CN103887761A - Pwm驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PWM驱动电路，该PWM驱动电路包括驱动模块、高侧前级驱动模块、低侧前级驱动模块和过流保护电路，该过流保护电路包括电流探测模块、过流检测模块和逻辑控制模块。本发明通过电流探测模块对驱动模块中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，获取高侧探测电流和低侧探测电流，过流检测模块在高侧探测电流大于高侧设定值时输出的高侧电平发生翻转和/或低侧探测电流大于低侧设定值时输出的低侧电平发生翻转，并通过逻辑控制模块在高侧电平和/或低侧电平发生翻转时输出过流保护信号来达到过流保护目的，提高了电流的采样精度，实现对PWM驱动电路有效地过流保护，同时降低电路功耗和设计成本。

Description

PWM驱动电路

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种PWM（Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制）驱动电路。

背景技术

几乎所有的电子系统都规定了额定电流，正常工作条件下的电流不允许超过额定电流，不然会烧坏负载或系统内部器件。合格的集成电路或者电子产品必须做好过流保护措施，这是验证产品可靠性的一项重要指标。

现有的过流保护电路，工作模式基本上都是通过采样电阻来采样流经电路负载的电流，再将采样的电流转换为电压后，与预设好的电压值通过比较器进行比较，输出相应的控制信号实现过流保护功能。然而，这种过流保护方案存在如下缺点：一是必须通过采样电阻来探测电流，而电阻易受工艺、温度等因素影响，采样精度不能保证；二是必须有一个或多个高分辨率的比较器作电压对比，比较器所占面积较大，整体电路的响应速度也受到比较器的限制；三是多采用实时探测电流的工作模式，必须使探测电流电路随时处于工作状态，功耗较大。以上缺点是现今过流保护技术亟待解决的问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种PWM驱动电路，旨在提高电流采样精度，实现对PWM驱动电路有效地过流保护，降低电路功耗和设计成本。

为了达到上述目的，本发明提供一种PWM驱动电路，该PWM驱动电路包括驱动模块、高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块，以及分别与所述驱动模块、高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块连接的过流保护电路，所述过流保护电路包括：

电流探测模块，用于根据所述高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块输出的PWM信号，对所述驱动模块中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，并获取高侧探测电流和低侧探测电流；

过流检测模块，用于接收所述电流探测模块获取到的高侧探测电流和低侧探测电流，且在所述高侧探测电流大于高侧设定值时输出的高侧电平发生翻转和/或所述低侧探测电流大于低侧设定值时输出的低侧电平发生翻转；

逻辑控制模块，用于对所述过流检测模块输出的高侧电平和低侧电平进行逻辑综合，且在所述高侧电平和/或所述低侧电平发生翻转时输出过流保护信号至所述高侧前级驱动模块和所述低侧前级驱动模块。

优选地，所述电流探测模块包括第一探测输入端、第二探测输入端、第一探测输出端、第二探测输出端，所述过流检测模块包括高侧电流输入端、低侧电流输入端、高侧电平输出端、低侧电平输出端、高侧控制端和低侧控制端，所述逻辑控制模块包括高侧电平输入端、低侧电平输入端和逻辑输出端；

所述第一探测输入端、第二探测输入端分别与所述驱动模块的高侧电流输出端、低侧电流输出端对应连接，所述第一探测输出端、第二探测输出端分别与所述高侧电流输入端、低侧电流输入端对应连接；所述高侧电平输出端、低侧电平输出端分别与所述高侧电平输入端、低侧电平输入端对应连接；所述逻辑输出端经由所述高侧前级驱动模块与所述驱动模块的高侧驱动端连接，且经由所述低侧前级驱动模块与所述驱动模块的低侧驱动端连接；所述高侧控制端分别与所述高侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的高侧驱动端连接，所述低侧控制端分别与所述低侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的低侧驱动端连接。

优选地，所述电流探测模块包括第一MOS管和第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极分别与所述高侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的高侧驱动端连接，所述第一MOS管的源极与所述驱动模块的高侧电流输出端连接，所述第一MOS管的漏极与所述过流检测模块的高侧电流输入端连接；

所述第二MOS管的栅极分别与所述低侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的低侧驱动端连接，所述第二MOS管的漏极与所述驱动模块的低侧电流输出端，所述第二MOS管的源极与所述过流检测模块的低侧电流输入端连接。

优选地，所述第一MOS管和第二MOS管均为NMOS管。

优选地，所述过流检测模块包括：

高侧过流检测单元，用于将接收到的所述高侧探测电流与高侧设定值比较，在所述高侧探测电流大于高侧设定值时控制输出至所述逻辑模块的高侧电平发生翻转；

低侧过流检测单元，用于将接收到的所述低侧探测电流与低侧设定值比较，在所述低侧探测电流大于低侧设定值时控制输出至所述逻辑模块的低侧电平发生翻转。

优选地，所述高侧过流检测单元包括第一电阻、第二电阻、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管；

