CN112904925A - 负载驱动和保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种负载驱动和保护电路。负载驱动和保护电路包括主电路、控制电路和短路保护电路，主电路包括与负载串联的功率开关器件和与功率开关器件连接的采样电路。控制电路，与主电路的功率开关器件和采样电路连接，用于接收采样电路的采样信号，根据采样信号控制功率开关器件，以控制负载的电压和电流中的至少一个。短路保护电路，与采样电路和控制电路连接，用于接收采样电路的采样信号，在采样信号超过短路信号阈值时，输出短路保护信号给控制电路，使控制电路控制功率开关器件关断。

Description

负载驱动和保护电路

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种负载驱动和保护电路。

背景技术

负载驱动和保护电路可以用于驱动负载，在负载短路时起保护作用。一种负载驱动和保护电路通过控制与负载连接的功率开关器件的开启与关断来改变流过回路的电流，实现对负载的驱动，并对功率开关器件上的电压进行检测，在电压超过阈值时，触发短路保护，避免功率开关器件损坏。然而，通过检测功率开关器件上的电压来进行短路保护，对负载存在要求。在搭载较大的容性负载时，功率开关器件的电压受容性负载的影响，在负载未短路的情况下，电压也超过阈值，出现直接进入短路保护的现象，导致电路无法启动。

发明内容

本申请提供一种改进的负载驱动和保护电路。

本申请的一个方面提供一种负载驱动和保护电路，包括：主电路，包括与负载串联的功率开关器件和与所述功率开关器件连接的采样电路；控制电路，与所述主电路的所述功率开关器件和所述采样电路连接，用于接收所述采样电路的采样信号，根据所述采样信号控制所述功率开关器件，以控制所述负载的电压和电流中的至少一个；及短路保护电路，与所述采样电路和所述控制电路连接，用于接收所述采样电路的采样信号，在所述采样信号超过短路信号阈值时，输出短路保护信号给所述控制电路，使所述控制电路控制所述功率开关器件关断。

本申请实施例的负载驱动和保护电路通过检测与功率开关器件连接的采样电路的采样信号，来实现功率开关器件的控制和短路保护，一些实施例中，可以适用的负载更广泛，可以搭载较大的容性负载。

附图说明

图1所示为本申请负载驱动和保护电路的一个实施例的电路原理框图；

图2所示为图1所示的负载驱动和保护电路的主电路的一个实施例的电路图；

图3所示为图1所示的缓启动控制电路的一个实施例的电路图；

图4所示为图1所示的恒流控制电路的一个实施例的电路图；

图5所示为图1所示的短路保护电路的一个实施例的电路图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”等类似词语表示至少两个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请实施例的负载驱动和保护电路包括主电路、控制电路和短路保护电路，主电路包括与负载串联的功率开关器件和与功率开关器件连接的采样电路。控制电路，与主电路的功率开关器件和采样电路连接，用于接收采样电路的采样信号，根据采样信号控制功率开关器件，以控制负载的电压和电流中的至少一个。短路保护电路，与采样电路和控制电路连接，用于接收采样电路的采样信号，在采样信号超过短路信号阈值时，输出短路保护信号给控制电路，使控制电路控制功率开关器件关断。

负载驱动和保护电路通过检测与功率开关器件连接的采样电路的电信号(即采样信号)，来实现功率开关器件的控制和短路保护，一些实施例中，可以适用的负载更广泛，可以搭载较大的容性负载，在搭载较大的容性负载时也可以正常工作，避免搭载较大的容性负载时直接进入短路保护而无法启动的问题。另外，负载驱动和保护电路可以通过控制功率开关器件实现对负载的电流和/或电压的控制，并可以在负载短路时通过控制功率开关器件关断来实现短路保护，一些实施例中，功率开关器件用作负载开关且用于短路保护，功率开关器件复用，使得电路结构简单，元器件少，成本低。

图1所示为负载驱动和保护电路100的一个实施例的电路原理框图。负载驱动和保护电路100与负载200连接，负载200与电源300连接。在一些实施例中，电源300可以为直流电源。负载驱动和保护电路100用于驱动负载200，控制负载200的电压和/或电流，且可以在负载200出现短路时，进行短路保护。

负载驱动和保护电路100包括主电路101、控制电路102和短路保护电路103。主电路101包括与负载200串联的功率开关器件Q1和与功率开关器件Q1连接的采样电路110。在一些实施例中，功率开关器件Q1包括晶体管，例如场效应晶体管(Field EffectTransistor，FET)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、三极管。在一个实施例中，功率开关器件Q1包括MOS-FET(Metal-Oxide Semiconductor FET，金属-氧化物半导体场效应管)，下文简称“MOS管”。在一个实施例中，功率开关器件Q1包括N沟道MOS管。在另一个实施例中，功率开关器件Q1可以包括P沟道MOS管。采样电路110可以输出采样信号，可以包括电压采样信号和/或电流采样信号。

