CN105446239A - 一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，包括低压稳压单元、检测处理单元、通信单元和驱动单元；所述低压稳压单元与外加电源相连；所述检测处理单元对芯片输出的负载状态进行实时监测；所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，用以接收外部串行输入数据信号，实现8位串并转换功能，并将并行输出信号数据发送到所述驱动单元来驱动负载；所述驱动单元接收通信单元的信号数据，并依此驱动负载。本发明芯片具有负载开路、短路检测功能和短路保护功能，确保通信稳定性；解决了传统串并转换芯片输出功率低、难以驱动需大电流驱动的负载问题，并大大节约芯片成本，对于产品开发和批量生产具有十分重要的意义。

Description

一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片
技术领域
本发明属于芯片控制领域，尤其涉及一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片。
背景技术
74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDECNO.7A标准。
74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。
数据在SH_cp(移位寄存器时钟输入)的上升沿输入到移位寄存器中，在ST_cp(存储器时钟输入)的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。
移位寄存器有一个串行移位输入(Ds)，和一个串行输出(Q7’)，和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能输出使能脚(OE)时(为低电平)，存储寄存器的数据输出到总线。
8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。
对于74HC595的输出能力，有如下参考数据：
Cpd决定动态的能耗，Pd＝Cpd×VCC×f1+∑(CL×VCC^2×f0)
F1＝输入频率，CL＝输出电容f0＝输出频率(MHz)Vcc＝电源电压
可见，74HC595是一种十分常用的串并转换芯片，但其输出功率较低，不能满足驱动的需要。现常用ULN2803对74HC595和大电流驱动控制设备之间进行连接。
ULN2803，采用AP＝DIP18，AFW＝SOL18封装方式。八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平数字电路(诸如TTL，CMOS或PMOS/NMOS)和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容，而ULN2804最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。
用ULN2803连接74HC595串并转换芯片和大电流驱动控制设备，虽解决了74HC595输出能力不足的问题，但也提高了制造成本。
本发明芯片实现大电流驱动的串并转换功能，以一颗芯片代替上述两颗芯片及其之间复杂的连接电路，同时增加了负载开短路检测与短路保护功能，既解决了上述74HC595输出能力不足的问题，又降低了制造成本，提高了电路安全稳定性，对于产品开发和批量生产具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，包括低压稳压单元、检测处理单元、通信单元和驱动单元；所述低压稳压单元与外加电源相连，并将其转化为稳定的低压，给检测处理单元和通信单元供电；所述检测处理单元对芯片输出的负载状态进行实时监测，当某通道负载发生短路或开路时，芯片内部将检测出来，并迅速将负载短路通道关断，以防止芯片和外部负载过热烧毁；所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，用以接收外部串行数据信号，实现8位串并转换功能，并将并行输出信号数据发送到所述驱动单元来驱动负载；所述驱动单元接收通信单元的信号数据，并依此驱动负载。
进一步地，所述外加电源输入电压范围为8～30V，通过所述低压稳压单元给低压通信模块供电。
进一步地，所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，当串行移位时钟输入(SCLK)从低电平向高电平跳变时，移位寄存器的数据往前移一位，串行输入数据从串行通信数据输入端口(SDI)移入移位寄存器的最低位，串行通信数据输出端口(SDO)连接移位寄存器的最高位，用以跟下一颗芯片级联。
进一步地，所述通信单元输出使能脚(OE)下降沿时，移位寄存器的数据写入数据锁存器。
进一步地，所述通信单元输出使能脚(OE)为低电平时，数据锁存器的数据直接控制8路输出状态，数据为1时，该通道输出开启，输出端到地的开关管处于导通状态，数据为0时，该通道输出关断，输出端处于高阻态。
