M11的控制端电压被第四开关管M4拉低，第十开关管M10和第十一开关管M11均导通，且由于第九开关管M9处于关断状态，因此，流过第十开关管M10中的电流与流过第四开关管M4中的电流相等，均为I3；且由于第十开关管M10和第十一开关管M11构成第二电流镜结构，因此，流入第十一开关管M11中的电流也为I3，故此时可得，电压检测输出端VO的电压为I3×R7=(R7/R1)×(V1-V2)。

（2）当第一电压V1和第二电压V2均大于第一参考电压时，该宽输入电压范围的电压检测电路的工作过程如下：

由于第一电压V1和第二电压V2均大于第一参考电压，故此时，第一电压V1和第二电压V2与电源电压VIN之间的电压差较小，无法满足第一电流源A1、第二三极管Q2、第一三极管Q1和第一二极管D1的正常工作电压，因此，第一电流源A1、第二三极管Q2、第一三极管Q1和第一二极管D1等相关器件均处于关断状态；

同时，第三电流源A3拉低第五开关管M5和第六开关管M6的栅极电压，第五开关管M5和第六开关管M6导通，此时，由于第三电流源A3和第四电流源A4产生的电流相等，因此，流过第五开关管M5和第六开关管M6的电流也相等，故此时，第五开关管M5和第六开关管M6的栅源电压差相等，而由于第五开关管M5和第六开关管M6的栅极相连，即第五开关管M5和第六开关管M6的栅极电压相等，因此，第五开关管M5和第六开关管M6的源极电压也相等，即此时，第一节点E处电压VE应等于第二节点F处电压VF；而由电路结构可知，从第一电阻R1流向第一节点E的电流为(V1-VE)/R1，从第二电阻R2流向第二节点F的电流为(V2-VF)/R2，由于第一电压V1大于第二电压V2，且第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，因此，从第一电阻R1流入第一节点E的电流(V1-VE)/R1大于从第二电阻R2流入第二节点F的电流(V2-VF)/R2，故在电路上电初期，从第一节点E流入第六开关管M6的电流大于从第二节点F流入第五开关管M5的电流，而因为从第二节点F流入第五开关管M5的电流等于第四电流源A4产生的电流，因此，从第六开关管M6流入第三节点G的电流大于从第三节点G流入第四电流源A4的电流，第三节点G的电压升高，第八开关管M8导通，第七开关管M7的栅极电压通过第八开关管M8和第五电阻R5被拉低，第七开关管M7导通，故此时，从第一节点E流入第六开关管M6的部分电流流入第八开关管M8所在的支路，从而使得第五开关管M5和第六开关管M6中流过的电流渐渐相等，第三节点G处的电压渐渐降低，第八开关管M8渐渐关断，之后，第三节点G处的电压升高，第八开关管M8再次导通，因此，当电路达到稳定状态后，第五开关管M5和第六开关管M6中流过的电流相等，且第八开关管M8中流过的电流为从第一电阻R1流入第一节点E的电流与从第二电阻R2流入第二节点F的电流之差，即为(V1-VE)/R1-(V2-VF)/R2=(V1-V2)/R1。

此时，由图1中的电路结构可知，当第五电阻R5和第六电阻R6的阻值相等时，若流过第八开关管M8中的电流小于流过第九开关管M9中的电流，则第五电阻R5两端的电压差小于第六电阻R6两端的电压差，因此，第八开关管M8的源极电压小于第九开关管M9的源极电压，而又由于第八开关管M8的栅极与第九开关管M9的栅极相连，因此，第八开关管M8的栅源电压差大于第九开关管M9的栅源电压差，流过第八开关管M8中的电流应大于流过第九开关管M9中的电流，故此时，前后矛盾，流过第八开关管M8中的电流不是小于流过第九开关管M9中的电流。

若流过第八开关管M8中的电流大于流过第九开关管M9中的电流，则第五电阻R5两端的电压差大于第六电阻R6两端的电压差，因此，第八开关管M8的源极电压大于第九开关管M9的源极电压，而又由于第八开关管M8的栅极与第九开关管M9的栅极相连，因此，第八开关管M8的栅源电压差小于第九开关管M9的栅源电压差，流过第八开关管M8中的电流应小于流过第九开关管M9中的电流，故此时，前后矛盾，流过第八开关管M8中的电流不是大于流过第九开关管M9中的电流。

若流过第八开关管M8中的电流等于流过第九开关管M9中的电流，则第五电阻R5两端的电压差等于第六电阻R6两端的电压差，因此，第八开关管M8的源极电压等于第九开关管M9的源极电压，而又由于第八开关管M8的栅极与第九开关管M9的栅极相连，因此，第八开关管M8的栅源电压差等于第九开关管M9的栅源电压差，流过第八开关管M8中的电流应等于流过第九开关管M9中的电流。