控制电路102与主电路101的功率开关器件Q1和采样电路110连接，用于接收采样电路110的采样信号，根据采样信号控制功率开关器件Q1，以控制负载200的电压和电流中的至少一个。控制电路102可以通过控制功率开关器件Q1的导通能力，改变导通电阻，来控制负载200的电压和电流中的至少一个。控制电路102也可以控制功率开关器件Q1关断，使负载200断电。在一个实施例中，功率开关器件Q1的栅极连接控制电路102，源极和漏极串联于负载200，并串联至电源300。

在一些实施例中，控制电路102包括缓启动控制电路111，可以控制功率开关器件Q1逐渐导通，负载200的电压逐渐升高，实现缓启动。缓启动控制电路111连接于采样电路110和功率开关器件Q1，用于根据采样电路110的采样信号，控制功率开关器件Q1的通断及导通能力。在一些实施例中，采样信号包括电压采样信号，缓启动控制电路111根据电压采样信号，控制功率开关器件Q1，来控制负载200的电压。

在一些实施例中，控制电路102包括恒流控制电路112，可以控制功率开关器件Q1，来控制负载200的电流，实现恒流控制。恒流控制电路112连接于采样电路110和功率开关器件Q1，用于根据采样电路110的采样信号，控制功率开关器件Q1的导通能力，改变导通电阻，从而控制负载200的电流，实现恒流控制。在一些实施例中，采样信号包括电流采样信号，恒流控制电路112根据电流采样信号，控制功率开关器件Q1，来控制负载200的电流。

在一些实施例中，控制电路102包括与缓启动控制电路111和恒流控制电路112连接的传递电路113，传递电路113与功率开关器件Q1连接，用于接收缓启动控制电路111输出的电压和恒流控制电路112输出的电压，并输出控制电压，来控制功率开关器件Q1。传递电路113输出的控制电压随着缓启动控制电路111输出的电压和恒流控制电路112输出的电压中的至少一个变化而变化，从而使得功率开关器件Q1的导通电阻相应变化，可以实现缓启动控制电路111和恒流控制电路112协同控制功率开关器件Q1。

在一些实施例中，当负载200的电压小于阈值时，恒流控制电路112不工作，缓启动控制电路111工作，功率开关器件Q1在缓启动控制电路111的驱动下逐渐导通，负载200的电压逐渐抬升，直到负载200的电压大于或等于阈值，缓启动控制电路111关闭，恒流控制电路112启动。当负载200所需要的电流小于恒流控制电路112的设定值时，负载200的电压等于电源300输入的电压。当负载200所需的电流大于恒流控制电路112的设定值时，恒流控制电路112控制功率开关器件Q1，改变功率开关器件Q1的内阻，以降低负载200的电压，从而使负载200的电流恒定。当负载200的电压低于阈值时，恒流控制电路112关闭，缓启动控制电路111启动，使负载200恒压。

短路保护电路103，与采样电路110和控制电路102连接，用于接收采样电路110的采样信号，在采样信号超过短路信号阈值时，输出短路保护信号给控制电路102，使控制电路102控制功率开关器件Q1关断。在一些实施例中，采样信号包括电流采样信号，短路信号阈值包括短路电流阈值，短路保护电路103接收电流采样信号，在电流采样信号超过短路电流阈值时，输出短路保护信号。在另一些实施例中，采样信号包括电压采样信号，短路信号阈值包括短路电压阈值，短路保护电路103接收电压采样信号，在电压采样信号超过短路电压阈值时，输出短路保护信号。

短路保护电路103的输出端连接于缓启动控制电路111和恒流控制电路112。当负载200发生短路时，负载200的电压急速降低，电流急速升高，使恒流控制电路112关闭，随后缓启动控制电路111开启。短路保护电路103触发短路保护，短路保护电路103输出短路保护信号给缓启动控制电路111，使缓启动控制电路111控制功率开关器件Q1关断，如此实现短路保护。

负载驱动和保护电路100通过检测与功率开关器件Q1连接的采样电路110的电信号(即采样信号)，来实现功率开关器件Q1的控制和短路保护，可以适用的负载更广泛，可以搭载较大的容性负载，在搭载较大的容性负载时也可以正常工作，避免搭载较大的容性负载时直接进入短路保护而无法启动的问题。另外，负载驱动和保护电路100可以通过控制功率开关器件Q1实现对负载200的电流和/或电压的控制，并可以在负载200短路时通过控制功率开关器件Q1关断来实现短路保护，功率开关器件Q1用作负载开关且用于短路保护，功率开关器件Q1复用，使得电路结构简单，元器件少，成本低。

图2所示为图1所示的主电路101的一个实施例的电路图。结合参考图1，主电路101包括对外输出接口CN2，用于连接负载200。对外输出接口CN2的1脚连接负载200的一端，3脚连接负载200的另一端。主电路101的受电端VOUT连接于电源300。在图示实施例中，主电路101的受电端VOUT连接于电源300的正端，电源300的负端接地。

