CN208459474U - 用于电压门限监控电路的转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于电压门限监控电路的转换电路，本实用新型抛弃“后端数字芯片需要输入数字信号”的思维初衷，改之以“后端数字芯片处理数字逻辑”为思路出发点。利用开关元件的开关特性，以及后端控制单元即后端数字芯片输入端的逻辑门槛电平，共同完成对被监控电压门限的数字逻辑的转换、关联。本实用新型允许数字芯片前端设备即非线性传输设备的输出信号不完全为数字信号，可以包含模拟信号，通过数字芯片的输入门槛，将模拟信号在数字芯片输入端转化为数字逻辑，即被监控模拟电压向数字逻辑的转换，由开关元件与后端数字芯片共同完成。

Description

用于电压门限监控电路的转换电路

技术领域

本实用新型涉及电压监控技术领域，尤其涉及一种用于电压门限监控电路的转换电路。

背景技术

电子产品中经常需要对某些电压进行监控，当被监控电压在门限电压范围之外时控制芯片(MCU)产生报警信号。如图1所示，对于不共地系统的电压门限监控，需要使用隔离转换电路将图1中左边的被监控侧的电压信号，隔离传输转换到图1的右边的监控侧，由MCU判断是否满足报警条件。

隔离转换电路的作用是将待测电压值转化为可以被控制单元(MCU)识别、读取的信息形式，MCU根据转化后的信息，推断出被监控电压值，是否达到门限要求。其中，隔离转换电路的输入形式为被监控的电压，如图1中左侧电池提供的供电电压VCC，实际情况不限于电源电压。隔离转换电路的输出形式是可被控制单元识别的信息——可以是通信报文、模数转换后的数字信息，也可以是纯粹的模拟信息，转换后的输出形式，取决于隔离转换电路内的具体电路实现。

另外，横跨不同供电系统的模块/电路组件，其输入、输出侧需要满足各自供电系统的电学特性与要求。图1中的隔离转换电路，以及隔离DC/DC模块均属于上述横跨组件。

本申请的在后续图中，不共地转换电路中都会标识A地(模拟地)与D地(数字地)，用以区别不同组件，或同一组件的不同部分隶属不同的供电基准。

图1中，对电池电压进行电压监控的电路结构框图是一种不共地供电体系。隔离转换电路的输入端，连接被监控的电压端，图1中为电池的供电电压VCC，实际，不限于电池电压。隔离转换电路的输出端连接MCU的信号输入端。A地为模拟地，是连续信号隶属的供电系统的电压基准。D地为数字地，是产生数字信号的供电系统的电压基准。此处的A地(模拟地)和D地(数字地)用于区别图1中两侧分属不同的供电压制，不同的供电基准。

图1中，电池所在供电体系：VCC与A地(模拟地)，即以A地为电压基准，提供电压VCC，隔离DC/DC模块(隔离直流转直流电压模块)，将电池能量转化为另一种供电体系：VDD与D地(数字地)，即以D地为电压基准的电压VDD作为控制单元(MCU)的电源供电电压。监控侧(MCU侧)与被监控侧(电池侧)分属不同的供电体系。

如图2所示，线性隔离传输设备输入端接入被监控电压，线性隔离传输设备输出端连接模拟数字转换设备；线性隔离传输设备，用于将被监控电压线性传输至不共地系统的模拟数字转换设备的输入端。

模拟数字转换设备：用于将来自传输设备的，同被监控电压具有线性关系的电压连续信号(模拟信号)转化为N路离散信号(数字信号)。连接至后端控制单元(MCU)的N路数字输入端口。

如图2所示，现有转换电路的构建方式为：首先通过非线性隔离传输设备比如线性光耦、隔离变压器等，将被监控电压信号线性地由被监控侧(即图2中的A侧)传输至监控侧(即图2中的D侧)，此处信号被认为是连续型模拟信号，再由模拟数字转换设备(比如模数转换器ADC)将该模拟信号转换为可以被后端数字芯片(MCU)处理的离散型的数字信号，后端数字芯片根据模拟数字转换设备输出的单纯的数字信号，完成对门限电压的监控。

