CN211183396U - 一种欠压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种欠压保护电路，包括分压电阻串和比较电路，分压电阻串将电源电压通过串联电阻的分压输出给下一级电路；比较电路通过带隙基准结构产生零温度系数带隙基准电压为1.2V，与分压电阻串输出的电源电压V_cc分压进行比较，在电路中设置P型MOS管M₃、M₄，控制比较电路的迟滞量。本实用新型欠压保护电路，将普通带隙基准电路与迟滞比较器电路结合在一个电路中,在保证性能的前提下，结构简单、减小了电路的复杂程度、缩小了芯片的面积,增加了设计便利性。

Description

一种欠压保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种欠压保护电路，特别是电源管理类芯片的欠压保护电路。

背景技术

在电源系统中，电压的稳定非常重要。比如，一个系统的额定电源电压为5V，如果电源电压由于电池老化等原因造成大幅度下降，虽然不会烧坏芯片，但是如果芯片长时间工作在低压下，芯片的稳定性和性能仍然会大打折扣，严重时可能造成系统崩溃，欠压保护模块主要用于检测电源电压，当电源电压低于一定值后输出使能信号保护系统免受损坏，所以欠压保护电路有着极其重要的作用。

传统的欠压保护模块如附图1所示，由于电路中加入了基准电压和比较器电路，因此它的精度比较依赖于基准和比较器的性能，独立性和稳定性较差。其工作原理为：电阻网络采样输入电压V_IN得到电压VI并输入到比较器的一端，当输入电压V_IN比较小时，VI<V_REF,比较器输出低电平；随着V_IN的上升，当VI>V_REF时，比较器翻转为高电平，同时关断MN1管，使得R₃进入电阻分压网络来决定迟滞量。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种欠压保护电路,将普通带隙基准电路与迟滞比较器电路结合在一个电路中,在保证性能的前提下，结构简单、减小了电路的复杂程度、缩小了芯片的面积,增加了设计便利性。

本实用新型解决技术的方案是：

一种欠压保护电路，包括分压电阻串和比较电路，

分压电阻串将电源电压通过串联电阻的分压输出给下一级电路；

R₁、R₂串联构成分压电阻串，将电源电压V_cc分压输出给Q₁和Q₂的基极；

Q₁、Q₂、R₃、R₄的连接构成带隙基准结构，比较电路通过带隙基准结构产生零温度系数带隙基准电压为1.2V，与分压电阻串输出的电源电压V_cc分压进行比较，如果电源电压V_cc分压大于1.2V，则PG输出高电平信号；如果电源电压V_cc分压小于1.2V，则PG输出低电平信号，在电路中设置P型MOS管M₃、M₄，控制比较电路的迟滞量，防止欠压保护电路在电源电压V_cc分压等于1.2V的欠压点处震荡。

进一步的，比较电路包括P型MOS管M₁、M₂、M₃、M₄，M₅、M₆，N型MOS管M₇、M₈，双极型晶体管Q₁、Q₂，电阻R₁、R₂、R₃、R₄，反相器INV1；

电源端V_CC与M₁、M₂、M₃、M₄，M₅、M₆的源端、R₁的一端相连，R₁的另一端与R₂的一端及Q₁、Q₂的基极连接到R1与R2串联的连接点，即B端，R₂的另一端与地相连，M₂的栅端与M₂的漏端、M₄的栅端、M₃的漏端、M₅的栅端、Q₂的集电极端相连，M₁的栅端与M₁的漏端、M₄的漏端、M₆的栅端、Q₁的集电极端相连，R₃的一端与Q₁的发射极相连，R₃的另一端与Q₂的发射极、R₄的一端相连，R₄的另一端与地相连；

M₅的漏端与M₇的漏端、M₇的栅端、M₈的栅端相连，M₆的漏端与M₈的漏端、INV1的输入端相连，M₇的源端与M₈的源端与地相连，INV1的输出为电路的输出端PG。

进一步的，当三极管Q₁、Q₂正常工作时，由M₂、M₄和M₁、M₃组成的电流镜将三极管Q₁和Q₂的集电极电流设置为1:1。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型欠压保护电路，将普通带隙基准电路与迟滞比较器电路结合在一个电路中,在保证性能的前提下，结构简单、减小了电路的复杂程度、缩小了芯片的面积,增加了设计便利性。

附图说明

图1为传统欠压保护电路结构；

图2为本实用新型欠压保护电路原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。

一种欠压保护电路，如图2所示，包括分压电阻串和比较电路，

分压电阻串将电源电压通过串联电阻的分压输出给下一级电路；

R₁、R₂串联构成分压电阻串，将电源电压V_cc分压输出给Q₁和Q₂的基极；

Q₁、Q₂、R₃、R₄的连接构成带隙基准结构，比较电路通过带隙基准结构产生零温度系数带隙基准电压为1.2V，与分压电阻串输出的电源电压V_cc分压进行比较，如果电源电压V_cc分压大于1.2V，则PG输出高电平信号；如果电源电压V_cc分压小于1.2V，则PG输出低电平信号，在电路中设置P型MOS管M₃、M₄，控制比较电路的迟滞量，防止欠压保护电路在电源电压V_cc分压等于1.2V的欠压点处震荡。