所述第三MOS管的栅极与所述第四MOS管的栅极连接，且分别与所述第三MOS管的漏极和所述第五MOS管的源极连接，所述第三MOS管的源极与所述驱动模块的高侧电流输出端连接，且经由所述第一电阻与一供电端连接；所述第五MOS管的栅极与所述第六MOS管的栅极连接，且分别与所述第五MOS管的漏极和所述第七MOS管的漏极连接；所述第七MOS管的栅极与所述第八MOS管的栅极连接，且连接第一偏置电压输入端，所述第七MOS管的源极与所述第九MOS管的漏极连接，所述第九MOS管的栅极与所述第十MOS管的栅极连接，且连接第二偏置电压输入端，所述第九MOS管的源极接地；

所述第四MOS管的源极经由所述第二电阻与所述供电端连接，所述第四MOS管的漏极与所述第六MOS管的源极连接，所述第六MOS管的漏极与所述第八MOS管的漏极连接，且与所述逻辑控制模块的高侧电平输入端连接，所述第八MOS管的源极与所述第十MOS管的漏极连接，所述第十MOS管的源极接地。

优选地，所述低侧过流检测单元包括第三电阻、第四电阻、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管和第十八MOS管；

所述第十一MOS管的栅极与所述第十二MOS管的栅极连接，且连接第三偏置电压输入端，所述第十一MOS管的源极与所述供电端连接，所述第十一MOS管的漏极与所述第十三MOS管的源极连接；所述第十三MOS管的栅极与所述第十四MOS管的栅极连接，且连接第四偏置电压输入端；所述第十五MOS管的栅极与所述第十六MOS管的栅极连接，且分别与所述第十三MOS管的漏极和所述第十五MOS管的漏极连接；所述第十七MOS管的栅极与所述第十八MOS管的栅极连接，且分别与所述第十五MOS管的源极和所述第十七MOS管的漏极连接，所述第十七MOS管的源极与驱动模块的低侧电流输出端连接，且经由所述第三电阻接地；

所述第十二MOS管的源极与所述供电端连接，所述第十二MOS管的漏极与所述第十四MOS管的源极连接，所述第十四MOS管的漏极与所述第十六MOS管的漏极连接，且与所述逻辑控制模块的低侧电平输入端连接，所述第十六MOS管的源极与所述第十八MOS管的漏极连接，所述第十八MOS管的源极经由所述第四电阻接地。

优选地，所述第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管和第十四MOS管均为PMOS管；

所述第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管和第十八MOS管均为NMOS管。

优选地，所述逻辑控制模块包括第一反相器、第二反相器和第三反相器和一或非门；

所述第一反相器的输入端分别与所述第六MOS管的漏极和所述第八MOS管的漏极连接，所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端与所述或非门的第一输入端连接；

所述第三反相器的输入端分别与所述第十四MOS管的漏极和所述第十六MOS管的漏极连接，所述第三反相器的输出端与所述或非门的第二输入端连接；

所述或非门的输出端经由所述高侧前级驱动模块与所述驱动模块的高侧驱动端连接，且经由所述低侧前级驱动模块与所述驱动模块的低侧驱动端连接。

本发明提供的PWM驱动电路，通过电流探测模块根据高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块输出的PWM信号，对驱动模块中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，获取高侧探测电流和低侧探测电流，并将获取到的高侧探测电流和低侧探测电流输出至过流检测模块，过流检测模块在高侧探测电流大于高侧设定值时输出的高侧电平发生翻转和/或低侧探测电流大于低侧设定值时输出的低侧电平发生翻转，逻辑控制模块在高侧电平和/或低侧电平发生翻转时输出过流保护信号至高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块，切断高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块的工作，进而切断驱动模块的工作，达到过流保护目的，提高了电流的采样精度，实现对PWM驱动电路有效地过流保护，同时降低电路功耗和设计成本。

附图说明

图1为本发明PWM驱动电路较佳实施例的原理框图；

图2为本发明PWM驱动电路较佳实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明PWM驱动电路较佳实施例的原理框图。

本发明较佳实施例提供一种PWM驱动电路，该PWM驱动电路包括过流保护电路10、驱动模块20、高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40，该过流保护电路10分别与驱动模块20、高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40连接，实时探测驱动模块20中的高侧驱动电流和低侧驱动电流，以对驱动模块20进行过流保护，该过流保护电路10包括电流探测模块11、过流检测模块12和逻辑控制模块13。

电流探测模块11用于根据高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40输出的PWM信号（包括第一PWM信号V_PWM1、第二PWM信号V_PWM2），对驱动模块20中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，并获取高侧探测电流I_H和低侧探测电流I_L。