图2中的此种构建电路的思维特点是，构建人往往从“后端数字芯片需要输入数字信号”的角度出发，要求数字芯片前段设备应该输出纯粹的满足数字逻辑门限的电平信号，由于被监控电压属于模拟信号，因而自然而然地构造出线性传输设备+模数转换设备的电路构架。

该类构架的主要问题是，模数转换设备以及线性传输设备通常价格较高、结构不够紧凑，常常需要较多的辅助元器件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电压门限监控电路的转换电路，能够解决现有的转换电路构建中模数转换设备以及线性传输设备通常价格较高、结构不够紧凑，常常需要较多的辅助元器件的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于电压门限监控电路的转换电路，包括：

开关器件，所述开关器件的输入端连接被监控电压，所述开关器件的输出端连接非线性传输设备的输入端；

非线性传输设备，所述非线性传输设备的输出端连接后端控制单元的数字输入端口，所述非线性传输设备的输出端输出纯数字型、或者数字和模拟混合型信号至所述端控制单元的数字输入端口。

进一步的，在上述用于电压门限监控电路的转换电路中，所述非线性传输设备的输出端仅为一路。

进一步的，在上述用于电压门限监控电路的转换电路中，所述一路的输出端同时解决监控电压高门限和监控电压低门限共两个门限的监控。

进一步的，在上述用于电压门限监控电路的转换电路中，所述非线性传输设备为非线性非隔离传输设备。

进一步的，在上述用于电压门限监控电路的转换电路中，所述非线性传输设备为非线性隔离传输设备，所述非线性隔离传输设备分别连接被监控电压侧的供电系统和与所述被监控电压侧的供电系统不共地的后端控制单元侧的供电系统。

进一步的，在上述用于电压门限监控电路的转换电路中，所述开关器件仅完成监控电压高门限VH和监控电压低门限VL中的其中一个监控门限电压的数字电平关联转化，经所述非线性传输设备输出稳定的符合后端控制单元的数据输入端口的逻辑高电平或逻辑低电平，另一个监控门限电压的数字化转化交由后端控制单元的数字输入端口对所述非线性传输设备输出的模拟信号的门槛电平约束完成。

进一步的，在上述用于电压门限监控电路的转换电路中，所述经过所述开关器件以及非线性传输设备后生成的模拟信号，虽然具有非线性特性，但其电平范围依然维持在后端控制单元的数字输入端口的逻辑低电平或逻辑高电平的有效范围，则后端控制单元的数字输入端口此时会读入逻辑低电平或逻辑高电平。

与现有技术相比，本实用新型新的构建电路的维系特点是，抛弃“后端数字芯片需要输入数字信号”的思维初衷，改之以“后端数字芯片处理数字逻辑”为思路出发点。利用开关元件的开关特性，以及后端控制单元即后端数字芯片输入端的逻辑门槛电平，共同完成对被监控电压门限的数字逻辑的转换、关联。本实用新型允许数字芯片前端设备即非线性传输设备的输出信号不完全为数字信号，可以包含模拟信号，通过数字芯片的输入门槛，将模拟信号在数字芯片输入端转化为数字逻辑，即被监控模拟电压向数字逻辑的转换，由开关元件与后端数字芯片共同完成。

由于非线性传输设备的价格与紧凑型优于线性传输设备，本实用新型降低了对设备传输性的要求，同时，省去模拟数字转换设备，代之以开关元件，同样大大降低电路成本与空间消耗。

本实用新型的隔离传输过程中采用非线性传输，成本更低；同时，没有要求由单一组件完成信号的数字化转换，为电路的构建提供新的思路，放宽了电路元件的选型与应用搭配条件，使配套电路更简单，更经济。

