CN203929860U - 高压压差检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压压差检测电路，用于检测升压电路输出的高压电压和电源电压的压差。高压压差检测电路包括转换比较电路部分与电流补偿电路部分。转换比较电路部分包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第一场效应管、第一比较器以及第二比较器。电流补偿电路部分的输出端连接于第三电阻的第一端。本实用新型提供的高压压差检测电路，能够将升压电路输出的高压电压与电源电压的压差转换为低压情况下的转换电压，并将其与参考电压进行比较来完成高电压环境下的压差检测。

Description

高压压差检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种电压检测电路，尤其涉及一种用于升压电路中的高压压差检测电路。

背景技术

在现有的电压检测电路中，为了能够将高电压值与较低的参考电压相比较，一般需要使用一个电阻串进行分压作用，如图1所示。图1中电阻R1和电阻R2分别代表一串串联的电阻，其输入电压为Vin，输出电压为V₀₁，其中V₀₁＝Vin*R₂/(R₁+R₂)，将输出电压V₀₁接入到后续的比较电路中与参考电压V_REF相比较以输出比较值Y，就能实现对输入电压Vin的检测。

随着集成电路工艺的发展，升压电路的升压形式越来越广泛，功率MOSFET等高压的使用，使得电荷泵以及DC-DC升压电路中，经常需要产生跟随电源电压Vin线性变化的输出电压Vout，输出电压与输入电压的差值为定值，其关系如图2所示。已有的分压检测电路只能实现对高压进行分压并将分压的值和参考电压进行比较，不能实现如图2所示的对输出电压与输入电压的压差与参考电压进行比较，因此，已有的电压检测电路在不改变其拓扑结构下很难满足这一要求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够检测升压电路中输出电压大小与电源电压压差的电路。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种高压压差检测电路，以解决于高电压环境下，对升压电路中输出的高压电压与电源电压的压差的检测的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高压压差检测电路，用于检测升压电路输出的高压电压和电源电压的压差。高压压差检测电路包括转换比较电路部分与电流补偿电路部分。转换比较电路部分包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第一场效应管、第一比较器以及第二比较器。第一三极管的发射极连接于第一电阻。第三电阻的第一端连接于第一三极管的集电极。第二电阻的第一端连接于第三电阻的第二端，第二电阻的第二端通过第四电阻接地。第一比较器的负向输入端连接于第三电阻的第一端。第二比较器的正向输入端连接于第二电阻的第一端。第一场效应管的基极连接于第一比较器的输出端，第一场效应管的集电极连接于第二电阻的第二端，第一场效应管的发射极接地。电流补偿电路部分的输出端连接于第三电阻的第一端。

在本实用新型的较佳实施方式中，电流补偿电路部分包括基准电流、第五电阻、第二三极管、第三三极管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管。基准电流的输入端连接于第二三极管的基极和第三三极管的集电极。第二三极管的发射极连接于第三三极管的基极且通过第五电阻连接于第三三极管的发射极。第二三极管的集电极连接于第二场效应管的漏极与栅极。基准电流的输出端、第二场效应管的源极以及第三场效应管的源极分别接地。第三场效应管的栅极连接于第二场效应管的栅极，第三场效应管的漏极连接于第四场效应管的漏极和栅极。第四场效应管的源极和第五场效应管的源极分别连接于第三三极管的发射极。第五场效应管的栅极连接于第四场效应管的栅极，第五场效应管的集电极连接于第三电阻的第一端。

在本实用新型的较佳实施方式中，第五电阻与第一电阻的电阻值相同。

在本实用新型的较佳实施方式中，第二场效应管与第三场效应管分别为NMOS场效应管，第四场效应管与第五场效应管分别为PMOS场效应管。

本实用新型提供的高压压差检测电路，能够将升压电路输出的高压电压与电源电压的压差线性转换为低压情况下的转换电压，并将其与参考电压进行比较来完成高电压环境下的压差检测。通过同一个参考电压，两个比较器，同一个比较支路，完成两个不同转换电压的比较，使得检测电路同时具有低压锁定功能并且，第一晶体管的引入稳定了第一比较器的低压锁定信号的输出，进一步优化了电路的比较精度。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是传统的电压检测比较电路的示意图；

