一种直流电源输入电压的判断电路

技术领域

本发明涉及一种判断电路，特别涉及一种直流电源输入电压的判断电路，属于电气领域。

背景技术

随着技术的发展，社会的进步，日常生活中接触到的电器也越来越多，每个用电设备都有着专属的供电设备，在使用的过程中由于供电设备越来越多，外形相近，很容易出现供电设备使用错误的情况，轻则用电器损坏，重则产生不可预知危险。

现有技术中，现有的电气设备一般只在电源正负电极接反后起作用，无法判断输入的直流电源电压能否满足用电器使用需求，在电气设备接通电源后，一旦电气设备不工作，特别是输入的直流电源电压低会导致用电器不工作或工作在不正常状态，作为一般的使用者会误认为电气设备本身出现故障，特别是一些大型的电气设备，使用者会搬运到维修店进行维修，或者，邀请专业的维修人员前来进行维修，维修中，为了寻求事故原因，少补了不断更换设备部件，所有这些都是由于电气设备本身不具备判断输入电源是否正常导致的，这种情况不仅会耽误正常的电气设备的使用，相反，会因为误入维修误区花费不少冤枉的维修费用，相反，如果输入的直流电源电压高会导致用电器发热或烧毁，如果电气设备中具有输入电压高低的判断功能，就会避免不必要的设备损坏，因此，在电器设备中设置输入电源的判断功能，不仅能够使使用者得到正确的指示，而且能够减少去做不必要的电气损坏或不必要的设备搬运或设备维修等无用功，只要进行输入电源电压方面的检查维修即可，没有必要对电器设备进行专门的维修。

另外，尽管一些电气设备具有电源电压判断功能，但这些设备大都是高档设备，价格比较昂贵，其中使用了主控芯片，利用主控芯片进行采集直流电源的相关数值，然后进行相应的分析判断，利用主控芯片进行电压判断的设备与一般的设备相比较，芯片成本高，就会带来电气设备制造成本的增高，再者，对于一些不采用主控芯片的设备而言，就无法进行判断，就会耽误使用甚至会进入上述盲目维修的误区。

如何能够在低成本状态下，使设备本身具有判断直流电源输入电压是否正常，是电气设备应该具备的功能。

发明内容

针对现有电气设备中大都没有识别输入的直流电源电压高低的判断功能，会带来盲目的设备维修现象或电气设备的损伤，即使是有主控芯片的电气设备，会增高制造成本的问题，本发明提供一种直流电源输入电压的判断电路，其目的是判断输入的直流电源电压是否满足用电设备的需求，当直流电源电压在用电器允许输入电压范围之内才会打开开关，给设备进行供电，可减少盲目的设备维修，也可避免使用价格较高的主控芯片，能够在低成本状态下判断输入直流电压的正常与否，可防止损伤电气设备，减少经济损伤，避免因设备损坏影响正常的工作。

本发明的技术方案是：一种直流电源输入电压的判断电路，包括PMOS管，其特征在于：所述直流电源输入电压的判断电路中组合有防反接电路、可控开关电路、反相器及控制电路、降压电路，其中，防反接电路上一路经降压电路后向反相器供电，反相器及控制电路、防反电路的控制电路连接至可控开关电路，可控开关电路与负载连接，判断电路中利用防反接电路排除负值电压的输入，之后第一电阻器将输入的电压分压后，输送给反相器，利用反相器的阈值，来控制输出高低逻辑电平，从而控制模拟开关；

进一步，所述防反接电路包括第一晶体管和第一电阻器组成，第一晶体管为PMOS管，当电路中输入反相电压时，第一晶体管中的体二极管截止，当电压小于额定电压是由第一晶体管中PMOS管关断；

进一步，所述可控开关电路包括第二晶体管，第三晶体管，第二电阻器，其中，第二晶体管为PMOS管，第三晶体管为三极管，当第三晶体管关断时，第二晶体管的栅极电压等于VCC12V及低二晶体管的源极电压，第二晶体管栅-源电压无法小于导通电压，所以第二晶体管的PMOS关断；

进一步，所述反相器及控制电路包括第四晶体管、多个电阻、反相器和稳压二极管，其中，第四晶体管为三极管，反相器内置集成有六组逻辑器件，A端输入高电平，Y端输出低电平，第四晶体管为三极管采用NPN型，当基极处于高电平时，集电极和发射极导通，稳压管保护反相器；