采样电路110包括采样电阻R489、R490、R474，采样电路110的采样信号为采样电阻R489、R490、R474的电信号，使得负载驱动和保护电路100可以搭载较大的容性负载。在一些实施例中，采样电路110包括与功率开关器件Q1连接的电压采样电路120，用于产生电压采样信号，控制电路102与电压采样电路120连接，用于根据电压采样信号控制功率开关器件Q1，以控制负载200的电压。电压采样电路120与负载200串联。电压采样电路120连接于功率开关器件Q1与负载200连接的一端和地端之间，电压采样电路120的输出端VMOS与控制电路102连接，用于输出电压采样信号。在一些实施例中，电压采样电路120的输出端VMOS与缓启动控制电路111的输入端连接。

在一些实施例中，电压采样电路120包括采样分压电路，采样分压电路包括串联连接的第一电压采样电阻R489和第二电压采样电阻R490，电压采样电路120的输出端VMOS连接于第一电压采样电阻R489和第二电压采样电阻R490之间，因此控制电路102连接于第一电压采样电阻R489和第二电压采样电阻R490之间。在一些实施例中，缓启动控制电路111的输入端连接于第一电压采样电阻R489和第二电压采样电阻R490之间。第一电压采样电阻R489和第二电压采样电阻R490对电压采样电路120上的总电压进行分压后输出，从而输出电压采样信号。在图示实施例中，电压采样信号为第二电压采样电阻R490上的电压。电压采样系数K＝(R489+R490)/R490，可以设计第一电压采样电阻R489和第二电压采样电阻R490的阻值，来设计电压采样系数K。电压采样信号的电压值等于功率开关器件Q1的压降除以电压采样系数K，从而通过检测电压采样信号可以获得功率开关器件Q1的压降。控制电路102可以根据采集的电压采样信号确定功率开关器件Q1的当前的压降，进而根据功率开关器件Q1的当前的压降，控制功率开关器件Q1。

在一些实施例中，采样电路110包括电流采样电路121，电流采样电路121与功率开关器件Q1串联，用于产生电流采样信号。控制电路102与电流采样电路121连接，用于根据电流采样信号控制功率开关器件Q1，来控制负载200的电流。电流采样电路121与负载200串联。电流采样电路121与功率开关器件Q1串联后，与电压采样电路120并联。电压采样电路120的阻值很大，为百K级别，其上流过的电流很小，因此电流采样电路121上流过的电流基本等于负载200上流过的电流和功率开关器件Q1上流过的电流。

在一些实施例中，电流采样电路121串联于功率开关器件Q1和地端之间。控制电路102和短路保护电路103连接于电流采样电路121与功率开关器件Q1连接的一端I_SEN，接收电流采样信号。在一些实施例中，电流采样电路121与功率开关器件Q1连接的一端I_SEN连接于恒流控制电路112的输入端。

在一些实施例中，电流采样电路121包括与功率开关器件Q1串联的电流采样电阻R474，电流采样信号为电流采样电阻R474的电压，该电压与流过电流采样电阻R474、功率开关器件Q1和负载200的电流成线性关系，通过电压和电流采样电阻R474的阻值可以获得电流值。此处电压的变化体现电流的变化，该电压反馈给控制电路102和短路保护电路103，实质上可以认为将电流反馈给控制电路102和短路保护电路103，使得控制电路102根据电流来控制功率开关器件Q1，使得短路保护电路103根据电流实现短路保护。

在一些实施例中，主电路101的功率开关器件Q1包括N沟道MOS管，MOS管的栅极连接控制电路102，源极连接电流采样电路121，漏极连接负载200，电压采样电路120连接于MOS管的漏极。

在一些实施例中，主电路101包括泄放电路122，泄放电路122连接于功率开关器件Q1和控制电路102之间。泄放电路122的输入端GATE与控制电路102连接，用于加速功率开关器件Q1的关断。在一些实施例中，泄放电路122包括泄放三极管Q77，泄放三极管Q77为PNP型三极管，泄放三极管Q77的基极连接控制电路102，发射极连接功率开关器件Q1的栅极，集电极连接功率开关器件Q1的源极。泄放电路122包括并联于泄放三极管Q77的发射极和集电极之间的电阻R473和连接于泄放三极管Q77的发射极和基极之间的电阻R475。

在一些实施例中，主电路101包括与负载200并联的电阻R508，电阻R508用于在功率开关器件Q1不导通时，保证负载200的电压较低。功率开关器件Q1不导通时，VOUT＝VOUTA/(R489+R490)*(R489+R490+R508)，其中VOUT表示图2中主电路101的受电端VOUT的电压，等于电源300输出的电压；VOUTA表示负载200的电压。在一些实施例中，主电路101包括与负载200并联的电容C264和C265，用于稳定负载200的电压。

