微分电路及应用其的集成电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种微分电路，包括：分压模块，用于接收输入电压信号，并对输入电压信号分压后产生表征所述输入电压信号的分压信号；微分模块，用于接收分压信号，以产生微分信号作为所述微分电路的输出信号；以及过压保护模块，用于对输入电压信号进行检测，以判断是否过压，在输入电压信号过压的状态下，断开输入电压信号。本发明通过分压模块输出的分压信号来表征输入电压信号，从而降低了输入微分模块的电压值，与现有技术相比，同样的输入电压信号所需的微分电容明显减小，便于集成于片内，同时也扩大了微分模块的适用范围；通过辅助启动模块的作用以降低第一开关管导通所需的最低输入电压信号。
【专利说明】微分电路及应用其的集成电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子【技术领域】，具体涉及一种微分电路及应用其的集成电路。
【背景技术】
[0002]现有技术的微分电路一般由简单的电阻(R)、电容(C)组成，由于不同大小的电容其体积差异较大，现有技术的微分电路一般只适用于片外应用或者用在片内低压电路。而随着电路集成化程度的加深，将微分电路集成于片内是当今的技术发展趋势，即集成化和小型化。
[0003]若要将微分电路集成于片内，用于检测高压输入信号的变化斜率，则需要(R)、电容(C)能够承受高压，而高压电容在芯片内部需要占用很大的面积，甚至有些工艺并不支持高压电容。由此可见，现有技术难以实现在片内集成高压电容，而低压电容的适用范围有限。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微分电路及应用其的集成电路，以解决现有技术中存在的高压电容无法集成于片内，适用范围小的问题。
[0005]本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的微分电路，包括:
[0006]分压模块，用于接收输入电压信号，并对输入电压信号分压后产生表征所述输入电压信号的分压信号；
[0007]微分模块，用于接收分压信号，以产生微分信号作为所述微分电路的输出信号；以及
[0008]过压保护模块，用于对输入电压信号进行检测，以判断是否过压，在输入电压信号过压的状态下，断开输入电压信号。
[0009]优选地，所述的过压保护模块包括过压检测电路、负反馈电路、开关控制电路和第一开关管，所述的过压检测电路接收输入电压信号以检测判断其是否过压，产生判断结果信号，所述的负反馈电路接收判断结果信号以产生反馈信号，所述的开关控制电路接收反馈信号以控制第一开关管的通断，所述的第一开关管串联于输入电压信号与分压模块之间，用于控制输入电压信号的接入和断开。
[0010]优选地，所述的过压检测电路包括稳压管，所述稳压管的阴极与分压模块的输入端连接，其阳极与负反馈电路的输入端连接。
[0011]优选地，所述的第一开关管包括第一端、第二端和控制端，第一开关管的第一端接入输入电压信号，第一开关管的第二端连接至分压电路的输入端；
[0012]所述的开关控制电路包括第二开关管、第一电阻和第二电阻，所述的第二开关管也包括第一端、第二端和控制端，所述的第一电阻和第二电阻分别连接在第二开关管的第一端和第二端，所述的第一电阻同时并联在第一开关管的第一端和控制端之间；
[0013]所述的负反馈电路的输出端连接在第二开关管的第二端上。
[0014]优选地，所述的负反馈电路包括第三开关管，所述的第三开关管包括第一端、第二端和控制端，第三开关管的第一端为供电端，第三开关管的第二端与第二开关管的第二端连接，第三开关管的控制端负反馈电路的输出端连接。
[0015]优选地,所述的微分电路还包括辅助启动模块,在微分电路启动时，所述的辅助动模块的输入端接收输入电压信号，产生辅助启动信号输至第二开关管的第二端以降低第一开关管导通所需的最低输入电压信号，辅助启动完成后断开辅助启动模块与第二开关管的第二端的连接。
