CN112803720B - 多电源系统的电源电压监控电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多电源系统的电源电压监控电路，包括控制与驱动网络、第一电源输出控制网络和第二电源监控网络，控制与驱动网络根据第一电源输出控制网络的反馈信号Vfb，和按键key的信号，输出驱动信号Vdr；第一电源输出控制网络根据Vdr的信号和光耦的工作状态，控制第一电源V1的输出，且输出反馈信号Vfb；第二电源监控网络实现对第二电源V2的电压监控。控制与驱动网络、第一电源输出控制网络和第二电源监控网络实现了对V2的电压监控和V1的输出控制的闭环。本发明适用于多电源系统电压监控应用，尤其适用于有正负电压的多电源系统电压监控应用，可嵌入到整机的硬件系统内、也可独立成模块使用，电路结构简单，成本低廉，响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源电压监控电路，尤其涉及一种多电源系统的电源电压监控电路。
背景技术
电子信息行业是关系到国民经济发展的重要行业，电子设备对稳定可靠性的要求越来越高，在很多电子系统中都存在多个工作电源，甚至多个正负电压电源的情况，在这些多电源系统中，往往对每个电源的上下电时序有严格的要求。例如，在某些+5V和-48V的工作系统中，要求-48V掉电后，+5V必须立即掉电，否则将有损坏系统的风险。
对于有上下电时序要求的多工作电源的电子系统，目前行业内常用的电压监控方法是电阻分压、比较器、可编程器件MCU等来实现，其比较适用于多个正电压电源的系统场合，对于有多个正负电压电源的系统，其设计较为复杂，成本较高，且不易独立成模块使用；另一方面，可编程器件MCU具有一定的响应延迟，其响应速度不能与高速的硬件电路相比。
所以目前，对于多工作电源的电子系统，尤其是同时具有正负电压电源的电子系统，且对各电源有上下电时序要求的电子系统，没有较好的电源电压监控方法，不能满足电子系统高可靠性的要求。急需新技术的补充。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能有效对电源电压进行监控且电路结构简单，成本低廉，响应速度快的多电源系统的电源电压监控电路。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种多电源系统的电源电压监控电路，包括控制与驱动网络、第一电源输出控制网络和第二电源监控网络、第一电源V1、第二电源V2、工作电源V3；
所述控制与驱动网络包括D触发器U3、驱动器U5，整形电路、防反二极管D2和按键Key，其中，U3的1CLK脚经整形电路连接D2的正极；且整形电路和D2间还经电阻R4接工作电源V3；D2的负极为反馈信号输入端，用于输入反馈信号Vfb，U3的
脚连接按键Key，U3的1Q脚接驱动器U5的输入端，U5的输入端为驱动信号输出端，用于根据反馈信号Vfb、按键Key，输出Vdr驱动信号，具体为：
Key按下时，触发Vdr驱动信号从低电平变为高电平；
反馈信号Vfb从低电平变为高电平的上升沿，触发Vdr驱动信号从高电平变为低电平；
所述低电平≤0.5V 、高电平≥3.5V；
所述第一电源输出控制网络包括光耦U2、PMOS管Q1和NMOS管Q2；
所述光耦U2的5脚分为两路，一路接D2的负极用于连接反馈信号Vfb，一路接Q1的G极，且Q1的S极接V1的输入端、D极接V1的输出端，Q1的G极与V1的输入端并联有电阻R2和电容C2；所述光耦U2的4脚接Q2的D极，Q2的G极连接U5的驱动信号输出端，用于输入驱动信号Vdr，Q2的S极接地；所述光耦U2的6脚接工作电源V3；
所述第一电源输出控制网络用于：
若光耦U2发光、且Vdr为高电平，则Q1、Q2均导通，第一电源V1经Q1输出，反馈信号Vfb为低电平；
若光耦U2不发光、且Vdr为低电平，则Q1、Q2均截止，第一电源V1不经Q1输出，反馈信号Vfb为高电平；
所述第二电源监控网络连接第二电源V2和光耦U2的输入端，并设置设定电压V4对V2进行监控，且当V2的电压值大于V4的电压值时，U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，U2不发光。