由上述分析可知，当第五电阻R5和第六电阻R6的阻值相等时，流过第八开关管M8中的电流=流过第九开关管M9中的电流=(V1-V2)/R1；

此时，第十开关管M10和第十一开关管M11的控制端电压被第九开关管M9拉低，第十开关管M10和第十一开关管M11均导通，且由于第四开关管M4处于关断状态，因此，流过第十开关管M10中的电流与流过第九开关管M9中的电流相等；且由于第十开关管M10和第十一开关管M11构成第二电流镜结构，因此，流入第十一开关管M11中的电流也为(V1-V2)/R1，故此时可得，电压检测输出端VO的电压为(R7/R1)×(V1-V2)。

（3）当第一电压V1和第二电压V2均小于第一参考电压且大于第二参考电压时，该宽输入电压范围的电压检测电路的工作过程如下：

当电路刚上电时，第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一二极管D1和第二二极管D2均导通，第五开关管M5和第六开关管M6也均导通，此时，流入第一节点E和第二节点F的电流为IA1，流出第一节点E和第二节点F的电流为IA3；

此时，当IA1大于IA3时，电路中产生从第一节点E流入第一电阻R1的电流以及从第二节点F流入第二电阻R2的电流，当IA1小于IA3时，电路中产生从第一电阻R1流入第一节点E的电流以及从第二电阻R2流入第二节点F的电流，且由于第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值，因此，无论电流IA1与IA3的大小关系如何，由第一电压V1和第二电压V2所带来的第一节点E处电压高于第二节点F处电压的差值均等于(V1-V2)；即此时，第二节点F处电压将第一开关管M1的控制端电压拉低，第一节点E处电压将第八开关管M8的控制端电压拉高，第一开关管M1和第八开关管M8均导通，在第一开关管M1中产生流入第二节点F的电流IM1来拉高第二节点F处电压，在第八开关管M8中产生流出第一节点E处的电流IM8来拉低第一节点E处的电压，直至将第一节点E处电压调节为等于第二节点F处电压。

此时，由电路结构可知，第二节点F处电压被拉高的电压值为IM1×R2，第一节点E处电压被拉低的电压值为IM8×R1，且由于初始状态时，第一节点E处电压高于第二节点F处电压的差值等于(V1-V2)，因此，IM1×R2+IM8×R1=V1-V2，而当R1=R2时，可得IM1+IM8=(V1-V2)/R1。

并且，结合第（2）点情况和第（3）点情况分析可知，此时流过第十开关管M10的电流即等于IM1+IM8，即此时，流入第十一开关管M11中的电流也为(V1-V2)/R1，由此可得，电压检测输出端VO的电压为(R7/R1)×(V1-V2)。

此外，由上述分析可知，电压检测输出端VO的电压与第一电压V1与第二电压V2的差值成正比，故此时，为了确保电压检测输出端VO的电压在应用电路的可靠范围内，需要将第一电压V1与第二电压V2的差值设计为小于第一参考电压与第二参考电压值的差值，因此，本申请不存在第一电压V1大于第一参考电压，且第二电压V2小于第二参考电压的情况。

并且，在第二三极管Q2的作用下，可大大减小第一三极管Q1基极电流对第一电流镜结构的影响，从而大大增加第一电流镜结构的精度，提高了电压检测电路的输出准确性。

上述方案通过第一二极管D1、第二二极管D2以及第三二极管D3将电压输入端与第一三极管Q1、第三三极管Q3以及第一开关管M1隔断，从而防止电压输入端输入高电压，损坏电压检测电路，从而提高电压检测电路的安全性。

上述方案还通过在电压检测电路中串接第七开关管M7，从而匹配电压检测电路中三个支路的开启工作电压，使得三个支路的开启工作电压均为VGS（开关管的栅源电压差）+VDS（开关管的漏源电压差或者电流源两端电压差）+电阻压降，从而防止由于三个支路中某个支路的开启工作电压较低而导致电压检测电路误导通，大大提高电压检测电路的可靠性。其中，上述三个支路分别为：第一条支路为第一电阻R1+第六开关管M6+第四电流源A4形成的支路；第二条支路为第二电阻R2+第五开关管M5+第三电流源A3形成的支路；第三条支路为第七开关管M7+第八开关管M8+第五电阻R5形成的支路。

综上所述，本申请通过上述电压检测电路结构，可以实现对全范围内的输入电压进行电压检测，大大增大了电压检测电路的应用范围；

本申请通过设置第二三极管Q2，可大大减小第一三极管Q1的基极电流对第一电流镜结构的影响，从而大大增加电流镜的精度，提高了电压检测电路的输出准确性；

本申请通过设置第一二极管D1、第二二极管D2以及第三二极管D3，将电压输入端与第一三极管Q1、第三三极管Q3以及第一开关管M1隔断，从而防止电压输入端输入高电压，损坏电压检测电路，从而提高电压检测电路的安全性；

本申请通过在电压检测电路中串接第七开关管M7，从而匹配电压检测电路中三个支路的工作电压，防止由于三个支路中某个支路的工作电压较低而导致电压检测电路误导通，大大提高电压检测电路的可靠性。

