CN104852555A - 开关驱动装置、电源供给装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种开关驱动装置、电源供给装置以及方法。所述开关驱动装置包括：至少一个低压电路，接收输入指令信号并输出脉冲信号；至少一个高压电路，与所述至少一个低压电路连接，接收所述脉冲信号并生成控制所述开关元件的驱动信号；驱动电源，与所述至少一个低压电路连接；保护电路，与所述驱动电源连接，根据所述驱动电源的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源的电压下降时使所述开关元件关闭。通过本发明实施例，可以抑制由于施加了电涌电压而导致的错误控制动作。

Description

开关驱动装置、电源供给装置以及方法

技术领域

本发明涉及电源供给技术领域，尤其涉及一种开关驱动装置、电源供给装置以及方法。

背景技术

目前，电源供给装置可以通过开关动作进行输出电压控制。日本特开2012-217271公开了一种电源供给装置，根据这样的结构，通过不使用CR时间常数电路的简单结构，就可以实现过电流保护。

图1是现有技术中电源供给装置的一构成示意图，如图1所示，该电源供给装置100具有开关元件1、电流检测电路2、比较电路5、定时器电路6、控制电路7。另外，电源供给装置100具有驱动开关元件1的电荷泵电路8。

其中，比较电路5在电流检测电路2的检测值为规定值以上的情况下输出过电流信号。定时器电路6在规定时间内连续被输入由比较电路5输出的过电流信号的情况下，输出切断信号。控制电路7根据负载控制信号（C）和切断信号生成控制信号，输出到电荷泵电路8。电荷泵电路8将控制信号升压输出到开关元件1，控制开关元件1的开关。控制电路7在被输入切断信号后，输出使开关元件1关闭（OFF）的控制信号。电荷泵电路8使开关元件1关闭，并切断由电源供给装置100供给到负载10的电流。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

但是，本发明的发明人发现：在电源供给装置100被施加电涌电压后，电源供给装置100存在不能够正常地控制开关元件1的情况。在多数情况下，由低压电路构成的控制电路7不能正常动作。具体而言，控制电路7无视切断信号的输入而继续输出使开关元件1导通（ON）的控制信号，由此过电流会导致开关元件1被破坏。

本发明实施例提供一种开关驱动装置、电源供给装置以及方法，可以抑制由于施加了电涌电压而导致的错误控制动作。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种开关驱动装置，使开关元件进行开关；所述开关驱动装置包括：

至少一个低压电路，接收输入指令信号并输出脉冲信号；

至少一个高压电路，与所述至少一个低压电路连接，接收所述脉冲信号并生成控制所述开关元件的驱动信号；

驱动电源，与所述至少一个低压电路连接；

保护电路，与所述驱动电源连接，根据所述驱动电源的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源的电压下降时使所述开关元件关闭。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种电源供给装置，所述电源供给装置包括：

开关元件，导通或切断从电源供给到负载的电流；

如上所述的开关驱动装置，控制所述开关元件进行开关。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种电源供给方法，所述电源供给方法包括：

至少一个低压电路接收输入指令信号并输出脉冲信号；

至少一个高压电路接收所述脉冲信号并生成控制开关元件的驱动信号；以及

根据驱动电源的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源的电压下降时使所述开关元件关闭。

本发明的有益效果在于：通过产生在驱动电源的电压下降时使开关元件关闭的保护信号，可以抑制由于施加了电涌电压而导致的错误控制动作。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是现有技术中电源供给装置的一构成示意图；

图2是本发明实施例1的开关驱动装置的一构成示意图；

图3是本发明实施例1的开关驱动装置的另一构成示意图；

图4是表示现有电源供给装置的动作的一时序图；

图5是表示本发明实施例的开关驱动装置的动作的一时序图；

图6是本发明实施例2的开关驱动装置的一构成示意图；

图7是本发明实施例3的开关驱动装置的一构成示意图；

图8是本发明实施例4的电源供给装置的一构成示意图；

图9是本发明实施例5的电源供给方法的一流程示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本发明实施例提供一种开关驱动装置，该开关驱动装置使开关元件（SW，Switch）进行开关（ON/OFF）。图2是本发明实施例的开关驱动装置的一构成示意图，如图2所示，该开关驱动装置200包括：