图3所示为图1所示的缓启动控制电路111的一个实施例的电路图。参考图2和3，缓启动控制电路111包括缓启动运放电路131和第一基准电压电路132，缓启动运放电路131连接于第一基准电压电路132和电压采样电路120，缓启动运放电路131的输出端与功率开关器件Q1连接，缓启动运放电路131用于根据第一基准电压电路132输出的基准电压和电压采样电路120输出的电压采样信号，产生缓启动运放信号，以控制功率开关器件Q1的电压。缓启动运放电路131用于对第一基准电压电路132输出的基准电压和电压采样电路120输出的电压采样信号的差值进行放大，产生缓启动运放信号。电压采样信号的电压值小于第一基准电压电路132输出的基准电压时，缓启动运放电路131输出的缓启动运放信号，调高功率开关器件Q1的导通能力，使负载200的电压上升。

在一些实施例中，负载驱动和保护电路100包括电源端VCC_1，用于接收直流电压。第一基准电压电路132包括第一分压电路133和高通滤波电路134，第一分压电路133连接于电源端VCC_1和地端之间，且包括第一分压输出端S1。高通滤波电路134连接于第一分压输出端S1和电源端VCC_1之间，且与缓启动运放电路131的输入端连接。高通滤波电路134输出基准电压给缓启动运放电路131。第一分压电路133对电源端VCC_1和地端之间的电压进行分压，分压后加载于高通滤波电路134的一端。在一些实施例中，第一分压电路133包括串联的电阻R469和电阻R470，第一分压输出端S1连接于电阻R469和电阻R470之间。第一分压电路133包括与电阻R469并联的电容C262，和与电阻R470并联的电容C263，电容C262和电容C263使对应的电阻上的电压稳定，使分压后输出的电压稳定，从而使基准电压稳定。

高通滤波电路134包括串联连接于第一分压输出端S1和电源端VCC_1之间的滤波电阻R504和滤波电容C261。高通滤波电路134包括基准电压输出端SS，连接于滤波电阻R504和滤波电容C261之间，基准电压输出端SS的电压为基准电压。上电瞬间，基准电压输出端SS的电压(滤波电阻R504和滤波电容C261的连接点的电压)等于或基本等于电源端VCC_1的电压，随后通过滤波电阻R540进行缓慢泄放，直到基准电压输出端SS的电压约等于VCC_1*R470/(R469+R470)，其中VCC_1为电源端VCC_1的电压。基准电压在上电后一段时间内逐渐降低。对滤波电阻R504和滤波电容C261设定合适的参数，缓启动控制电路111通过改变缓启动运放电路131的输出端的电压，使电压采样信号跟踪基准电压输出端SS的电压，使负载200的电压VOUTA＝VOUT-V_SS*K，其中VOUT表示电源300的输出电压，V_SS表示基准电压输出端SS的电压，K为上文所述的电压采样系数。因为基准电压输出端SS的电压会缓慢泄放，所以负载200的电压会缓慢上升，从而实现缓启动。通过设计滤波电阻R504和滤波电容C261的值，可以设计缓启动时间，从而可以通过设计缓启动时间，来保证外接较大的容性负载时流过功率开关器件Q1的冲击电流较小，提高系统的稳定性。

在一些实施例中，高通滤波电路134包括与滤波电容C261并联的二极管D25，二极管D25的正极连接滤波电容C261与滤波电阻R504连接的一端，负极连接滤波电容C261的另一端。当电源端VCC_1掉电时，二极管D25导通，基准电压输出端SS处的电压通过二极管D25泄放，避免电路快速上下电时缓启动功能失效。

在一些实施例中，缓启动运放电路131包括缓启动运算放大器U50A，缓启动运算放大器U50A的正相端连接电压采样电路120的输出端VMOS，反相端连接第一基准电压电路132。缓启动运算放大器U50A的反相端连接于基准电压输出端SS。在一些实施例中，第一基准电压电路132和缓启动运算放大器U50A的反相端之间串联有限流电阻R464，缓启动运算放大器U50A的正相端和电压采样电路120的输出端VMOS之间串联有限流电阻R465。缓启动运算放大器U50A通过电阻R462连接于电源端VCC_1，且缓启动运算放大器U50A与电阻R462连接的一端通过电容C258接地。缓启动运算放大器U50A的输出端SSGATE连接功率开关器件Q1，输出缓启动运放信号。缓启动运算放大器U50A的反相端和输出端之间连接有补偿电容C260，用于保证缓启动控制电路环路的稳定。

