阅读说明：本技术 一种新型电压选择保护电路 (Novel voltage selection protection circuit ) 是由 徐水斌 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型电压选择保护电路,所述的电路包括两个电阻RA、两个电阻RB、四个电阻R、运算放大器U1、运算放大器U2、两个NMOS型开关管Q以及运算放大器工作电源,电路消除了切换时可能存在的高低压互通带来的风险,也不需要防止风险的死区,可以适应极低压,选择电压范围较广,同时电路去除了复杂的四桥臂的NMOS和PMOS驱动方式,使电路更简单可行,降低成本和实现难度。(The invention discloses a novel voltage selection protection circuit which comprises two resistors RA, two resistors RB, four resistors R, an operational amplifier U1, an operational amplifier U2, two NMOS type switching tubes Q and an operational amplifier working power supply.)

一种新型电压选择保护电路

技术领域

本发明涉及工业自动化等电子、电子电力技术领域，具体为一种新型电压选择保护电路。

背景技术

公知的电压选择电路，采用了PMOS和NMOS组成的四象桥臂选择导通实际电压输出方式，其缺点是当实际工作出现电压高低变压需要自动切换时，被选择的两个电压间形成瞬间回路而产生中值电压或造成器件损坏，必须设定一定的切换死区防止此类情况，带来输出中断，同时使得MOS驱动电路复杂；另外这样利用MOS管做输出，为了保持良好与选择近似的输出电压对MOS管驱动电压值有一定要求，必须要使得MOS管饱和导通，就使能适用的拟选择电压值范围变窄，要不选择电压低于一定值，难以实现；要不高于一定值无法实现；另外同时控制PMOS和NMOS的电路相对复杂，且MOS管做电压输出器件本身就存在一定的导通压降，在低压弱电场合适用性变差。

综上，目前在相关技术领域类似功能的电路也有其他的实现方式，但大多采用较多的元件搭建复杂的电路来实现。造成了成本的浪费和故障率的提高，并且在实现功能的同时对目标电压测量精度造成影响，实现效果较差。

基于此，本发明设计了一种新型电压选择保护电路，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型电压选择保护电路，解决多路电压信号输入，仅需采集其中符合条件的，如最高、最低或中间某个(或某几个)电压的选择问题，解决电压自动切换时可能出现的被选择电压出现互通问题，解决被选择电压范围较宽且有电压极低情况时的输出低压失真问题，从而设计了可靠的精度较高的信号电压选择电路。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型电压选择保护电路，所述的电路包括两个电阻RA、两个电阻RB、四个电阻R、运算放大器U1、运算放大器U2、两个NMOS型开关管Q以及运算放大器工作电源，

输入电压Va连接到运算放大器U1输入正端和运算放大器U2的输入负端，同时连接到一个电阻RA的一端，电阻RA的另一端连接其中一个NMOS型开关管Q的漏极，运算放大器U1的输出端通过电阻R连接到其中一个NMOS型开关管Q的栅极，其中一个NMOS型开关管Q的源极接地，其中一个NMOS型开关管Q的栅极和源极跨接电阻R，

输入电压Vb连接到运算放大器U1输入负端和运算放大器U2的输入正端，同时连接到另一个电阻RA的一端，另一个电阻RA的另一端连接另一个NMOS型开关管Q的漏极，运算放大器U2的输出端通过电阻R连接到另一个NMOS型开关管Q的栅极，另一个NMOS型开关管Q的源极接地，其中一个NMOS型开关管Q的栅极和源极跨接电阻R，

两个电阻RB相互串联，两端分别连接其中一个NMOS型开关管Q和另一个NMOS型开关管Q的漏极，从中间输出电压值Vout，

还包括运算放大器U、电阻RC和电阻RD，所述运算放大器U的正极和负极分别连接输出电压值Vout和电阻RD的一端，所述运算放大器U的负极还连接电阻RC的一端，所述电阻RC的另一端连接运算放大器U的输出端，所述运算放大器U输出电压VS。