比较电路包括P型MOS管M₁、M₂、M₃、M₄，M₅、M₆，N型MOS管M₇、M₈，双极型晶体管Q₁、Q₂，电阻R₁、R₂、R₃、R₄，反相器INV1；

电源端V_CC与M₁、M₂、M₃、M₄，M₅、M₆的源端、R₁的一端相连，R₁的另一端与R₂的一端及Q₁、Q₂的基极连接到R₁与R₂串联的连接点，即B端，R₂的另一端与地相连，M₂的栅端与M₂的漏端、M₄的栅端、M₃的漏端、M₅的栅端、Q₂的集电极端相连，M₁的栅端与M₁的漏端、M₄的漏端、M₆的栅端、Q₁的集电极端相连，R₃的一端与Q₁的发射极相连，R₃的另一端与Q₂的发射极、R₄的一端相连，R₄的另一端与地相连；

M₅的漏端与M₇的漏端、M₇的栅端、M₈的栅端相连，M₆的漏端与M₈的漏端、INV1的输入端相连，M₇的源端与M₈的源端与地相连，INV1的输出为电路的输出端PG。

当三极管Q₁、Q₂正常工作时，由M₂、M₄和M₁、M₃组成的电流镜将三极管Q₁和Q₂的集电极电流设置为1:1，而Q₂和Q₁的发射极面积比为1:N，因而其电流密度之比为N:1，流过电阻R₃的电流，即Q1管的集电极电流为：

其中，V_BE2为Q₂基极与发射极之间的电压；V_BE1为Q₁基极与发射极之间的电压；

热电压

其中k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷；

，常温300K下V_T为26mV。

带隙基准输出为

选择合适的N值及电阻值R₃、R₄，可使上式中正温度系数的项和负温度系数的项相互补偿，达到接近零温度系数，此时V_B相当于带隙基准输出值V_BG，为1.2V左右。当电源电压V_CC满足

时，I_C1＝I_C2，I_C2为Q₂管的集电极电流，不考虑M₃、M₄的正反馈作用时，电路工作于过渡区，输出为不定态。

再考虑加入M₃、M₄正反馈的情形。图2中M₁、M₃宽长比之比、M₂、M₄宽长比之比均为1:m，m大于1，当电源电压V_CC较低，V_B＜＜V_BG时，I_C2＜＜I_C1，I₄＜＜I₁，I₁≈I_C1，根据M₃和M₁的镜像关系，M₃将试图大小约ml_C1的电流，但由于受I_C2的限制，电流很小。此时I₅<I₆，I₅为流过M₅管的漏端电流，I₆为流过M₆管的漏端电流，输出PG为低电平。

随着电源电压升高，V_B超过V_BG后I_C2>I_C1，Q₂增加的电流将首先满足M₃的需要，即I_C2＝ml_C1时，继续增加的电流将流过M₂，使I₂增加，镜像到I₄后，抢走M₁的电流，使I₁减小，导致I₃减小，I₂进一步增加，这个正反馈过程的结果是I_C2几乎全部流过M₂，M₄将试图流过ml_C2的电流，因I_C1的限制实际上只能达到I_C1，I₅>I₆，输出PG翻转为高电平。

当电源电压下降时，发生相反的过程。V_B开始低于V_BG后，I_C2<I_C1，直到I₄＝ml₂≈ml_C2<I_C1后，I₁开始增加，镜像到I₃后，I₃为流过M₃管的漏端电流，抢走M₂的电流，使I₂减小，导致I₄减小，I₄为流过M₄管的漏端电流，I₁进一步增加，这个正反馈过程的结果是I_C1几乎全部流过M₁，M₃将试图流过ml_C1的电流，因I_C2的限制实际上只能达到I_C2，I₅<I₆，输出翻转为低电平。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种欠压保护电路，其特征在于，包括分压电阻串和比较电路，

分压电阻串将电源电压通过串联电阻的分压输出给下一级电路；

电阻R1、R2串联构成分压电阻串，将电源电压V_cc分压输出给晶体管Q₁和Q₂的基极；

晶体管Q₁、Q₂，电阻R₃、R₄的连接构成带隙基准结构，比较电路通过带隙基准结构产生零温度系数带隙基准电压为1.2V，与分压电阻串输出的电源电压V_cc分压进行比较，如果电源电压V_cc分压大于1.2V，则PG输出高电平信号；如果电源电压V_cc分压小于1.2V，则PG输出低电平信号，在电路中设置P型MOS管M₃、M₄，控制比较电路的迟滞量，防止欠压保护电路在电源电压V_cc分压等于1.2V的欠压点处震荡。

2.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于：

比较电路包括P型MOS管M₁、M₂、M₃、M₄，M₅、M₆，N型MOS管M₇、M₈，双极型晶体管Q₁、Q₂，电阻R₁、R₂、R₃、R₄，反相器INV1；

电源端V_CC与M₁、M₂、M₃、M₄，M₅、M₆的源端、R₁的一端相连，R₁的另一端与R₂的一端及Q₁、Q₂的基极连接到R₁与R₂串联的连接点，即B端，R₂的另一端与地相连，M₂的栅端与M₂的漏端、M₄的栅端、M₃的漏端、M₅的栅端、Q₂的集电极端相连，M₁的栅端与M₁的漏端、M₄的漏端、M₆的栅端、Q₁的集电极端相连，R₃的一端与Q₁的发射极相连，R₃的另一端与Q₂的发射极、R₄的一端相连，R₄的另一端与地相连；

M₅的漏端与M₇的漏端、M₇的栅端、M₈的栅端相连，M₆的漏端与M₈的漏端、INV1的输入端相连，M₇的源端与M₈的源端与地相连，INV1的输出为电路的输出端PG。

3.根据权利要求1所述的一种欠压保护电路，其特征在于：当三极管Q₁、Q₂正常工作时，由M₂、M₄和M₁、M₃组成的电流镜将三极管Q₁和Q₂的集电极电流设置为1:1。

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