在一些实施例中，缓启动控制电路111包括使能电路135，使能电路135和第一基准电压电路132串联于电源端VCC_1和地端之间。负载驱动和保护电路100包括控制器104，控制器104与使能电路135连接，用于控制使能电路135的通断。控制器104在控制使能电路135关断时，使缓启动控制电路111控制功率开关器件Q1关断。在一些实施例中，使能电路135连接于第一基准电压电路132和地端之间。使能电路135连接于控制器104的IO口，控制器104控制使能电路135导通时，使第一基准电压电路132与电源端VCC_1和地端连通，缓启动控制电路111可以工作。控制器104控制使能电路135关断时，使第一基准电压电路132与地端断开，第一基准电压电路132输出的基准电压为电源端VCC_1的电压，设定电源端VCC_1的电压远远大于电压采样信号的电压值，缓启动运算放大器U50A正相端的电压(此时为电源端VCC_1的电压)与反相端的电压(电压采样信号的电压值)的差值经过内部放大，输出低电平，控制功率开关管Q1关断，使负载200断电。如此，通过控制器104控制使能电路135来控制负载驱动和保护电路100的工作。在不希望输出电压给负载200时，可以通过控制器104控制使能电路135关断，促使缓启动控制电路111关断功率开关器件Q1，从而使负载200断电。应用场合更广泛，应用更灵活。

在一些实施例中，使能电路135包括使能开关器件Q52，和第一基准电压电路132串联，控制器104与使能开关器件Q52连接，控制使能开关器件Q52的通断。使能开关器件Q52可以包括功率开关管，例如MOS管。在一个实施例中，使能开关器件Q52可以包括N沟道MOS管，栅极连接控制器104，源极接地，漏极连接第一基准电压电路132。在一些实施例中，MOS管的栅极通过电阻R472连接于控制器104，且通过电阻R471接地。在另一些实施例中，使能电路135可以省略。

图4所示为图1所示的恒流控制电路112的一个实施例的电路图。参考图2-3，恒流控制电路112连接于第一基准电压电路132与缓启动运放电路131连接的一端，且与电流采样电路121和功率开关器件Q1连接，用于根据第一基准电压电路132输出的基准电压和电流采样电路121输出的电流采样信号，控制功率开关器件Q1。

在一些实施例中，恒流控制电路112包括第二基准电压电路141、恒流比较电路142和恒流运放电路143。在一个实施例中，第二基准电压电路141包括分压电路，分压电路包括串联连接于电源端VCC_1和地端之间的电阻R488和电阻R487。在一个实施例中，第二基准电压电路141包括与电阻R488并联的电容C271，和与电阻R487并联的电容C272。可以通过设计电阻R488和电阻R487的值，来设计电路的恒流点。

在一些实施例中，恒流比较电路142连接于第一基准电压电路132和第二基准电压电路141，用于比较第一基准电压电路132输出的基准电压和第二基准电压电路141输出的电压，产生恒流比较信号。恒流比较电路142连接于第一基准电压电路132的基准电压输出端SS，接收基准电压。在一些实施例中，恒流比较电路142包括恒流比较器U52A，恒流比较器U52A的正相端连接第一基准电压电路132，反相端连接第二基准电压电路141，比较第一基准电压电路132输出的基准电压和第二基准电压电路141输出的电压。

在一些实施例中，恒流比较电路142包括与恒流比较器U52A的输出端连接的恒流开关电路144，恒流开关电路144与恒流运放电路143连接，恒流比较器U52A的输出信号控制恒流开关电路144的通断，从而产生恒流比较信号给恒流运放电路143。在一些实施例中，恒流开关电路144包括与恒流比较器U52A的输出端连接的恒流三极管Q73，和与恒流三极管Q73连接的恒流二极管D20。恒流三极管Q73的基极连接恒流比较器U52A的输出端，发射极连接恒流二极管D20的正极，集电极连接电源端VCC_1。恒流二极管D20的负极连接恒流运放电路143。恒流三极管Q73的基极和电源端VCC_1之间串联有电阻R483，恒流三极管Q73的基极和恒流二极管D20的正极之间串联有电阻R484。

在一些实施例中，恒流运放电路143，与恒流比较电路142的输出端和电流采样电路121连接，且与功率开关器件Q1连接，用于根据恒流比较信号和电流采样电路121输出的电流采样信号，产生恒流运放信号，以控制功率开关器件Q1。恒流运放电路143与恒流开关电路144连接，接收恒流比较信号。恒流运放电路143连接于恒流二极管D20的负极。

在一些实施例中，恒流控制电路112包括第三基准电压电路145，第三基准电压电路145连接于恒流运放电路143的一个输入端，恒流比较电路142的输出端和电流采样电路121连接恒流运放电路143的另一个输入端。在一些实施例中，恒流运放电路143包括恒流运算放大器U51B，恒流运算放大器U51B的正相端连接第三基准电压电路145，反相端连接恒流比较电路142的输出端和电流采样电路121的输出端。恒流运算放大器U51B的输出端CC_GATE连接功率开关器件Q1。

