CN1617060A - 用于电压检测的电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电压检测的电路装置，它具有一个分压器(ST1)，该分压器由待检测的电压(UE1)产生一个处理电压(UP1)，该处理电压施加在该分压器的一个分压节点(N1)上。根据本发明，该电路装置具有在分压器(ST1)的电流路径中的一个可控制的开关装置(SM)及一个用于控制开关装置(SM)的控制单元(SE1)。其应用例如为：监测可转换的负载的电源电压。

Description

用于电压检测的电路装置

技术领域

本发明涉及用于电压检测的电路装置，具有一个分压器，它由待检测的电压产生一个处理电压，该处理电压位于该分压器的一个分压节点上。

背景技术

这种电路装置例如使用在一个系统中，该系统中可转换(schaltbaren)负载上的电压不允许超过一定的最大值。如果待检测或待监测的电压超过一个可调节的极限值，则这被该电路装置检测到及可采取适当的措施来保护，以便例如免于损坏。

另一应用可能性是调节电压，其中待调节电压的实际值借助该电路装置来检测。

待监测的电压通常由求值单元来估算，该求值单元可作为集成电路来实施。一个集成电路的输入端通常对过电压很敏感。它所允许的输入电压范围通常其上限受该电路的电源电压限制。当待检测的电压高于电源电压时，则有必要使待检测的电压降低或变换。在其中处理有意义的电压范围通常位于一个参考电压与求值单元的电源电压之间的大约中间上，例如当电源电压为5V时在2V与3V之间。

为了减小或转换待检测的电压可使用分压器，它由待检测的电压产生降压分压的处理电压，该电压形成在分压器的一个分压节点上及由求值单元例如与一个极限值或参考值相比较。当处理电压超过参考电压时，可采取适当的措施、例如紧急关断。

但在损耗功率敏感的应用中，尤其在电池系统中，在所谓备用(Stand-By)工作状态时必需在长的持续时间上保持备用，而通过分压器引起的持续电流可能是一个大的损耗量。

发明内容

作为本发明基础的技术问题是，提供一种开始部分所述类型的用于电压检测的电路装置，它在减小损耗功率的情况下可在电源电压水平上实现电压检测。

根据本发明，提出了一种用于电压检测的电路装置，具有一个分压器，它由待检测的电压产生一个处理电压，该处理电压位于该分压器的一个分压节点上；其中，还具有在分压器的电流路径中的一个可控制的开关装置，及一个控制单元，用于控制开关装置。

根据本发明，设有在分压器的电流路径中的一个可控制的开关装置及一个用于控制开关装置的控制单元。这允许，当不需要检测时使分压器电流路径断开。由此减小了检测电路的电流损耗及由此减小了损耗功率。因此电压检测也可在功率损耗敏感的应用中毫无问题地实现。

在本发明的一种优选的构型中，该开关装置被连接(eingeschleift)在待检测的电压与分压节点之间。通过这种接线在开关装置断开时可作到：位于分压节点上的电压被箝在分压器的参考电压上，这也被称为所谓的“下拉(Pull-Down)”。这就防止了处理电压上升到后置电路部分不允许的值上。

在本发明的另一种优选的构型中，该开关装置包括一个与分压节点连接的求值单元，用于对位于分压节点上的处理电压处理。优选地，求值单元包括一个逻辑门电路，一个施密特触发器，一个比较器或一个放大器。这种求值单元能简单地被实现及可根据调节技术的任务适用于确定的电路特性。

在本发明的又一种优选的构型中，求值单元与控制单元相连接，及设置用来当待检测的电压超过一个可调节的最大电压值时对控制单元提供一个信号。在接收到该信号时，控制单元控制该开关装置以断开电流路径。这种构型防止了由于待检测电压或处理电压的过电压引起的求值单元的损坏，因为当超过最大电压时、例如由于故障，电流路径被断开及由此防止处理电压的继续上升，后者可能引起求值单元的损坏。

在本发明的又一种优选的构型中，分压器包括第一电阻及第二电阻，其中第一电阻、开关装置及第二电阻依次串联地连接在待检测的电压与一个参考电压之间。分压节点由开关装置与第二电阻的连接点构成。当然分压器也可包括另外的元件类型来代替电阻，例如二极管或齐纳二极管等。以此方式通过电阻值的适当选择可使待检测电压分压到适合的值上。此外当开关装置断开时处理电压可通过第二电阻箝在参考电位上，由此可保证该电路的可靠工作。

在本发明的又一种优选的构型中，开关装置是一个晶体管，它的开关区段(Schaltstrecke)位于分压器的电流路径中及它的控制输入端与控制单元相连接。有利地，该晶体管是一个MOS晶体管，在其源极端子上存在处理电压，及其栅极端子与控制单元相连接。控制单元被构成用来提供具有最大电压的控制信号，该最大电压位于求值单元上最大可施加的处理电压的范围中。这种电路可保证，无论晶体管截止还是导通时处理电压可与待检测电压的幅值无关地被限制在最大控制电压的范围之内的值上。