过流检测模块12用于接收电流探测模块11获取到的高侧探测电流I_H和低侧探测电流I_L，且在高侧探测电流I_H大于高侧设定值时输出的高侧电平Z_H发生翻转和/或低侧探测电流I_L大于低侧设定值时输出的低侧电平Z_L发生翻转。

逻辑控制模块13用于对过流检测模块12输出的高侧电平Z_H和低侧电平Z_L进行逻辑综合，且在高侧电平Z_H和/或低侧电平Z_L发生翻转时输出过流保护信号至高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40。

具体地，电流探测模块11包括第一探测输入端、第二探测输入端、第一探测输出端、第二探测输出端，过流检测模块12包括高侧电流输入端、低侧电流输入端、高侧电平输出端、低侧电平输出端、高侧控制端和低侧控制端，逻辑控制模块13包括高侧电平输入端、低侧电平输入端和逻辑输出端。

电流探测模块11的第一探测输入端、第二探测输入端分别与驱动模块20的高侧电流输出端、低侧电流输出端对应连接，电流探测模块11的第一探测输入端用于输入获取到的高侧探测电流I_H，电流探测模块11的第二探测输入端用于输入获取到的低侧探测电流I_L；电流探测模块11的第一探测输出端、第二探测输出端分别与过流检测模块12的高侧电流输入端、低侧电流输入端对应连接，电流探测模块11的第一探测输出端用于将高侧探测电流I_H输出至过流检测模块12的高侧电流输入端，电流探测模块11的第二探测输出端用于将低侧探测电流I_L输出至过流检测模块12的低侧电流输入端；过流检测模块12的高侧电平输出端、低侧电平输出端分别与逻辑控制模块13的高侧电平输入端、低侧电平输入端对应连接，过流检测模块12的高侧电平输出端用于输出高侧电平Z_H至逻辑控制模块13的高侧电平输入端，过流检测模块12的低侧电平输出端用于输出低侧电平Z_L至逻辑控制模块13的低侧电平输入端；逻辑控制模块13的逻辑输出端经由高侧前级驱动模块30与驱动模块20的高侧驱动端连接，且经由低侧前级驱动模块40与驱动模块20的低侧驱动端连接，逻辑控制模块13的逻辑输出端用于输出逻辑电平OUT至高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40，当驱动模块20中高侧驱动电流和低侧驱动电流过流时，逻辑电平OUT作为过流保护信号输出至高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40；过流检测模块12的高侧控制端分别与高侧前级驱动模块30的控制信号输出端和驱动模块20的高侧驱动端连接，高侧前级驱动模块30的控制信号输出端分别输出第一PWM信号V_PWM1至过流检测模块12的高侧控制端和驱动模块20的高侧驱动端连接；过流检测模块12的低侧控制端分别与低侧前级驱动模块40的控制信号输出端和驱动模块20的低侧驱动端连接，低侧前级驱动模块40的控制信号输出端分别输出第二PWM信号V_PWM2至过流检测模块12的低侧控制端驱动模块20的低侧驱动端。

在本实施例中，高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40所输出的PWM信号相位相反，控制驱动模块20和电流探测模块11的工作状态，而且使得电流探测模块11的工作状态跟随驱动模块20的工作状态，电流探测模块11根据高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40输出的PWM信号，对驱动模块20中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，获取高侧探测电流I_H和低侧探测电流I_L，并将获取到的高侧驱动电流和低侧驱动电流输出至过流检测模块12。过流检测模块12将电流探测模块11输出的高侧探测电流I_H与高侧设定值（即高侧过流保护点的电流阀值）进行比较，当高侧探测电流I_H小于高侧设定值时，过流检测模块12的高侧电平输出端输出的高侧电平Z_H为低电平，当高侧探测电流I_H大于高侧设定值时，过流检测模块12的高侧电平输出端输出的高侧电平Z_H发生翻转，变为高电平；同时将电流探测模块11输出的低侧探测电流I_L与低侧设定值（即低侧过流保护点的电流阀值）进行比较，当低侧探测电流I_L小于低侧设定值时，过流检测模块12的低侧电平输出端输出的低侧电平Z_L为高电平，当低侧探测电流I_L大于低侧设定值时，过流检测模块12的低侧电平输出端输出的低侧电平Z_L发生翻转，变为低电平。逻辑控制模块13对过流检测模块12输出的高侧电平Z_H和低侧电平Z_L进行逻辑综合，当高侧电平Z_H和低侧电平Z_L都没有发生翻转时，驱动模块20没有过流，逻辑控制模块13输出高电平信号；当高侧电平Z_H和/或低侧电平Z_L发生翻转时，驱动模块20出现过流现象，逻辑控制模块13输出低电平信号，该低电平信号为过流保护信号。

