CN208581167U - 一种电源开关状态检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电源检测技术领域，尤其涉及一种电源开关状态检测电路，包括电源及其检测电路，电源包括电源Vin1、电源Vin2、开关S1、开关S2、二极管D1和二极管D2，检测电路用于检测开关S1、开关S2的开关状态，所述检测电路包括电阻R1、高压耗尽型NMOS管N1、PMOS管P1、PMOS管P2、比较器、电阻R2和钳位电路；本案将经过检测电路检测端的电流连接到比较器的电源端，作为比较器的工作电流，不仅减小了部分功耗损失，而且提高了系统的工作效率，进而减小电路中的电子器件发热，防止电子器件发热烧毁，从而提高了系统可靠性，并且与现有检测电路相比，本实用新型还节省了一个钳位电路，简化了电路整体结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源检测技术领域，尤其涉及一种电源开关状态检测电路。
背景技术
如图1所示，为现有的一种电源开关状态检测电路，其中电源部分包括电源Vin1、电源Vin2、开关S1、开关S2、二极管D1和二极管D2，检测电路部分包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、比较器、检测端钳位电路和VCC钳位电路，检测电路用于检测电源中开关S1和S2的状态，并输出逻辑信号。
当开关S1导通、开关S2关闭时，电源Vin1通过二极管D1为负载供电，二极管D2关闭；当开关S1关闭、开关S2导通时，电源Vin2通过二极管D2为负载供电，二极管D1关闭。电阻R3连接到检测电路的供电端，流过电阻R3并进入检测电路的供电端的电流作为检测电路的工作电流。检测电路的工作电流为Ivcc，所以为保证检测电路正常工作，经过电阻R3并进入检测电路的供电端的电流I2必须大于检测电路的工作电流Ivcc。电源Vin1和Vin2的电压值为高电压值，检测电路内部的电子器件的安全工作电压值为低电压值。VCC钳位电路用来限制检测电路供电端和比较器电源端VCC的最高电压，该供电端连接到比较器的电源VCC，为比较器供电；检测端钳位电路用来限制检测电路端子上的最高输入电压，以防检测电路中比较器的电子器件因为高电压而烧毁。VCC钳位电路限制最高电压的方法是当检测电路的供电端电压高于电源最大限制电压时，对多余的电流进行泄放，检测端钳位电路限制最高电压的方法是当检测电路的检测端电压高于检测端最大限制电压时对多余的电流进行泄放。电阻R1一端连接到开关S2和二极管D2的阳极，另一端连接到检测电路的检测端。电阻R1和R2构成的分压电阻用于检测开关S2的状态。比较器的阈值电压Vth的值应满足：
当开关S1关闭、开关S2导通时，二极管D2导通，开关S2和二极管D2的连接点电压为Vin2，检测电路的检测端的最低电压值如下式：
该电压值高于比较器的阈值电压Vth，比较器的输出信号为低的逻辑信号。
当开关S1导通、开关S2关闭时，二极管D2关闭。正常情况下，不存在由二极管D2阴极流向二极管D2阳极的反向电流，流过电阻R1和R2的电流为0A，所以检测电路的检测端的电压为0V，该电压值低于比较器的阈值电压Vth，比较器的输出信号为高的逻辑信号。
而现有常用的二极管，在较高的工作温度和较高的反向电压情况下，会产生由二极管阴极流向阳极的反向漏电电流。在不存在二极管反向漏电电流的情况下，当开关S1导通、开关S2关闭时，比较器的输出信号应该为高的逻辑信号。然而，二极管D2的反向漏电电流会造成电源开关状态检测电路失灵，可能使比较器的输出信号变为低的逻辑信号。
二极管D2的反向漏电电流造成电源开关状态检测电路失灵的原理为：当开关S1导通、开关S2关闭时，由二极管D2阴极流向阳极的反向漏电电流为I1，该电流经过开关S1、二极管D1、二极管D2、电阻R1流到检测电路的检测端，检测电路的检测端电压值为R2×I1，二极管D2的反向漏电电流通常比较大，则检测端电压在可能会大于比较器的阈值电压Vth，比较器的输出信号会变为低的逻辑信号，导致检测电路失灵。