进一步，所述降压电路包括降压芯片和电容组，降压电路是将VIN12V处输入的电压降低到反相器所需的电压大小；

进一步，所述第一电阻器为第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻连接在第一晶体管的栅极与源极之间；第二分压电阻一端连接在第一晶体管的栅极与第二分压电阻的接点，另一端接地；

进一步，所述第二电阻器包括第三分压电阻和第四分压电阻，第三分压电阻连接在第二晶体管的栅极与源极之间，第四电阻的一端连接在第三分压电阻与第二晶体管的栅极节点上，第四电阻的另外一端连接在第三晶体管的集电极；

进一步，所述多个电阻包括电阻五、电阻六、电阻七、电阻八和电阻九，所述反相器的引脚1和11上分别连接有第一分压电路和第二分压电路，其中，稳压二极管包括第一二极管和第二二极管，第一二极管和第二二极管分别位于第一分压电路和第二分压电路中，反相器的引脚1上连接有第一二极管、电阻五和电阻六，反相器的引脚11上连接有第二二极管、电阻八和电阻九，第一分压电路中第一二极管、电阻六并联，并联电路的一端连接有电阻五，并联电路的另外一端接地，第一分压电路中第二二极管、电阻八并联，并联电路的一端连接有电阻八，并联电路的另外一端接地，上述电阻五和电阻八分别连接至VCC12V。；

所述反相器的引脚8上连接有第四晶体管的基极，反相器的引脚4上通过电阻7连接有第四晶体管的集电极，第四晶体管的发射极接地，电阻七连接有第四晶体管的集电极之间连接有第三晶体管的基极，第三晶体管的发射极接地

进一步，所述电容组包括第一电容和第二电容，第一电容连接在降压芯片输入端与接地端之间，第二电容的一端分别降压芯片输出端与接地端之间。

本发明具有的积极效果是：通过在直流电源输入电压的判断电路中设计防反接电路，可消除输入负值电压对电路的影响，再通过不同阻值的电阻分压，确定一个电压范围，可避免过高电压或过低电压的输入；通过直流电源输入电压的判断电路中设计可控开关电路，可根据相应的控制进行开关操作；通过设计反相器及控制电路可设定输入直流电源的输入范围值，根据是否满足条件，控制可控开关是否导通；通过在电路中设计降压电路，可将输入电压降低到反相器所需的电压，利用本直流电源输入电压的判断电路，可判断输入的直流电源电压是否满足用电设备的需求，当直流电源电压在用电器允许输入电压范围之内才会打开开关，给设备进行供电，无需在简单电气设备中使用高价格的主控芯片去判断直流输入电压的正常与否，能够降低设备的造价，也可减少电气设备的损坏，避免盲目地进行设备维修，影响设备的正常工作，可保证设备的正常运行。

附图说明

 图1 本发明的结构示意图。

图2 本发明的电路图。

图3 本发明的降压电路图。

标号说明：U1-反相器、U2-降压芯片、Q1-第一晶体管、Q2-第二晶体管、Q3-第三晶体管、Q4-第四晶体管G-栅极、VGS-栅-源电压、R1-第一分压电阻、R2-第二分压电阻、R3-第三分压电阻、R4-第四分压电阻、R5-电阻五、R6-电阻六、R7-电阻七、R8-电阻八、R9-电阻九、D1-第一二极管、D2-第二二极管、C1-第一电容、C2-第二电容。

具体实施方式

以下参照附图，就本发明的技术方案进行详细说明。

 本发明是一种直流电源输入电压的判断电路，图1 是本发明的结构示意图、图2是本发明的电路图、图3是本发明的降压电路图，一种直流电源输入电压的判断电路中包括PMOS管，所述直流电源输入电压的判断电路中组合有防反接电路、可控开关电路、反相器及控制电路、降压电路，其中，防反接电路上一路经降压电路后向反相器及控制电路供电，反相器及控制电路、防反电路的控制电路连接至可控开关电路，可控开关电路与负载连接，判断电路中利用防反接电路排除负值电压的输入，之后第一电阻器将输入的电压分压后，输送给反相器，利用反相器U1的阈值，来控制输出高低逻辑电平，从而控制模拟开关。