至少一个低压电路201，接收一输入指令信号并输出脉冲信号；

至少一个高压电路202，与所述至少一个低压电路201连接，接收所述脉冲信号并生成控制开关元件210的驱动信号；

驱动电源203，与所述至少一个低压电路201连接；

保护电路204，与所述驱动电源203连接，根据所述驱动电源203的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源203的电压下降时使所述开关元件210关闭。

在本实施例中，开关驱动装置200接收来自外部的输入指令信号，并且对开关元件进行开关控制。开关驱动装置200（Drv）的电源端子（Vcc）有时可以由于外来电涌等而被施加过电压。在被施加超过了构成低压电路（LV）的CMOS的耐压的电涌电压后，低压电路（LV）的CMOS闭锁（latch-up）起来，无法进行利用供给到低压输入端子（Lin）的输入指令而控制低压输出端子（Lo）的输出。另外，闭锁效应是指与栅极电压无关地CMOS变为导通状态的现象。

低压电路的CMOS闭锁后，与低压电路（LV）连接的驱动电源的电压下降。本发明的保护电路（Prt）通过在驱动电源的电压下降时输出使开关元件（SW）关闭的保护信号，可以抑制由于电涌电压的施加而导致的开关驱动装置200（Drv）的错误动作。

以下通过具体的实例对本发明进行详细说明。

图3是本发明实施例的开关驱动装置的另一构成示意图，如图3所示，该开关驱动装置300包括：低压电路301、高压电路302、驱动电源303以及保护电路304。此外，该开关驱动装置300还包括L侧的输入端子（Lin）和输出端子（Lo），以及电源端子Vcc等多个外部端子。

如图3所示，低压电路301包括第一低压电路（也称为逻辑电路Logic）和第二低压电路（也称为输入电路Input）；第二低压电路接收通过输入端子（Lin）而输入的输入指令信号并输出第一脉冲信号，第一低压电路接收第一脉冲信号并向高压电路302输出第二脉冲信号。

在本实施例中，高压电路302也可以被称为电平移位（Level Shift）电路。该高压电路302可以对应图1中的电荷泵电路8，图1中电荷泵电路8可以是包含电平移位电路的高压电路（HV），与输出电压（V0）的电源（Vcc）连接。低压电路301可以对应图1中的时器电路6和控制电路7，图1中定时器电路6和控制电路7可以是包含输入电路（Input）和逻辑电路（Logic）的低压电路（LV）。

如图3所示，驱动电源303包括第一驱动电源（REG1）和第二驱动电源（REG2）；第一驱动电源连接第一低压电路，第二驱动电源连接第二低压电路。

在本实施例中，输入电路（Input）通过L侧输入端子（Lin）与微机（MCU）连接，与第二驱动电源（REG2）连接。输入电路（Input）将微机（MCU）输出的L侧输入指令信号变化为第一脉冲信号，输出到逻辑电路（Logic）。

逻辑电路（Logic）与电平移位电路（Level Shift）连接，且与第一驱动电源（REG1）连接。逻辑电路（Logic）逻辑合成输入电路（Input）输出的第一脉冲信号和过电流保护等保护信号，将其作为第二脉冲信号输出到电平移位电路（Level Shift）。

电平移位电路（Level Shift）通过L侧输出端子（Lo）与开关元件（SW）连接。电平移位电路（Level Shift）改变第二脉冲信号的电压电平生成驱动信号，通过L侧输出端子（Lo）输出到开关元件（SW）。

如图3所示，开关驱动装置300还包括：电涌电阻元件305，该电涌电阻元件305与第一驱动电源连接，使得第一驱动电源具有比第二驱动电源更高的电涌耐受量。可以使用现有技术中的电涌电阻元件，本发明并不限制该电涌电阻元件的具体构成。此外，本发明并不限于使用电涌电阻元件，还可以采用其他的器件使得第一驱动电源具有比第二驱动电源更高的电涌耐受量。

