CN112398097A - 一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法 - Google Patents

一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及芯片浪涌保护技术领域，尤其涉及一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法，通过设置高边驱动器、MCU、过流保护模块、限流电路、二极管D1；所述高边驱动器用于驱动负载电容CL与负载电阻RL；所述限流电路用于限制高边驱动器的启动电流，防止浪涌；所述过流保护模块用于在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，关闭高边驱动器；所述MCU用于打开或关闭高边驱动器，且在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，输出保护命令。本发明解决了高边驱动器开启瞬间因负载的浪涌电流过大导致过流保护模块进行过流保护动作而关闭高边驱动器的问题，且相较于现有技术所用元件占电路板的空间较小，成本较低，可靠性较高。

Description

一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法
技术领域
本发明涉及浪涌保护技术，尤其涉及一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法。
背景技术
目前，有不少汽车组合仪表都有高边驱动器电路模块，高边驱动是指通过直接在用电器或者驱动装置前通过在电源线闭合开关来实现驱动装置的使能。如果高边驱动器的负载包含电容值比较大的容性负载，当高边驱动器开启时，容性负载会产生比较大的浪涌电流，导致高边驱动器的过流保护模块开启过流保护动作而关闭高边驱动器，从而使高边驱动器的负载无法进入正常工作状态。传统的解决方案采用在高边驱动器输出端加一个电感量较大的电感来限制启动电流，但电感体积大、占用电路板的空间大，且电路成本较高。
发明内容
本发明提供一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法，解决的技术问题是，传统限制高边启动器电流的电路电感体积大、占用电路板的空间大，且电路成本较高。为解决以上技术问题，本发明提供一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法，包括：高边驱动器、MCU、过流保护模块、限流电路、负载电容CL、负载电阻RL、二极管D1；
所述高边驱动器VCC引脚连接电源输入端，CS引脚连接过流保护模块的IN引脚，EN引脚一端连接二极管D1的阳极，EN引脚另一端连接MCU的GPIO引脚，GND引脚接地，OUT引脚连接限流电路，二极管D1的阴极连接过流保护模块的OUT1引脚；
所述MCU的INT引脚连接过流保护模块的OUT1引脚；
所述限流电路另一端分别连接负载电容CL与负载电阻RL，所述负载电容CL另一端接地，所述负载电阻RL另一端接地；
所述高边驱动器用于驱动负载电容CL与负载电阻RL；
所述限流电路用于限制高边驱动器的启动电流，防止浪涌；
所述过流保护模块用于在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，关闭高边驱动器；
所述MCU用于打开或关闭高边驱动器，且在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，输出保护命令。
本基础方案通过设置高边驱动器、MCU、过流保护模块、限流电路、二极管D1，解决了高边驱动器开启瞬间因负载的浪涌电流过大导致过流保护模块进行过流保护动作而关闭高边驱动器的问题，且相较于现有技术所用元件占电路板的空间较小，成本较低，可靠性较高。
进一步地，所述限流电路包括：MOS管Q1、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电容C1、电感L1；所述高边驱动器OUT引脚分别连接电阻R1、电容C1、MOS管Q1的源极；所述电阻R1的另一端、电容C1的另一端连接MOS管Q1的栅极；所述二极管D3的阴极连接电容C1与MOS管Q1的栅极，阳极接地；所述电阻R2一端连接MOS管Q1的栅极，另一端接地；所述MOS管Q1的漏极连接二极管D4的阳极；所述二极管D4的阴极分别连接二极管D5的阴极与电感L1；所述二极管D5的阳极接地；所述电感L1另一端分别连接负载电容CL与负载电阻RL。
