CN211239696U - 一种宽范围电压线性转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽范围电压线性转换电路，包括高压分压模块、源极跟随模块和供电模块，其中，供电模块用于为高压分压模块和源极跟随模块进行供电；高压分压模块连接至供电模块的第一电压输出端，高压分压模块用于对高压输入信号进行分压，形成分压信号；源极跟随模块连接至供电模块的第二电压输出端和高压分压模块，源极跟随模块用于对分压信号进行线性转换，形成低压输出信号。本实用新型的宽范围电压线性转换电路能够在不影响输出电流和电压输出性能的前提下将宽范围的高压输出信号线性转换为低压信号，该电路包括较少的器件，节省芯片面积，且当供电电压超出工作范围时，不会对内部器件造成损伤。

Description

一种宽范围电压线性转换电路

技术领域

本实用新型属于电压转换电路技术领域，具体涉及一种宽范围电压线性转换电路。

背景技术

智能功率驱动类芯片多为宽范围供电芯片，供电电压从几伏至近百伏，当芯片输入逻辑“1”时，智能功率驱动芯片开启，对负载提供电流；当芯片输入逻辑“0”时，智能功率驱动芯片关断，不对负载提供电流。除上述功能外，芯片还需具备过温保护、过压保护、过流保护、负载检测等功能。当芯片输入逻辑“1”时，芯片出现过温、过压、过流、负载短路和开路时，智能功率驱动芯片关断。芯片设计时，多在低压域实现过温、过压、过流、负载检测等功能。请参见图1，图1是现有技术的一种电压转换电路的结构图。如图所示，在负载检测功能时，需对输出进行追踪时，采用辅功率管N7镜像主功率管N8的方式(m1/m2<1，即辅功率管N7中的MOS管个数小于主功率管N8中的MOS管个数)，辅功率管N7与电阻R串联，V_in为电压转换电路的输入电压，V_out为输入电压V_in的采样电压。当供电电压V_high在宽范围变化，由于N7输出电流较小，选取适当电阻可将V_out采样为低电压。

在实际应用中，采样电压V_out和输入电压V_in受辅功率管N7和主功率管N8的匹配度以及辅功率管N7和主功率管N8的VDS电压(源漏极电压)差异的影响，较难实现线性采样，且随着输出电流的增大，线性度越差。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种宽范围电压线性转换电路。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种宽范围电压线性转换电路，包括高压分压模块、源极跟随模块和供电模块，其中，

所述供电模块用于为所述高压分压模块和源极跟随模块进行供电；

所述高压分压模块连接至所述供电模块的第一电压输出端，所述高压分压模块用于对高压输入信号进行分压，形成分压信号；

所述源极跟随模块连接至所述供电模块的第二电压输出端和所述高压分压模块，所述源极跟随模块用于对所述分压信号进行线性转换，形成低压输出信号。

在本实用新型的一个实施例中，所述供电模块的第一电压输出端的供电电压V_high大于所述供电模块的第二电压输出端的供电电压V_low。

在本实用新型的一个实施例中，所述供电模块的第一电压输出端的供电电压范围是4V-100V。

在本实用新型的一个实施例中，所述供电模块的第二电压输出端的供电电压范围是3V-5.5V。

在本实用新型的一个实施例中，所述高压分压模块包括第一NMOS管、第二NMOS管和第三NMOS管，其中，

所述第一NMOS管的漏极连接至所述供电模块的第一电压输出端，所述第一NMOS管的栅极连接至NMOS管开启电压输入端，所述第一NMOS管的源极连接至所述第二NMOS管的漏极；

所述第二NMOS管的栅极和源极均连接至所述第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的栅极和源极均连接至接地端；

所述高压输入信号的输入端连接在所述第一NMOS管的源极与所述第二NMOS管的漏极之间的节点处；

所述源极跟随模块连接至所述第二NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极之间的节点处。

在本实用新型的一个实施例中，所述源极跟随模块包括第四NMOS管和第一电阻，其中，

所述第四NMOS管的漏极连接至所述供电模块的第二电压输出端，所述第四NMOS管的栅极连接至所述第二NMOS管的源极与所述第三NMOS管的漏极之间的节点处，所述第四NMOS管的源极连接至所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接至所述接地端；