如图3所示，保护电路304具有：检测部（Det）。该检测部具有输入端子、输出端子和电源端子；其中，输入端子与第二驱动电源连接，电源端子与第一驱动电源连接。该检测部在检测到第二驱动电源的电压下降时，通过输出端子向第一低压电路输出保护信号。

具体地，输入端子与第二驱动电源（REG2）连接。输出端子与逻辑电路（Logic）连接。电源端子与第一驱动电源（REG1）连接。检测部（Det）检测到第二驱动电压（V2）下降，向逻辑电路（Logic）输出保护信号。

第一驱动电源（REG1）输出第一驱动电压（V1）。第二驱动电源（REG2）输出第二驱动电压（V2）。第一驱动电源（REG1）和第二驱动电源（REG2）与电源（Vcc）连接。第一驱动电源（REG1）通过电涌电阻元件（RS）与电源（Vcc）连接，具有比第二驱动电源（REG2）高的电涌耐受度。第一电压（V1）和第二电压（V2）是通过对电压（V0）降压所得到的比较低的电压。由于输入电路（Input）生成第一脉冲信号，因此第二驱动电压（V2）比第一驱动电压（V1）更高精度地被控制。

以下通过对现有技术和本发明进行比较来进一步说明本发明。

图4是表示现有电源供给装置的动作的一时序图，图5是表示本发明实施例的开关驱动装置的动作的一时序图。

如图4和图5所示，在第一时刻（t1），电压（V0）、第一驱动电压（V1）和第二驱动电压（V2）上升。在没有检测到异常状态时，低压电路（LV）根据微机（MCU）输出的L侧输入指令信号将第二脉冲信号输出到高压电路（HV）。高压电路（HV）改变第二脉冲信号的电压电平，作为脉冲状的驱动信号通过L侧输出端子（Lo）被输出。在第二时刻（t2），外来电涌电压被施加到电源供给装置或开关驱动装置上。

如图4所示，现有的电源供给装置中的第一驱动电压（V1）和第二驱动电压（V2）由于低压电路的CMOS闭锁，其电源电压下降。结果导致现有的电源供给装置与L侧输入指令信号无关地继续输出H电平的L侧输出信号。

如图5所示，本发明实施例的开关驱动装置（Drv）中的第一驱动电源（REG1）由于通过电涌电阻元件（RS）与电源（Vcc）连接，因此第一驱动电压（V1）没有降低。其结果是，逻辑电路（Logic）和检测部（Det）都继续正常动作。检测部（Det）检测到第二驱动电压（V2）比规定值下降后，向逻辑电路（Logic）输出保护信号。逻辑电路（Logic）根据该保护信号，与L侧输入指令信号无关地将L电平的第二脉冲信号输出到电平移位电路（Level Shift）。因此，在第二驱动电压（V2）下降的期间，开关元件（SW）继续关闭。由此，抑制了由于施加电涌电压导致的开关驱动装置（Drv）的错误动作。

此外，逻辑电路（Logic）和检测部（Det）由于被供给来自第一驱动电源（REG1）的电力，而不容易受到电涌电压的影响。其中，该第一驱动电源（REG1）具有较高的电涌耐受度。因此，可以切实地抑制电机驱动装置（Drv）的错误动作。

此外，本发明实施例的开关驱动装置（Drv）中将电涌保护电阻（RS）连接到电源（Vcc）与第一驱动电源（REG1）之间，该方案与将电涌保护电阻（RS）连接到电源（Vcc）与第二驱动电源（REG2）之间情况相比，可以降低由电涌保护电阻（RS）引起的电力损失。

值得注意的是，以上以将保护信号输入到第一低压电路为例进行说明，但本发明不限于此，例如还可以将保护信号输入到高压电路中来对开关元件进行控制，可以根据实际情况确定具体的实施方式。

由上述实施例可知，通过产生在驱动电源的电压下降时使开关元件关闭的保护信号，可以抑制由于施加了电涌电压而导致的错误控制动作。

实施例2

本发明实施例提供一种开关驱动装置，在实施例1的基础上对保护电路进行进一步说明，与实施例1相同的内容不再赘述。

图6是本发明实施例的开关驱动装置的另一构成示意图，如图6所示，该开关驱动装置600包括：低压电路301、高压电路302、驱动电源303以及保护电路304。具体内容可以参考实施例1。