在一些实施例中，第三基准电压电路145包括串联连接于电源端VCC_1和地端之间的电阻R481和电阻482，用于分压。电阻R481并联有电容C269，电阻R482并联有电容C270。恒流运算放大器U51B的正相端连接于电阻R481和电阻482之间。恒流运算放大器U51B的正相端和第三基准电压电路145之间连接有电阻R479，恒流运算放大器U51B的反相端串联有电阻480，恒流运算放大器U51B的输出端串联有电阻477。恒流运算放大器U51B的反相端和输出端之间串联有电容C268。

在一些实施例中，传递电路113包括串联于缓启动控制电路111的输出端SS_GATE和恒流控制电路112的输出端CC_GATE之间的第一传递电阻R463(如图3所示)和第二传递电阻R477，功率开关器件Q1的一端连接于第一传递电阻R463和第二传递电阻R477之间。在一个实施例中，功率开关器件Q1的栅极连接于第一传递电阻R463和第二传递电阻R477之间。第一传递电阻R463和第二传递电阻R477对缓启动控制电路111的输出端SS_GATE和恒流控制电路112的输出端CC_GATE之间电压进行分压后，输出给功率开关器件Q1，控制功率开关器件Q1。

恒流比较器U52A将第一基准电压电路132输出的基准电压(基准电压输出端SS的电压)和第二基准电压电路141输出的电压做比较。当刚上电一段时长内，第一基准电压电路132输出的基准电压高于第二基准电压电路141输出的电压，恒流比较器U52A输出高电平，恒流三极管Q73导通，恒流二极管D20导通，恒流运算放大器U51B的反相端的电压约等于电源端VCC_1的电压减去恒流三极管Q73的导通压降和恒流二极管D20的导通压降，例如等于VCC_1-1.4V。此时恒流运算放大器U51B的反相端的电压远大于恒流运算放大器U51B的正相端电压，恒流运算放大器U51B输出低电平，恒流控制电路112的输出端CC_GATE为低电平，因此第二传递电阻R477与恒流控制电路112的输出端CC_GATE连接的一端为低电平。此时恒流控制电路112的输出不对功率开关器件Q1造成影响，恒流控制电路112此时不工作，即恒流控制电路112关闭。此时缓启动控制电路111的输出端SS_GATE的电压对第一传递电阻R463和第二传递电阻R477的总电压造成影响，从而影响传递电路113输出给功率开关器件Q1的电压，该电压随着缓启动控制电路111的输出端SS_GATE的电压的变化而变化。缓启动控制电路111控制功率开关器件Q1，实现缓启动。

进一步随着第一基准电压电路132的基准电压逐渐跌落，第二基准电压电路141输出的电压大于基准电压，恒流比较器U52A的反相端的电压大于正向端电压，恒流比较器U52A输出低电平，恒流三极管Q73截止，恒流二极管D20截止，恒流控制电路112正常工作。恒流控制电路112正常工作后，恒流运算放大器U51B比较电流采样电路121的输出端I_SEN输出的电流采样信号的电压值和第三基准电压电路145输出的电压，并通过改变输出端CC_GATE的电压值，来改变功率开关器件Q1的导通电阻，从而使得电流采样信号的电压值与第三基准电压电路145输出的电压相等。电流采样电路121的电流采样电阻R474的阻值为恒定值，所以当电流采样信号为恒定电压值时，流过电流采样电阻R474的电流也是恒定值，所以负载200上流过的电流也是恒定的设定值，如此实现恒流控制。

图5所示为短路保护电路103的一个实施例的电路图。短路保护电路103的输入端与电流采样电路121连接，短路保护电路103的输出端连接于缓启动运放电路111与第一基准电压电路132连接的输入端。短路保护电路103用于在电流采样电路121输出的电流采样信号大于短路信号阈值时，控制恒流控制电路112停止工作，且控制缓启动控制电路111关闭功率开关器件Q1。短路保护电路103的输入端与电流采样电路121的输出端I_SEN连接。电流采样信号大于短路信号阈值时，表示负载200短路。

在一些实施例中，短路保护电路103包括第四基准电压电路151、短路比较电路152、第五基准电压电路153和滞回比较电路154。短路比较电路152与第四基准电压电路151和电流采样电路121连接，用于比较第四基准电压电路151输出的电压和电流采样电路121输出的电流采样信号，产生短路比较信号。滞回比较电路154，与短路比较电路152的输出端和第五基准电压电路153连接，滞回比较电路154的输出端连接于缓启动控制电路111和恒流控制电路112，用于根据第五基准电压电路153输出的电压和短路比较信号，产生滞回比较信号，以控制缓启动控制电路111和恒流控制电路112。

第四基准电压电路151包括串联于电源端VCC_1和地端之间的电阻R491和电阻R492，用于分压。短路比较电路152的一个输出端连接于电阻R491和电阻R492之间。电阻R491并联有电容C273，电阻R492并联有电容C274。

