CN115754450A - 一种内置mcu可动态切换电压检测点的低电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，涉及电压检测控制技术领域，包括电压采样模块，用于电压采样；一级调理模块，用于信号差分和电能转换；二级调理模块，用于信号放大并稳定模块；阈值比较模块，用于欠压和复位判断；欠压迟滞控制模块，用于为MCU模块提供欠压中断信号和改变采样电阻值；复位控制模块，用于为MCU模块提供低压复位信号；欠压保护模块，用于欠压保护。本发明内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路对采样的信号进行差分处理和电能转换，以便二级调理模块进行信号放大，通过阈值检测模块配合欠压迟滞控制模块进行欠压中断控制，并调节采样电阻值，进行复位检测和控制。

Description

一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路

技术领域

本发明涉及电压检测控制技术领域，具体是一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路。

背景技术

随着信息化时代的发展，数字控制技术得到广泛应用，现有的MCU产品使用范围较广，为确保MCU芯片稳定可靠的工作，大多会在MCU芯片内设置一电压检测电路，现有的电压检测电路大多采用比较电路的方式分别进行欠压检测和复位控制，一种类型的检测需要一种比较电路，并为了保证检测信号的准确性，还采用运算放大器组成的信号调理电路，增加了MCU芯片的制造成本，也导致MCU芯片的面积变大，同时由于元器件增多也导致MCU芯片存在较大的电能损耗，并且MCU芯片无法自动进行欠压保护控制，因此有待改进。

发明内容

本发明实施例提供一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例的第一方面，提供一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，该内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路包括：电源模块，MCU模块，电压采样模块，偏置电流模块，一级调理模块，二级调理模块，阈值比较模块，欠压迟滞控制模块，复位控制模块

所述电源模块，用于为MCU模块提供工作电能；

所述电压采样模块，与所述电源模块连接，用于对电源模块输出的电能进行电压采样并输出采样信号；

所述偏置电流模块，用于为所述一级调理模块和二级调理模块提供偏置电流；

所述一级调理模块，与所述电压采样模块和偏置电流模块连接，用于提供平衡电位，用于通过差分输入电路将所述采样信号和平衡电位进行差分处理并将输入的电压信号转换为电流信号，用于通过电流镜电路将电流信号转换为电压信号；

所述二级调理模块，与所述一级调理模块和偏置电流模块连接，用于接收所述一级调理模块输出的信号并通过信号放大输出，用于通过RC电路调整一级调理模块的零极点位置；

所述阈值比较模块，与所述二级调理模块连接，用于通过电压比较电路将接收所述二级调理模块输出的信号与设定的电能阈值进行比较，用于判断是否欠压和是否需要复位；

所述欠压迟滞控制模块，与所述阈值比较模块、电压采样模块和MCU模块连接，用于接收所述阈值比较模块输出的信号并延迟输出欠压中断信号，用于通过第一功率开关电路改变所述电压采样模块的采样电阻值；

所述复位控制模块，与所述欠压迟滞控制模块和MCU模块连接，用于通过第二功率开关电路接收所述欠压中断信号并延迟输出低压复位信号；

所述MCU模块，用于通过MCU电路接收所述欠压中断信号和所述低压复位信号。

依据本发明实施例的另一方面，所述内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路还包括欠压保护模块；

所述欠压保护模块，用于接收所述欠压中断信号并通过逻辑运算电路进行第二次欠压保护控制；

所述欠压保护模块与所述欠压迟滞控制模块和MCU模块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路采用一级调理模块通过差分输入电路对电压采样模块采样的信号进行差分处理并配合电流镜电路进行电能转换，以便二级调理模块进行信号放大输出，提高对采样信号的采样精度，通过阈值检测模块配合欠压迟滞控制模块进行欠压中断控制，并由欠压迟滞控制模块调节电压采样模块的采样电阻值，将阈值检测模块变为复位控制，实现复位控制，保证功能的情况下，提高检测精度，节省芯片的面积，降低成本，提高电路的稳定性，并在二次欠压时进行电路保护控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路的电路图。