如图6所示，保护电路304除了检测部之外，还具有：过电流保护部，在接收到过电流信号的情况下，向第一低压电路输出过电流保护信号。

具体地，保护电路（Prt）具备检测部（Det）和过电流保护部（OCP）。过电流保护部（OCP）具备输入端子和输出端子以及电源端子。输入端子与过电流端子（OC）连接，输出端子与逻辑电路（Logic）连接，电源端子与第一驱动电源（REG1）和第二驱动电源（REG2）连接。

在本实施例中，通过开关元件（SW）的电流值超过规定值之后，过电流信号通过过电流端子（OC）被输入到过电流保护部（OCP）。过电流保护部（OCP）根据过电流信号将过电流保护信号的保护信号输出到逻辑电路（Logic）。逻辑电路（Logic）根据保护信号以及过电流保护信号使开关元件（SW）关闭，因此，可以保护开关元件（SW）不受过电流的破坏。

实施例3

本发明实施例提供一种开关驱动装置，在实施例1的基础上对低压电路和高压电路进行进一步说明，与实施例1相同的内容不再赘述。

图7是本发明实施例的开关驱动装置的另一构成示意图，如图7所示，该开关驱动装置700包括：低压电路301、高压电路302、驱动电源303以及保护电路304。具体内容可以参考实施例1。

如图7所示，低压电路301包括第三低压电路和第四低压电路；高压电路302包括第一高压电路和第二高压电路。第三低压电路接收第一输入指令信号并向第一高压电路输出第一脉冲信号，第四低压电路接收第二输入指令信号并向第二高压电路输出第二脉冲信号。

具体地，开关驱动装置700（Drv）具备L侧低压电路（LV_Ls，第四低压电路）、H侧低压电路（LV_Hs，第三低压电路）、L侧高压电路（HV_Ls，第二高压电路）、H侧高压电路（HV_Hs，第一高压电路）、第一驱动电源（REG1）、第二驱动电源（REG2）以及保护部（Prt）。

其中，L侧低压电路（LV_Ls）通过L侧输入端子（Lin）接收L侧输入指令信号，将第一脉冲信号输出到L侧高压电路（HV_Ls）。L侧高压电路（HV_Ls）根据第一脉冲信号生成驱动信号，并输出到后述的L侧开关元件。

H侧低压电路（LV_Hs）通过H侧输入端子（Hin）接收H侧输入指令信号，将第二脉冲信号输出到H侧高压电路（HV_Hs）。H侧高压电路（HV_Hs）由高电压（V3）进行驱动，所述高电压（V3）比通过高压端子（VB）所施加的电压（V0）高。H侧高压电路（HV_Ls）根据第二脉冲信号生成驱动信号，并输出到后述的H侧开关元件。

保护电路（Prt）的输出端子与L侧低压电路（LV_Ls）和H侧低压电路（LV_Ls）连接。保护电路（Prt）检测到第二驱动电压（V2）下降后将保护信号输出到L侧低压电路（LV_Ls）和H侧低压电路（LV_Ls）。L侧低压电路（LV_Ls）和H侧低压电路（HV_Ls）根据保护信号关闭开关元件（SW），因此可以更加切实地抑制施加电涌电压所引起的开关驱动装置（Drv）的错误动作。

实施例4

本发明实施例提供一种电源供给装置，该电源供给装置包括如实施例1至3中所述的开关驱动装置。

图8是本发明实施例的电源供给装置的一构成示意图，如图8所示，该电源供给装置800可以包括开关元件801和开关驱动装置802。其中，开关元件801导通或切断从电源供给到负载的电流；开关驱动装置801控制开关元件801进行开关。

在本实施例中，电源供给装置800可以为一半导体模块，开关元件801和开关驱动装置802被封装在树脂密封体中。

如图8所示，开关元件801（SW）可以具备第1至第6的开关元件（Q1～Q6）。其中，与直流电源（DC）的正极连接的第1、3、5的开关元件（Q1，Q3，Q5）是H侧开关元件。与直流电源（DC）的负极连接的第2、4、6的开关元件（Q2，Q4，Q6）是L侧开关元件。