本发明的PWM驱动电路，通过过流保护电路10中的电流探测模块11根据高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40输出的PWM信号，对驱动模块20中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，获取高侧探测电流I_H和低侧探测电流I_L，并将获取到的高侧探测电流I_H和低侧探测电流I_L输出至过流检测模块12，过流检测模块12在高侧探测电流I_H大于高侧设定值时输出的高侧电平Z_H发生翻转和/或低侧探测电流I_L大于低侧设定值时输出的低侧电平Z_L发生翻转，逻辑控制模块13在高侧电平Z_H和/或低侧电平Z_L发生翻转时输出过流保护信号至高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40，切断高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40的工作，进而切断驱动模块20的工作，达到过流保护目的，提高了电流的采样精度，实现对PWM驱动电路有效地过流保护，同时降低电路功耗和设计成本。

再参照图2，图2为本发明PWM驱动电路较佳实施例的电路结构示意图。

如图2所示，电流探测模块11包括第一MOS管M1和第二MOS管M2。在本实施例中第一MOS管M1和第二MOS管M2均为NMOS管。

第一MOS管M1的栅极分别与高侧前级驱动模块30的控制信号输出端和驱动模块20的高侧驱动端连接，第一MOS管M1的源极与驱动模块20的高侧电流输出端连接，第一MOS管M1的漏极与过流检测模块12的高侧电流输入端连接；

第二MOS管M2的栅极分别与低侧前级驱动模块40的控制信号输出端和驱动模块20的低侧驱动端连接，第二MOS管M2的漏极与驱动模块20的低侧电流输出端，第二MOS管M2的源极与过流检测模块12的低侧电流输入端连接。

如图2所示，过流检测模块12包括高侧过流检测单元121和低侧过流检测单元122；高侧过流检测单元121用于将接收到的高侧探测电流I_H与高侧设定值比较，在高侧探测电流I_H大于高侧设定值时控制输出至逻辑模块的高侧电平Z_H发生翻转；低侧过流检测单元122用于将接收到的低侧探测电流I_L与低侧设定值比较，在低侧探测电流I_L大于低侧设定值时控制输出至逻辑模块的低侧电平Z_L发生翻转。

具体地，高侧过流检测单元121包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10；在本实施例中，第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5和第六MOS管M6均为PMOS管，第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10均为NMOS管。

第三MOS管M3的栅极与第四MOS管M4的栅极连接，且分别与第三MOS管M3的漏极和第五MOS管M5的源极连接，第三MOS管M3的源极与驱动模块20的高侧电流输出端连接，且经由第一电阻R1与供电端Vin连接，供电端输入供电电压VDD；第五MOS管M5的栅极与第六MOS管M6的栅极连接，且分别与第五MOS管M5的漏极和第七MOS管M7的漏极连接；第七MOS管M7的栅极与第八MOS管M8的栅极连接，且连接第一偏置电压输入端，第一偏置电压输入端用于提供第一偏置电压Vb1，第七MOS管M7的源极与第九MOS管M9的漏极连接，第九MOS管M9的栅极与第十MOS管M10的栅极连接，且连接第二偏置电压输入端，第二偏置电压输入端用于提供第二偏置电压Vb2，第九MOS管M9的源极接地。

第四MOS管M4的源极经由第二电阻R2与供电端Vin连接，第四MOS管M4的漏极与第六MOS管M6的源极连接，第六MOS管M6的漏极与第八MOS管M8的漏极连接，且与逻辑控制模块13的高侧电平输入端连接，第八MOS管M8的源极与第十MOS管M10的漏极连接，第十MOS管M10的源极接地。

具体地，低侧过流检测单元122包括第三电阻R3、第四电阻R4、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17和第十八MOS管M18；在本实施例中，第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13和第十四MOS管M14均为PMOS管，第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17和第十八MOS管M18均为NMOS管。

第十一MOS管M11的栅极与第十二MOS管M12的栅极连接，且连接第三偏置电压输入端，第三偏置电压输入端用于提供第三偏置电压Vb3，第十一MOS管M11的源极与供电端Vin连接，第十一MOS管M11的漏极与第十三MOS管M13的源极连接；第十三MOS管M13的栅极与第十四MOS管M14的栅极连接，且连接第四偏置电压输入端，第四偏置电压输入端用于提供第四偏置电压Vb4；第十五MOS管M15的栅极与第十六MOS管M16的栅极连接，且分别与第十三MOS管M13的漏极和第十五MOS管M15的漏极连接；第十七MOS管M17的栅极与第十八MOS管M18的栅极连接，且分别与第十五MOS管M15的源极和第十七MOS管M17的漏极连接，第十七MOS管M17的源极与驱动模块20的低侧电流输出端连接，且经由第三电阻R3接地。