优选的，所述输入电压包括输入电压V1和输入电压V2，输入电压V1连接到运算放大器U1输入正端和运算放大器U2的输入负端，输入电压V2连接到运算放大器U1输入负端和运算放大器U2的输入正端。

优选的，所述输入电压包括输入电压V1和输入电压V2，输入电压V2连接到运算放大器U1输入正端和运算放大器U2的输入负端，输入电压V1连接到运算放大器U1输入负端和运算放大器U2的输入正端，

优选的，一个所述电阻RA和两个电阻RB串联组成单支分压电阻网络，单支分压电阻网络两端加入电压时，从两个电阻RB中间输出的电压分压比例相同，两个电阻RA和两个电阻RB组成两支对称的分压网络。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明电路消除了切换时可能存在的高低压互通带来的风险，也不需要防止风险的死区。可以适应极低压，选择电压范围较广，利用NMOS型开关管导通压降与匹配电阻相比可以忽略不计的特点，进一步适应低压和降低失真。同时电路去除了复杂的四桥臂的NMOS和PMOS驱动方式，使电路更简单可行，降低成本和实现难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电路结构示意图；

图2为本发明运算放大器U1电路结构示意图；

图3为本发明实施例1电路结构示意图；

图4为本发明实施例1中运算放大器U1电路结构示意图；

图5为本发明实施例2电路结构示意图；

图6为本发明实施例2中运算放大器U1电路结构示意图；

图7为本发明实施例3多级连接电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅1-2，本发明提供一种技术方案：一种新型电压选择保护电路，所述的电路包括两个电阻RA、两个电阻RB、四个电阻R、运算放大器U1、运算放大器U2、两个NMOS型开关管Q以及运算放大器工作电源，

输入电压Va连接到运算放大器U1输入正端和运算放大器U2的输入负端，同时连接到一个电阻RA的一端，电阻RA的另一端连接其中一个NMOS型开关管Q的漏极，运算放大器U1的输出端通过电阻R连接到其中一个NMOS型开关管Q的栅极，其中一个NMOS型开关管Q的源极接地，其中一个NMOS型开关管Q的栅极和源极跨接电阻R，

输入电压Vb连接到运算放大器U1输入负端和运算放大器U2的输入正端，同时连接到另一个电阻RA的一端，另一个电阻RA的另一端连接另一个NMOS型开关管Q的漏极，运算放大器U2的输出端通过电阻R连接到另一个NMOS型开关管Q的栅极，另一个NMOS型开关管Q的源极接地，其中一个NMOS型开关管Q的栅极和源极跨接电阻R，

两个电阻RB相互串联，两端分别连接其中一个NMOS型开关管Q和另一个NMOS型开关管Q的漏极，从中间输出电压值Vout。

还包括运算放大器U、电阻RC和电阻RD，所述运算放大器U的正极和负极分别连接输出电压值Vout和电阻RD的一端，所述运算放大器U的负极还连接电阻RC的一端，所述电阻RC的另一端连接运算放大器U的输出端，所述运算放大器U输出电压VS。

其中，一个所述电阻RA和两个电阻RB串联组成分压电阻网络，无论取哪个方向的三个电阻组成的分压网络，给这三个电阻两端加入电压时，从RB中间输出的电压分压比例是相同的。这样四个电阻组成两个对称的分压网络。

本发明基本单元电路分为低压选择和高压选择，它可以选择出两个电压的低压值或高压值输出；在有若干电压选择的场合，只需要将两两组合电压通过基本电路选择后得到的一个输出电压值，通过基本电路相同的方法，把前级选出得到的输出电压值再两两组合作为后级基本电路的输入，这样递推下去就可以选择出若干电压中符合要求的那个电压值输出。