本方案通过设置电容C1、MOS管Q1、二极管D4与电感L1来实现高边驱动器对负载电容CL的慢慢充电，使得高边驱动器的浪涌电流远低于过流保护电路模块的过流保护电流值，所以避免了高边驱动器因开启瞬间的浪涌电流过大、超过过流保护点而关闭高边驱动器。当电容C1被充满电后，其两端的电压将不变，通过设置电阻R1和电阻R2，电阻R1和R2的分压比决定电容C1两端电压，该电压使得MOS管Q1的导通电阻很小，确保高边驱动器的负载获得足够的驱动电压。当高边驱动器关闭时，通过设置二极管D3来实现对电容C1的放电，通过设置二极管D5实现对电感L1的放电，最终使负载停止工作。
进一步地，还包括电阻R3，所述高边驱动器EN引脚通过电阻R3连接MCU的GPIO引脚。
本方案通过设置限流电阻R3确保高边驱动器的EN使能引脚不被烧坏。
更进一步地，还包括二极管D2，所述二极管D2阴极连接高边驱动器OUT引脚，阳极连接MOS管Q1栅极。
本方案通过设置二极管D2保护MOS管Q1的栅极与源极。
更进一步地，所述MOS管Q1为PMOS管。
更进一步地，所述二极管D2为稳压二极管；所述二极管D1和二极管D3为肖特基二极管；所述二极管D4和二极管D5为普通二极管。
本申请还提供一种抑制高边驱动器浪涌电流的方法，包括步骤：
S1.MCU接收打开高边驱动器负载命令，高边驱动器开始工作，高边驱动器通过限流电路对负载电容CL与负载电阻RL供电；
S2.MCU打开高边驱动器后,若MCU接收关闭高边驱动器负载命令，则高边驱动器停止工作，负载电容CL通过负载电阻RL放电；
若负载电容CL与负载电阻RL发生短路故障，则过流保护模块检测到高边驱动器故障信息，关闭高边驱动器，同时，MCU接收从过流保护模块传来的故障信息并输出保护命令。
本基础方案通过所述高边驱动器驱动负载电容CL与负载电阻RL；通过所述限流电路限制高边驱动器的启动电流，防止浪涌；通过所述过流保护模块在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，关闭高边驱动器；通过所述MCU打开或关闭高边驱动器，且在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，输出保护命令，解决了高边驱动器开启瞬间因负载的浪涌电流过大导致过流保护模块进行过流保护动作而关闭高边驱动器的问题，且相较于现有技术所用元件占电路板的空间较小，成本较低，可靠性较高。
进一步地，所述保护命令为报警信息。
本发明还提供一种汽车组合仪表，所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路；
图2为本发明实施例提供的一种抑制高边驱动器浪涌电流的方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路，包括高边驱动器、MCU、过流保护模块、限流电路、二极管D1，电阻R3；
高边驱动器的CS引脚为高边驱动器的负载电流感应输出引脚，EN引脚为高边驱动器输出使能引脚，GND引脚为高边驱动器的接地引脚，VCC引脚为高边驱动器的电源输入引脚，OUT引脚为高边驱动器的输出引脚；
MCU的GPIO引脚为MCU的普通输入输出引脚，INT引脚为MCU的中断输入引脚；过流保护电路模块的OUT1引脚为过流保护电路模块的过流保护输出引脚，IN引脚为过流保护电路模块的过流检测输入引脚。
所述高边驱动器VCC引脚连接电源输入端，CS引脚连接过流保护模块的IN引脚，EN引脚一端连接二极管D1的阳极，EN引脚另一端通过电阻R3连接MCU的GPIO引脚，GND引脚接地，OUT引脚连接限流电路，二极管D1的阴极连接过流保护模块的OUT1引脚；
所述MCU的INT引脚连接过流保护模块的OUT1引脚；
所述限流电路另一端分别连接负载电容CL与负载电阻RL，所述负载电容CL另一端接地，所述负载电阻RL另一端接地；