附图说明

图1是现有的不共地系统的电压门限监控电路框图；

图2是传统型的隔离转换电路框图；

图3是一实施例的共地转换电路框图；

图4是一实施例的不共地转换电路框图；

图5是本实用新型一实施例的使用稳压二极管V1与普通光耦E5构成的隔离转换电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图3所示，本实用新型提供一种用于电压门限监控电路的转换电路，包括：

开关器件，所述开关器件的输入端连接被监控电压，所述开关器件的输出端连接非线性传输设备的输入端；

非线性传输设备，所述非线性传输设备的输出端连接后端控制单元(MCU)的数字输入端口，所述非线性传输设备的输出端输出纯数字型(离散型)、或者数字和模拟(连续)混合型信号至所述端控制单元的数字输入端口。

在此，所述开关器件包括在预设条件下具有开关特性的器件、组件、模块等。

所述开关器件的输入端为单路输入。

所述非线性传输设备的输入端为单路输入。

本实用新型新的构建电路的维系特点是，抛弃“后端数字芯片需要输入数字信号”的思维初衷，改之以“后端数字芯片处理数字逻辑”为思路出发点。利用开关元件的开关特性，以及后端控制单元即后端数字芯片输入端的逻辑门槛电平，共同完成对被监控电压门限的数字逻辑的转换、关联。本实用新型允许数字芯片前端设备即非线性传输设备的输出信号不完全为数字信号，可以包含模拟信号，通过数字芯片的输入门槛，将模拟信号在数字芯片输入端转化为数字逻辑，即被监控模拟电压向数字逻辑的转换，由开关元件与后端数字芯片共同完成。

本申请的特点是，所述开关元件可能在某些条件下不具备开关特性——因此导致输出模拟信号，但该模拟信号经传输后仍在后端数字芯片(MCU)的门槛电压范围内，所以导致需要MCU共同完成逻辑转换的工作。

由于非线性传输设备的价格与紧凑型优于线性传输设备，本实用新型降低了对设备传输性的要求，同时，省去模拟数字转换设备，代之以开关元件，同样大大降低电路成本与空间消耗。

本实用新型的传输过程采用非线性传输，成本更低；同时，没有要求由单一组件完成信号的数字化转换，为电路的构建提供新的思路，放宽了电路元件的选型与应用搭配条件，使配套电路更简单，更经济。

如图3和4所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述非线性传输设备的输出端仅为一路。

本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述仅为一路的输出端同时解决监控电压高门限和监控电压低门限共两个门限的监控。

如图3所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述非线性传输设备为非线性非隔离传输设备。本实施例适用于构建共地系统的电压门限监控电路。

如图4所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述非线性传输设备为非线性隔离传输设备，所述非线性隔离传输设备分别连接被监控电压侧的供电系统和与所述被监控电压侧的供电系统不共地的后端控制单元侧的供电系统，以实现不共地的转换电路，可以应用于不共地系统的电压门限的监控领域。比如，对不同地系统的电池电压的监控报警、某些输入信号的电压监控报警、交流供电系统的电压监控报警等诸多领域。本实施例适用于构建不共地系统的电压门限监控电路。

本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述开关器件仅完成监控电压高门限VH和监控电压低门限VL中的其中一个监控门限电压(比如监控电压高门限VH)的数字电平关联转化，经所述非线性传输设备输出稳定的符合后端控制单元(MCU)的数据输入端口的逻辑高电平或逻辑低电平，另一个监控门限电压(如监控电压低门限VL)的数字化转化交由后端控制单元(MCU)的数字输入端口对所述非线性传输设备输出的模拟信号的门槛电平约束完成。

在此，本实用新型的特点是，并没有毕其功于一役般地，要求被监控信号的数字化转化由单一组件完成，而是开创性地允许在开关元件和MCU的数字输入端口处分别完成部分转化，在转换电路输出端输出的可以不完全为数字信号，可以包含模拟信号。

本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，另一个监控门限电压(如监控电压低门限VL)的数字化转化交由后端控制单元(MCU)的数字输入端口对所述非线性传输设备输出的模拟信号的门槛电平约束完成，包括：