短路比较电路152包括短路比较器U54A，短路比较器U54A的正相端连接第四基准电压电路151，反相端连接电流采样电路121的输出端I_SEN。短路比较器U54A的反相端串联有电阻R493。短路比较器U54A比较第四基准电压电路151输出的电压和电流采样电路121输出的电流采样信号。短路比较电路152包括与短路比较器U54A的输出端连接的第一开关电路156，第一开关电路156与滞回比较电路154的输入端连接。短路比较器U54A输出的信号控制第一开关电路156的通断，以产生短路比较信号。可以通过设计电阻R492和电阻R491的值，来设计第四基准电压电路151输出的电压，从而来设计短路保护电路103的短路电流保护点。

第一开关电路156包括第一开关三极管Q76，和与第一开关三极管Q76的发射极和集电极连接的短路电容C275。第一开关三极管Q76为PNP型三极管，基极连接短路比较器U54A的输出端，集电极接地，发射极通过电阻R495和电阻R494连接至电源端VCC_1，短路比较器U54A的输出端连接于电阻R495和电阻R494之间。当负载200发生短路时，电流采样信号的电压超过第四基准电压电路151输出的电压，短路比较器U54A输出低电平，第一开关三极管Q76导通，短路电容C275上的电压被快速泄放。在本实施例中，第四基准电压电路151输出的电压为短路信号阈值。

第五基准电压电路153包括串联于电源端VCC_1和地端之间的电阻R496和电阻R497，用于分压。电阻R496并联有电容C276，电阻R497并联有电容C277。滞回比较电路154包括滞回比较器U53B，滞回比较器U53B的正相端连接第五基准电压电路153，反相端连接短路比较电路152。滞回比较器U53B的正相端通过电阻R499连接于第五基准电压电路153，且通过电阻R500连接于滞回比较器U53B的输出端，且滞回比较器U53B的输出端通过电阻R501连接至电源端VCC_1。

短路保护电路103包括连接于滞回比较电路154的输出端的第二开关电路155，第二开关电路155包括第二开关三极管Q75和短路二极管D21。第二开关三极管Q75与滞回比较电路154的输出端连接。第二开关三极管Q75为NPN型三极管，基极连接滞回比较器U53B的输出端，集电极连接电源端VCC_1，发射极连接短路二极管D21，且基极和发射极之间连接有电阻R502。短路二极管D21连接于第二开关三极管Q75与第一基准电压电路132之间。短路二极管D21连接于第一基准电压电路132与缓启动运放电路131连接的一端。短路二极管D21的正极连接于第二开关三极管Q75的发射极，负极连接第一基准电压电路132。

滞回比较电路154存在上限阈值VH和下限阈值VL。根据上文所述，负载200短路时，短路电容C275上的电压被快速泄放。当短路电容C275上的电压低于下限阈值VL时，滞回比较器U53B输出高电平，第二开关三极管Q75导通，短路二极管D21导通。缓启动运放电路111与第一基准电压电路132连接的输入端的电压为电源端VCC_1的电压减去第二开关三极管Q75的导通电压和短路二极管D21的导通电压，可以约为VCC_1-1.4V。恒流控制电路112连接于短路二极管D21的负极，恒流控制电路112关闭且输出低电平，缓启动控制电路111关闭且输出低电平，控制功率开关器件Q1关断。

功率开关器件Q1关断后，流过电流采样电阻R474的电流为0，电流采样信号的电压为0，短路比较器U54A的正相端的电压高于电流采样信号的电压，短路比较器U54A输出高电平，第一开关三极管Q76截止，电源端VCC_1的电压通过电阻R495缓慢地给短路电容C275充电，直到短路电容C275上的电压大于滞回比较电路154的上限阈值VH，滞回比较器U53B输出低电平，第二开关三极管Q75截止。基准电压输出端SS的电压开始跌落，可以从VCC_1-1.4V的值缓慢跌落，缓启动控制电路111开始工作。可以通过设计电阻R495和短路电容C275的参数，设计短路后的打嗝周期，从而保证功率开关器件Q1短路期间平均功耗满足封装要求。电路短路保护后，隔一段时长T后重新打开进行短路恢复，时长T称为短路周期，即打嗝周期。

本申请实施例在短路保护电路的基础上，提供有缓启动控制电路和恒流控制电路，电压和电流双闭环的控制架构，利用输出的电信号(采样信号)，使负载驱动和保护电路100在电压闭环和电流闭环之间无缝切换，有效的解决单电流控制电路无法通过电流来进行短路保护的问题，避免通过检测功率开关器件Q1两端电压进行短路保护所导致的无法搭载容性负载的问题。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种负载驱动和保护电路，其特征在于，包括：

主电路，包括与负载串联的功率开关器件和与所述功率开关器件连接的采样电路；

控制电路，与所述主电路的所述功率开关器件和所述采样电路连接，用于接收所述采样电路的采样信号，根据所述采样信号控制所述功率开关器件，以控制所述负载的电压和电流中的至少一个；及