图2是图1中输入电压与输出电压的电压关系图；

图3是本实用新型的较佳实施例的高压压差检测电路的示意图；

图4是本实用新型的较佳实施例的压差、第一比较信号以及第二比较信号的关系图。

具体实施方式

于本实用新型的实施例中，如图所示3，高压压差检测电路用于检测升压电路中输出的高压电压与电源电压的压差。其中，高压压差检测电路包括转换比较电路部分与电流补偿电路部分。

于本实用新型的实施例中，转换比较电路部分包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第一三极管Q₁、第一场效应管M₁、第一比较器CM1以及第二比较器CM2。第一三极管Q₁的发射极通过第一电阻R₁接收高压电压Vin。第一三极管Q₁的基极接收电源电压VBB。第一三极管Q₁的集电极连接于第三电阻R₃的第一端。第二电阻R₂的第一端连接于第三电阻R₃的第二端，第二电阻R₂的第二端通过第四电阻R₄接地。第一比较器CM1的负向输入端连接于第三电阻R₃的第一端以接收第一转换电压V_o1。第二比较器CM2的正向输入端连接于第二电阻R₂的第一端以接收第二转换电压V_o2。第一比较器CM1的正向输入端与第二比较器CM2的负向输入端分别接收参考电压V_REF。第一比较器CM1的输出端与第二比较器CM2的输出端分别输出第一比较信号Y₁与第二比较信号Y₂。第一场效应管M₁的基极连接于第一比较器CM1的输出端，第一场效应管M₁的集电极连接于第二电阻R₂的第二端，第一场效应管M₁的发射极接地。其中，第一场效应管M₁为NMOS场效应管。

于转换比较电路部分中，第一三极管Q₁与第一电阻R₁将压差Vin-VBB转换为压差电流(Vin-VBB)/R₁。第三电阻R₃、第二电阻R₂及第四电阻R₄所在的分压支路再将压差电流(Vin-VBB)/R₁转化为电压值较低的两个转换电压输出，即由第三电阻R₃的第一端输出的第一转换电压V_O1与由第二电阻R₂的第一端输出的第二转换电压V_O2，并且由于分压作用，始终有第一转换电压V_O1大于第二转换电压V_O2。第一比较器CM1与第二比较器CM2实现所述两个转换电压与参考电压V_REF在低压状态下的比较。于实际应用中，第一三极管Q₁并非理想三极管，其发射极与基极之间存在导通压降V_BE，因此，实际的压差电流I_R1’＝(Vin-VBB-V_BE)/R₁＝((Vin-VBB)/R₁-V_BE/R₁)，由公式可知，实际的压差电流I_R1’比理想的压差电流(Vin-VBB)/R₁的电流值损失了V_BE/R₁。为了补偿第一三极管Q₁的导通压降V_BE造成的电流损失，需要提供电流值为V_BE/R₁的补偿电流I_补。

由此，于本实用新型的实施例中，电流补偿电路部分为转换比较电路部分提供补偿电流。电流补偿电路部分包括基准电流Iref、第五电阻R₅、第二三极管Q₂、第三三极管Q₃、第二场效应管M₂、第三场效应管M₃、第四场效应管M₄、第五场效应管M₅。基准电流Iref的输入端连接于第二三极管Q₂的基极和第三三极管Q₃的集电极。第三三极管Q₃的发射极连接于低压电源VDD。第二三极管Q₂的发射极连接于第三三极管Q₃的基极且通过第五电阻R₅连接于第三三极管Q₃的发射极。第二三极管Q₂的集电极连接于第二场效应管M₂的漏极与栅极。基准电流Iref的输出端、第二场效应管M₂的源极以及第三场效应管M₃的源极分别接地。第三场效应管M₃的栅极连接于第二场效应管M₂的栅极，第三场效应管M₃的漏极连接于第四场效应管M₄的漏极和栅极。第四场效应管M₄的源极和第五场效应管M₅的源极分别连接于第三三极管Q₃的发射极。第五场效应管M₅的栅极连接于第四场效应管M₄的栅极，第五场效应管M₅的集电极连接于第三电阻R₃的第一端以提供补偿电流。其中，第二场效应管M₂与第三场效应管M₃分别为NMOS场效应管，第四场效应管M₄与第五场效应管M₅分别为PMOS场效应管。