图3为本发明实例提供的欠压保护模块的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，请参阅图1，一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路包括：电源模块1，MCU模块2，电压采样模块3，偏置电流模块4，一级调理模块5，二级调理模块6，阈值比较模块7，欠压迟滞控制模块8，复位控制模块9；

具体地，所述电源模块1，用于为MCU模块2提供工作电能；

电压采样模块3，与所述电源模块1连接，用于对电源模块1输出的电能进行电压采样并输出采样信号；

偏置电流模块4，用于为所述一级调理模块5和二级调理模块6提供偏置电流；

一级调理模块5，与所述电压采样模块3和偏置电流模块4连接，用于提供平衡电位，用于通过差分输入电路将所述采样信号和平衡电位进行差分处理并将输入的电压信号转换为电流信号，用于通过电流镜电路将电流信号转换为电压信号；

二级调理模块6，与所述一级调理模块5和偏置电流模块4连接，用于接收所述一级调理模块5输出的信号并通过信号放大输出，用于通过RC电路调整一级调理模块5的零极点位置；

阈值比较模块7，与所述二级调理模块6连接，用于通过电压比较电路将接收所述二级调理模块6输出的信号与设定的电能阈值进行比较，用于判断是否欠压和是否需要复位；

欠压迟滞控制模块8，与所述阈值比较模块7、电压采样模块3和MCU模块2连接，用于接收所述阈值比较模块7输出的信号并延迟输出欠压中断信号，用于通过第一功率开关电路改变所述电压采样模块3的采样电阻值；

复位控制模块9，与所述欠压迟滞控制模块8和MCU模块2连接，用于通过第二功率开关电路接收所述欠压中断信号并延迟输出低压复位信号；

MCU模块2，用于通过MCU电路接收所述欠压中断信号和所述低压复位信号。

进一步地，所述内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路还包括欠压保护模块10；

具体地，所述欠压保护模块10，用于接收所述欠压中断信号并通过逻辑运算电路进行第二次欠压保护控制；

该欠压保护模块10与所述欠压迟滞控制模块8和MCU模块2连接。

在具体实施例中，上述电源模块1可采用直流电能为MCU没可能提供所需的工作电能，在此不做赘述；上述MCU模块2采用MCU电路，在此不做赘述；上述电压采样模块3可采用电阻分压电路实现电压采样；上述偏置电流模块4可采用电流镜电路将偏置电流进行复制和传输；上述一级调理模块5可采用差分输入电路和电流镜电路，由差分输入电路将采样的信号与提供的平衡电位进行差分处理并将差分后的信号转换为电流信号，电流镜电路将电流信号转换为电压信号；上述二级调理模块6可采用放大器电路和RC电路，放大器电路将输入的信号进行放大处理，RC电路调整一级调理模块5的零极点位置，使一级调理模块5和二级调理模块6进入稳定；上述阈值比较模块7可采用电压比较电路将输入的电能与设定的电阈值进行比较；上述欠压迟滞控制模块8可采用延迟控制电路和第一功率开关电路，由延迟控制电路控制第一功率开关电路改变电压采样模块3的采样电阻值，将欠压检测切换到复位检测；上述复位控制模块9可采用延迟控制电路和第二功率开关电路，由第二功率开关电路控制延迟控制电路延迟输出低压复位信号；上述欠压保护模块10可采用单稳态触发电路和二倍分频电路组成的逻辑运算电路，在第二次欠压时进行欠压保护控制。

实施例2，在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，所述电源模块1包括MCU电能；所述MCU模块2包括MCU芯片；所述电压采样模块3包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；

具体地，所述MCU电能连接第一电阻R1的一端和MCU芯片的电源端，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的第一端和第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接所述一级调理模块5，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端和所述欠压迟滞控制模块8，第三电阻R3的第二端连接地端。

在具体实施例中，上述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3组成电阻分压电路，其中第一电阻R1和第二电阻R2进行电压采样时，用于进行欠压控制，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3进行电压采样时，进行复位控制；上述MCU电能为MCU芯片提供所需的工作电能，在此不做赘述。