实施例1

参阅3-4，低压选择基本单元电路及应用：

一种新型电压选择保护电路，所述的电路包括两个电阻RA、两个电阻RB、四个电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运算放大器U1、运算放大器U2、NMOS型开关管Q1、NMOS型开关管Q2以及运算放大器工作电源，输入电压V1连接到运算放大器U1输入正端和运算放大器U2的输入负端，同时连接到一个电阻RA的一端，电阻RA的另一端连接NMOS型开关管Q1的漏极，运算放大器U1的输出端通过电阻R1连接到NMOS型开关管Q1的栅极，NMOS型开关管Q1的源极接地，NMOS型开关管Q1的栅极和源极跨接电阻R2，

输入电压V2连接到运算放大器U1输入负端和运算放大器U2的输入正端，同时连接到另一个电阻RA的一端，另一个电阻RA的另一端连接NMOS型开关管Q2的漏极，运算放大器U2的输出端通过电阻R3连接到NMOS型开关管Q2的栅极，NMOS型开关管Q2的源极接地，NMOS型开关管Q1的栅极和源极跨接电阻R4，

两个电阻RB相互串联，两端分别连接NMOS型开关管Q1和NMOS型开关管Q2的漏极，从中间输出电压值Vmin*K1。

优选的，还包括运算放大器U、电阻RC1和电阻RD1，所述运算放大器U的漏极和栅极分别连接输出电压值Vout和电阻RD1的一端，所述运算放大器U的栅极还连接电阻RC1的一端，所述电阻RC1的另一端连接运算放大器U的输出端，所述运算放大器U输出电压VS1。

具体工作过程是：V1和V2中较低的电压连接输入正端的那个运算放大器输出低电平，其驱动的NMOS型开关管就处于截止状态，该较低电压就通过RA送到与其连接的RB；而由于另一个运算放大器连接V1和V2输入正端和负端是相反的，所以另一个运算放大器输出高电平，这样该运算放大器驱动的NMOS型开关管就导通接地，因此与其连接的RB一端就接地，那么V1和V2中较低的电压就通过一个RA、2个RB串联组成了对地的分压电阻网络，从两个RB中间输出的Vmin*K1。

其中，Vmin是V1，V2中较低的电压值，K1电阻分压值比例RB/(2*RB+RA；该电路及电阻分压网络从中间分是完全对称的，所以通过放大1/K1倍，就可以输出V1和V2中较低电压的等值电压VS1。

由于电阻RA，电阻RB远大于NMOS型开关管Q2的导通电阻(可以配置到百万分数，从忽略不计)，因此可以简化为输出电压为V1*RB/(2*RB+RA)，系数K1为RB/(2*RB+RA)；后面再将电压通过比例放大(2*RB/RA)/RB倍就可以输出较低电压V1的值。V1通过放大倍数就可以获得被采样电压中较小电压值。

实施例2

参阅5-6，低压选择基本单元电路及应用：

一种新型电压选择保护电路，所述的电路包括两个电阻RA1、两个电阻RB1、四个电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、运算放大器U2、NMOS型开关管Q3、NMOS型开关管Q4以及运算放大器工作电源，

输入电压V1连接到运算放大器U1输入负端和运算放大器U2的输入正端，同时连接到一个电阻RA1的一端，电阻RA1的另一端连接NMOS型开关管Q3的漏极，运算放大器U1的输出端通过电阻R5连接到NMOS型开关管Q3的栅极，NMOS型开关管Q3的源极接地，NMOS型开关管Q3的栅极和源极跨接电阻R6，

输入电压V2连接到运算放大器U1输入正端和运算放大器U2的输入负端，同时连接到另一个电阻RA1的一端，另一个电阻RA1的另一端连接NMOS型开关管Q4的漏极，运算放大器U2的输出端通过电阻R7连接到NMOS型开关管Q4的栅极，NMOS型开关管Q4的源极接地，NMOS型开关管Q3的栅极和源极跨接电阻R8，