第十二MOS管M12的源极与供电端Vin连接，第十二MOS管M12的漏极与第十四MOS管M14的源极连接，第十四MOS管M14的漏极与第十六MOS管M16的漏极连接，且与逻辑控制模块13的低侧电平输入端连接，第十六MOS管M16的源极与第十八MOS管M18的漏极连接，第十八MOS管M18的源极经由第四电阻R4接地。

如图2所示逻辑控制模块13包括第一反相器INV1、第二反相器INV2和第三反相器INV3和一或非门NOR。

第一反相器INV1的输入端分别与第六MOS管M6的漏极和第八MOS管M8的漏极连接，第一反相器INV1的输出端与第二反相器INV2的输入端连接，第二反相器INV2的输出端与或非门NOR的第一输入端连接；第三反相器INV3的输入端分别与第十四MOS管M14的漏极和第十六MOS管M16的漏极连接，第三反相器INV3的输出端与或非门NOR的第二输入端连接；或非门NOR的输出端经由高侧前级驱动模块30与驱动模块20的高侧驱动端连接，且经由低侧前级驱动模块40与驱动模块20的低侧驱动端连接。

本发明PWM驱动电路的工作原理具体描述如下：

在电路正常工作情况下，高侧前级驱动模块30输出第一PWM信号V_PWM1，低侧前级驱动模块40输出第二PWM信号V_PWM2，第一PWM信号V_PWM1和第二PWM信号V_PWM2相位相反，第一PWM信号V_PWM1分别输出至第一MOS管M1的栅极和驱动模块20中的高侧驱动功率管NM1的栅极，从而在第一PWM信号V_PWM1为高电平时，第一MOS管M1和高侧驱动功率管NM1同时导通，第一MOS管M1采样流过高侧驱动功率管NM1的高侧驱动电流，获取高侧探测电流I_H，在第一PWM信号V_PWM1为低电平时，第一MOS管M1和高侧驱动功率管NM1同时截止；第二PWM信号V_PWM2分别输出至第二MOS管M2的栅极和驱动模块20中的低侧驱动功率管NM2的栅极，从而在第二PWM信号V_PWM2为低电平时，第二MOS管M2和低侧驱动功率管NM2同时截止，在第二PWM信号V_PWM2为高电平时，第二MOS管M2和低侧驱动功率管NM2同时导通，第二MOS管M2采样流过低侧驱动功率管NM2的低侧驱动电流，获取低侧探测电流I_L。由于第一MOS管M1在高侧驱动功率管NM1工作时才工作，第二MOS管M2在低侧驱动功率管NM2工作时才工作，避免电流探测模块11一直处于工作状态，节省了电流探测模块11的功耗。

本发明实施例设置第一MOS管M1的宽长比（W_M1/L_M1）远远小于高侧驱动功率管NM1的宽长比（W_NM1/L_NM1），第二MOS管M2的宽长比（W_M2/L_M2）远远小于低侧驱动功率管NM2的宽长比（W_NM2/L_NM2）。当高侧驱动部分正常工作时，第一MOS管M1和高侧驱动功率管NM1同时导通，由于第一MOS管M1的宽长比远远小于高侧驱动功率管NM1的宽长比，将有很小比例的高侧驱动电流作为高侧探测电流I_H流经第一MOS管M1，例如，当(W_NM1/L_NM1)/(W_M1/L_M1)=n（例如n=20000），即高侧驱动功率管NM1的宽长比为第一MOS管M1的宽长比的20000倍时，则有I_NM1=nI_M1=nI_H（其中，I_NM1为流过高侧驱动功率管NM1的电流，即高侧驱动电流，I_M1为流过第一MOS管M1的电流，即高侧探测电流I_H），由于高侧探测电流I_H远远小于高侧驱动电流，因此，第一MOS管M1的功耗远远小于高侧驱动功率管NM1的功耗。当低侧驱动部分正常工作时，第二MOS管M2和低侧驱动功率管NM2同时导通，由于第二MOS管M2的宽长比远远小于低侧驱动功率管NM2的宽长比，将有很小比例的低侧驱动电流作为低侧探测电流I_L流经第二MOS管M2，例如，当(W_NM2/L_NM2)/(W_M2/L_M2)=n（例如n=20000）时，则I_NM2=nI_M2=nI_L（其中，I_NM2为流过低侧驱动功率管NM2的电流，即低侧驱动电流，I_M2为流过第二MOS管M2的电流，即低侧探测电流I_L），由于低侧探测电流I_L远远小于低侧驱动电流，因此，第二MOS管M2的功耗远远小于低侧驱动功率管NM2的功耗。

根据PWM模式的工作原理，驱动模块20中高侧驱动部分和低侧驱动部分输出的PWM信号（V_PWM1、V_PWM2）为反相信号，高侧驱动功率管NM1和低侧驱动功率管NM2交替导通，且第一MOS管M1跟随高侧驱动功率管NM1的工作状态，第二MOS管M2跟随低侧驱动功率管NM2的工作状态，节省电流探测模块11的功耗，本发明的电流探测模块11只由第一MOS管M1和第二MOS管M2构成，与传统的利用采样电阻将采样到的电流转化为电压的工作模式不同，电路结构简单，电流的探测精度得到提高，降低电路设计成本。