所述经过所述开关器件以及非线性传输设备后生成的模拟信号(由于未触发开关元件的开关特性，所以不生成数字信号)，虽然具有非线性特性，但其电平范围依然维持在后端控制单元的数字输入端口的逻辑低电平或逻辑高电平的有效范围，则后端控制单元的数字输入端口此时会读入逻辑低电平或逻辑高电平。

在此，此时可以认为MCU的输入端完成了对被监控电压信号的数字化转换。当所述另一个监控门限电压如被监控电压的监控电压低门限VL与MCU输入端的逻辑低门槛相关联时，则达到了对高、低两个电压门限的监控目的。

如图5所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述开关器件包括：

稳压管V1与分压电阻R1串联后，连接在被监控电压两端(例如，图5中为VI与A地，隶属A地供电系统)，其中，稳压管的极性应满足其反接状态。

如图5所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，所述非线性传输设备包括：

限流电阻R2与非线性光耦E5的输入端的发光二极管(如图5中，非线性光耦E5左侧的两个输入端)串联后，并联在分压电阻R1的两端，其中，非线性光耦E5输入端的发光二极管在电路中处于正接状态；

所述非线性光耦E5的光敏三极管的输出端Vo经上或下拉电阻连接至与被监控电压不共地的后端控制单元侧供电系统电源(VDD)或地(D地)端后，同后端控制单元(MCU)的数字输入端口相连。其中，所述光耦E5输出端包括光敏三级管的集电极与发射极。图3中所示为下拉电阻R3的情况。光耦输出端，经上/下拉电阻连接至后端芯片输入端的的连接方式，为业内公知常识。

具体的，图5中，VI为被监控电压，是本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路框图(图1虚框)的输入，单路；

A地为被监控侧的电压基准；

D地为监控侧(控制单元侧)的电压基准；

VDD为监控侧的供电电源；

Vo为提供给控制单元的信号，即本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路框图(图1虚框)的输出，为单路。

在此，当未对被监控电压有线性要求时，可以采用数字化思维方式，将前端的报警门限电压与后端MCU输入端的逻辑门槛电平进行转换、关联。此时，对监控门限的比较操作由MCU的内部数学运算转变为对MCU的端口逻辑电平的判断。当被监控电压处于高/低门限电压范围以外时，只需转换电路转换后的信号被后端MCU判读成不同的逻辑电平，即可达到产生报警条件的功能要求。

本实用新型可以解决成本高、运算复杂、控制系统开销大等问题。

如图5所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，当被监控电压VI大于等于监控电压高门限VH时，稳压管V1充分导通提供足够的电流，使所述非线性光耦E5的光敏三极管充分导通，则下拉电阻R3处产生稳定的确定的电压输出，输出端Vo的电压等于供电系统电源(VDD)，该电平符合后端控制单元(MCU)的输入端口的逻辑高电平。

在此，当VI≥VH时，稳压管V1完全导通且输出稳定的恒压值，该行为被认为符合数字化转换行为，此时稳压管V1完成了信号VI的数字化转换。

如图5所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，当被监控电压VI小于所述监控电压高门限VH时，稳压管V1导通不充分，稳压管的输出不具有数字化特性,此时，所述光敏三极管的输出可以处于数字状态或模拟状态。其中，当被监控电压VI在低于某一特定电压值(与稳压管的产品特性有关，当稳压管的型号确定后，该特定电压值为一固定值)的时候，稳压管V1完全不导通，这时稳压管输出重新具有数字化——因为，无论之后VI如何更小，稳压管始终无输出，或者称为输出为0了；此时，所述光敏三极管的输出处于数字状态。其中所述数字状态表示光敏三极管进入截止区，如果进入截止区，应确保此时VI≤VL。需要说明的是:当VI≤VL时，不管稳压管输出的是处于数字状态还是模拟状态，都可以通过调整电路的各元件参数，使得对应输出端Vo处于逻辑低门槛电平之下，即可实现本实用新型的技术效果。进一步地，当VI＜VH时，稳压管V1输出的电压值、电流值不稳定，因而可以认为此时稳压管的输出不具有数字化特性(或者说其具有模拟化特性)。稳压管V1后端的光耦的输出也呈连续变化的特性，可认为此时光耦的输出信号具有模拟特性。其中，稳压管V1输出的电压值、电流值有可能下降为0。此时，光敏三极管处于截止区，输出具有数字特性。这样，数字化转化，就由传输设备完成，转换电路的输出就为纯粹的数字信号。

