近年来,电路的工作电压不断降低,但仍有一些电路的工作电压是9V、12V、15V,少数还有18V或24V。由于电压检测器大部分电压在6V以下(6V以上有少数品种),如何对这些高电压进行检测呢?Seikc公司介绍了两种高电压检测电路,可以采用6V以下的电压检测器加上其它元器件组成的电路来对高于6V的电压进行检测。


两种高电压检测电路


Seikc公司介绍的两种电路:分压器法及串接二极管法。

1.分压器法

如图1所示。它由RA、RB组成的分压器及开漏输出的电压检测器组成。原电压检测器的检测电压为VDET,滞后电压为VHYS,则增加了分压器后其检测电压为V'DET,滞后电压为VHYS。V'DET及VHYS与RA、RB及VDET的关系为:

V'_{DET}=[{(R_{A}+R_{B})}\over{R_{B}}] V_{DET}
V'_{HYS}=[{(R_{A}+R_{B})}\over{R_{B}}] V_{HYS}

从公式中可以看出,在检测电压提高的同时,其滞后电压也相应地增加。若RA、RB的电阻值用得较大时,实际的滞后电压要比计算的值大一些。

图1中的RPU是上拉电阻,CIN是消除检测电压中的噪声电压的干扰。电路特性如图2所示。

例如,RA=RB=1k ,VDET=6V,则V'DET=12V(提高了一倍),V'HYS也增加了一倍。

2.串接二极管法

如图3所示。若D1、D2的正向压降为Vf1及Vf2,则串接二极管后的检测电压值V'DET为V'DET=Vf1+Vf2+VDET

二极管的正向压降可按0.7V计算,但由于电压检测器的工作电流甚小(1 3 A),使二极管工作在特性的弯曲部分,其实际正向压降要比0.7V小。所以计算值与实际值有一定差值。

第一种方法的优点是可以根据要求的V'DET来设定RA、RB。缺点是改变了滞后特性,并且在RA、RB的阻值较大时,计算的V'HYS与实际V'HYS有一定差值。

第二种方法缺点较多,当要求V'DET较高时需串接很多二极管,而且也不容易与要求的V'DET的值一致。根据上述情况,笔者采用TL431可调基准电压源及电压检测器设计了一种高电压检测电路。它可以满足高电压的检测,并且不会改变滞后电压特性。


电路工作原理


采用TL431(或用LT1431、AIC431等)及电压检测器的高电压检测电路如图4所示。若可调基准电压源的输出电压(稳压值)为VZ,电压检测器的检测电压为VDET,则该电路的检测电压V'DET与VZ及VDET的关系为
V'DET=VZ+VDET
VZ的值由R1、R2确定,VZ与R1、R2的关系为:
V_{Z}=2.5V(1+{R_{1}}\over{R_{2}})
式中2.5V是TL431内部的基准电压值。

图4中的R3为限流电阻。

当要求的V'DET设定后,可根据选择的电压检测器VDET来确定R1、R2及R3即可。

该电路特点:可满足35V以下的任何高电压检测设定;TL431的基准电压精度高,温度系数小,所以VZ的精度高、稳定性好;没有改变原电压检测器的滞后电压特性;流过TL431的工作电流IZ小,IZ=0.5 1mA。 设计举例 设计一个高电压检测电路,要求V'DET=12.25V。选择了电压检测器,其检测电压VDET=4.75V。这里进行电路参数的计算,并进行电路的测试。

可调输出基准电压源采用TL431C,电压检测器采用AN051A4.75V(CMOS输出)。电路及参数如图5所示。

1.VZ的计算

VZ=V'DET-VDET=12.25-4.75=7.5V

2.R1、R2的计算

设R_{2}=10k ,R_{1}=({V_{Z}}\over{2.5}-1) R_{2}=20k

3.R3的计算

设在TL431C工作时的IZ=0.8mA,则R_{3}={12.25V-7.5V}\over{0.8mA}=5.94k
R3可取6k 或6.2k

4.VHYS的计算

按4.75V电压检测器的典型VHYS=0.05VDET计算。

VHYS=4.75V 0.05=0.237V

按图5的电路进行测量:VDD从低到高增加,当VDD=12.43V时,电压检测器输出从L跳变为H;当VDD从大于12.43V逐渐减小时,在VDD=12.21V时,电压检测器输出从H跳变到L。将测试值与计算值列表如下作一比较,说明计算与实测的误差较小。


为提高精度,R1、R2应采用金属膜电阻，精度1%。