为保证在二极管D2反向漏电时，电源开关状态检测电路中比较器输出信号仍维持高的逻辑信号，则必须满足R2×I1＜Vth，即电阻R2的电阻值需要足够小，满足当开关S1关闭、开关S2导通时，检测端电压应该大于Vth，从而使比较器的输出信号变为低的逻辑信号，即由以上两个等式可以得到即选择R1和R2的电阻值时，必须设置当开关S1关闭、开关S2导通时进入检测电路的检测端的电流大于二极管D2的反向漏电电流I1，才能保证检测电路正常工作。
通过以上分析可以看到，为了保证检测电路正常工作，当开关S1关闭、开关S2导通时，进入检测电路的检测端的电流必须大于二极管D2的反向漏电电流I1，经过电阻R3并进入检测电路的供电端的电流I2必须大于检测电路的工作电流Ivcc。通过计算得到检测电路上的总功率最小值为：
Pdiss＝Vin2×(I1+Ivcc) (3)
该功率损耗通常比较大，会降低系统效率，且易引起检测电路发热，严重的情况下，会造成电子系统烧毁而失灵。
实用新型内容
针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种效率更高的电源开关检测电路。
为实现以上技术目的，本实用新型的技术方案是：
一种电源开关状态检测电路，包括电源及其检测电路，所述电源包括电源Vin1、电源Vin2、开关S1、开关S2、二极管D1和二极管D2，所述电源Vin1与开关S1的一端连接，所述开关S1的另一端与二极管D1的阳极连接，所述电源Vin2与开关S2的一端连接，所述开关S2的另一端与二极管D2的阳极连接，所述二极管D1的阴极与二极管D2的阴极连接且作为负载接入端；所述检测电路用于检测开关S1、开关S2的开关状态，所述检测电路包括电阻R1、高压耗尽型NMOS管N1、PMOS管P1、PMOS管P2、比较器、电阻R2和钳位电路；所述电阻R1的一端分别与开关S2的另一端和二极管D2的阳极连接，另一端分别与PMOS管P1的源极和PMOS管P2的源极连接，所述PMOS管P1的漏极分别与R2的一端、电压比较器的反相输入端连接，栅极分别与PMOS管P2的栅极、漏极、比较器的电源端VCC、高压耗尽型NMOS管N1的源极连接，所述比较器的同相输入端接入阈值电压Vth，输出端作为检测信号输出端，所述高压耗尽型NMOS管N1的漏极分别与二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接，源极接入钳位电路，所述电阻R2的另一端、高压耗尽型NMOS管N1的栅极和衬底均接地。
作为优选，所述钳位电路包括稳压二极管ZD1，所述稳压二极管ZD1的阴极与高压耗尽型NMOS管N1的源极连接，阳极接地。
从以上描述可以看出，本实用新型具备以下优点：
本实用新型所述的电路结构中，将R1的另一端作为检测电路的检测端，高压耗尽型NMOS管N1的源极作为检测电路中比较器的电源端，并且将经过检测电路的检测端的电流连接到比较器的电源端，作为比较器的工作电流，不仅可以减小部分功耗损失，而且能够提高系统的工作效率，进而减小电路中的电子器件发热，防止电子器件因发热而烧毁，从而提高了系统可靠性。同时，与图1所示的现有电源开关状态检测电路相比，本实用新型还节省了一个钳位电路，进而简化了电路整体结构。
附图说明
图1是现有的电源开关检测电路的结构示意图；
图2是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
结合图2，详细说明本实用新型的一个具体实施例，但不对本实用新型的权利要求做任何限定。
如图2所示，一种电源开关状态检测电路，包括电源及其检测电路，其中：
电源具体包括电源Vin1、电源Vin2、开关S1、开关S2、二极管D1和二极管D2，电源Vin1与开关S1的一端连接，开关S1的另一端与二极管D1的阳极连接，电源Vin2与开关S2的一端连接，开关S2的另一端与二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极连接且作为负载接入端；