如图5所示，本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路一实施例中，当调整所述分压电阻R1、限流电阻R2和所述上或下拉电阻，使所述被监控电压小于等于所述监控电压低门限VL时，输出端Vo的非线性电压变动范围在后端控制单元(MCU)的输入电压门槛的低门槛以下，则后端控制单元(MCU)检测到逻辑低电平。

在此，当精确调整过的分压电阻R1、限流电阻R2和所述上或下拉电阻(例如，图5中R3是下拉电阻)，使VI≤VL(监控低门限)时，Vo的非线性电压变动范围在MCU输入电平的低逻辑门槛以下，则可以认为MCU检测到了逻辑低电平。

具体的精确调整过的分压电阻R1、限流电阻R2和所述上或下拉电阻(例如，图5中R3是下拉电阻)使VI＝VL时，光耦输出Vo的电平刚好同MCU输入端的数字门限电平相重合。则，当VI＜VL时，尽管Vo随同Vi继续非线性下降依然呈现模拟性，但此时Vo已完全落入MCU的低电平逻辑范围，MCU的输入门槛电平完成了对Vo的数字化转化。

通过上述实施例本实用新型的用于电压门限监控电路的转换电路完成了对被监控电压的高低门限向MCU输入端逻辑高低电平的关联、映射。

本实施例利用稳压管与普通光耦代替ADC与线性光耦，不但核心元器件的价格大幅降低，而且电路结构更紧凑；对于后端MCU端口的占用，由原先的N路降低为仅仅1路；省去了MCU的运算、比较的过程，降低了后端处理器的编程难度，又提高了执行效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，包括：

开关器件，所述开关器件的输入端连接被监控电压，所述开关器件的输出端连接非线性传输设备的输入端；

非线性传输设备，所述非线性传输设备的输出端连接后端控制单元的数字输入端口，所述非线性传输设备的输出端输出纯数字型、或者数字和模拟混合型信号至所述端控制单元的数字输入端口。

2.如权利要求1所述的用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，所述非线性传输设备的输出端仅为一路。

3.如权利要求2所述的用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，所述一路的输出端同时解决监控电压高门限和监控电压低门限共两个门限的监控。

4.如权利要求1所述的用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，所述非线性传输设备为非线性非隔离传输设备。

5.如权利要求1所述的用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，所述非线性传输设备为非线性隔离传输设备，所述非线性隔离传输设备分别连接被监控电压侧的供电系统和与所述被监控电压侧的供电系统不共地的后端控制单元侧的供电系统。

6.如权利要求1所述的用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，所述开关器件仅完成监控电压高门限和监控电压低门限中的其中一个监控门限电压的数字电平关联转化，经所述非线性传输设备输出稳定的符合后端控制单元的数据输入端口的逻辑高电平或逻辑低电平，另一个监控门限电压的数字化转化交由后端控制单元的数字输入端口对所述非线性传输设备输出的模拟信号的门槛电平约束完成。

7.如权利要求6所述的用于电压门限监控电路的转换电路，其特征在于，所述经过所述开关器件以及非线性传输设备后生成的模拟信号，虽然具有非线性特性，但其电平范围依然维持在后端控制单元的数字输入端口的逻辑低电平或逻辑高电平的有效范围，则后端控制单元的数字输入端口此时会读入逻辑低电平或逻辑高电平。