所述防反接电路包括第一晶体管Q1和第一电阻器组成，第一晶体管Q1为PMOS管（P沟道金属氧化物半导体），当电路中输入反相电压时，第一晶体管Q1中的体二极管截止，当电压小于额定电压是由第一晶体管Q1中PMOS管关断，所述第一电阻器为第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1连接在第一晶体管的栅极与源极之间；第二分压电阻R2一端连接在第一晶体管的栅极与第二分压电阻R2的接点，另一端接地。

参照图2，防反接电路的原理是：当VIN12V处输入正值电压时，第一晶体管Q1的体二极管导通，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2组成分压电路，第一晶体管Q1的栅极G电压等于VCC12V及第一晶体管Q1的源极S电压除以第一分压电阻R1+第二分压电阻R2再乘以第二分压电阻R2（Vg=VCC12V/（R1+R2）×R2）；当第一晶体管PMOS栅-源电压VGS小于导通电压时当第一晶体管PMOS导通。

所述可控开关电路包括第二晶体管Q2，第三晶体管（Q3），第二电阻器，其中，第二晶体管Q2为PMOS管，第三晶体管Q3为三极管，当第三晶体管Q3关断时，第二晶体管Q2的栅极G电压等于VCC12V及第二晶体管Q2的源极S电压，第二晶体管Q2栅-源电压VGS无法小于导通电压，所以第二晶体管的PMOS关断，其中，所述第二电阻器包括第三分压电阻R3和第四分压电阻R4，第三分压电阻R3连接在第二晶体管Q2的栅极与源极之间，第四电阻R4的一端连接在第三分压电阻R3与第二晶体管Q2的栅极节点上，第四电阻R4的另外一端连接在第三晶体管Q3的集电极。

参照图2，所述反相器及控制电路包括第四晶体管Q4、多个电阻、反相器U1和稳压二极管，其中，第四晶体管Q4为三极管，反相器U1内置集成六组逻辑器件，A端输入高电平，Y端输出低电平，第四晶体管为三极管采用NPN型，当基极处于高电平时，集电极和发射极导通，稳压管保护反相器，所述多个电阻包括电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8和电阻九R9，所述反相器U1的引脚1和11上分别连接有第一分压电路和第二分压电路，其中，稳压二极管包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2分别位于第一分压电路和第一分压电路中，反相器U1的引脚1上连接有第一二极管D1、电阻五R5和电阻六R6，反相器U1的引脚11上连接有第二二极管D2、电阻八R8和电阻九R9，第一分压电路中第一二极管D1、电阻六R6并联，并联电路的一端连接有电阻五R5，并联电路的另外一端接地，第一分压电路中第二二极管D2、电阻八R9并联，并联电路的一端连接有电阻八R8，并联电路的另外一端接地，上述电阻五R5和电阻八R8分别连接至VCC12V，第一分压电路中第一二极管D1、电阻五R5并联，并联电路的一端连接有电阻六R6，并联电路的另外一端接地，第一分压电路中第二二极管D2、电阻八R9并联，并联电路的一端连接有电阻九R8，并联电路的另外一端接地，所述反相器U1的引脚8上连接有第四晶体管Q4的基极，反相器U1的引脚8上通过电阻七R7连接有第四晶体管Q4的集电极，第四晶体管Q4的发射极接地，电阻七R7连接有第四晶体管Q4的集电极之间连接有第三晶体管Q3的基极，第三晶体管Q3的发射极基地。

参照图2，反相器及控制电路中，稳压管起到保护反相器的作用，当输入电压过大时，将电压钳位到反相器端口所能承受的电压范围之内，保护器件不会损坏。

参照图3，所述降压电路包括降压芯片（U2）和电容组，降压电路是将VIN12V处输入的电压降低到反相器（U1）所需的电压大小。

所述电容组包括第一电容（C1）和第二电容(C2)，第一电容（C1）连接在降压芯片（U2）输入端与接地端之间，第二电容(C2)的一端分别降压芯片（U2）输出端与接地端之间。

具体实施例

参照图2、图3， VIN12V处理想输入电压为12V，降压芯片U2降压到3.3V及VCC处电压3.3V，反相器U1上限阈值为2.7V（电压高于2.7V输出逻辑高电平（3.3V）），稳压管钳位3.3V(R6和R9两端电压最大3.3V)；