在本实施例中，设定R₂=kR₂，R₄=mR₃，其中为R₁第一电阻R1的阻值，R₂为第二电阻R2的阻值，R₃第三电阻R3的阻值，R₄第四电阻R4的阻值，k、m为大于1的正整数；第一偏置电压输入端输入第一偏置电压Vb1，第二偏置电压输入端输入第二偏置电压Vb2，为电路的第一支路、第二支路分别提供第一支路电流I1和第二支路电流I2，且I1=I2=Ib，Ib为一固定电压值；第三偏置电压输入端输入第三偏置电压Vb3，第四偏置电压输入端输入第四偏置电压Vb4，为电路的第三支路、第四支路分别提供第三支路电流I3和第二支路电流I4，且I3=I4=Ib，Ib为一固定电压值。从而当第一偏置电压Vb1、第二偏置电压Vb2、第三偏置电压Vb3和第四偏置电压Vb4输入时，第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10均导通，而第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13和第十四MOS管M14均截止。

图2中，在未进行过流保护，即驱动模块20中高侧电流和低侧电流都没有过流时，V1节点处电压V1=VDD-I1*R₁，V2节点处电压V2=VDD-I2*R₂，故V1>V2。此时，第三MOS管M3和第五MOS管M5导通，第一支路处于导通状态，而第四MOS管M4和第六MOS管M6未导通，供电电压VDD不能通过第四MOS管M4和第六MOS管M6直接传递至过流检测模块12高侧电平输出端，由于第八MOS管M8和第十MOS管M10导通，此时过流检测模块12的高侧电平输出端输出的高侧电平Z_H为低电平。

由于第一MOS管M1获取的高侧探测电流I_H流入V1节点处，使得第一支路电流I1不断增加，因此V1节点处电压也不断增加，当高侧探测电流I_H达到高侧设定值，即驱动模块20中的高侧电流出现过流时，V1=V2，此时第四MOS管M4和第六MOS管M6导通，将第六MOS管M6的漏极电压，即过流检测模块12的高侧电平输出端处电压拉高，过流检测模块12的高侧电平输出端输出的高侧电平Z_H翻转为高电平。

V1节点处由下式得到：V1=VDD-(I1-I_H)*R₁，即V1=VDD-(Ib-I_H)*R₁，V2节点处由下式得到：V2=VDD-I1*R₂，即V2=VDD-Ib*R₂，当V1=V2时，I_H=Ib*(R₂/R₁)-Ib，由于Ib的值不变，因此通过设定第一电阻R1的阻值R₁和第二电阻R2的阻值R₂的比例可以设定I_H，即可以设定高侧的保护点电流阈值。又由于I_NM1=nI_M1=nI_H，从而可以根据需要通过计算直接设定需要高侧的保护点电流阈值的大小，例如假设Ib是5uA电流，欲保护6A的电流，I_H是30uA，则由上式可以计算出R₂/R₁=7，也就是说设置R₂=7R₁就达到设计目的了。

同理，在未进行过流保护时，V3节点处电压V3=VDD-I3*R₃，V4节点处电压V4=VDD-4*R₄，故V3>V4。此时，第十一MOS管M11和第十三MOS管M13未导通，而第十二MOS管M12和第十四MOS管M14导通，第四支路处于导通状态，供电电压VDD能够通过第十二MOS管M12和第十四MOS管M14直接传递至过流检测模块12的低侧电平输出端，此时过流检测模块12的低侧电平输出端输出的低侧电平Z_L为高电平。

由于第二MOS管M2获取的低侧探测电流I_L流入V3节点处，使得第三支路电流I3不断增加，因此V3节点处电压也不断增加，当低侧探测电流I_L达到低侧设定值，即驱动模块20中的低侧电流出现过流时，V3=V4，此时第十二MOS管M12和第十四MOS管M14截止，由于第十六MOS管M16和第十八MOS管M18导通，此时第十四MOS管M14的漏极电压，即过流检测模块12的低侧电平输出端处电压被拉低，过流检测模块12的低侧电平输出端输出的低侧电平Z_L翻转为低电平。

V3节点处由下式得到：V3=I_R3*R₃=(I3+I_L)*R₃=(Ib+I_L)*R₃（其中，I_R3为流过第三电阻R3的电流），V4节点处由下式得到：V4=I4*R₄=Ib*R₄，当V3=V4时，I_L=Ib(R₄/R₃)-Ib，由于Ib的值不变，因此通过设定第三电阻R3的阻值R₃和第四电阻R4的阻值R₄的比例可以设定I_L，即可以设定低侧的保护点电流阈值。又由于I_NM2=nI_M2=nI_L，从而也可以根据需要通过计算直接设定需要低侧的保护点电流阈值的大小。