附图说明

本发明的有利实施形式被表示在附图中及下面进行描述。附图中概要地表示：

图1：一个用于电压检测的电路装置的电路框图，及

图2：另一用于电压检测的电路装置的电路图。

具体实施方式

图1表示用于电压检测的电路装置的电路框图，该电路装置例如使用在机动车中，及具有：一个分压器ST1，它由一个待检测的直流电压UE1-例如可为40V-产生一个处理电压UP1，该电压位于分压节点N1上；一个求值单元AE1，用于对处理电压UP1进行处理；及一个控制单元SE1，用于控制开关装置SM，该开关装置被连接在分压器ST1的电流路径中。

分压器ST1包括导电元件EL1及EL2，它们串联地连接在待检测电压UE1与地之间。导电元件EL1及EL2例如可用电阻、二极管和/或齐纳二极管来实现。如果需要时，在该分压器ST1中也可包含其它元件。导电元件EL1及EL2的参数确定了待检测电压UE1与处理电压UP1之间的关系，例如分压比。

作为比较器工作的求值单元AE1估算处理电压UP1，该处理电压施加在求值单元AE1的第一高欧姆输入端EA1上，通过与一个施加在第二输入端EA2上的参考电压UREF的比较来估算处理电压UP1，以便检测待检测的电压UE1是否超过一个确定的值。

在求值单元AE1的一个输出端AA1上的输出信号根据比较结果被置成一个“0”电平或一个“1”电平。该输出信号在后继的、未示出的电路部分中被继续处理。当根据本发明的用于电压检测的电路装置使用在一个闭合的调节环路中，及通过该调节环路使检测到的电压UE1例如调节到一个确定的值上时，则求值单元AE1也可输出模拟调节量来取代离散的电平。

求值单元AE1由一个电源电压UV1供电，该电源电压小于待检测的电压UE1。因此位于高欧姆输入端EA1上的处理电压UP1应不大于电源电压UV1，-如果在求值单元AE1内没有为此(处理电压)设置的限压电路的话。因而必需使处理电压UP1限制在电源电压UV1范围内的一个最大值上。

该限压一方面是通过导电元件EL1及EL2的相应参数，及另一方面是通过连接在导电元件EL1与EL2之间的开关装置SM来实现的。开关装置SM由控制单元SE1这样地控制，即当处于在其期间不需要电压检测的工作状态时，分压器ST1的电流路径通过开关装置SM的断开被断开。然后处理电压UP1通过元件EL1接地，由此对输入端EA1提供了防止过电压的保护。当开关装置SM断开时分压器ST1上无电流流过，由此减小了功率损耗。

对于电压检测是工作或不工作的决定是在一个未示出的电路部分中作出的并且以控制信号的形式施加到控制单元SE1的一个输入端ES1。

当处于在其期间需要电压检测的工作状态时，在求值单元AE1中附加地进行处理电压UP1与一个内部阈值电压的比较。当处理电压UP1超过阈值电压时，并当此后该处理电压UP1还继续增高时，则由于过电压存在求值单元AE1被损坏的危险。该电压被超过导致在求值单元AE1的一个输出端AA2上输出一个信号，该输出端AA2与控制单元SE1的一个输入端ES2相连接。控制单元SE1接收该信号及因此断开该开关装置SM，由此使分压器ST1的电流路径断开。然后处理电压UP1通过元件EL1接地，于是避免了由于过电压的损坏。在求值单元AE1与控制单元SE1之间的该反馈是选择性的，及当可保证待检测的电压UE1不具有可导致求值单元AE1损坏的值时，或当求值单元AE1例如通过内部限压器可足以稳定电压时，可取消该反馈。

控制单元SE1的供电也是通过电源电压UV1来实现的，但也可用另一电源电压电平来实现。

图2表示另一用于电压检测的电路装置的电路图，其中MOS晶体管T1被用作开关装置，它的开关区段位于分压器ST2的电流路径中。分压器ST2被连接在一个待检测电压UE2与地之间及包括一个电阻R2及一个电阻R1，它被串联地连接在待检测电压UE2与地之间。

一个处理电压UP2位于与求值单元AE2的高欧姆输入端EA3相连接的晶体管T1的源极端子S上，它在求值单元AE2中被处理。对于求值单元AE2的供电使用了电压UV2，该电压小于待检测电压UE2及例如为5V。在输入端EA3上的处理电压UP2不能大于电源电压UV2，-如果在求值单元中未设有为此而设置的限压电路的话。