于电流补偿电路部分中，第五电阻R₅与第一电阻R₁的电阻值相同，由此，第五场效应管M₅的集电极输出的补偿电流I_补的大小为V_BE/R₁，第三电阻R₃的电流值I_R3＝I_R1’+I_补＝(Vin-VBB)/R₁。由上式可见，本实用新型提供的高压压差检测电路实现了流过电阻R₃的电流与高压电压Vin的线性关系。

以下为本实用新型的高压压差检测电路检测过程，请一并参考图3和图4。

当高压电压Vin由VBB开始上升，即压差Vin-VBB从0开始逐渐上升，于该过程中，第一转换电压V_O1小于参考电压V_REF，第一比较信号Y₁输出的值为1；第二转换电压V_O2小于参考电压V_REF，第二比较信号Y₂输出的值为0。此时，第一场效应管M₁导通，第四电阻R₄没有电流流过，第一转换电压V_O1的电压值为：V_O1＝I_R3*(R₂+R₃)＝(Vin-VBB)*(R₂+R₃)/R₁高压电压Vin逐渐上升，第一转换电压V_O1与第二转换电压V_O2亦逐渐上升，且第一转换电压V_O1先于第二转换电压V_O2到达参考电压V_REF，第一比较器CM1较先实现翻转。即，当第一转换电压V_O1上升至等于参考电压V_REF时，第一比较信号Y₁的值由1跳变为0，此时，第二比较信号Y₂的值保持为0；同时，第一场效应管M₁关闭，第四电阻R₄有电流流过。于第一比较信号Y₁的值跳变为0的时刻，高压电压Vin的电压值为第一阈值电压Vth1＝VBB+(V_REF*R₁)/(R₂+R₃)。此后，高压电压Vin继续上升，其电压值为：Vin>Vth1＝VBB+(V_REF*R₁)/(R₂+R₃)

第一比较信号Y₁实际为低压锁定信号，用以判断升压电路是否正常工作。具体而言，当第一比较信号Y₁的值为1时，表示升压电路没有正常工作(即没有完成升压)，检测电路处于低压锁定模式，第二比较信号Y₂无需反馈给升压电路；当第一比较信号Y₁的值由1变为0后，表示升压电路正常工作(即完成升压)，高压压差检测电路进入检测比较模式，第二比较信号Y₂反馈给升压电路。

其中，第一场效应管M₁的引入，使得检测电路处于低压锁定模式与检测比较模式的转换时，即第一比较器CM1在实现翻转的时候，避免了其在门限值附近出现持续抖动翻转的啁啾现象，稳定了第一比较器的低压锁定信号的输出，也进一步优化了电路的比较精度。

当高压压差检测电路进入检测比较模式，高压电压Vin的电压值大于第一阈值电压Vth1且继续上升，此时，第二转换电压V_O2的电压值为：V_O2＝I_R3*(R₂+R₄)＝(Vin-VBB)*(R₂+R₄)/R₁。第二转换电压V_O2亦逐渐上升至大于参考电压V_REF，第二比较器CM2实现翻转。即，当第二转换电压V_O2的电压值上升至等于参考电压V_REF时，第二比较信号Y₂的值由0跳变为1，此时，第一比较信号Y₁的值保持为0。于第二比较信号Y₂的值跳变为1的时刻，高压电压Vin的电压值为第二阈值电压Vth2＝VBB+(V_REF*R₁)/(R₂+R₄)。此后，高压电压Vin继续上升，高压电压Vin的电压值为：Vin>Vth2＝VBB+(V_REF*R₁)/(R₂+R₄)。

第二比较信号Y₂实际为高压检测信号，其直接作为升压电路的控制信号反馈于升压电路，控制其升压的幅度与速度，以调节升压电路的升压阈值。

在第二比较信号Y₂的反馈作用下，高压电压Vin达到一定的幅度门限值后会逐渐下降时，第二转换电压V_O2与第一转换电压V_O1亦逐渐下降，且第二转换电压V_O2先于第一转换电压V_O1下降到达参考电压V_REF，第二比较器CM2较先实现翻转。即，当第二转换电压V_O2下降至等于参考电压V_REF时，第二比较信号Y₂的值由1变为0，此时，第一比较信号Y₁的值保持为0。于第二比较信号Y₂的值跳变为0的时刻，高压电压Vin的电压值为第二阈值电压Vth2。

