CN111029214B - 一种高压继电器低侧驱动电路 - Google Patents

一种高压继电器低侧驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高压继电器低侧驱动电路，属于集成电路技术领域。所述高压继电器低侧驱动电路包括第一输入级、第二输入级、第一驱动级、第二驱动级、第一开关和第二开关；所述第一输入级和所述第二输入级的前端均连接至输入端IN，后端分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的前端；所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的后端分别连接所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端；所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第一开关的输入端与驱动电路的输出端OUT相连；所述第二开关的输出端接地GND。本发明的高压继电器低侧驱动电路的输出端OUT耐压能力得到提升，输出端的失效模式减少，提升了高压继电器低侧驱动电路的可靠性。

Description

一种高压继电器低侧驱动电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种高压继电器低侧驱动电路。
背景技术
继电器是一种具有隔离功能的自动开关，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动化控制、机电一体化及电力电子设备中。继电器驱动电路是继电器的配套元器件，根据继电器的使用方式，继电器驱动电路分为：低侧驱动电路、高侧驱动电路。对于高压大功率继电器而言，继电器驱动电路的耐压能力、过流能力、低失效模式等十分关键。
传统高压继电器低侧驱动电路如图1所示：IN为指令输入端口，指令经过输入级、驱动级后控制开关S，S通常为高压MOSFET或者BJT来实现，OUT作为继电器低侧驱动电路的输出端口，使用时OUT与继电器输出端相连。在高压大功率继电器应用中，这种结构的驱动电路存在一个可靠性缺陷：单个开关S很容易被继电器切换时感生的高压脉冲所击穿，开关S击穿后失效模式表现为输出端口OUT与GND短接，造成继电器常态开启，严重影响了正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压继电器低侧驱动电路，以解决现有高压继电器低侧驱动电路耐压不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高压继电器低侧驱动电路，包括第一输入级、第二输入级、第一驱动级、第二驱动级、第一开关和第二开关；
所述第一输入级和所述第二输入级的前端均连接至输入端IN，后端分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的前端；所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的后端分别连接所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端；
所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第一开关的输入端与驱动电路的输出端OUT相连；所述第二开关的输出端接地GND。
可选的，所述第一输入级包括电阻R1、电阻R2；所述第二输入级包括电阻R4、电阻R5；
所述电阻R1和所述电阻R4的第一端均接输入端IN，第二端分别连接至所述电阻R2和所述电阻R5的第一端；所述电阻R2和所述电阻R5的第二端均接地。
可选的，所述第一驱动级包括电阻R3和三极管Q3；所述第二驱动级包括电阻R6和三极管Q4；
所述电阻R3的第一端接电源VDD，第二端接所述三极管Q3的集电极；所述三极管Q3的基极连接至所述电阻R1的第二端和所述电阻R2的第一端；
所述电阻R6的第一端接电源VDD，第二端接所述三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极连接至所述电阻R4的第二端和所述电阻R5的第一端。
可选的，所述第一开关为三极管Q1；所述第二开关为三极管Q2；
所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q3的发射极，集电极连接输出端OUT；
所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q4的发射极，发射极接地GND；
所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q2的集电极相连。
在本发明中提供了一种高压继电器低侧驱动电路，包括第一输入级、第二输入级、第一驱动级、第二驱动级、第一开关和第二开关；所述第一输入级和所述第二输入级的前端均连接至输入端IN，后端分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的前端；所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的后端分别连接所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端；所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第一开关的输入端与驱动电路的输出端OUT相连；所述第二开关的输出端接地GND。
本发明的有益效果为：
1、与传统结构相比，本发明的高压继电器低侧驱动电路的输出端OUT耐压能力得到提升；
2、当结合SOI工艺流片时，本发明的高压继电器低侧驱动电路的输出端的失效模式减少，提升了高压继电器低侧驱动电路的可靠性。
附图说明
图1是传统高压继电器低侧驱动电路的结构示意图；
图2是本发明提供的高压继电器低侧驱动电路的原理框图；
图3是本发明提供的高压继电器低侧驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高压继电器低侧驱动电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种高压继电器低侧驱动电路，其原理如图2所示，包括第一输入级、第二输入级、第一驱动级、第二驱动级、第一开关S1和第二开关S2；其中，
所述第一输入级和所述第二输入级的前端均连接至输入端IN，后端分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的前端；所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的后端分别连接所述第一开关S1的控制端和所述第二开关S2的控制端；所述第一开关S1的输出端与所述第二开关S2的输入端连接，所述第一开关S1的输入端与驱动电路的输出端OUT相连；所述第二开关S2的输出端接地GND。
请参阅图3，所述第一输入级包括电阻R1、电阻R2；所述第二输入级包括电阻R4、电阻R5；所述电阻R1和所述电阻R4的第一端均接输入端IN，第二端分别连接至所述电阻R2和所述电阻R5的第一端；所述电阻R2和所述电阻R5的第二端均接地。所述第一驱动级包括电阻R3和三极管Q3；所述第二驱动级包括电阻R6和三极管Q4；所述电阻R3的第一端接电源VDD，第二端接所述三极管Q3的集电极；所述三极管Q3的基极连接至所述电阻R1的第二端和所述电阻R2的第一端；所述电阻R6的第一端接电源VDD，第二端接所述三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极连接至所述电阻R4的第二端和所述电阻R5的第一端。所述第一开关为三极管Q1；所述第二开关为三极管Q2；所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q3的发射极，集电极连接输出端OUT；所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q4的发射极，发射极接地GND；所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q2的集电极相连。
本发明实施例一提供的高压继电器低侧驱动电路的具体工作原理如下：
首先输入指令信号IN经过第一电阻R1和第二电阻R2分压后产生第一级输入信号VB3，第一级输入信号VB3经过三极管Q3的放大变为第一级驱动信号VB1，第一级驱动信号VB1加载在三极管Q1的基极作为第一开关的控制信号。同时，输入指令信号IN经过第四电阻R4和第五电阻R5分压后产生第二级输入信号VB4，第二级输入信号VB4经过三极管Q4的放大变为第二级驱动信号VB2，第二级驱动信号VB2加载在三极管Q2的基极作为第二开关的控制信号。
当同时第一级驱动信号VB1超过三极管Q1的开启电压VT1、第二级驱动信号VB2超过三极管Q2的开启电压VT2时，三极管Q1和三极管Q2均打开，输出端OUT输出低电平；否则，三极管Q1和三极管Q2均关闭，输出端OUT输出高阻态，此时输出端OUT的承受电压值VOUT为三极管Q1的开发射极击穿电压BVCBO,Q1与三极管Q1的开基极击穿电压BVCEO,Q1加三极管Q2的开基极击穿电压BVCEO,Q2的最小值，即：VOUT=MIN{BVCBO,Q1，BVCEO,Q1+ BVCEO,Q2}。通常三极管的开发射极击穿电压BVCBO远高于开发射极击穿电压BVCBO，所以与传统结构相比，本发明专利中的高压低侧驱动电路的输出端OUT耐压能力得到较大提升。
通过上述分析发现，本发明通过新增第二输入级、第二驱动级和第二开关，可实现高压继电器低侧驱动电路的输出端口耐压能力的提升。当采用SOI工艺流片时，三极管Q1与三极管Q2均在由TRENCH环隔离的岛内，当三极管Q1的CE结击穿后，三极管Q2仍具备开关功能，减少了输出端OUT的失效模式。
在传统结构的基础上级联了两级开关S1、S2及其输入级和驱动级电路，当OUT感生到高电压脉冲时，即使开关S1被击穿，开关S2仍具备开关控制功能，从而提升了高压继电器驱动电路的可靠性。
在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (1)