所述第四NMOS管的源极与所述第一电阻之间的节点作为低压输出信号输出端，并连接至后级电路。

在本实用新型的一个实施例中，所述高压分压模块包括第五NMOS管、第二电阻和第三电阻，其中，

所述第五NMOS管的漏极连接至所述供电模块的第一电压输出端，所述第五NMOS管的栅极连接至NMOS管开启电压输入端；

所述第二电阻和所述第三电阻串联在所述第五NMOS管的源极与所述接地端之间；

所述高压输入信号的输入端连接在所述第五NMOS管的源极与所述第二电阻之间的节点处；

所述源极跟随模块连接至所述第二电阻与所述第三电阻之间的节点处。

在本实用新型的一个实施例中，所述源极跟随模块包括第六NMOS管和第四电阻，其中，

所述第六NMOS管的漏极连接至所述供电模块的第二电压输出端，所述第六NMOS管的栅极连接至所述第二电阻与所述第三电阻之间的节点处，所述第六NMOS管的源极连接至所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接至所述接地端；

所述第六NMOS管的源极与所述第四电阻之间的节点作为低压输出信号输出端，并连接至后级电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的宽范围电压线性转换电路包括高压分压模块、源极跟随模块和供电模块，能够在不影响输出电流和电压的前提下将高压输出信号线性转换为低压信号，使得器件匹配性不构成影响输出线性度的主要因素。

2、该宽范围电压线性转换电路包括较少的器件，因此节省芯片面积，且节省制作成本，可应用于航空、航海、工业控制和消费类电子领域等领域。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是现有技术的一种电压转换电路的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的一种宽范围电压线性转换电路的模块图；

图3是本实用新型实施例提供的一种宽范围电压线性转换电路的电路图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种宽范围电压线性转换电路的电路图。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的一种宽范围电压线性转换电路进行详细说明。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

本实施例提出了一种宽范围电压线性转换电路，可解决现有技术中由于失配等问题引起的不能线性采样输出电压的问题。

请参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种宽范围电压线性转换电路的模块图。本实施例的宽范围电压线性转换电路包括高压分压模块101、源极跟随模块102和供电模块103，其中，供电模块103用于为高压分压模块101和源极跟随模块102进行供电；高压分压模块101连接至供电模块103的第一电压输出端，高压分压模块101用于对高压输入信号进行分压，形成分压信号；源极跟随模块102连接至供电模块103的第二电压输出端和高压分压模块101，源极跟随模块102用于对分压信号进行线性转换，形成低压输出信号。本实施例的宽范围电压线性转换电路可将宽范围的输入信号转换为低压信号，且输入信号的电压范围高于后级电压。

具体地，请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的一种宽范围电压线性转换电路的电路图。本实施例的高压分压模块101包括第一NMOS管N1、第二NMOS管N2和第三NMOS管N3，其中，第一NMOS管N1的漏极连接至供电模块103的第一电压输出端V_high，第一NMOS管N1的栅极连接至NMOS管开启电压输入端Von，第一NMOS管N1的源极连接至第二NMOS管N2的漏极；第二NMOS管N2的栅极和源极均连接至第三NMOS管N3的漏极，第三NMOS管N3的栅极和源极均连接至接地端GND；高压输入信号V_in的输入端连接在第一NMOS管N1的源极与第二NMOS管N2的漏极之间的节点处；源极跟随模块102连接至第二NMOS管N2的源极与第三NMOS管N3的漏极之间的节点处。

需要说明的是，第三NMOS管N3和第二NMOS管N2的VDS(源漏极)耐压均大于第一电压输出端V_high。

在本实施例中，第一NMOS管N1作为一个开关，其栅极连接至NMOS管开启电压输入端V_on，输入开启电压，该开启电压可以来自于其他电路产生的电压，这里不做限制。并且，所述开启电压比所述高压输入信号V_in高一个第一NMOS管N1的阈值。需要说明的是，第一NMOS管N1在工作过程中一直处于开启状态，以保证前端电路的高压输出信号V_in能够顺利输入本实施例的宽范围电压线性转换电路中，并且第一NMOS管N1的VDS(源漏极)耐压大于第一电压输出端V_high。