作为优选：所述整形电路包括施密特输入反向器U1A和U1B，U1A的输出端连接U3的1CLK脚，U1A输入端连接U1B的输出端，U1B的输入端连接防反二极管D2。
作为优选：所述第二电源监控网络包括稳压管U4、稳压二极管D3和可调电位器R10、电阻R7、电阻R3，其中，稳压管U4输入端接V2，调节端经R10、R7接地，输出端经D3正极、D3负极接U2的3脚，U2的1脚经R3接地，所述可调电位器R10用于设置设定电压V4，且当V2的电压值大于V4的电压值时，U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，U2不发光。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明中的控制与驱动网络：当Vfb从低电平变为高电平时，若Key未按下，则输出Vdr为低电平并锁定，若Key按下，输出Vdr为高电平并锁定。Vdr信号的锁定功能，可以防止被监控的第二电源V2在设定电压V4附近波动导致的第一电源V1输出频繁受控。二极管D2为防反二极管，防止反馈信号Vfb电压高于工作电源V3。U1A和U1B为施密特输入反向器，用于对较缓慢的反馈信号Vfb进行整形，输出边沿陡峭的高速信号。驱动器U5为输出信号Vdr提供较强的驱动能力。
（2）第一电源输出控制网络用于：当光耦U2发光时，且Vdr为高电平、Q2、Q1均导通，V1经Q1输出，Vfb为低电平；当光耦U2不发光时，且Vdr为低电平，Q2、Q1均截止，V1不经Q1输出，Vfb为高电平。为提高响应速度，选用高速光电耦合器、高速PMOS管Q1和高速NMOS管Q2。
（3）第二电源监控网络：实现对V2的电压监控，当V2电压降低到设定电压V4的时候，光电耦合器U2的工作状态发生变化，从而使反馈信号Vfb发生变化。当V2的电压在正常范围内，且Vdr为高电平，U2工作在发光状态，Vfb为低电平；当V2的电压降低到设定电压V4时，U2工作在不发光状态，Vfb变为高电平且接近于V1。本发明中，V2可以是正电压电源，也可以是负电压电源，且电压值能在较大范围内取值；由于V2降低到V4时会触发Vfb变化，所以V4的电压值为监控电压点，该电压通过可调电位器R10进行设置；V2与V1可以是隔离的非共地电源，也可以是共地电源。
综上，所述控制与驱动网络、第一电源输出控制网络和第二电源监控网络通过协同工作实现了对第二电源V2的电压监控和第一电源V1的输出控制的闭环。具有电路结构简单，成本低廉，可设定的监控电压范围宽，响应速度快的优点。适用于多电源系统电压监控应用，尤其适用于有正负电压的多电源系统电压监控应用，可嵌入到整机的硬件系统内使用，也可独立成模块使用。
附图说明
图1为本发明电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1，一种多电源系统的电源电压监控电路，其特征在于：包括控制与驱动网络、第一电源输出控制网络和第二电源监控网络、第一电源V1、第二电源V2、工作电源V3；
所述控制与驱动网络包括D触发器U3、驱动器U5，整形电路、防反二极管D2和按键Key，其中，U3的1CLK脚经整形电路连接D2的正极；且整形电路和D2间还经电阻R4接工作电源V3；D2的负极为反馈信号输入端，用于输入反馈信号Vfb，U3的
脚连接按键Key，U3的1Q脚接驱动器U5的输入端，U5的输入端为驱动信号输出端，用于根据反馈信号Vfb、按键Key，输出Vdr驱动信号，具体为：
Key按下时，触发Vdr驱动信号从低电平变为高电平；
反馈信号Vfb从低电平变为高电平的上升沿，触发Vdr驱动信号从高电平变为低电平；
所述低电平≤0.5V 、高电平≥3.5V；
所述第一电源输出控制网络包括光耦U2、PMOS管Q1和NMOS管Q2；
所述光耦U2的5脚分为两路，一路接D2的负极用于连接反馈信号Vfb，一路接Q1的G极，且Q1的S极接V1的输入端、D极接V1的输出端，Q1的G极与V1的输入端并联有电阻R2和电容C2；所述光耦U2的4脚接Q2的D极，Q2的G极连接U5的驱动信号输出端，用于输入驱动信号Vdr，Q2的S极接地；所述光耦U2的6脚接工作电源V3；
所述第一电源输出控制网络用于：
若光耦U2发光、且Vdr为高电平，则Q1、Q2均导通，第一电源V1经Q1输出，反馈信号Vfb为低电平；