所述限流电路包括：MOS管Q1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电容C1、电感L1；所述高边驱动器OUT引脚分别连接二极管D2阴极、电阻R1、电容C1、MOS管Q1的源极；所述二极管D2阳极、电阻R1的另一端、电容C1的另一端连接MOS管Q1的栅极；所述二极管D3的阴极连接电容C1与MOS管Q1的栅极，阳极接地；所述电阻R2一端连接MOS管Q1的栅极，另一端接地；所述MOS管Q1的漏极连接二极管D4的阳极；所述二极管D4的阴极分别连接二极管D5的阴极与电感L1；所述二极管D5的阳极接地；所述电感L1另一端分别连接负载电容CL与负载电阻RL；
所述高边驱动器用于驱动负载电容CL与负载电阻RL；
所述限流电路用于限制高边驱动器的启动电流，防止浪涌。
所述过流保护模块用于在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，关闭高边驱动器；
所述MCU用于打开或关闭高边驱动器，且在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，输出保护命令。
其中二极管D2是稳压二极管，用于保护MOS管Q1的栅源极，二极管D1和二极管D3是肖特基二极管，二极管D4和二极管D5是普通二极管；二极管D4和二极管D5还可以用集成的双二极管代替，肖特基二极管D1和二极管D3也可以用普通二极管代替。MOS管Q1是PMOS管，PMOS管Q1还可以用JET场效应管、三极管或电子管等具有开关功能的电子元件代替。电感L1是小功率电感。MCU芯片可以用SOC、DSP或FPGA等具有信号处理功能的芯片代替。
如图2为本发明实施例提供的一种抑制高边驱动器浪涌电流的方法流程图，包括步骤：
S1.MCU接收打开高边驱动器负载命令，高边驱动器开始工作，高边驱动器通过限流电路对负载电容CL与负载电阻RL供电；
S2.MCU打开高边驱动器后,若MCU接收关闭高边驱动器负载命令，则高边驱动器停止工作，负载电容CL通过负载电阻RL放电；
若负载电容CL与负载电阻RL发生短路故障，则过流保护模块检测到高边驱动器故障信息，关闭高边驱动器，同时，MCU接收从过流保护模块传来的故障信息并输出保护命令。
所述保护命令为报警信息。
电路工作原理说明如下：
(1)汽车组合仪表工作时，MCU如果接收到打开高边驱动器负载的命令，则通过GPIO引脚输出高电平，该高电平通过限流电阻R3后输入到高边驱动器的EN使能引脚，使得高边驱动器开始正常工作，随后高边驱动器的OUT引脚输出高电平。由于电容两端的电压不能突变，电容C1的两端电压因被充电而开始慢慢升高，当电容C1的两端电压差达到MOS管Q1的栅极与源极的阈值电压时，MOS管Q1的漏极与源极将开始慢慢导通，然后通过二极管D4和电感L1进一步限流，对负载电容CL慢慢充电，使得高边驱动器的浪涌电流远低于过流保护电路模块的过流保护电流值，所以避免了高边驱动器因开启瞬间的浪涌电流过大，超过过流保护点而关闭高边驱动器。当电容C1被充满电后，其两端的电压将不变，该电压由电阻R1和电阻R2的分压比决定，该电压使得MOS管Q1的导通电阻很小，确保高边驱动器的负载获得足够的驱动电压。
(2)汽车组合仪表工作时，MCU如果接收到关闭高边驱动器负载的命令，则通过GPIO引脚输出低电平，该低电平通过限流电阻R3后输入到高边驱动器的EN使能引脚，使得高边驱动器开始停止工作，随后高边驱动器的OUT引脚输出低电平。此时电容C1通过二极管D3快速放电，当电容C1的两端电压差降低到MOS管Q1的栅极与源极阈值电压以下时，MOS管Q1将不导通，高边驱动器的负载开始停止工作。此时，电感L1通过负载电容CL、负载电阻RL和二极管D5放电，负载电容CL最终通过负载电阻RL放电。
(3)汽车组合仪表工作时，MCU打开高边驱动器后，如果高边驱动器的负载电容CL、负载电阻RL发生短路故障，高边驱动器的CS引脚将输出比较大的电流，该电流被过流保护电路模块的IN输入引脚检测到超过过流保护点后，过流保护电路模块的OUT1引脚将输出低电平，该低电平通过二极管D1后，使得高边驱动器的EN引脚的电平被拉低，从而关闭高边驱动器，保护高边驱动器及其负载电路。同时，OUT1引脚输出的低电平传输到MCU的INT中断输入引脚，MCU检测到该低电平后可得知高边驱动器的负载发生过流故障，从而做出相应的保护动作和输出对驾驶员提醒的报警信息。
本发明可应用于但不限于汽车组合仪表产品。
