CN215870870U - 一种负压采样电路及芯片 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种负压采样电路及芯片，涉及负压采样电路技术领域，包括：电源输入端、负压采样端、钳位电路、充电电路、电平移位电路和电源输出端；钳位电路用于对充电电路第一端的电位进行钳位处理，钳位电路的第一端连接所述电源输入端，钳位电路的第二端连接负压采样端，钳位电路的第三端连接充电电路的第一端；充电电路用于输出充电控制信号至所述电平移位电路，所述充电电路的第二端连接电源输入端，充电电路的第三端连接电平移位电路；所述电平移位电路的第一端连接充电电路，电平移位电路的第二端为负压采样端，电平移位电路的第三端为电源输出端，电平移位电路的第四端连接所述电源输入端。

Description

一种负压采样电路及芯片

技术领域

本公开实施例涉及负压采样电路技术领域，更具体地，涉及负压采样电路及芯片。

背景技术

负压采样电路被设置在电池保护芯片中，可以对电池的负压进行检测，一般情况下，负压来自于充电器，当充电器电压较大时，就会产生较大负压，现有技术在负压采样相关电路中全部使用栅源耐高压的高压MOS管以解决电池保护芯片的耐压问题。

但是高压MOS管尺寸大面积大，芯片面积大则成本高，且高压MOS管导通阈值较高，则最低工作电压较高；并且设置栅源耐高压的高压MOS管的栅氧层较厚，工艺较为落后，使用此类工艺制造的芯片面积较大；进而导致现有技术的负压采样电路结构适用范围较小。

实用新型内容

本公开的一个目的是提供一种负压采样电路及芯片的新的技术方案。

根据本公开的第一方面，提供了负压采样电路的一个实施例，包括：用于提供电源电压的电源输入端、用于采样的负压采样端、钳位电路、充电电路、电平移位电路和用于输出电源电压的电源输出端；钳位电路用于对所述充电电路第一端的电位进行钳位处理，所述钳位电路的第一端连接所述电源输入端，所述钳位电路的第二端连接所述负压采样端，所述钳位电路的第三端连接所述充电电路的第一端；充电电路用于输出充电控制信号至所述电平移位电路，所述充电电路的第二端连接所述电源输入端，所述充电电路的第三端连接所述电平移位电路；电平移位电路的第一端连接所述充电电路，所述电平移位电路的第二端为所述负压采样端，所述电平移位电路的第三端为所述电源输出端，所述电平移位电路的第四端连接所述电源输入端；

其中，所述电平移位电路中设置有多个开关管，所述电平移位电路用于对所述充电控制信号进行移位处理，并利用移位后的充电控制信号控制所述多个开关管的导通和关断，以输出电源电压。

可选地，所述钳位电路包括第一稳压管和第一电阻，所述第一稳压管的负极连接所述电源输入端，所述第一稳压管的正极连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述负压采样端，所述第一稳压管的正极连接所述充电电路的第一端。

可选地，所述充电电路的第三端设置有反相器，所述充电电路的第三端用于输出第一充电控制信号，所述反相器用于将所述第一充电控制信号转换为第二充电控制信号，所述反相器的输入端与所述充电电路的第三端连接，所述反相器的输出端与所述电平移位电路连接。

可选地，所述充电电路为0V充电电路。

可选地，所述电平移位电路包括多个开关模组，每一开关模组包括一电阻和所述多个开关管中的一开关管，所述多个开关模组包括第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组和第四开关模组；