1.一种高压继电器低侧驱动电路，其特征在于，包括第一输入级、第二输入级、第一驱动级、第二驱动级、第一开关和第二开关；
所述第一输入级和所述第二输入级的前端均连接至输入端IN，后端分别连接所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的前端；所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的后端分别连接所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端；
所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端连接，所述第一开关的输入端与驱动电路的输出端OUT相连；所述第二开关的输出端接地GND；
所述第一输入级包括电阻R1、电阻R2；所述第二输入级包括电阻R4、电阻R5；所述电阻R1和所述电阻R4的第一端均接输入端IN，第二端分别连接至所述电阻R2和所述电阻R5的第一端；所述电阻R2和所述电阻R5的第二端均接地；
所述第一驱动级包括电阻R3和三极管Q3；所述第二驱动级包括电阻R6和三极管Q4；所述电阻R3的第一端接电源VDD，第二端接所述三极管Q3的集电极；所述三极管Q3的基极连接至所述电阻R1的第二端和所述电阻R2的第一端；
所述电阻R6的第一端接电源VDD，第二端接所述三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极连接至所述电阻R4的第二端和所述电阻R5的第一端；
所述第一开关为三极管Q1；所述第二开关为三极管Q2；所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q3的发射极，集电极连接输出端OUT；
所述三极管Q2的基极连接所述三极管Q4的发射极，发射极接地GND；
所述三极管Q1的发射极与所述三极管Q2的集电极相连。
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