进一步地，所述一级调理模块5包括第二功率管M2、第三功率管M3、第四功率管M4、第五功率管M5、第一电容C1、第一电源VCC1、第五电阻R5、第六电阻R6；

具体地，所述第二功率管M2的源极和第四功率管M4的源极与所述MCU电能连接，第二功率管M2的漏极连接、第三功率管M3的漏极、第二功率管M2的栅极和第四功率管M4的栅极，第四功率管M4的漏极连接所述二级调理模块6和第五功率管M5的漏极，第三功率管M3的栅极连接所述第四电阻R4的第二端并通第一电容C1连接第一电源VCC1和第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的第一端和第五功率管M5的栅极，第三功率管M3的源极连接第五功率管M5的源极和所述偏置电流模块4。

在具体实施例中，上述第二功率管M2、第四功率管M4均可选用N沟道耗尽型MOS管，组成电流镜电路；上述第三功率管M3和第五功率管M5可选用P沟道耗尽型MOS管，组成差分输入电路；上述第一电源VCC1为平衡电位。

进一步地，所述二级调理模块6包括第九功率管M9、第二电容C2、第七电阻R7、第八功率管M8；

具体地，所述第九功率管M9的栅极连接所述第四功率管M4的漏极，第九功率管M9的源极连接所述MCU电能，第九功率管M9的漏极连接所述第六电阻R6的第二端、第八功率管M8的漏极和所述阈值比较模块7并依次通过第七电阻R7和第二电容C2连接所述第五功率管M5的漏极，第八功率管M8的栅极连接所述偏置电流模块4，第八功率管M8的源极接地。

在具体实施例中，上述第九功率管M9可选用N沟道耗尽型MOS管，第八功率管M8可选用P沟道耗尽型MOS管，组成放大器电路；上述第二电容C2可采用密勒电容，第七电阻R7可采用凋零电阻，共同组成RC电路。

进一步地，所述偏置电流模块4包括第六功率管M6、第七功率管M7和偏置电流；

具体地，所述第六功率管M6的漏极连接所述第五功率管M5的源极，第六功率管M6的栅极连接第七功率管M7的栅极、第七功率管M7的漏极、偏置电流和所述第八功率管M8的栅极，第六功率管M6的源极和第七功率管M7的源极均接地。

在具体实施例中，上述偏置电流用于为保证一级调理模块5和二级调理模块6工作在线性范围；上述第六功率管M6和第七功率管M7可选用P沟道耗尽型MOS管组成的电流镜电路。

进一步地，所述阈值比较模块7包括第一比较器CMP1、电能阈值；

具体地，所述第一比较器CMP1的同相端连接所述第九功率管M9的漏极，第一比较器CMP1的反相端连接电能阈值，第一比较器CMP1的输出端连接所述欠压迟滞控制模块8。

在具体实施例中，上述第一比较器CMP1用于对同相端和反相端的电能进行比较并以高低电平的方式输出，具体型号在此不做赘述；上述电能阈值为第一比较器CMP1的反相端提供可调的比较值。

进一步地，所述欠压迟滞控制模块8包括第一延迟触发器J1和第一功率管M1；

具体地，所述第一延迟触发器J1的输入端连接所述第一比较器CMP1的输出端，第一延迟触发器J1的输出端连接第一功率管M1的栅极、所述MCU芯片的第一IO端和所述欠压保护模块10，第一功率管M1的漏极和源极分别连接所述第三电阻R3的第一端和第二端。

在具体实施例中，上述第一延迟触发器J1可选用施密特触发器；上述第一功率管M1可选用P沟道耗尽型MOS管，用于控制上述第三电阻R3的接入状态。

进一步地，所述复位控制模块9包括第十功率管M10和第二延迟触发器J2；

具体地，所述第十功率管M10的漏极连接所述第一比较器CMP1的输出端，第十功率管M10的栅极连接所述第一延迟触发器J1的输出端，第十功率管M10的源极连接所述第二延迟触发器J2的输入端，第二延迟触发器J2的输出端连接所述MCU芯片的第二IO端。

在具体实施例中，上述第十功率管M10可选用N沟道耗尽型MOS管控制第二延迟触发器J2的工作，其由上述第一延迟触发器J1控制；上述第二延迟触发器J2可选用施密特触发器。