若光耦U2不发光、且Vdr为低电平，则Q1、Q2均截止，第一电源V1不经Q1输出，反馈信号Vfb为高电平；
所述第二电源监控网络连接第二电源V2和光耦U2的输入端，并设置设定电压V4对V2进行监控，且当V2的电压值大于V4的电压值时，U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，U2不发光。
本实施例中，所述整形电路包括施密特输入反向器U1A和U1B，U1A的输出端连接U3的1CLK脚，U1A输入端连接U1B的输出端，U1B的输入端连接防反二极管D2。所述第二电源监控网络包括稳压管U4、稳压二极管D3和可调电位器R10、电阻R7、电阻R3，其中，稳压管U4输入端接V2，调节端经R10、R7接地，输出端经D3正极、D3负极接U2的3脚，U2的1脚经R3接地，所述可调电位器R10用于设置设定电压V4，且当V2的电压值大于V4的电压值时，U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，U2不发光。
实施例2：参见图1，为了更好的说明本发明效果，我们在实施例1的基础上进一步限定。我们设定第一电源V1=10V、第二电源V2=-48V、工作电源V3=5V、设定电压V4=-40V。
关于控制与驱动网络，不仅包括D触发器U3、驱动器U5、整形电路、防反二极管D2和按键Key，还包括电阻R4、电阻R9、电阻R12、电阻R14、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7。D触发器U3选用74LS74芯片，驱动器U5选用MAX4427MJA芯片。具体连接如下：
D触发器U3的
脚分为两路，一路经电阻R9接5V电压，另一路经电容C4接地。
D触发器U3的1D脚经电阻R12接地。
D触发器U3的1CLK脚连接到反向器U1A的输出端，反向器U1A的输入端连接到反向器U1B的输出端，反向器U1B的输入端也分为两路，一路经电阻R4接5V电压，另一路接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接到反馈信号Vfb。
D触发器U3的
脚分为三路，一路经电阻R14接5V电压、一路经按键key接地、一路经电容C7接地。
D触发器U3的1
脚浮空。
D触发器U3的GND脚接地。
D触发器U3的1Q脚连接驱动器U5的INA脚。
D触发器U3的VCC脚连接5V电压，同时经电容C5接地。
驱动器U5的INB脚浮空，驱动器U5的OUTA脚连接到驱动信号Vdr，驱动器U5的OUTB脚浮空，驱动器U5的GND脚接地。
在控制与驱动网络中，电阻R4、电阻R9、电阻R12、电阻R14、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7。电容C4、C7作为输入信号旁路电容，电容C5、C6分别作为U3、U5的电源去耦电容。
关于第一电源输出控制网络：除了光耦U2、PMOS管Q1和NMOS管Q2外，还包括发光二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R11、电阻R13、电容C2和电容C3。光耦U2选用TLP719芯片，光耦U2、PMOS管Q1和NMOS管Q2这三者的连接方式，与实施例1相同，对于增加的电容、电阻和发光二极管，具体连接方式如下：
电阻R2、电容C2构成RC并联电路，接在第一电源V1的输入端和Q1的G端之间。
Q1的D极还经电阻R1接发光二极管D1的正极、发光二极管D1的负极接地。
电阻R2、电容C2构成RC并联电路用于滤波，发光二极管D1位于Q1D极，若V1不输出时不发光，所以能对第一电源V1的输出提供指示。
电阻R11、电阻R13均接在Q1的G极，电阻R11另一端接，电阻R13另一端接地，C3一端接U2的6脚，另一端接地。电阻R11、R13构成Q1的门级驱动电路，电容C3是U2的去耦电容。
关于第二电源监控网络：包括稳压管U4、稳压二极管D3和可调电位器R10、电阻R7、电阻R3，其中，稳压管U4输入端接V2，调节端经R10、R7接地，输出端经D3正极、D3负极接U2的3脚，U2的1脚经R3接地，所述可调电位器R10用于设置设定电压V4，且当V2的电压值大于V4的电压值时，光耦U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，光耦U2不发光。