短路保护电路，与所述采样电路和所述控制电路连接，用于接收所述采样电路的采样信号，在所述采样信号超过短路信号阈值时，输出短路保护信号给所述控制电路，使所述控制电路控制所述功率开关器件关断。

2.如权利要求1所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述采样电路包括与所述功率开关器件连接的电压采样电路，用于产生电压采样信号，所述控制电路与所述电压采样电路连接，用于根据所述电压采样信号控制所述功率开关器件，以控制所述负载的电压。

3.如权利要求2所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述控制电路包括缓启动控制电路，所述缓启动控制电路包括缓启动运放电路和第一基准电压电路，所述缓启动运放电路连接于所述第一基准电压电路和所述电压采样电路，所述缓启动运放电路的输出端与所述功率开关器件连接，所述缓启动运放电路用于根据所述第一基准电压电路输出的基准电压和所述电压采样电路输出的电压采样信号，产生缓启动运放信号，以控制所述功率开关器件的电压。

4.如权利要求3所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述负载驱动和保护电路包括电源端；

所述缓启动控制电路包括使能电路，所述使能电路和所述第一基准电压电路串联于所述电源端和地端之间，所述负载驱动和保护电路包括控制器，所述控制器与所述使能电路连接，用于控制所述使能电路的通断，在控制使能电路关断时，使缓启动控制电路控制功率开关器件关断；和/或

所述第一基准电压电路包括第一分压电路和高通滤波电路，所述第一分压电路连接于所述电源端和地端之间，且包括第一分压输出端，所述高通滤波电路连接于所述第一分压输出端和所述电源端之间，且与所述缓启动运放电路的输入端连接。

5.如权利要求3所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述采样电路包括电流采样电路，所述电流采样电路与所述功率开关器件串联，用于产生电流采样信号，所述控制电路与所述电流采样电路连接，用于根据所述电流采样信号控制所述功率开关器件，来控制所述负载的电流。

6.如权利要求5所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述控制电路包括恒流控制电路，所述恒流控制电路连接于所述第一基准电压电路与所述缓启动运放电路连接的一端，且与所述电流采样电路和所述功率开关器件连接，用于根据所述第一基准电压电路输出的基准电压和所述电流采样电路输出的所述电流采样信号，控制所述功率开关器件。

7.如权利要求6所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述恒流控制电路包括：

第二基准电压电路；

恒流比较电路，连接于所述第一基准电压电路和所述第二基准电压电路，用于比较所述第一基准电压电路输出的基准电压和所述第二基准电压电路输出的电压，产生恒流比较信号；及

恒流运放电路，与所述恒流比较电路的输出端和所述电流采样电路连接，且与所述功率开关器件连接，用于根据所述恒流比较信号和所述电流采样电路输出的所述电流采样信号，产生恒流运放信号，以控制所述功率开关器件。

8.如权利要求7所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述恒流控制电路包括第三基准电压电路，所述第三基准电压电路连接于所述恒流运放电路的一个输入端，所述恒流比较电路的输出端和所述电流采样电路连接所述恒流运放电路的另一个输入端。

9.如权利要求6所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述控制电路包括与所述缓启动控制电路和所述恒流控制电路连接的传递电路，所述传递电路与所述功率开关器件连接，用于接收所述缓启动控制电路输出的电压和所述恒流控制电路输出的电压，并输出控制电压，来控制所述功率开关器件。

10.如权利要求9所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述传递电路包括串联于所述缓启动控制电路的输出端和所述恒流控制电路的输出端之间的第一传递电阻和第二传递电阻，所述功率开关器件连接于所述第一传递电阻和所述第二传递电阻之间。

11.如权利要求6所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述短路保护电路的输入端与所述电流采样电路连接，所述短路保护电路的输出端连接于所述缓启动运放电路与所述第一基准电压电路连接的输入端，所述短路保护电路用于在所述电流采样电路输出的所述电流采样信号大于短路信号阈值时，控制所述恒流控制电路停止工作，且控制所述缓启动控制电路关闭所述功率开关器件。

12.如权利要求11所述的负载驱动和保护电路，其特征在于：所述短路保护电路包括：

第四基准电压电路；

短路比较电路，与所述第四基准电压电路和所述电流采样电路连接，用于比较所述第四基准电压电路输出的电压和所述电流采样电路输出的所述电流采样信号，产生短路比较信号；

第五基准电压电路；及

滞回比较电路，与所述短路比较电路的输出端和所述第五基准电压电路连接，所述滞回比较电路的输出端连接于所述缓启动控制电路和所述恒流控制电路，用于根据所述第五基准电压电路输出的电压和所述短路比较信号，产生滞回比较信号，以控制所述缓启动控制电路和所述恒流控制电路。

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