所述第一开关模组的第一端连接所述充电电路的第三端，所述第一开关模组的第二端连接所述第四开关模组，所述第一开关模组的第三端连接所述第二开关模组；

所述第二开关模组的第一端连接反相器的输出端，所述第二开关模组的第二端连接所述第一开关模组，所述第二开关模组的第三端连接所述第三开关模组；

所述第三开关模组的第一端连接所述第一开关模组，所述第三开关模组的第二端连接所述负压采样端，所述第三开关模组的第三端连接所述第二开关模组的第三端；

所述第四开关模组的第一端连接所述第一开关模组的第二端，所述第四开关模组的第二端连接所述第二开关模组，所述第四开关模组的第三端连接所述负压采样端。

可选地，所述第二开关模组中的开关管与电阻的中点为电源输出端。

可选地，所述开关管为MOS管，所述第一开关模组和所述第二开关模组中的开关管为PMOS管，所述第三开关模组和所述第四开关模组中的开关管为NMOS管。

可选地，所述第三开关模组的第三端与所述负压采样端之间设置有第二稳压管，所述第四开关模组的第一端与所述负压采样端之间设置有第三稳压管。

可选地，所述第二稳压管为击穿电压小于第三开关模组中MOS管耐压值的稳压管；所述第三稳压管为击穿电压小于第四开关模组中MOS管耐压值的稳压管。

根据本公开的第二方面，提供了芯片的一个实施例，包括：

电路板；

负压采样电路，所述负压采样电路设置在所述电路板上，所述负压采样电路为如本说明书的第一方面所述的负压采样电路。

本公开实施例的一个有益效果在于，实施例通过对钳位电路、充电电路和电平移位电路的电路结构进行改进，组成负压采样电路，可以大大减少高压MOS管的使用，从而更多使用低栅源耐压MOS管，利用本实施例电路制作的芯片面积缩小，成本降低。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实施例的负压采样电路的电路结构示意图；

图2是本实施例的负压采样电路的另一电路图；

图3是本实施例的芯片的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面，参照附图描述根据本实用新型的各个实施例和例子。

<实施例一>

参考图1，本实施例提供一种负压采样电路，包括：用于提供电源电压的电源输入端VDD、用于采样的负压采样端VM、钳位电路01、充电电路02、电平移位电路03和用于输出电源电压的电源输出端OUT。

电源输入端VDD用于提供电源电压，负压采样端VM为与电源电压相连的电路上，通过采集该VM端的电压可以检测电源电压的输出负压情况，当检测到负压采样端VM处的电压过高时，可以控制电源输出端电源电压的输出，以保护电池。其中，钳位电路01用于对充电电路02第一端的电位进行钳位处理，充电电路02用于输出充电控制信号至电平移位电路03，电平移位电路03用于对充电控制信号进行移位处理，并利用移位后的充电控制信号控制电平移位电路中多个开关管的导通和关断，以控制电源电压的输出。

本实施例中，参考图1，钳位电路01的第一端连接电源输入端，钳位电路01的第二端连接负压采样端，钳位电路01的第三端连接充电电路02的第一端。

参考图2，钳位电路01包括第一稳压管D0和第一电阻R0，第一稳压管D0的负极连接电源输入端，第一稳压管D0的正极连接第一电阻R0的第一端，第一电阻R0的第二端连接负压采样端VM，第一稳压管D0的正极连接充电电路02的第一端。

本实施例中，钳位电路01的第一端为第一稳压管D0的负极，钳位电路01的第二端为第一电阻R0的第二端，钳位电路01的第三端为第一稳压管D0的正极。第一电阻R0用于限流。

在一个例子中，参考图2，充电电路02的第一端为钳位点VM0，D0正极连接钳位点VM0，限流电阻R0的一端连接钳位点VM0，限流电阻R0的另一端连接负压采样端VM。当负压采样端VM出现高负压时，稳压管D0击穿，对回路中钳位点VM0进行钳位处理，钳位点VM0的电压值与稳压管D0的击穿电压Vbv0相关，钳位点VM0电压Vvm0＝VDD-Vbv0，当负压采样端VM为正压或负压较小，VDD-Vvm＜Vbv0时，稳压管D0截止，钳位点VM0电压通过限流电阻R0下拉至与负压采样端VM相等，钳位点VM0电压Vvm0＝Vvm。从而通过钳位电路01对钳位点VM0的电压进行控制，以使充电电路02输出充电控制信号。

本实施例中，充电电路02的第二端连接电源输入端VDD，从而通过VDD向充电电路02供电，充电电路02的第三端连接电平移位电路03，以输出充电控制信号。

参考图2，充电电路02的第三端设置有反相器U，充电电路02的第三端用于输出第一充电控制信号，反相器U用于将第一充电控制信号转换为第二充电控制信号，反相器U的输入端与充电电路02的第三端连接，以接收第一充电控制信号，反相器U的输出端与电平移位电路03连接，以输出第二充电控制信号至电平移位电路03。其中，反相器U还连接至电源输入端VDD以及充电电路02的第一端，从而形成反相器U的供电电路，为反相器U的正常工作提供电压。