进一步地，所述欠压保护模块10包括第八电阻R8、稳态触发器U1、第三电容C3、第九电阻R9、分频器U2和第一开关管VT1；

具体地，所述第八电阻R8的一端连接稳压触发器的第一端、稳态触发器U1的第二端和所述第一延迟触发器J1的输出端，稳态触发器U1的第三端连接稳态触发器U1的第四端，稳态触发器U1的第六端通过第三电容C3连接稳压触发器的第七端和第八端并通过第九电阻R9连接地端，稳态触发器U1的第五端连接稳压触发器的第九端和分频器U2的第三端，分频器U2的第五端连接第一开关管VT1的基极和分频器U2的第二端，分频器U2的第六端连接分频器U2的第四端和地端，第一开关管VT1的发射极接地，第一开关管VT1的集电极连接所述MCU芯片的电源端，第八电阻R8的另一端接地。

在具体实施例中，上述稳态触发器U1可选用CD4011，与第八电阻R8和第三电容C3组成正脉冲电路；上述分频器U2可选用D触发器，用于进行二次欠压判断，并控制第一开关管VT1的闭断；上述第一开关管VT1二选用NPN型三极管，用于控制输入MCU芯片电源端的电能。

本发明一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路由MCU电能为MCU芯片的电源端提供所需的工作电能，由于电路正常时，第一比较器CMP1输出高电平，第一延迟触发器J1输出低电平，第一功率管M1导通，使得第一电阻R1和第二电阻R2对MCU电能输出的电能进行电压采样，偏置电流通过第六功率管M6和第七功率管M7为一级调理模块5和二级调理模块6提供偏置电流，通过第三功率管M3和第四功率管M4组成的差分输入电路将采样的信号和平衡电位进行差分处理并将处理后的信号转换为电流信号，通过第二功率管M2和第四功率管M4组成的电流镜电路将电流信号转换为电压信号，并由第九功率管M9和第八功率管M8放大输出，第二电容C2和第七电阻R7组成的RC电路调整一级调理模块5的零极点位置，使一级调理模块5和二级调理模块6进入稳定，处理后的电能通过第一比较器CMP1进行比较，当出现欠压时，第一延迟触发器J1输出欠压中断信号，由MCU芯片接收，并控制第十功率管M10的导通和第一功率管M1的关断，使得第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3进行电压采样，此时第一比较器CMP1用于判断此时MCU电能提供的电压是否在进一步减小，并达到复位控制界限时，第一比较器CMP1再次输出高电平，第二延迟触发器J2延迟为MCU芯片提供低压复位信号，同时第一延迟触发器J1再次输出高电平，稳态触发器U1得到两次高电平信号，为分频器U2提供两次单脉冲信号，以便分频器U2输出高电平控制第一开关管VT1导通，MCU电能停止为MCU芯片供电。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，

该内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路包括：电源模块，MCU模块，电压采样模块，偏置电流模块，一级调理模块，二级调理模块，阈值比较模块，欠压迟滞控制模块，复位控制模块

所述电源模块，用于为MCU模块提供工作电能；

所述电压采样模块，与所述电源模块连接，用于对电源模块输出的电能进行电压采样并输出采样信号；

所述偏置电流模块，用于为所述一级调理模块和二级调理模块提供偏置电流；

所述一级调理模块，与所述电压采样模块和偏置电流模块连接，用于提供平衡电位，用于通过差分输入电路将所述采样信号和平衡电位进行差分处理并将输入的电压信号转换为电流信号，用于通过电流镜电路将电流信号转换为电压信号；

所述二级调理模块，与所述一级调理模块和偏置电流模块连接，用于接收所述一级调理模块输出的信号并通过信号放大输出，用于通过RC电路调整一级调理模块的零极点位置；

所述阈值比较模块，与所述二级调理模块连接，用于通过电压比较电路将接收所述二级调理模块输出的信号与设定的电能阈值进行比较，用于判断是否欠压和是否需要复位；

所述欠压迟滞控制模块，与所述阈值比较模块、电压采样模块和MCU模块连接，用于接收所述阈值比较模块输出的信号并延迟输出欠压中断信号，用于通过第一功率开关电路改变所述电压采样模块的采样电阻值；