1、参照图2、图3，当VIN12V处输入负压（直流电源接反），第一晶体管Q1无法达到导通条件，所以VCC12V处电压0V，电路处于断路状态；

2、参照图2、图3，当VIN12V处输入正压，第一晶体管Q1优先导通，降压芯片U2进行降压处理后给反相器U1进行供电，同时电阻五R5、电阻六R6和电阻八R8、电阻九R9分别对VCC12V进行分压处理，将分压后的电压输入到反相器U1的输入端。

假设VIN12V处输入标准12V直流电压，反相器U1的1A端口处电压等于12V除以43再乘以10等于2.79V（12/（33+10）×10=2.79V）（后续将不再阐述分压原理及公式，直接使用计算后结果），同理反相器U1的5A端口处电压等于2.6V，此时反相器U1判定1A端口为逻辑高电平，5A端口逻辑低电平；1Y连接到2A,5Y连接到4A,那么2A处是逻辑低电平，4A处是逻辑高电平；2Y将输出逻辑高电平，4Y将输出逻辑低电平；2Y通过电阻R7连接到第三晶体管Q3的基极和第四晶体管Q4的集电极，4Y连接到第四晶体管Q4的基极，第三晶体管Q3基极处于逻辑高电平，第三晶体管Q3导通，第四晶体管Q4基极处于逻辑低电平，第四晶体管Q4关断。第三晶体管Q3导通，第三分压电阻R3、第四分压电阻R4进行分压，满足第二晶体管Q2导通条件，第二晶体管Q2导通及电源导通。

参照图2、图3，假设VIN12V处输入11V直流电压，反相器U1的1A端口处电压约等于2.56V，5A端口处电压约等于2.39V，反相器U1判定1A端口和5A端口均为逻辑低电平，那么2Y和4Y输出逻辑低电平，第三晶体管Q3，第四晶体管Q4关断。第二晶体管Q2不满足导通条件及电源不导通。

参照图2、图3，假设VIN12V处输入13V直流电压，反相器U1的1A端口处电压约等于3.02V，5A端口处电压约等于2.83V；反相器U1判定1A端口和5A端口均为逻辑高电平。那么2Y和4Y输出逻辑高电平，当第四晶体管Q4导通时，第三晶体管Q3的基极将会直接连接到地平面(电压为0V)，2Y端口经过电阻R7后连接到地平面,电阻七R7为限流电阻，防止2Y端口直接接地，导致端口损坏，所以第三晶体管Q3关断。第二晶体管Q2不满足导通条件及电源不导通。

参照图2、图3，当VIN12V处输入24V直流电压，反相器U1的1A端口处电压约等于5.58V，5A端口处电压约等于5.22V，这时稳压二极管D1，D2工作，将两个端口处的电压稳定在3.3V左右，防止端口处电压超过器件耐压范围导致器件损坏。

参照图2、图3，已知反相器U1上限阈值为2.7V，使用分压公式可以逆向推算出，当VIN12V处电压大于11.61V时U1判定1A端口为逻辑高电平，当VIN12V处电压大于12.42V时U1判定5A端口为逻辑高电平。图示电路条件下，只有VIN12V处输入的直流电压大于11.61V并且小于12.42V时，Q3才会导通，满足第二晶体管Q2导通条件，第二晶体管Q2导通及电源导通。

本发明通过在直流电源输入电压的判断电路中设计防反接电路，可消除输入负值电压对电路的影响，再通过不同阻值的电阻分压，确定一个电压范围，可避免过高电压或过低电压的输入；通过直流电源输入电压的判断电路中设计可控开关电路，可根据相应的控制进行开关操作；通过设计反相器及控制电路可设定输入直流电源的输入范围值，根据是否满足条件，控制可控开关是否导通；通过在电路中设计降压电路，可将输入电压降低到反相器所需的电压，利用本直流电源输入电压的判断电路，可判断输入的直流电源电压是否满足用电设备的需求，当直流电源电压在用电器允许输入电压范围之内才会打开开关，给设备进行供电，无需在简单电气设备中使用高价格的主控芯片去判断直流输入电压的正常与否，能够降低设备的造价，也可减少电气设备的损坏，避免盲目地进行设备维修，影响设备的正常工作，可保证设备的正常运行。