检测电路用于检测开关S1、开关S2的开关状态，检测电路具体包括电阻R1、高压耗尽型NMOS管N1、PMOS管P1、PMOS管P2、比较器、电阻R2和钳位电路，钳位电路包括稳压二极管ZD1；电阻R1的一端分别与开关S2的另一端和二极管D2的阳极连接，另一端分别与PMOS管P1的源极和PMOS管P2的源极连接，PMOS管P1的漏极分别与R2的一端、电压比较器的反相输入端连接，栅极分别与PMOS管P2的栅极、漏极、比较器的电源端VCC、高压耗尽型NMOS管N1的源极连接，比较器的同相输入端接入阈值电压Vth，输出端作为检测信号输出端，高压耗尽型NMOS管N1的漏极分别与二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接，源极接稳压二极管的阴极，电阻R2的另一端、高压耗尽型NMOS管N1的栅极和衬底、稳压二极管ZD1的阳极均接地。
本实用新型的工作原理为：
在电源中，当开关S1导通、开关S2关闭时，电源Vin1通过二极管D1为负载供电，二极管D2关闭；当开关S1关闭、开关S2导通时，电源Vin2通过二极管D2为负载供电，二极管D1关闭。
本实用新型的电路结构中将R1的另一端作为检测电路的检测端，高压耗尽型NMOS管N1的漏极作为检测电路的供电端，连接到二极管D1的阴极与二极管D2的阴极，高压耗尽型NMOS管N1的源极连接到比较器的电源端VCC，为比较器供电。
高压耗尽型NMOS管N1为检测电路中的比较器提供工作电流，N1的漏极可以耐受高压，且连接到二极管D1和二极管D2的阴极，栅极连接到地。若高压耗尽管的阈值电压为VN，VN是负值，其绝对值|VN|小于钳位电路的最大限制电压(即稳压二极管ZD1的反向击穿电压)，当检测电路的供电端电压上升到大于|VN|时，N1会因为沟道夹断而自动关断。
当开关S1导通、开关S2关闭时，二极管D1导通，二极管D2关闭，高压耗尽型NMOS管N1导通，流过D1和N1的电流作为检测电路的工作电流。
当开关S1关闭、开关S2导通时，二极管D1关闭，二极管D2导通，流过电阻R1并流过PMOS管P2的电流作为检测电路的工作电流。同时，流过二极管D1和高压耗尽管N1的电流也作为检测电路的工作电流。
设检测电路的工作电流为Ivcc，为保证检测电路正常工作，流过N1和流过P2的总电流必须大于检测电路的工作电流Ivcc。
电源Vin1和Vin2的电压为高电压，检测电路的供电端和比较器的输入电压值为低电压值。钳位电路用来限制检测电路中比较器电源端VCC的最高电压。因为PMOS管P2的漏极和源极之间的电压差VDS-P2通常约为1V～2V，所以检测电路的检测端的最高电压比比较器电源端VCC的电压高约1V～2V，可以保证检测电路的检测端的电压值仍然为低电压，检测电路的电子器件不会因为高电压而烧毁。
电阻R1、PMOS管P1、PMOS管P2和电阻R2构成的电路用于检测开关S2的状态。
当开关S1关闭、开关S2导通时，二极管D2导通，开关S2和二极管D2阳极的连接点电压为Vin2，通过电阻R1并流过PMOS管P1的电流在电阻R2上产生电压信号作为比较器的输入信号。PMOS管P1和P2的沟道宽长比的比例为1：m，所以流过PMOS管P1和PMOS管P2的电流值比例为1：m(其中，m远大于1)，电阻R2上的电压VR2可表示为：
式(4)中，Vcc为钳位电路的最高限制电压(同时也是比较器的供电电压)，VDS-P2为PMOS管P2的漏极和源极之间的电压，R1为电阻R1的阻值，R2为电阻R2的阻值，为了保证检测电路正常工作，电阻R2上的电压值应该高于比较器的阈值电压Vth，即：
式(5)中，Vth为比较器的阈值电压，此时，比较器的输出信号为低的逻辑信号。
当开关S1导通、开关S2关闭时，二极管D2关闭。正常情况下，不存在由二极管D2阴极流向阳极的反向漏电电流。流过电阻R1、PMOS管P1、PMOS管P2和电阻R2的电流为0，电阻R2上的电压值为0V，低于比较器的阈值电压Vth，此时，比较器的输出信号为高的逻辑信号。
当开关S1导通、开关S2关闭时，二极管D2关闭，如果存在从二极管D2阴极流向阳极的反向漏电电流I1，该反向漏电电流会流进检测电路的检测端。PMOS管P1和P2的沟道宽长比的比例为1：m，所以流过PMOS管P1和PMOS管P2的电流值比例为1：m，电阻R2上的电压值可表示为：
为使该检测电路不会因为二极管D2反向漏电而失灵，则必须保证电阻R2上的电压值小于比较器的阈值电压Vth，即：