两个电阻RB1相互串联，两端分别连接NMOS型开关管Q3和NMOS型开关管Q4的漏极，从中间输出电压值Vmax*K。

还包括运算放大器U、电阻RC2和电阻RD2，所述运算放大器U的漏极和栅极分别连接输出电压值Vout和电阻RD2的一端，所述运算放大器U的栅极还连接电阻RC2的一端，所述电阻RC2的另一端连接运算放大器U的输出端，所述运算放大器U输出电压VS2。

具体工作过程是：V1和V2中较低的电压连接输入正端的那个运算放大器输出低电平，其驱动的NMOS型开关管就处于截止状态，该较低电压就通过RA1送到与其连接的RB1；而由于另一个运算放大器连接V1和V2输入正端和负端是相反的，所以另一个运算放大器输出高电平，这样该运算放大器驱动的NMOS型开关管就导通接地，因此与其连接的RB1一端就接地，那么V1和V2中较低的电压就通过一个RA1、2个RB1串联组成了对地的分压电阻网络，从两个RB1中间输出的Vmax*K。

其中，Vmax是V1，V2中较低的电压值，K电阻分压值比例RB1/(2*RB1+RA1)；该电路及电阻分压网络从中间分是完全对称的，所以再通过运算放大器U、电阻RC1和电阻RD2放大1/K倍，就可以输出V1和V2中较低电压的等值电压VS2。

由于电阻RA1，RB1远大于NMOS型开关管Q1的导通电阻(可以配置到百万分数，从忽略不计)，因此可以简化为输出电压为V2*RB1/(2*RB1+RA1)，系数K为RB1/(2*RB1+RA1)；后面再将电压通过比例放大(2*RB1/RA1)/RB1倍就可以输出较高电压V2的值。V2通过放大倍数就可以获得被采样电压中较大电压值。

实施例3

如图7所示，此电路还可以实现多级连接，将每级选出来的两个电压再通过同样的方法比较，以此递推就可以在无限多电压中选出需要的电压值输出。多个基本单元构成多级选择电路选择若干电压中特定顺序电压值。

通过对若干待选择电压两两组合，构成实施方式1或实施方式2基本单元电路的两个输入电压，将每个组合通过基本单元选出的较大电压值或较小电压值，也可以是选出的某些较大电压值和某些较小电压值，再两两组合构成下一级基本单元电路的输入，进行二级选择.....，这样递推组建构成足够级基本单元电路，最终就可以选择出符合要求的唯一一个电压值输出。同时，还可以方便的从中间级选择需要的已选电压进行倍数处理输出利用。

基本单元选择后，可以根据实际需要，可以设置每级基本单元对选择电压分压后就采用倍数电路还原已选电压值作为下级输入或作为终值输出。也可以前面多级利用电压跟随所为多级基本单元的输入，后面综合多级基本单元选择出的电压分压值，统一采用倍数电路送出还原已选电压值作为下级输入或作为终值输出。

本发明采用等值电压输出方式，利用电阻比例分压后再倍数放大输出已选电压的等值，非实际电压开关输出方式，避免实际电压输出出现互通；

利用MOS管串联电阻组成对称分压网路，以MOS管做为受控来切换电阻网络的电压输入端和接地端，MOS管导通漏极就接地。配置串联电阻值可以使得MOS管道通电阻的分压无限小而可以忽略不计；

利用运算放大器作为选择执行器件，其输出可以直接输出正或负电压，减少其他电平转换电路；

两个等值电阻串联，电压无论从哪端输入，其中间输出分压值都是一半的使用方法；扩充到4个电阻串联时，当两端电阻等值和中间电阻等值时，电压无论从哪端输入，从中间输出的电压分压比例不变。还有，最关键是：无论从四个串联的电阻网路中选取哪组连续串联的三个电阻组成分压的电阻网络，四个电阻构成的网络的中间输出分压比例，在任意选取的连续串联的三个电阻网络中，其电压分压比例也是不变的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。