本实施例中，充电电路02为0V充电电路，能够保证当设备的电池放电到0V时，仍可以进行充电。

在一个例子中，充电电路02输出第一充电控制信号，第一充电控制信号通过反相器U输出第二充电控制信号，也就是第二充电控制信号与第一充电控制信号互为反相信号，因为钳位电路的钳位作用，VDD与钳位点VM0之间的压降VDD-Vvm0≤Vbv，只要使用击穿电压Vbv小于或等于充电电路中MOS管耐压值的稳压二极管，0V充电电路即可以使用低压MOS管，也就是说只要稳压管D0的击穿电压Vbv小于或等于充电电路中MOS管耐压值，0V充电电路即可以使用低压MOS管，也就是说0V充电电路可以使用低压MOS管，从而减少高压MOS管的使用，降低芯片面积和制造成本。

本实施例中，参考图1，电平移位电路03的第一端连接充电电路02，电平移位电路03的第二端为负压采样端，电平移位电路03的第三端为电源输出端，电平移位电路的第四端连接电源输入端，从而通过VDD为电平移位电路提供工作电压。其中，电平移位电路03中设置有多个开关管，电平移位电路03用于对充电控制信号进行移位处理，并利用移位后的充电控制信号控制开关管的导通和关断，以输出电源电压。

参考图2，电平移位电路03包括多个开关模组，每一开关模组均包括一开关管和一电阻，多个开关模组包括第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组和第四开关模组。

第一开关模组的第一端连接充电电路的第三端，第一开关模组的第二端连接第四开关模组，第一开关模组的第三端连接第二开关模组。

第二开关模组的第一端连接反相器的输出端，第二开关模组的第二端连接第一开关模组，第二开关模组的第三端连接第三开关模组。

第三开关模组的第一端连接第一开关模组，第三开关模组的第二端连接负压采样端，第三开关模组的第三端连接第二开关模组的第三端。

第四开关模组的第一端连接第一开关模组的第二端，第四开关模组的第二端连接第二开关模组，第四开关模组的第三端连接负压采样端。

在一个例子中本实施例的开关管为MOS管，且开关管包括高压MOS管和低压MOS管。参考图2，第一开关模组包括MOS管P1和电阻R2，第二开关模组包括MOS管P2和电阻R1，第三开关模组包括MOS管N1和电阻R3，第四开关模组包括MOS管N2和电阻R4。

在一个例子中，P1的栅极连接至充电电路的第三端，P1的源极连接至P2的源极，P1的漏极连接有R2，且P1的漏极连接至R3。P2的栅极连接反相器的输出端，P2的漏极连接有R1，R1连接至N1的栅极，N1的源极连接负压采样端VM，N1的漏极连接有R3，P2的漏极还连接R4。N2的栅极连接R2，N2的源极连接负压采样端VM，N2的漏极连接有R4。

本实施例中，第二开关模组的MOS管与电阻的中点为电源输出端OUT。也就是P2的漏极与R1的中点为电源输出端OUT，从而将P2的漏极电平作为电源输出端的输出电平。

本实施例中，第一开关模组和第二开关模组中的MOS管用于实现电平移位，第三开关模组和第四开关模组中的MOS管用于控制充电，第一开关模组和第二开关模组中的MOS管为PMOS管，第三开关模组和第四开关模组中的MOS管为NMOS管，从而结合电路结构和不同MOS管的特性，实现电路充电控制信号的移位，以及控制MOS管的导通和关断来实现电路的通断。

因为控制充电的开关N1和N2管源极接负压采样端VM，所以第一充电控制信号需要从VM0电平移位到VM才能控制充电N1和N2管关断，从而控制充电，电平移位电路工作原理如下：