值得注意的是，图8仅示意性地示出了本发明实施例的电源供给装置，但本发明不限于此。此外，本发明实施例的半导体模块（M）也可以内部安装生成直流电源（DC）的PFC（功率因数改善电路）和PFC的控制部。另外，本发明实施例的半导体模块（M）也可以内部安装有微机（MCU）。

实施例5

本发明实施例提供一种电源供给方法，使用实施例1至3所述的开关驱动装置或实施例4所述的电源供给装置，与实施例1至4中相同的内容不再赘述。

图9是本发明实施例的电源供给方法的一流程示意图，如图9所示，该电源供给方法包括：

步骤901，至少一个低压电路接收输入指令信号并输出脉冲信号；

步骤902，至少一个高压电路接收该脉冲信号并生成控制开关元件的驱动信号；以及

步骤903，根据驱动电源的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源的电压下降时使所述开关元件关闭。

由上述实施例可知，通过产生在驱动电源的电压下降时使开关元件关闭的保护信号，可以抑制由于施加了电涌电压而导致的错误控制动作。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种开关驱动装置，使开关元件进行开关，其特征在于，所述开关驱动装置包括：

至少一个低压电路，接收输入指令信号并输出脉冲信号；

至少一个高压电路，与所述至少一个低压电路连接，接收所述脉冲信号并生成控制所述开关元件的驱动信号；

驱动电源，与所述至少一个低压电路连接；

保护电路，与所述驱动电源连接，根据所述驱动电源的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源的电压下降时使所述开关元件关闭。

2.根据权利要求1所述的开关驱动装置，其中，所述至少一个低压电路包括第一低压电路和第二低压电路；所述第二低压电路接收所述输入指令信号并输出第一脉冲信号，所述第一低压电路接收所述第一脉冲信号并向所述至少一个高压电路输出第二脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的开关驱动装置，其中，所述驱动电源包括第一驱动电源和第二驱动电源；所述第一驱动电源连接所述第一低压电路，所述第二驱动电源连接所述第二低压电路。

4.根据权利要求3所述的开关驱动装置，其中，所述保护电路具有：

检测部，具有输入端子、输出端子和电源端子；所述输入端子与所述第二驱动电源连接，所述电源端子与所述第一驱动电源连接；

所述检测部在检测到所述第二驱动电源的电压下降时，通过所述输出端子向所述第一低压电路输出所述保护信号。

5.根据权利要求4所述的开关驱动装置，其中，所述保护电路还具有：

过电流保护部，在接收到过电流信号的情况下，向所述第一低压电路输出过电流保护信号。

6.根据权利要求3所述的开关驱动装置，其中，所述开关驱动装置还包括：

电涌电阻元件，与所述第一驱动电源连接，使得所述第一驱动电源具有比所述第二驱动电源更高的电涌耐受量。

7.根据权利要求1所述的开关驱动装置，其中，所述至少一个低压电路包括第三低压电路和第四低压电路；所述至少一个高压电路包括第一高压电路和第二高压电路；

所述第三低压电路接收第一输入指令信号并向所述第一高压电路输出第一脉冲信号，所述第四低压电路接收第二输入指令信号并向所述第二高压电路输出第二脉冲信号。

8.一种电源供给装置，其特征在于，所述电源供给装置包括：

开关元件，导通或切断从电源供给到负载的电流；

如权利要求1至7任一项所述的开关驱动装置，控制所述开关元件进行开关。

9.根据权利要求8所述的电源供给装置，其中，所述开关元件和所述开关驱动装置被封装在树脂密封体中。

10.一种电源供给方法，其特征在于，所述电源供给方法包括：

至少一个低压电路接收输入指令信号并输出脉冲信号；

至少一个高压电路接收所述脉冲信号并生成控制开关元件的驱动信号；以及

根据驱动电源的电压变化而输出保护信号；其中，所述保护信号在所述驱动电源的电压下降时使所述开关元件关闭。