进一步地，本实施例的源极跟随模块102包括第四NMOS管N4和第一电阻R1，其中，第四NMOS管N4的漏极连接至供电模块103的第二电压输出端V_low，第四NMOS管N4的栅极连接至第二NMOS管N2的源极与第三NMOS管N3的漏极之间的节点处，第四NMOS管N4的源极连接至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至接地端GND；第四NMOS管N4的源极与所述第一电阻R1之间的节点作为低压输出信号输出端V_S，并连接至后级电路。

进一步地，供电模块103的第一电压输出端的供电电压V_high大于供电模块103的第二电压输出端的供电电压V_low。优选地，供电模块103的第一电压输出端的供电范围是4V-100V，供电模块103的第二电压输出端的供电范围是3V-5.5V。

本实施例的第二NMOS管N2和第三NMOS管N3均为反向截止MOS管，仅为阻抗的表现，因此可通过电阻或其它阻抗形式体现。在本实施例中，选取供电电压V_high正常工作时的最高电压，设置第二NMOS管N2和第三NMOS管N3的器件参数，使第二NMOS管N2的源极与第三NMOS管N3的漏极之间的电压V_a-V_th>V_low-V_S，其中，V_th为第四NMOS管N4的阈值，电压V_a的表达式如下：

进一步地，第四NMOS管N4为高V_gd耐压NMOS管，其中，V_gd是栅极相对于漏极的电压，第四NMOS管N4的V_gd耐压需大于：

低压输出信号输出端Vs的输出电压即为高压输入信号V_in经过电压转换后的输出电压，该电压与高压输入信号V_in呈线性比例关系，且位于供电模块103的第二电压输出端V_low的范围内，也位于后级电路的供电电压的范围内，不会对后续电路器件造成损伤。

本实施例的宽范围电压线性转换电路包括高压分压模块、源极跟随模块和供电模块，能够在不影响输出电流和电压输出性能的前提下将高压输出信号线性转换为低压信号，使得器件匹配性不构成影响输出线性度的主要因素。

实施例二

在上述实施例的基础上，本实施例提供了另一种宽范围电压线性转换电路，本实施例的电路与实施例一的主要区别在于高压分压模块101的结构不同。

具体地，高压分压模块101包括第五NMOS管N5、第二电阻R2和第三电阻R3，其中，第五NMOS管N5的漏极连接至供电模块103的第一电压输出端V_high，第五NMOS管N5的栅极连接至NMOS管开启电压输入端Von；第二电阻R2和第三电阻R3串联在第五NMOS管N5的源极与接地端GND之间；高压输入信号V_in的输入端连接在第五NMOS管N5的源极与第二电阻R2之间的节点处；源极跟随模块102连接至第二电阻R2与第三电阻R3之间的节点处。

进一步地，第五NMOS管N5的V_DS(源漏极)耐压大于第一电压输出端V_high。

进一步地，源极跟随模块102包括第六NMOS管N6和第四电阻R4，其中，第六NMOS管N6的漏极连接至供电模块103的第二电压输出端V_low，第六NMOS管N6的栅极连接至第二电阻R2与第三电阻R3之间的节点处，第六NMOS管N6的源极连接至第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至接地端GND；第六NMOS管N6的源极与所述第一电阻R1之间的节点作为低压输出信号输出端Vs，并连接至后级电路。

在本实施例中，选取供电电压V_high正常工作时的最高电压，设置第二电阻R2与第三电阻R3的器件参数，使第二电阻R2与第三电阻R3之间的电压V_a-V_th>V_low-V_S，其中，V_th为第六NMOS管N6的阈值，电压V_a的表达式如下：

进一步地，第六NMOS管N6为高V_gd耐压NMOS管，其中，V_gd是栅极相对于漏极的电压，第六NMOS管N6的V_DS(源漏极)耐压大于第一电压输出端V_high，第六NMOS管N6的V_gd耐压需大于：

低压输出信号输出端Vs的输出电压即为高压输入信号V_in经过电压转换后的输出电压，该电压与高压输入信号V_in呈线性比例关系，且位于供电模块103的第二电压输出端V_low的范围内，也位于后级电路的供电电压的范围内，不会对后续电路器件造成损伤。