晶体管T1的栅极端子G与一个控制单元SE2的输出端AS2相连接，该控制单元由电压UV2供电。为了使分压器ST2不工作，输出端AS2上的输出电压UA被接地，由此使晶体管阻断。在此情况下电阻R1使处理电压UP2接地。当分压器ST2工作时，输出端AS2上的输出电压UA例如为5V。对于电压检测是工作或不工作的决定是在一个未示出的电路部分中作出的及以控制信号的形式施加到控制单元SE2的一个输入端ES3上。在待检测电压UE2的典型工作点上，在晶体管T1的漏极端子与源极端子D与S之间的电阻值明显地小于电阻R1及R2的电阻值，由此处理电压的值基本上由电压UE2的值及电阻R1与R2的分压比来确定。

当电压UE2很强地增大时，处理电压UP2的最大值被限制在控制单元输出端AS2上或晶体管T1的栅极端子G上的电压UA减去一个晶体管阈电压的值上。基于晶体管T1中的自夹断效应(Selbstabschnürungseffekten)，在其源极端子S上的电压UP2可不大于其栅极端子G上的电压UA与其阈电压的差值。这允许分压器ST2无论在工作还是在不工作时可靠地保护求值单元AE2的输入端EA3以免过电压。该最大处理电压UP2可通过控制单元SE2的输出电压UA的适当选择来调节。

当仅是过电压保护而不需要使分压器不工作时，栅极端子G也可被固定，例如与电源电压UV2相连接。

求值单元AE2对处理电压UP2处理及根据处理结果在输出端AA3上输出一个模拟的或离散的信号。该输出信号在后继的、未示出的电路部分中被继续处理。当根据本发明的、用于电压检测的电路装置使用在一个闭合的调节环路中、例如用于调节电压UE2时，即使当待调节电压UE2例如由于干扰的影响达到明显高于待调节的额定值的情况下，由于晶体管T1的自夹断可以可靠地防止由于待调节量的过电压引起的求值单元AE2的损坏。

如从图示的及以上描述的实施形式清楚地看到的，根据本发明的电路装置可在减小损耗功率的情况下，在电源电压水平上实现电压检测，而无需为此使用专门的用于过电压保护的限压电路，例如在求值单元中使用的限压电路。

Claims (8)

1.用于电压检测的电路装置，具有

-一个分压器(ST1，ST2)，它由一个待检测的电压(UE1，UE2)来产生一个处理电压(UP1，UP2)，该处理电压位于该分压器的一个分压节点(N1)上，

其特征在于：具有

-在该分压器(ST1，ST2)的电流路径中的一个可控制的开关装置(SM，T1)，及

-一个控制单元(SE1，SE2)，用于控制该开关装置(SM，T1)。

2.根据权利要求1的电路装置，其特征在于：该开关装置(SM，T1)被连接在该待检测的电压(UE1，UE2)与该分压节点(N1)之间。

3.根据权利要求1或2的电路装置，其特征在于：具有一个与该分压节点(N1)连接的求值单元(AE1，AE2)，用于对位于该分压节点(N1)上的该处理电压(UP1，UP2)进行处理。

4.根据权利要求3的电路装置，其特征在于：所述求值单元(AE1，AE2)包括一个逻辑门电路、一个施密特触发器、一个比较器或一个放大器。

5.根据权利要求3或4的电路装置，其特征在于：所述求值单元(AE1，AE2)与该控制单元(SE1，SE2)相连接，及被设置用来当该待检测的电压(UE1，UE2)超过一个可调节的最大电压时为该控制单元(SE1，SE2)提供一个信号，及该控制单元(SE1，SE2)在接收到该信号时，控制该开关装置(SM，T1)以断开所述电流路径。

6.根据以上权利要求中一项的电路装置，其特征在于：该分压器(ST2)包括一个第一电阻(R2)及一个第二电阻(R1)，其中该第一电阻(R2)、该开关装置(T1)和该第二电阻(R1)串联地连接在该待检测的电压(UE2)与一个参考电压之间及该分压节点(N1)由该开关装置(T1)与该第二电阻(R1)的一个连接点构成。

7.根据以上权利要求中一项的电路装置，其特征在于：该开关装置是一个晶体管(T1)，它的开关区段位于该分压器(ST2)的电流路径中及它的控制输入端(G)与该控制单元(SE2)相连接。

8.根据权利要求7的电路装置，其特征在于：该晶体管是一个MOS晶体管(T1)，在其源极端子(S)上存在该处理电压(UP2)，及其栅极端子(G)与该控制单元(SE2)相连接，其中该控制单元(SE2)被构成用来提供一个具有一个最大电压的控制信号(UA)，该最大电压位于该求值单元上最大可施加的处理电压(UP2)的范围内。

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