基于上述可知，在驱动模块20中高侧电流和低侧电流没有过流的情况下，过流检测模块12的高侧电平输出端输出的高侧电平Z_H为低电平，过流检测模块12的低侧电平输出端输出的低侧电平Z_L为高电平。图2中，处于低电平状态的高侧电平Z_H经过第一反相器INV1反相后变为高电平，再经过第二反相器INV2反相后变为低电平，处于高电平状态的低侧电平Z_L经过第三反相器INV3反相后变为低电平，此时或非门NOR的第一输入端和第二输入端均为低电平（即逻辑0），从而或非门NOR的输出端输出的逻辑电平OUT为高电平信号，该高电平信号输出至高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40。

在驱动模块20中高侧电流和低侧电流出现过流的情况下，过流检测模块12的高侧电平输出端输出的高侧电平Z_H翻转为高电平，过流检测模块12的低侧电平输出端输出的低侧电平Z_L翻转为低电平。从而，当只有高侧电流出现过流时，处于高电平状态的高侧电平Z_H经过第一反相器INV1反相后变为低电平，再经过第二反相器INV2反相后变为高电平，处于高电平状态的低侧电平Z_L经过第三反相器INV3反相后变为低电平，此时或非门NOR的第一输入端为高电平（即逻辑1），或非门NOR的第二输入端为低电平（即逻辑0），从而或非门NOR的输出端输出的逻辑电平OUT为低电平信号，该低电平信号（即过流保护信号）；当只有低侧电流出现过流时，处于低电平状态的高侧电平Z_H经过第一反相器INV1反相后变为高电平，再经过第二反相器INV2反相后变为低电平，处于低电平状态的低侧电平Z_L经过第三反相器INV3反相后变为高电平，此时或非门NOR的第一输入端为高电平（即逻辑0），或非门NOR的第二输入端为低电平（即逻辑1），从而或非门NOR的输出端输出的逻辑电平OUT为低电平信号，该低电平信号（即过流保护信号）；当高侧电流和低侧电流都出现过流时，处于高电平状态的高侧电平Z_H经过第一反相器INV1反相后变为低电平，再经过第二反相器INV2反相后变为高电平，处于低电平状态的低侧电平Z_L经过第三反相器INV3反相后变为高电平，此时或非门NOR的第一输入端为高电平（即逻辑1），或非门NOR的第二输入端为低电平（即逻辑1），从而或非门NOR的输出端输出的逻辑电平OUT为低电平信号，该低电平信号（即过流保护信号）。或非门NOR输出过流保护信号至高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40，控制高侧前级驱动模块30和低侧前级驱动模块40停止输出PWM信号，进而关闭驱动模块20，实现过流保护功能。

本发明PWM驱动电路的驱动模块20的输出端可以连接工作负载，用于驱动工作负载，该工作负载可以是任何采用PWM工作模式的驱动系统，例如D类音频功放系统、DC-DC转换系统、LED恒流驱动系统、直流电机驱动系统等，即本发明PWM驱动电路适用于D类音频功放系统、DC-DC转换系统、LED恒流驱动系统、直流电机驱动系统等采用PWM工作模式的驱动系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种PWM驱动电路，包括驱动模块、高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块，其特征在于，还包括分别与所述驱动模块、高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块连接的过流保护电路，所述过流保护电路包括：

电流探测模块，用于根据所述高侧前级驱动模块和低侧前级驱动模块输出的PWM信号，对所述驱动模块中的高侧驱动电流和低侧驱动电流进行实时探测，并获取高侧探测电流和低侧探测电流；

过流检测模块，用于接收所述电流探测模块获取到的高侧探测电流和低侧探测电流，且在所述高侧探测电流大于高侧设定值时输出的高侧电平发生翻转和/或所述低侧探测电流大于低侧设定值时输出的低侧电平发生翻转；

逻辑控制模块，用于对所述过流检测模块输出的高侧电平和低侧电平进行逻辑综合，且在所述高侧电平和/或所述低侧电平发生翻转时输出过流保护信号至所述高侧前级驱动模块和所述低侧前级驱动模块。

2.如权利要求1所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述电流探测模块包括第一探测输入端、第二探测输入端、第一探测输出端、第二探测输出端，所述过流检测模块包括高侧电流输入端、低侧电流输入端、高侧电平输出端、低侧电平输出端、高侧控制端和低侧控制端，所述逻辑控制模块包括高侧电平输入端、低侧电平输入端和逻辑输出端；