综上，本实施例的宽范围电压线性转换电路包括高压分压模块、源极跟随模块和供电模块，能够在不影响输出电流和电压输出性能的前提下将高压输出信号线性转换为低压信号，使得器件匹配性不构成影响输出线性度的主要因素。本实施例的宽范围电压线性转换电路包括较少的器件，因此节省芯片面积，且节省制作成本，可应用于航空、航海、工业控制和消费类电子领域等领域。此外，该宽范围电压线性转换电路，在供电电压超出工作范围时，不会对内部器件造成损伤。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种宽范围电压线性转换电路，其特征在于，包括高压分压模块(101)、源极跟随模块(102)和供电模块(103)，其中，

所述供电模块(103)用于为所述高压分压模块(101)和源极跟随模块(102)进行供电；

所述高压分压模块(101)连接至所述供电模块(103)的第一电压输出端，所述高压分压模块(101)用于对高压输入信号进行分压，形成分压信号；

所述源极跟随模块(102)连接至所述供电模块(103)的第二电压输出端和所述高压分压模块(101)，所述源极跟随模块(102)用于对所述分压信号进行线性转换，形成低压输出信号。

2.根据权利要求1所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述供电模块(103)的第一电压输出端的供电电压V_high大于所述供电模块(103)的第二电压输出端的供电电压V_low。

3.根据权利要求2所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述供电模块(103)的第一电压输出端的供电电压范围是4V-100V。

4.根据权利要求2所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述供电模块(103)的第二电压输出端的供电电压范围是3V-5.5V。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述高压分压模块(101)包括第一NMOS管(N1)、第二NMOS管(N2)和第三NMOS管(N3)，其中，

所述第一NMOS管(N1)的漏极连接至所述供电模块(103)的第一电压输出端(V_high)，所述第一NMOS管(N1)的栅极连接至NMOS管开启电压输入端(V_on)，所述第一NMOS管(N1)的源极连接至所述第二NMOS管(N2)的漏极；

所述第二NMOS管(N2)的栅极和源极均连接至所述第三NMOS管(N3) 的漏极，所述第三NMOS管(N3)的栅极和源极均连接至接地端(GND)；

所述高压输入信号(V_in)的输入端连接在所述第一NMOS管(N1)的源极与所述第二NMOS管(N2)的漏极之间的节点处；

所述源极跟随模块(102)连接在所述第二NMOS管(N2)的源极与所述第三NMOS管(N3)的漏极之间的节点处。

6.根据权利要求5所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述源极跟随模块(102)包括第四NMOS管(N4)和第一电阻(R1)，其中，

所述第四NMOS管(N4)的漏极连接至所述供电模块(103)的第二电压输出端(V_low)，所述第四NMOS管(N4)的栅极连接在所述第二NMOS管(N2)的源极与所述第三NMOS管(N3)的漏极之间的节点处，所述第四NMOS管(N4)的源极连接至所述第一电阻(R1)的第一端，所述第一电阻(R1)的第二端连接至所述接地端(GND)；

所述第四NMOS管(N4)的源极与所述第一电阻(R1)之间的节点作为低压输出信号输出端(Vs)，并连接至后级电路。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述高压分压模块(101)包括第五NMOS管(N5)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，其中，

所述第五NMOS管(N5)的漏极连接至所述供电模块(103)的第一电压输出端(V_high)，所述第五NMOS管(N5)的栅极连接至NMOS管开启电压输入端(V_on)；

所述第二电阻(R2)和所述第三电阻(R3)串联在所述第五NMOS管(N5)的源极与接地端(GND)之间；

所述高压输入信号(V_in)的输入端连接在所述第五NMOS管(N5)的源极与所述第二电阻(R2)之间的节点处；

所述源极跟随模块(102)连接在所述第二电阻(R2)与所述第三电阻(R3)之间的节点处。

8.根据权利要求7所述的宽范围电压线性转换电路，其特征在于，所述源极跟随模块(102)包括第六NMOS管(N6)和第四电阻(R4)，其中，

所述第六NMOS管(N6)的漏极连接至所述供电模块(103)的第二电压输出端(V_low)，所述第六NMOS管(N6)的栅极连接在所述第二电阻(R2)与所述第三电阻(R3)之间的节点处，所述第六NMOS管(N6)的源极连接至所述第四电阻(R4)的第一端，所述第四电阻(R4)的第二端连接至所述接地端(GND)；

所述第六NMOS管(N6)的源极与所述第四电阻(R4)之间的节点作为低压输出信号输出端(Vs)，并连接至后级电路。

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