所述复位控制模块，与所述欠压迟滞控制模块和MCU模块连接，用于通过第二功率开关电路接收所述欠压中断信号并延迟输出低压复位信号；

所述MCU模块，用于通过MCU电路接收所述欠压中断信号和所述低压复位信号。

2.根据权利要求1所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路还包括欠压保护模块；

所述欠压保护模块，用于接收所述欠压中断信号并通过逻辑运算电路进行第二次欠压保护控制；

所述欠压保护模块与所述欠压迟滞控制模块和MCU模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述电源模块包括MCU电能；所述MCU模块包括MCU芯片；所述电压采样模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述MCU电能连接第一电阻的一端和MCU芯片的电源端，第一电阻的另一端连接第二电阻的第一端和第四电阻的第一端，第四电阻的第二端连接所述一级调理模块，第二电阻的第二端连接第三电阻的第一端和所述欠压迟滞控制模块，第三电阻的第二端连接地端。

4.根据权利要求3所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述一级调理模块包括第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管、第一电容、第一电源、第五电阻、第六电阻；

所述第二功率管的源极和第四功率管的源极与所述MCU电能连接，第二功率管的漏极连接、第三功率管的漏极、第二功率管的栅极和第四功率管的栅极，第四功率管的漏极连接所述二级调理模块和第五功率管的漏极，第三功率管的栅极连接所述第四电阻的第二端并通第一电容连接第一电源和第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第六电阻的第一端和第五功率管的栅极，第三功率管的源极连接第五功率管的源极和所述偏置电流模块。

5.根据权利要求4所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述二级调理模块包括第九功率管、第二电容、第七电阻、第八功率管；

所述第九功率管的栅极连接所述第四功率管的漏极，第九功率管的源极连接所述MCU电能，第九功率管的漏极连接所述第六电阻的第二端、第八功率管的漏极和所述阈值比较模块并依次通过第七电阻和第二电容连接所述第五功率管的漏极，第八功率管的栅极连接所述偏置电流模块，第八功率管的源极接地。

6.根据权利要求5所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述偏置电流模块包括第六功率管、第七功率管和偏置电流；

所述第六功率管的漏极连接所述第五功率管的源极，第六功率管的栅极连接第七功率管的栅极、第七功率管的漏极、偏置电流和所述第八功率管的栅极，第六功率管的源极和第七功率管的源极均接地。

7.根据权利要求5所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述阈值比较模块包括第一比较器、电能阈值；

所述第一比较器的同相端连接所述第九功率管的漏极，第一比较器的反相端连接电能阈值，第一比较器的输出端连接所述欠压迟滞控制模块。

8.根据权利要求7所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述欠压迟滞控制模块包括第一延迟触发器和第一功率管；

所述第一延迟触发器的输入端连接所述第一比较器的输出端，第一延迟触发器的输出端连接第一功率管的栅极、所述MCU芯片的第一IO端和所述欠压保护模块，第一功率管的漏极和源极分别连接所述第三电阻的第一端和第二端。

9.根据权利要求8所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述复位控制模块包括第十功率管和第二延迟触发器；

所述第十功率管的漏极连接所述第一比较器的输出端，第十功率管的栅极连接所述第一延迟触发器的输出端，第十功率管的源极连接所述第二延迟触发器的输入端，第二延迟触发器的输出端连接所述MCU芯片的第二IO端。

10.根据权利要求8所述的一种内置MCU可动态切换电压检测点的低电压检测电路，其特征在于，所述欠压保护模块包括第八电阻、稳态触发器、第三电容、第九电阻、分频器和第一开关管；

所述第八电阻的一端连接稳压触发器的第一端、稳态触发器的第二端和所述第一延迟触发器的输出端，稳态触发器的第三端连接稳态触发器的第四端，稳态触发器的第六端通过第三电容连接稳压触发器的第七端和第八端并通过第九电阻连接地端，稳态触发器的第五端连接稳压触发器的第九端和分频器的第三端，分频器的第五端连接第一开关管的基极和分频器的第二端，分频器的第六端连接分频器的第四端和地端，第一开关管的发射极接地，第一开关管的集电极连接所述MCU芯片的电源端，第八电阻的另一端接地。

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