进一步地，所述通信单元输出使能脚(OE)为高电平时，所述驱动单元的8路输出都被关断，处于高阻态。
进一步地，所述驱动单元的8路输出端接芯片内部8个高压NMOS管的漏(Drain)端，每路允许驱动50mA～85mA负载。
进一步地，所述驱动单元每个通道的输出端跟电源端(PVDD)之间都内置一个反向二极管，在输出管关断时可有效吸收感性负载线圈上的反向电流。
进一步地，所述检测单元在每个通道具有负载开路与短路检测功能，检测结果在输出使能脚(OE)上升沿时导入移位寄存器，并可以在串行移位时钟输入(SCLK)上升沿触发下从串行通信数据输出端口(SDO)串行送出。
进一步地，芯片利用恒流技术将每个通道的最大电流限制在50～85mA，有利于保护负载线圈在发生短路时不被烧坏，当检测到负载短路时，芯片会自动将发生故障的通道关断，更大程度地保护负载线圈和芯片自身的安全。
本发明有益效果：
1、在普通串并转换芯片的基础上，增大了驱动功能，解决了普通串并转换芯片输出不足的问题；
2、用一颗芯片代替了串并转换芯片、驱动芯片及其之间复杂的连接电路，使电路大大简化，从而节约了成本；
3、增加了负载开断路检测和保护功能，提高了电路的安全稳定性。
附图说明
图1为本发明芯片具体实施方式示意图；
图2为本发明芯片引脚图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，包括低压稳压单元、检测处理单元、通信单元和驱动单元；所述低压稳压单元与外加电源相连，并将其转化为稳定的低压，给检测处理单元和通信单元供电；所述检测处理单元对芯片输出的负载状态进行实时监测，当某通道负载发生短路或开路时，芯片内部将检测出来，并迅速将负载短路通道关断，以防止芯片和外部负载过热烧毁；所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，用以接收外部串行数据信号，实现8位串并转换功能，并将并行输出信号数据发送到所述驱动单元来驱动负载；所述驱动单元接收通信单元的信号数据，并依此驱动负载。
其中，芯片输入电源PVDD可以允许8～30V常加电压，所述低压稳压单元可以产生一个6V的电压VDD，用于给芯片内部的通信和检测模块供电，串行通信数据输出端口(SDO)的输出高电平电压约为6V。电源端(PVDD)通过反向二极管接到8路驱动端口，可以有效吸收感性负载在关断时的反向电流。
其中，所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，当串行移位时钟输入(SCLK)从低到高电平跳变时，移位寄存器的数据往前移一位，串行输入数据从串行通信数据输入端口(SDI)移入移位寄存器的最低位，串行通信数据输出端口(SDO)连接移位寄存器的最高位，用以跟下一颗芯片级联。输出使能脚(OE)下降沿时，移位寄存器的数据写入数据锁存器。芯片内部对通信信号进行了完善的滤波和时序处理，可确保通信稳定性，外围电路不需要对信号线进行任何处理，有利于简化电路板结构。芯片所有通信输入接口可接受3～18V的逻辑高电平，具有很好的通信兼容性，串行通信数据输出端口(SDO)输出高电平电压约为6V。允许最高通信频率为500KHz。
其中，所述检测单元功能如下：芯片对8路输出的负载状态进行实时检测，一旦某通道的负载发生短路或者开路，芯片内部能够及时检测出来，并且迅速将发生负载短路的通道关断，以防止芯片和外部负载过热烧毁。输出使能脚(OE)上升沿将负载检测结果存到移位寄存器，可以在串行移位时钟输入(SCLK)作用下从串行通信数据输出端口(SDO)串行移出，供控制器回读检测结果。对于锁存器数据为1的通道，一旦检测到该通道短路的话，在输出使能脚(OE)上升沿时会将对应的移位寄存器数据改为0，对于锁存器数据为0的通道，一旦检测到该通道开路的话，在输出使能脚(OE)上升沿时会将对应的移位寄存器数据改为1，对于没有检测到负载开、短路的通道，对应的移位寄存器还是保持原数据不变。整个负载开、短路检测回读过程可以描述为：在输出使能脚(OE)上升沿后，利用串行移位时钟输入(SCLK)将移位寄存器的数据从串行通信数据输出端口(SDO)串行读回到控制器，控制器将读回的数据跟之前送出去的控制数据作比对，如果完全一致，则表示负载情况良好，没有开短路现象，如果某一位数据送出去的是1，读回来的是0，则表示该位数据对应的通道发生了负载短路，如果某一位数据送出去的是0，读回来的是1，则表示该位数据对应的通道发生了负载开路。
其中，所述驱动单元功能如下：芯片的8路输出Drain0～Drain7的状态受锁存器数据Q20～Q27和输出使能脚(OE)信号的控制，当输出使能脚(OE)为低电平时，如果某通道对应的锁存器数据为1，则该通道输出开启，输出端到地的开关管处于导通状态，芯片利用恒流技术将8路输出的最大电流限制在50～8SmA，可以有效防止负载短路引起的芯片或外围器件烧坏。如果某通道对应的锁存器数据为0，则该通道输出被关断，处于高阻态。当输出使能脚(OE)为高电平时，不管锁存器数据为何值，所有8路通道的输出均被关断。8路输出在关断时可以耐30V以上高压。