结合以上公式可以计算得到：
即
从上述推导过程可以看出，为了保证检测电路正常工作，当开关S1关闭、开关S2导通时，进入检测电路的检测端的电流必须大于二极管D2的反向漏电电流I1。此时，流过二极管D2的反向漏电电流的流过P2并作为检测电路中比较器的工作电流。如果流过P2的电流小于比较器的的工作电流Ivcc，则高压耗尽管N1的源极电压下降，高压耗尽管N1导通并补足比较器的工作电流Ivcc；如果流过P2的电流大于比较器的工作电流Ivcc，则高压耗尽管N1保持关闭，钳位电路(即稳压二极管ZD1)导通并泄放多余电流。
通过以上分析，可以看到，进入检测电路检测端的电流的作为检测电路中比较器的工作电流，为了保证检测电路正常工作，当开关S1关闭、开关S2导通时，进入检测电路的检测端和供电端的总电流必须大于比较器的工作电流Ivcc。如果二极管D2的反向漏电电流I1小于比较器的工作电流Ivcc，则进入检测电路的检测端和供电端的总电流等于比较器的工作电流Ivcc，检测电路上的总功率为：
Pdiss＝Vin2×Ivcc 式(10)
如果二极管反向漏电电流I1大于比较器的工作电流Ivcc，则进入检测电路的供电端的电流为0，检测电路上的总功率为：
Pdiss＝Vin2×I1 式(11)
因此，与如图1所示的现有电源开关状态检测电路相比，本实用新型的电路的总功率减小。
同时，与图1所示的现有电源开关状态检测电路相比，本实用新型的电路将经过检测电路的检测端电流的一部分引入到检测电路中比较器的电源端VCC，作为比较器的工作电流，减小了部分功耗损失，可以提高系统的工作效率，并可以减小电路中的电子器件发热，防止电子器件因发热而烧毁，提高了系统可靠性，并且本实用新型的电路还节省了一个钳位电路，进而简化了电路整体结构。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
本实用新型所述的电路结构中，将R1的另一端作为检测电路的检测端，高压耗尽型NMOS管N1的源极作为检测电路中比较器的电源端，并且将经过检测电路的检测端的电流连接到比较器的电源端，作为比较器的工作电流，不仅可以减小部分功耗损失，而且能够提高系统的工作效率，进而减小电路中的电子器件发热，防止电子器件因发热而烧毁，从而提高了系统可靠性。同时，与图1所示的现有电源开关状态检测电路相比，本实用新型还节省了一个钳位电路，进而简化了电路整体结构。
可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种电源开关状态检测电路，其特征在于：包括电源及其检测电路；
所述电源包括电源Vin1、电源Vin2、开关S1、开关S2、二极管D1和二极管D2，所述电源Vin1与开关S1的一端连接，所述开关S1的另一端与二极管D1的阳极连接，所述电源Vin2与开关S2的一端连接，所述开关S2的另一端与二极管D2的阳极连接，所述二极管D1的阴极与二极管D2的阴极连接且作为负载接入端；
所述检测电路用于检测开关S1、开关S2的开关状态，所述检测电路包括电阻R1、高压耗尽型NMOS管N1、PMOS管P1、PMOS管P2、比较器、电阻R2和钳位电路；所述电阻R1的一端分别与开关S2的另一端和二极管D2的阳极连接，另一端分别与PMOS管P1的源极和PMOS管P2的源极连接，所述PMOS管P1的漏极分别与R2的一端、电压比较器的反相输入端连接，栅极分别与PMOS管P2的栅极、漏极、比较器的电源端VCC、高压耗尽型NMOS管N1的源极连接，所述比较器的同相输入端接入阈值电压Vth，输出端作为检测信号输出端，所述高压耗尽型NMOS管N1的漏极分别与二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接，源极接入钳位电路，所述电阻R2的另一端、高压耗尽型NMOS管N1的栅极和衬底均接地。
2.根据权利要求1所述的电源开关状态检测电路，其特征在于：所述钳位电路包括稳压二极管ZD1，所述稳压二极管ZD1的阴极与高压耗尽型NMOS管N1的源极连接，阳极接地。
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