所述第一探测输入端、第二探测输入端分别与所述驱动模块的高侧电流输出端、低侧电流输出端对应连接，所述第一探测输出端、第二探测输出端分别与所述高侧电流输入端、低侧电流输入端对应连接；所述高侧电平输出端、低侧电平输出端分别与所述高侧电平输入端、低侧电平输入端对应连接；所述逻辑输出端经由所述高侧前级驱动模块与所述驱动模块的高侧驱动端连接，且经由所述低侧前级驱动模块与所述驱动模块的低侧驱动端连接；所述高侧控制端分别与所述高侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的高侧驱动端连接，所述低侧控制端分别与所述低侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的低侧驱动端连接。

3.如权利要求2所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述电流探测模块包括第一MOS管和第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极分别与所述高侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的高侧驱动端连接，所述第一MOS管的源极与所述驱动模块的高侧电流输出端连接，所述第一MOS管的漏极与所述过流检测模块的高侧电流输入端连接；

所述第二MOS管的栅极分别与所述低侧前级驱动模块的控制信号输出端和所述驱动模块的低侧驱动端连接，所述第二MOS管的漏极与所述驱动模块的低侧电流输出端，所述第二MOS管的源极与所述过流检测模块的低侧电流输入端连接。

4.如权利要求3所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管均为NMOS管。

5.如权利要求3或4所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述过流检测模块包括：

高侧过流检测单元，用于将接收到的所述高侧探测电流与高侧设定值比较，在所述高侧探测电流大于高侧设定值时控制输出至所述逻辑模块的高侧电平发生翻转；

低侧过流检测单元，用于将接收到的所述低侧探测电流与低侧设定值比较，在所述低侧探测电流大于低侧设定值时控制输出至所述逻辑模块的低侧电平发生翻转。

6.如权利要求5所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述高侧过流检测单元包括第一电阻、第二电阻、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管；

所述第三MOS管的栅极与所述第四MOS管的栅极连接，且分别与所述第三MOS管的漏极和所述第五MOS管的源极连接，所述第三MOS管的源极与所述驱动模块的高侧电流输出端连接，且经由所述第一电阻与一供电端连接；所述第五MOS管的栅极与所述第六MOS管的栅极连接，且分别与所述第五MOS管的漏极和所述第七MOS管的漏极连接；所述第七MOS管的栅极与所述第八MOS管的栅极连接，且连接第一偏置电压输入端，所述第七MOS管的源极与所述第九MOS管的漏极连接，所述第九MOS管的栅极与所述第十MOS管的栅极连接，且连接第二偏置电压输入端，所述第九MOS管的源极接地；

所述第四MOS管的源极经由所述第二电阻与所述供电端连接，所述第四MOS管的漏极与所述第六MOS管的源极连接，所述第六MOS管的漏极与所述第八MOS管的漏极连接，且与所述逻辑控制模块的高侧电平输入端连接，所述第八MOS管的源极与所述第十MOS管的漏极连接，所述第十MOS管的源极接地。

7.如权利要求6所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述低侧过流检测单元包括第三电阻、第四电阻、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管和第十八MOS管；

所述第十一MOS管的栅极与所述第十二MOS管的栅极连接，且连接第三偏置电压输入端，所述第十一MOS管的源极与所述供电端连接，所述第十一MOS管的漏极与所述第十三MOS管的源极连接；所述第十三MOS管的栅极与所述第十四MOS管的栅极连接，且连接第四偏置电压输入端；所述第十五MOS管的栅极与所述第十六MOS管的栅极连接，且分别与所述第十三MOS管的漏极和所述第十五MOS管的漏极连接；所述第十七MOS管的栅极与所述第十八MOS管的栅极连接，且分别与所述第十五MOS管的源极和所述第十七MOS管的漏极连接，所述第十七MOS管的源极与驱动模块的低侧电流输出端连接，且经由所述第三电阻接地；

所述第十二MOS管的源极与所述供电端连接，所述第十二MOS管的漏极与所述第十四MOS管的源极连接，所述第十四MOS管的漏极与所述第十六MOS管的漏极连接，且与所述逻辑控制模块的低侧电平输入端连接，所述第十六MOS管的源极与所述第十八MOS管的漏极连接，所述第十八MOS管的源极经由所述第四电阻接地。

8.如权利要求7所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管和第十四MOS管均为PMOS管；

所述第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管和第十八MOS管均为NMOS管。

9.如权利要求8所述的PWM驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包括第一反相器、第二反相器和第三反相器和一或非门；

所述第一反相器的输入端分别与所述第六MOS管的漏极和所述第八MOS管的漏极连接，所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端与所述或非门的第一输入端连接；

所述第三反相器的输入端分别与所述第十四MOS管的漏极和所述第十六MOS管的漏极连接，所述第三反相器的输出端与所述或非门的第二输入端连接；

所述或非门的输出端经由所述高侧前级驱动模块与所述驱动模块的高侧驱动端连接，且经由所述低侧前级驱动模块与所述驱动模块的低侧驱动端连接。

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