当第一转换电压V_O1的电压值逐渐降低至小于参考电压V_REF，第一比较器CM1将再次翻转，第一转换电压V_O1的电压值为：V_O1＝I_R3*(R₂+R₃+R₄)＝(Vin-VBB)*(R₂+R₃+R₄)/R₁。当第一转换电压V_O1的电压值降低至等于参考电压V_REF时，第一比较信号Y₁的值至由0跳变为1，此时，第二比较信号Y₂的值保持为0；同时，第一场效应管M₁导通，第四电阻R₄没有电流流过。于第一比较信号Y₁的值跳变为1的时刻，高压电压Vin的电压值为第三阈值电压Vth3＝VBB+(V_REF*R₁)/(R₂+R₃+R₄)。

当第一比较信号Y₁的值再次由0变为1时，表示升压电路不再正常工作，压差检测结束，检测电路退出检测比较模式而进入低压锁定模式，完成高压压差检测电路的电压锁定功能。。

由上所述可知，当第一比较信号Y₁从高电平跳变为低电平，升压电路正常工作(即完成升压)，第二比较器开始工作，压差检测开始，即电路进入检测比较模式；其中，在第二比较信号Y₂跳变为高电平之前，高压电压Vin不小于第三阈值电压Vth3且不大于第二阈值电压Vth2，当第二比较信号Y₂跳变为高电平当，高压电压Vin大于第二阈值电压Vth2。当第一比较信号Y₁从低电平跳变为高电平时，表示升压电路不再正常工作，第二比较器停止工作，压差检测结束，此时高压电压Vin为第三阈值电压Vth3；当第一比较信号Y₁为高电平时，电路进入低压锁定模式。

综上所述，本实用新型提供的高压压差检测电路，能够将升压电路中输出的高压电压与电源电压的压差线性转换为低压情况下的转换电压，并将其与参考电压进行比较来完成高电压环境下的压差检测。同时，通过同一个参考电压，两个比较器，同一个比较支路，完成两个不同转换电压的比较，使得检测电路同时具有低压锁定功能；并且，第一晶体管的引入稳定了第一比较器的低压锁定信号的输出，进一步优化了电路的比较精度。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高压压差检测电路，用于检测升压电路输出的高压电压和电源电压的压差，其特征在于，所述高压压差检测电路包括：

转换比较电路部分，所述转换比较电路部分包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第一场效应管、第一比较器以及第二比较器，所述第一三极管的发射极连接于所述第一电阻，所述第三电阻的第一端连接于所述第一三极管的集电极，所述第二电阻的第一端连接于所述第三电阻的第二端，所述第二电阻的第二端通过所述第四电阻接地，所述第一比较器的负向输入端连接于所述第三电阻的第一端，所述第二比较器的正向输入端连接于所述第二电阻的第一端，所述第一场效应管的基极连接于所述第一比较器的输出端，所述第一场效应管的集电极连接于所述第二电阻的第二端，所述第一场效应管的发射极接地；以及

电流补偿电路部分，所述电流补偿电路部分的输出端连接于所述第三电阻的第一端。

2.根据权利要求1所述的高压压差检测电路，其特征在于，所述电流补偿电路部分包括基准电流、第五电阻、第二三极管、第三三极管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管，所述基准电流的输入端连接于所述第二三极管的基极和所述第三三极管的集电极，所述第二三极管的发射极连接于所述第三三极管的基极且通过所述第五电阻连接于所述第三三极管的发射极，所述第二三极管的集电极连接于所述第二场效应管的漏极与栅极，所述基准电流的输出端、所述第二场效应管的源极以及所述第三场效应管的源极分别接地，所述第三场效应管的栅极连接于所述第二场效应管的栅极，所述第三场效应管的漏极连接于所述第四场效应管的漏极和栅极，所述第四场效应管的源极和所述第五场效应管的源极分别连接于所述第三三极管的发射极，所述第五场效应管的栅极连接于所述第四场效应管的栅极，所述第五场效应管的集电极连接于所述第三电阻的第一端。

3.根据权利要求2所述的高压压差检测电路，其特征在于，所述第五电阻与所述第一电阻的电阻值相同。

4.根据权利要求2所述的高压压差检测电路，其特征在于，所述第二场效应管与所述第三场效应管分别为NMOS场效应管，所述第四场效应管与所述第五场效应管分别为PMOS场效应管。