本发明设置高边驱动器、MCU、过流保护模块、限流电路、二极管D1；所述高边驱动器用于驱动负载电容CL与负载电阻RL；所述限流电路用于限制高边驱动器的启动电流，防止浪涌；所述过流保护模块用于在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，关闭高边驱动器；所述MCU用于打开或关闭高边驱动器，且在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，输出保护命令。本发明解决了高边驱动器开启瞬间因负载的浪涌电流过大导致过流保护模块进行过流保护动作而关闭高边驱动器的问题，且相较于现有技术所用元件占电路板的空间较小，成本较低，可靠性较高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抑制高边驱动器浪涌电流的电路，包括负载电容CL、负载电阻RL，其特征在于，包括：高边驱动器、MCU、过流保护模块、限流电路、二极管D1；
所述高边驱动器VCC引脚连接电源输入端，CS引脚连接过流保护模块的IN引脚，EN引脚一端连接二极管D1的阳极，EN引脚另一端连接MCU的GPIO引脚，GND引脚接地，OUT引脚连接限流电路，二极管D1的阴极连接过流保护模块的OUT1引脚；
所述MCU的INT引脚连接过流保护模块的OUT1引脚；
所述限流电路另一端分别连接负载电容CL与负载电阻RL，所述负载电容CL另一端接地，所述负载电阻RL另一端接地；
所述高边驱动器用于驱动负载电容CL与负载电阻RL；
所述限流电路用于限制高边驱动器的启动电流，防止浪涌；
所述过流保护模块用于在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，关闭高边驱动器；
所述MCU用于打开或关闭高边驱动器，且在负载电容CL与负载电阻RL出现短路故障时，输出保护命令。
2.如权利要求1所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路，其特征在于，所述限流电路包括：MOS管Q1、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电容C1、电感L1；所述高边驱动器OUT引脚分别连接电阻R1、电容C1、MOS管Q1的源极；所述电阻R1的另一端、电容C1的另一端连接MOS管Q1的栅极；所述二极管D3的阴极连接电容C1与MOS管Q1的栅极，阳极接地；所述电阻R2一端连接MOS管Q1的栅极，另一端接地；所述MOS管Q1的漏极连接二极管D4的阳极；所述二极管D4的阴极分别连接二极管D5的阴极与电感L1；所述二极管D5的阳极接地；所述电感L1另一端分别连接负载电容CL与负载电阻RL。
3.如权利要求1所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路，其特征在于：还包括电阻R3，所述高边驱动器EN引脚通过电阻R3连接MCU的GPIO引脚。
4.如权利要求2所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路，其特征在于：还包括二极管D2，所述二极管D2阴极连接高边驱动器OUT引脚，阳极连接MOS管Q1栅极。
5.如权利要求2所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路，其特征在于：所述MOS管Q1为PMOS管。
6.如权利要求4所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路，其特征在于：所述二极管D2为稳压二极管；所述二极管D1和二极管D3为肖特基二极管；所述二极管D4和二极管D5为普通二极管。
7.一种抑制高边驱动器浪涌电流的方法，其特征在于，包括步骤：
S1.MCU接收打开高边驱动器负载命令，高边驱动器开始工作，高边驱动器通过限流电路对负载电容CL与负载电阻RL供电；
S2.MCU打开高边驱动器后,若MCU接收关闭高边驱动器负载命令，则高边驱动器停止工作，负载电容CL通过负载电阻RL放电；
若负载电容CL与负载电阻RL发生短路故障，则过流保护模块检测到高边驱动器故障信息，关闭高边驱动器，同时，MCU接收从过流保护模块传来的故障信息并输出保护命令。
8.如权利要求7所述的抑制高边驱动器浪涌电流的方法，其特征在于：所述保护命令为报警信息。
9.一种汽车组合仪表，其特征在于：包括如权利要求1～8所述的抑制高边驱动器浪涌电流的电路及方法。
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