[0016]优选地，辅助启动模块包括第四开关管、第五开关管、触发器和缓冲器，所述第四开关管的第一端接至输入电压信号，其第二端经第三电阻接地，所述的触发器的输入端接至第四开关管的第二端，触发器的输出端经缓冲器与第五开关管的控制端连接，第五开关管的第一端接至第二开关管的第二端，第五开关管的第二端接地。
[0017]本发明的另一技术解决方案是，提供一种以下结构的集成电路，包括上述任意一种微分电路。
[0018]采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点:本发明通过分压模块输出的分压信号来表征输入电压信号，从而降低了输入微分模块的电压值，与现有技术相比，同样的输入电压信号所需的微分电容明显减小，便于集成于片内，同时也扩大了微分模块的适用范围；通过过压保护模块检测输入电压信号是否过压，在输入电压信号过压的情况下，则断开输入电压以保护微分模块；由于设置了辅助启动模块，在刚启动时由于输入电压过小，难以使第一开关管导通工作，故通过辅助启动模块的作用以降低第一开关管导通所需的最低输入电压信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明之微分电路的结构原理示意框图；
[0020]图2为本发明之微分电路的一个实施例的电路结构示意图；
[0021]图3为本发明之微分电路的又一实施例的电路结构示意图；
[0022]图4为本发明之微分电路的工作波形图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
[0024]为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0025]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0026]本发明的核心在于，提供一种微分电路，包括:
[0027]分压模块，用于接收输入电压信号，并对输入电压信号分压后产生表征所述输入电压信号的分压信号；
[0028]微分模块，用于接收分压信号，以产生微分信号作为所述微分电路的输出信号；以及
[0029]过压保护模块，用于对输入电压信号进行检测，以判断是否过压，在输入电压信号过压的状态下，断开输入电压信号。
[0030]对于实施例的具体细节和优选方案，结合以下附图详细说明:
[0031]参考图1所示，示意了本发明之微分电路的结构原理框图，也是实现解决本发明之技术问题的基本方案。输入电压信号Vin经微分电路后形成输出电压信号Vo，所述的微分电路包括分压模块、微分模块和过压保护模块，所述的分压模块由相互串联的电阻Rl和R2组成，所述的微分模块的输入端连接在电阻Rl和R2的公共端。所述的微分模块为由电容Cl和电阻R3组成的RC微分电路，但不限于该实施结构。由于增设了分压模块，使得分压模块所输出的表征输入电压信号Vin的分压信号大大小于输入电压信号Vin,从而扩大了微分电路所处理的输入电压信号Vin的上限值，同时，同样大小的输入电压信号Vin,在本发明下，可以使用更小的电容Cl，使之能够集成于片内。
[0032]过压保护模块设置在输入电压信号Vin和分压模块之间，由过压保护模块对输入电压信号Vin进行检测，以判断是否过压，若输入电压信号Vin在安全电压内，则开关K处于闭合状态；若判断输入电压信号Vin过压，则断开开关K，以断开输入电压信号，从而对分压模块起到保护作用。
[0033]参考图2所示，示意了本发明之微分电路的电路结构图，尤其对过压保护模块进行了具体的限定。所述的过压保护模块包括过压检测电路、负反馈电路、开关控制电路和第一开关管Ml，本实施例中过压检测电路采用稳压二极管D实现，但不限于这一实施方式，例如，采用比较器亦可实现过压检测之功能。若输入电压信号Vin在稳压二极管D的稳定电压内(例如，7V),则第一开关管Ml处于导通状态,若若输入电压信号Vin超出稳压二极管D的稳定电压，则稳压二极管D被击穿，从而触发负反馈电路进行负反馈，并由开关控制电路控制第一开关管Ml关断，此时断开输入电压信号Vin，对微分模块起到了保护的作用。