当第一充电控制信号为低电平时，它的反向信号第二充电控制信号则为高电平，栅极连接第一充电控制信号的PMOS管P1导通，栅极连接第二充电控制信号的PMOS管P2截止，PMOS管P1漏极电压上拉至高电平，P1漏极通过电阻R2连接到N2的栅极，N2的栅极电压为高电平，N2导通，P2截止，P2漏极下拉至低电平VM，P2漏极通过电阻R1连接到N1的栅极，N1的栅源电压为0，N1截止，而P1导通，P1漏极维持高电平，而P2漏极维持低电平VM，使用P2漏极作为输出，从而实现第一充电控制信号从低电平VM0电平移位到低电平VM输出。

当第一充电控制信号为高电平时，第二充电控制信号则为低电平，栅极连接第二充电控制信号的P2导通，栅极连接第一充电控制信号的P1截止，P2漏极电压上拉至高电平，P2漏极通过电阻R1连接到N1的栅极，N1的栅极电压为高电平，N1导通，P1截止，P1漏极下拉至低电平，P1漏极通过电阻R2连接到N2的栅极，N2的栅源电压为0，N2截止，而P2导通，P2漏极维持高电平，与第一充电控制信号为高电平一致。

本实施例中，为了避免负压太大对MOS管N1和N2带来损坏，第三开关单元的第三端与负压采样端之间设置有第二稳压管，第四开关模组的第一端与负压采样端之间设置有第三稳压管。

参考图2，N1的栅极与负压采样端之间设置有第二稳压管D1，N2的栅极与负压采样端之间设置有第三稳压管D2。D1和D2作用是分别对N1和N2的栅极电压进行钳位，防止VM为高负压时，MOS管栅源耐压不足而击穿损坏，从而可以将电平移位电路中使用低压MOS管，增加电路中低压MOS管的使用数量，可以降低电路成本。

本实施例中，防止MOS管栅源耐压不足而击穿损坏原理如下：

当P1导通，且VM为高负压，VDD-Vvm＞Vbv2时，P1漏极电压为高电平VDD，P1漏极通过电阻R2连接到N2栅极，D2负极连接N2栅极，正极连接N2源极，D2击穿，对N2的栅极电压进行钳位，电压等于Vvm+Vbv2，电阻R2两端的压降为VDD-Vvm-Vbv2，即N2的栅源电压钳位在Vbv2；只要Vbv2小于N2的栅源耐压值，就能保护N2不被高负压击穿。也就是第三稳压管为击穿电压小于第四开关模组中MOS管耐压值的稳压管，即D2的击穿电压Vbv2小于N2的栅源耐压值。

D1保护原理同上，第二稳压管为击穿电压小于第三开关模组中MOS管耐压值的稳压管，即D1的击穿电压Vbv1小于N1的栅源耐压值。

本实施例通过对钳位电路、充电电路和电平移位电路的电路结构进行改进，组成负压采样电路，可以大大减少高压MOS管的使用，从而更多使用低栅源耐压MOS管，利用本实施例电路制作的芯片面积缩小，成本降低。且低压MOS管导通阈值比高压MOS管低，电路最低工作电压降低，芯片低压工作时可靠性更高。

<实施例二>

本实施例提供一种芯片，参考图3，包括：电路板300；

负压采样电路310，负压采样电路310设置在电路板300上，负压采样电路310为实施例一种的负压采样电路。负压采样电路310包括的电路结构参考图1，包括：用于提供电源电压的电源输入端、用于采样的负压采样端、钳位电路、充电电路、电平移位电路和用于输出电源电压的电源输出端；钳位电路用于对充电电路第一端的电位进行钳位处理，钳位电路的第一端连接电源输入端，钳位电路的第二端连接所述负压采样端，钳位电路的第三端连接充电电路的第一端。

充电电路用于输出充电控制信号至电平移位电路，充电电路的第二端连接电源输入端，所述充电电路的第三端连接所述电平移位电路。

电平移位电路的第一端连接所述充电电路，电平移位电路的第二端为所述负压采样端，所述电平移位电路的第三端为电源输出端，电平移位电路的第四端连接所述电源输入端。

其中，电平移位电路中设置有多个开关管，电平移位电路用于对充电控制信号进行移位处理，并利用移位后的充电控制信号控制多个开关管的导通和关断，以输出电源电压。具体的各电路的功能参见实施例一，在此不再赘述。