如图2所示，8路输出端接芯片内部8个高压NMOS管的漏(Drain)端，每路允许驱动50mA负载。输入电压范围为8～30V，内部集成一个低压稳压单元，给低压通信模块供电。
芯片包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，当串行移位时钟输入(SCLK)从低电平向高电平跳变时，移位寄存器的数据往前移一位，串行输入数据从串行通信数据输入端口(SDI)移入移位寄存器的最低位，串行通信数据输出端口(SDO)连接移位寄存器的最高位，用以跟下一颗芯片级联。输出使能脚(OE)下降沿时，移位寄存器的数据写入数据锁存器。
输出使能脚(OE)为低电平时，数据锁存器的数据直接控制8路输出状态，数据为1时，该通道输出开启，输出端到地的开关管处于导通状态，数据为0时，该通道输出关断，输出端处于高阻态。输出使能脚(OE)为高电平时，8路输出都被关断，处于高阻态。
每个通道的输出端跟电源端(PVDD)之间都内置一个反向二极管，在输出管关断时可有效吸收感性负载线圈上的反向电流。每个通道具有负载开路与短路检测功能，检测结果在输出使能脚(OE)上升沿时导入移位寄存器，并可以在串行移位时钟输入(SCLK)上升沿触发下从串行通信数据输出端口(SDO)串行送出。
芯片利用恒流技术将每个通道的最大电流限制在50～85mA，有利于保护负载线圈在发生短路时不被烧坏，当检测到负载短路时，会自动将发生故障的通道关断，更大程度地保护负载线圈和芯片自身的安全。下表为本发明芯片引脚说明：

Claims (10)

1.一种适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，包括低压稳压单元、检测处理单元、通信单元和驱动单元；所述低压稳压单元与外加电源相连，并将其转化为稳定的低压，给检测处理单元和通信单元供电；所述检测处理单元对芯片输出的负载状态进行实时监测，当某通道负载发生短路或开路时，芯片内部将检测出来，并迅速将负载短路通道关断，以防止芯片和外部负载过热烧毁；所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，用以接收外部串行数据信号，实现8位串并转换功能，并将并行输出信号数据发送到所述驱动单元来驱动负载；所述驱动单元接收通信单元的信号数据，并依此驱动负载。
2.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述外加电源的输入电压范围为8～30V，通过所述低压稳压单元给低压通信模块供电。
3.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述通信单元包含一个8位移位寄存器和一个8位数据锁存器，当串行移位时钟输入从低电平向高电平跳变时，移位寄存器的数据往前移一位，串行输入数据从串行通信数据输入端口移入移位寄存器的最低位，串行通信数据输出端口连接移位寄存器的最高位，用以跟下一颗芯片级联。
4.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述通信单元输出使能脚下降沿时，移位寄存器的数据写入数据锁存器。
5.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述通信单元输出使能脚为低电平时，数据锁存器的数据直接控制8路输出状态，数据为1时，该通道输出开启，输出端到地的开关管处于导通状态，数据为0时，该通道输出关断，输出端处于高阻态。
6.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述通信单元输出使能脚为高电平时，所述驱动单元的8路输出都被关断，处于高阻态。
7.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述驱动单元的8路输出端接芯片内部8个高压NMOS管的漏端，每路允许驱动50mA～85mA负载。
8.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述驱动单元每个通道的输出端跟电源端之间都内置一个反向二极管，在输出管关断时可有效吸收感性负载线圈上的反向电流。
9.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述检测单元在每个通道具有负载开路与短路检测功能，检测结果在输出使能脚上升沿时导入移位寄存器，并可以在串行移位时钟输入上升沿触发下从串行通信数据输出端口串行送出。
10.根据权利要求1所述的适用于大电流控制驱动的8位串并转换驱动芯片，其特征在于，所述驱动芯片利用恒流技术将每个通道的最大电流限制在50～85mA，有利于保护负载线圈在发生短路时不被烧坏，当检测到负载短路时，芯片会自动将发生故障的通道关断，更大程度地保护负载线圈和芯片自身的安全。
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