[0034]所述的开关控制电路为一个电平转移电路，包括第二开关管M2、第一电阻R5和第二电阻R6，所述的第二开关管M2包括第一端、第二端和控制端，所述的第一电阻R5和第二电阻R6分别连接在第二开关管M2的第一端和第二端,所述的第一电阻R5同时并联在第一开关管Ml的第一端和控制端之间。本实施例中第一开关管Ml采用P型MOS管，第二开关管M2采用N型MOS管，所述的负反馈电路包括第三开关管M3实现，第三开关管M3也采用N型MOS管。以上开关管的类型根据实际使用情况可以有所变化。
[0035]本实施例的工作过程如下:电路上电，开关控制电路中的第二开关管M2在控制端电压VDD的作用下导通，输入电压信号Vin在第一电阻R5上产生压降，从而使得第一开关管Ml导通，从而得到IN_LV信号(该信号比输入电压信号Vin小了第一开关管的导通压降)，实际使用中可不考虑第一开关管的导通压降，因此，在第一开关管Ml导通的情况，可认为过压检测电路(稳压二极管D)和分压电路均接收输入电压信号Vin。以稳压二极管D的稳定电压为7V为例，输入电压信号Vin在7V以内为正常范围，输入电压信号Vin在正常范围内，稳压二极管D不会被击穿，因此第三开关管M3的控制端为低电平，故第三开关管M3为截止状态，第一开关管Ml和第二开关管M2均保持原来的导通状态。IN_LV信号经分压电路分压后在Rl和R2的公共端得到分压信号IN_LV_DIV，IN_LV_DIV表征输入电压信号Vin，并由Cl和R3组成的微分模块对分压信号IN_LV_DIV进行微分处理，从而产生输出信号Vo。在输入电压信号Vin过压的情况下，即超过7V，则会击穿稳压二极管D，以输入电压信号Vin为1V为例，击穿稳定电压为7V的稳压二极管后，会在第三开关管M3的控制端形成3V的电压，使得第三开关管M3导通形成负反馈，第三开关管M3导通会增加第二开关管M2第二端的电压，因此降低了其控制端与第二端(栅极与源极)的压差，从而使得第二开关管M2截止，进而使第一开关管Ml的第一端与控制端(源极与栅极)的压差为零，此时第一开关管Ml截止，输入电压信号Vin被断开。
[0036]参考图3所示，示意了又一优选实施方式，在图2的基础上增加了辅助启动模块，包括第四开关管M4、第五开关管M5、触发器Il和缓冲器12，所述第四开关管M4的第一端接至输入电压信号Vin，其第二端经第三电阻R7接地，所述的触发器Il的输入端接至第四开关管M4的第二端，触发器Il的输出端经缓冲器12与第五开关管M5的控制端连接，第五开关管M5的第一端接至第二开关管M2的第二端，第五开关管M5的第二端接地。辅助启动模块设置的目的和作用在于:降低第一开关管导通所需的最低输入电压信号，即降低微分电路工作的最低输入电压信号Vin。
[0037]若在初始启动时，输入电压信Vin较低，由于输入电压信号Vin同时在第一电阻R5和第二电阻R6上形成压降，因此在电阻R5上的压降会大大小于输入电压信号Vin,故在输入电压信号Vin较小时难以产生足以开启第一开关管Ml的压差。辅助启动模块正是用于解决上述问题，在初始启动时的输入电压信Vin较低之情况下，第四开关管M4开启，从而使触发器Il (本实施例中采用施密特触发器)触发，并经缓冲器12驱动第五开关管M5导通，从而将第二开关管M2的第二端拉低(接地)，将R6短路，从而使输入电压信号Vin仅加在R5上，即能够在较低电压开通第一开关管Ml。
[0038]以第一开关管Ml的导通阈值为0.7V,若米用辅助启动模块,则在输入电压信号Vin为0.7V时即可开启第一开关管Ml。若不使用辅助启动模块，
[0039]若第一电阻R5上的压降达到0.7的导通阈值，则输入电压信号Vin = 0.7V/R5*R6+0.7V，可见Vin>0.7V，若R5:R6 = 3:2，则Vin = 1.17V。可见，在辅助启动模块的作用下，能够大幅度降低输入电压信号Vin的最低值，进一步扩大了微分电路的适用范围。