本实施例的芯片可以大大减少高压MOS管的使用，从而更多使用低栅源耐压MOS管，使芯片面积缩小，成本降低。且低压MOS管导通阈值比高压MOS管低，电路最低工作电压降低，芯片低压工作时可靠性更高。

根据本实用新型实施例的MOS管和稳压管的特性和结构等对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种负压采样电路，其特征在于，包括：用于提供电源电压的电源输入端、用于采样的负压采样端、钳位电路、充电电路、电平移位电路和用于输出电源电压的电源输出端；

所述钳位电路用于对所述充电电路第一端的电位进行钳位处理，所述钳位电路的第一端连接所述电源输入端，所述钳位电路的第二端连接所述负压采样端，所述钳位电路的第三端连接所述充电电路的第一端；

所述充电电路用于输出充电控制信号至所述电平移位电路，所述充电电路的第二端连接所述电源输入端，所述充电电路的第三端连接所述电平移位电路；

所述电平移位电路的第一端连接所述充电电路，所述电平移位电路的第二端为所述负压采样端，所述电平移位电路的第三端为所述电源输出端，所述电平移位电路的第四端连接所述电源输入端；

其中，所述电平移位电路中设置有多个开关管，所述电平移位电路用于对所述充电控制信号进行移位处理，并利用移位后的充电控制信号控制所述多个开关管的导通和关断，以输出电源电压。

2.根据权利要求1所述的负压采样电路，其特征在于，所述钳位电路包括第一稳压管和第一电阻，所述第一稳压管的负极连接所述电源输入端，所述第一稳压管的正极连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述负压采样端，所述第一稳压管的正极连接所述充电电路的第一端。

3.根据权利要求1所述的负压采样电路，其特征在于，所述充电电路的第三端设置有反相器，所述充电电路的第三端用于输出第一充电控制信号，所述反相器用于将所述第一充电控制信号转换为第二充电控制信号，所述反相器的输入端与所述充电电路的第三端连接，所述反相器的输出端与所述电平移位电路连接。

4.根据权利要求1或3所述的负压采样电路，其特征在于，所述充电电路为0V充电电路。

5.根据权利要求1所述的负压采样电路，其特征在于，所述电平移位电路包括多个开关模组，每一开关模组包括一电阻和所述多个开关管中的一开关管，所述多个开关模组包括第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组和第四开关模组；

所述第一开关模组的第一端连接所述充电电路的第三端，所述第一开关模组的第二端连接所述第四开关模组，所述第一开关模组的第三端连接所述第二开关模组；

所述第二开关模组的第一端连接反相器的输出端，所述第二开关模组的第二端连接所述第一开关模组，所述第二开关模组的第三端连接所述第三开关模组；

所述第三开关模组的第一端连接所述第一开关模组，所述第三开关模组的第二端连接所述负压采样端，所述第三开关模组的第三端连接所述第二开关模组的第三端；

所述第四开关模组的第一端连接所述第一开关模组的第二端，所述第四开关模组的第二端连接所述第二开关模组，所述第四开关模组的第三端连接所述负压采样端。

6.根据权利要求5所述的负压采样电路，其特征在于，所述第二开关模组中的开关管与电阻的中点为电源输出端。

7.根据权利要求5所述的负压采样电路，其特征在于，所述开关管为MOS管，所述第一开关模组和所述第二开关模组中的开关管为PMOS管，所述第三开关模组和所述第四开关模组中的开关管为NMOS管。

8.根据权利要求5所述的负压采样电路，其特征在于，所述第三开关模组的第三端与所述负压采样端之间设置有第二稳压管，所述第四开关模组的第一端与所述负压采样端之间设置有第三稳压管。

9.根据权利要求8所述的负压采样电路，其特征在于，所述第二稳压管为击穿电压小于所述第三开关模组中MOS管耐压值的稳压管；

所述第三稳压管为击穿电压小于所述第四开关模组中MOS管耐压值的稳压管。

10.一种芯片，其特征在于，包括：

电路板；

负压采样电路，所述负压采样电路设置在所述电路板上，所述负压采样电路为根据权利要求1-9中任一项所述的负压采样电路。

Images