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 (7)

1.一种宽输入电压范围的电压检测电路，其特征在于，在所述电压检测电路中，电源电压VIN依次通过第一电流源A1及第一三极管Q1连接至第一节点E；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流源A2及第三三极管Q3连接至第二节点F；

所述第一三极管Q1的控制端与所述第三三极管Q3的控制端连接；所述电源电压VIN还依次通过第三电阻R3及第一开关管M1连接至所述第二节点F；

所述电源电压VIN还依次通过第四电阻R4、第二开关管M2及第一电流镜结构的第一支路接地；所述电源电压VIN还通过第二电流源A2连接至所述第一开关管M1的控制端，所述第一开关管M1的控制端与所述第二开关管M2的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路及第一电流镜结构的第二支路接地；

所述电源电压VIN还通过第二电流镜结构的第二支路连接至电压检测输出端VO；所述电压检测输出端VO通过第七电阻R7接地；

第一电压输入端VP通过第一电阻R1连接至所述第一节点E；所述第一节点E通过第六开关管M6连接至第三节点G；所述第三节点G通过第四电流源A4接地；所述第一节点E还依次通过第八开关管M8及第五电阻R5接地；

第二电压输入端VD通过第二电阻R2连接至所述第二节点F；所述第二节点F依次通过第五开关管M5及第三电流源A3接地；所述第五开关管M5的控制端与所述第六开关管M6的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路、第九开关管M9及第六电阻R6接地；所述第三节点G还与所述第八开关管M8的控制端及所述第九开关管M9的控制端连接；

所述电源电压VIN依次通过第一电流源A1、第一三极管Q1及第一二极管D1连接至第一节点E；

所述电源电压VIN还通过第二三极管Q2连接至所述第一三极管Q1的控制端，所述电源电压VIN还通过第一电流源A1连接至所述第二三极管Q2的控制端；

所述第一电流源A1产生的电流和所述第二电流源A2产生的电流相等；

所述第三电流源A3产生的电流和所述第四电流源A4产生的电流相等；

所述第一电阻R1的阻值和所述第二电阻R2的阻值相等；

所述第三电阻R3的阻值和所述第四电阻R4的阻值相等；

所述第五电阻R5的阻值和所述第六电阻R6的阻值相等；

其中，第一电压输入端VP输入的第一电压V1和所述第二电压输入端VD输入的第二电压V2均小于第二参考电压，或者，所述第一电压V1和所述第二电压V2均大于第一参考电压，或者，所述第一电压V1和所述第二电压V2均小于所述第一参考电压且大于第二参考电压；所述第一参考电压为一个小于等于电源电压VIN减去第一电流源A1的两端电压差VA1减去第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2减去第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差VBE1减去第一二极管D1的正向导通压降VD1的电压值；第二参考电压为一个大于第五开关管M5的栅源电压差VGS5或第六开关管M6的栅源电压差VGS6，和第三电流源A3的两端电压差VA3或第四电流源A4的两端电压差VA4之和的电压值。

2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述电源电压VIN还依次通过第二电流源A2、第三三极管Q3及第二二极管D2连接至第二节点F；

所述电源电压VIN还依次通过第三电阻R3、第一开关管M1及第三二极管D3连接至所述第二节点F；

所述第一节点E还依次通过第七开关管M7、第八开关管M8及第五电阻R5接地；所述第七开关管M7的控制端依次通过所述第八开关管M8及第五电阻R5接地。

3.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述第一电压输入端VP输入的第一电压V1与所述第二电压输入端VD输入的第二电压V2之间的差值，与所述电压检测输出端VO的电压成正比。

4.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述第一电流镜结构的第一支路包括第三开关管M3；所述第一电流镜结构的第二支路包括第四开关管M4；所述第三开关管M3的控制端与所述第四开关管M4的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过第四电阻R4、第二开关管M2及所述第三开关管M3接地；

所述电源电压VIN还依次通过第二电流镜结构的第一支路及所述第四开关管M4接地。

5.根据权利要求4所述的电压检测电路，其特征在于，所述第三开关管M3及所述第四开关管M4为NMOS管；

或者，所述第三开关管M3及所述第四开关管M4为NPN三极管。

6.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述第二电流镜结构的第一支路包括第十开关管M10；所述第二电流镜结构的第二支路包括第十一开关管M11；所述第十开关管M10的控制端与所述第十一开关管M11的控制端连接；

所述电源电压VIN还依次通过所述第十开关管M10及所述第一电流镜结构的第二支路接地；

所述电源电压VIN还通过所述第十一开关管M11连接至电压检测输出端VO；

所述电源电压VIN还依次通过所述第十开关管M10、第九开关管M9及第六电阻R6接地。

7.根据权利要求6所述的电压检测电路，其特征在于，所述第十开关管M10及所述第十一开关管M11为PMOS管；

或者，所述第十开关管M10及所述第十一开关管M11为PNP三极管。