本发明的工作流程为：
（1）调节设定电压V4=-40V，开启本发明电路中的第一电源V1=10V、第二电源V2=-48V、工作电源V3=5V，此时光耦U2工作在发光状态；
（2）按动一下key按键，使Vdr信号从低电平变为高电平，NMOS管Q2打开，也就是导通；由于光耦U2工作在发光状态，PMOS管Q1打开，Vfb信号为低，第一电源V1正常输出、发光二极管D1发光；
（3）若关闭第二电源V2、或第二电源V2从-48V降低到-40V，光耦U2从发光状态转换为不发光状态，光耦不导通，Vfb信号变高，触发D触发器U3，使Vdr信号变低；
（4）当Vdr信号变低，则NMOS管Q2关闭，PMOS管Q1关闭，第一电源V1输出关闭、发光二极管D1不发光；
（5）当第二电源V2重新回到-48V时，需要手动按下key按键，使Vdr信号变为高电平，方可使第一电源V1重新输出。
本发明电路结构简单，成本低廉，可设定的监控电压范围宽，响应速度快。在实施例2的基础上，针对实施例V1=10V、V2=-48V，则可设定的监控电压范围V4= -47.5V ~-5V，响应速度可达到微妙级。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多电源系统的电源电压监控电路，其特征在于：包括控制与驱动网络、第一电源输出控制网络和第二电源监控网络、第一电源V1、第二电源V2、工作电源V3；
所述控制与驱动网络包括D触发器U3、驱动器U5，整形电路、防反二极管D2和按键Key，其中，U3的1CLK脚经整形电路连接D2的正极；且整形电路和D2间还经电阻R4接工作电源V3；D2的负极为反馈信号输入端，用于输入反馈信号Vfb，U3的
脚连接按键Key，U3的1Q脚接驱动器U5的输入端，U5的输出端为驱动信号输出端，用于根据反馈信号Vfb、按键Key，输出Vdr驱动信号，具体为：
Key按下时，触发Vdr驱动信号从低电平变为高电平；
反馈信号Vfb从低电平变为高电平的上升沿，触发Vdr驱动信号从高电平变为低电平；
所述低电平≤0.5V 、高电平≥3.5V；
所述第一电源输出控制网络包括光耦U2、PMOS管Q1和NMOS管Q2；
所述光耦U2的5脚分为两路，一路接D2的负极用于连接反馈信号Vfb，一路接Q1的G极，且Q1的S极接V1的输入端、D极接V1的输出端，Q1的G极与V1的输入端之间并联有电阻R2和电容C2；所述光耦U2的4脚接Q2的D极，Q2的G极连接U5的驱动信号输出端，用于输入驱动信号Vdr，Q2的S极接地；所述光耦U2的6脚接工作电源V3；
所述第一电源输出控制网络用于：
若光耦U2发光、且Vdr为高电平，则Q1、Q2均导通，第一电源V1经Q1输出，反馈信号Vfb为低电平；
若光耦U2不发光、且Vdr为低电平，则Q1、Q2均截止，第一电源V1不经Q1输出，反馈信号Vfb为高电平；
所述第二电源监控网络连接第二电源V2和光耦U2的输入端，并设置设定电压V4对V2进行监控，且当V2的电压值大于V4的电压值时，U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，U2不发光；
所述U3选用74LS74芯片，所述U2选用TLP719芯片。
2.根据权利要求1所述的多电源系统的电源电压监控电路，其特征在于：所述整形电路包括施密特输入反向器U1A和U1B，U1A的输出端连接U3的1CLK脚，U1A输入端连接U1B的输出端，U1B的输入端连接防反二极管D2。
3.根据权利要求1所述的多电源系统的电源电压监控电路，其特征在于：所述第二电源监控网络包括稳压管U4、稳压二极管D3和可调电位器R10、电阻R7、电阻R3，其中，稳压管U4输入端接V2，调节端经R10、R7接地，输出端经D3正极、D3负极接U2的3脚，U2的1脚经R3接地，所述可调电位器R10用于设置设定电压V4，且当V2的电压值大于V4的电压值时，U2发光，V2的电压值小于V4的电压值时，U2不发光。
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