[0040]此外，当输入电压信号Vin升高，触发器Il再次触发，输出低电平，从而驱动第五开关管M5关断，完成辅助启动。即在电路启动稳定后，辅助启动模块则不会影响过压保护模块。
[0041]参考图4所示，示意了本发明实施例中的工作波形。输入电压信号Vin经过第一开关管Ml，由于存在Ml的导通压降，故其电压值会有所降低，从而形成IN_LV信号，实际上一般不考虑其导通压降，因而可认为稳压二极管D和分压模块接收输入电压信号Vin，在此予以说明。经分压模块后，产生IN_LV_DIV信号,输入至微分模块,大大降低了微分模块的输入电压，即可以使用更小的电容来实现微分处理。
[0042]以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种微分电路，包括: 分压模块，用于接收输入电压信号，并对输入电压信号分压后产生表征所述输入电压信号的分压信号； 微分模块，用于接收分压信号，以产生微分信号作为所述微分电路的输出信号；以及 过压保护模块，用于对输入电压信号进行检测，以判断是否过压，在输入电压信号过压的状态下，断开输入电压信号。
2.根据权利要求1所述的微分电路，其特征在于:所述的过压保护模块包括过压检测电路、负反馈电路、开关控制电路和第一开关管，所述的过压检测电路接收输入电压信号以检测判断其是否过压，产生判断结果信号，所述的负反馈电路接收判断结果信号以产生反馈信号，所述的开关控制电路接收反馈信号以控制第一开关管的通断，所述的第一开关管串联于输入电压信号与分压模块之间，用于控制输入电压信号的接入和断开。
3.根据权利要求2所述的微分电路，其特征在于:所述的过压检测电路包括稳压管，所述稳压管的阴极与分压模块的输入端连接，其阳极与负反馈电路的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的微分电路，其特征在于:所述的第一开关管包括第一端、第二端和控制端，第一开关管的第一端接入输入电压信号，第一开关管的第二端连接至分压电路的输入端； 所述的开关控制电路包括第二开关管、第一电阻和第二电阻，所述的第二开关管也包括第一端、第二端和控制端，所述的第一电阻和第二电阻分别连接在第二开关管的第一端和第二端，所述的第一电阻同时并联在第一开关管的第一端和控制端之间； 所述的负反馈电路的输出端连接在第二开关管的第二端上。
5.根据权利要求2所述的微分电路，其特征在于:所述的负反馈电路包括第三开关管，所述的第三开关管包括第一端、第二端和控制端，第三开关管的第一端为供电端，第三开关管的第二端与第二开关管的第二端连接，第三开关管的控制端负反馈电路的输出端连接。
6.根据权利要求2所述的微分电路，其特征在于:所述的微分电路还包括辅助启动模块，在微分电路启动时，所述的辅助动模块的输入端接收输入电压信号，产生辅助启动信号输至第二开关管的第二端以降低第一开关管导通所需的最低输入电压信号，辅助启动完成后断开辅助启动模块与第二开关管的第二端的连接。
7.根据权利要求6所述的微分电路，其特征在于:辅助启动模块包括第四开关管、第五开关管、触发器和缓冲器，所述第四开关管的第一端接至输入电压信号，其第二端经第三电阻接地，所述的触发器的输入端接至第四开关管的第二端，触发器的输出端经缓冲器与第五开关管的控制端连接，第五开关管的第一端接至第二开关管的第二端，第五开关管的第二端接地。
8.一种集成电路，其特征在于:包括权利要求1-7中任意一项所述的微分电路。
【文档编号】H02M3/06GK104319992SQ201410487151
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】刘国家 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司