CN113556036A - H桥驱动电路、控制方法及驱动电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种H桥驱动电路、控制方法及驱动电机，驱动电路包括两路相同的驱动模块，每路驱动模块均包括串联于第一电源端与接地端之间的上功率管和下功率管，以及第一驱动控制模块和第二驱动控制模块，所述第一驱动控制模块分别与所述上功率管的栅极和源极连接，接收外部控制信号，并根据外部控制信号和所述上功率管的源极电压调节所述上功率管的栅极电压，所述第二驱动模块与所述下功率管的栅极连接，用于控制所述下功率管在所述上功率管的关断状态下导通，其中，在所述上功率管关断状态下，所述上功率管的栅极与源极之间的电压差恒定。该桥驱动电路实现了功率管关断状态下H的安全保护。

Description

H桥驱动电路、控制方法及驱动电机
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种H桥驱动电路、控制方法及驱动电机。
背景技术
H桥(High Side，也称全桥)驱动电路，是一种典型的直流电机控制电路，通过开关的开合，由两路相同的电路组成，每一路中，由两个功率管，一个可以对正极导通实现上拉，另一个可以对负极导通实现下拉，或相反。两路总是保持相反的输出，这样可以在单电源的情况下使负载的极性倒过来。由于这样的接法加上中间的负载，画出来的形状像一个H的字样，故得名H桥。
现有的针对H桥功率管的驱动方案一般为直接驱动，如图1所示，图1示出现有的一种H桥驱动电路的电路结构图，其中每一路包括上功率管(Mpwr1、Mpwr2)和下功率管(Mpwr3、Mpwr4)，且上功率管和下功率管的连接点均对应一个输出节点(OUT1、OUT2)。晶体管M1和晶体管M2分别接收控制信号IN1和IN2，当晶体管M1开启，晶体管M2关断，节点A的电位被上拉为VCP(VCP为大于VCC的电荷泵电位)，上功率管Mpwr1的栅源电压Vgs大于其导通电压Vth，即上功率管Mpwr1开启；当晶体管M1关断，晶体管M2开启时，节点A的电位被下拉为GND，上功率管Mpwr1的栅源电压Vg小于其导通电压Vth，即上功率管Mpwr1关断。该方案能够实现对上功率管Mpwr1的开关控制，但其存在如下缺陷：
电机正常运转时，上功率管Mpwr2和下功率管Mpwr3开启，上功率管Mpwr1和下功率管Mpwr4关断，电机中的绕组线圈电流为Iload(如图一所示)，接下来立即关断所有功率管，其中节点A的电位被下拉为GND，由于电感线圈中的电流不能突变，即负载电流Iload需要经过上功率管Mpwr1和下功率管Mpwr4的体二极管续流，即第一输出节点OUT1会被电机负载电感中的能量给抬高，如果电感中储存的能量足够大，钳位管D1、D2不足以钳位保护上功率管Mpwr1，那么上功率管Mpwr1的源极(即第一输出节点OUT1)将被抬的很高(上限为VCC+Vdiod)，其源栅电压Vsg会远远大于安全电压如5.5V，导致上功率管Mpwr1损坏。
同时当节点A的电位被下拉为GND时，上功率管Mpwr1关断，此时第一输出节点OUT1被短路到VCC，这会使得上功率管Mpwr1的源栅电压Vsg远远大于安全电压如5.5V，导致上功率管Mpwr1损坏。
此种驱动方式，会使得钳位管D1、D2长时间(在大负载电感、大电流时，续流过程会持续一段时间)或始终(恒定短路VCC状态)处在大电流保护状态，对芯片内部公共源GND的冲击非常大，进而会对其它模块造成极大影响。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种H桥驱动电路、控制方法及驱动电机，实现了H桥功率管关断状态下的安全保护。
根据本发明提供的一种H桥驱动电路，包括两路相同的驱动模块，每路驱动模块均包括串联于第一电源端与接地端之间的上功率管和下功率管，以及控制所述上功率管的第一驱动控制模块和控制所述下功率管的第二驱动控制模块，其特征在于，所述第一驱动控制模块分别与所述上功率管的栅极和源极连接，接收外部控制信号，并根据外部控制信号和所述上功率管的源极电压调节所述上功率管的栅极电压，所述第二驱动模块与所述下功率管的栅极连接，用于控制所述下功率管在所述上功率管的关断状态下导通，其中，在所述上功率管关断状态下，所述上功率管的栅极与源极之间的电压差恒定。
优选地，所述H桥驱动电路还包括：钳位模块，所述钳位模块连接与所述上功率管的栅极和源极之间，用于对所述上功率管的栅极电压进行钳位。
优选地，所述第一驱动控制模块包括：第一晶体管，源极与第二电源端连接，栅极接收控制信号，漏极与所述上功率管的栅极连接；第二晶体管，漏极与所述上功率管的栅极连接，源极与所述上功率管的源极连接，栅极接收第一充电电流、第二充电电流、第一放电电流和第二放电电流的其中之一；第一电容，连接于所述第二晶体管的栅极与源极之间，其中，第一充电电流、第二充电电流、第一放电电流和第二放电电流对所述第一电容充、放电，以便于实现对所述第二晶体管的导通/关断控制。
优选地，所述第一驱动控制模块还包括：第一二极管，阴极与所述第二晶体管的栅极连接，阳极与所述第二晶体管的源极连接，其中，所述第一二极管为齐纳二极管。
优选地，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管为NMOS晶体管。
优选地，所述第一驱动控制模块还包括：第三晶体管，源极通过第一电流源与第二电源端连接，栅极接收第一驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接；第四晶体管，源极通过第二电流源与接地端连接，栅极接收第二驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接；第五晶体管，源极通过第三电流源与第二电源端连接，栅极接收第三驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接；第六晶体管，源极通过第四电流源与接地端连接，栅极接收第四驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接，其中，所述第一电流源用于提供第一充电电流，所述第二电流源用于提供第一放电电流，所述第三电流源用于提供第二充电电流，所述第四电流源用于提供第二放电电流。
优选地，对所述第一电容放电时，所述第三晶体管和所述第五晶体管关断，所述第四晶体管导通，由所述第一放电电流对所述第一电容放电，所述第六晶体管于所述第四晶体管关断后导通，由所述第二放电电流对所述第一电容放电；对所述第一电容充电时，所述第四晶体管和所述第六晶体管关断，所述第三晶体管导通，由所述第一充电电流对所述第一电容充电，所述第五晶体管于所述第三晶体管关断后导通，由所述第二充电电流对所述第一电容充电。
优选地，所述第一充电电流的强度大于所述第二充电电流的强度，所述第一放电电流的强度大于所述第二放电电流的强度。
优选地，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在一个周期内的有效时间远小于无效时间，其中，所述第一驱动信号有效时，所述第三晶体管导通，所述第二驱动信号有效时，所述第四晶体管导通。
优选地，所述第三晶体管和所述第五晶体管为PMOS晶体管，所述第四晶体管和所述第六晶体管为NMOS晶体管。
优选地，所述钳位模块包括：第二二极管，阳极与所述上功率管的栅极连接；第三二极管，阴极与所述第二二极管的阴极连接，阳极与所述上功率管的源极连接，其中，所述第二二极管和所述第三二极管为齐纳二极管。
根据本发明提供的一种H桥驱动电路的控制方法，该H桥驱动电路包括两路相同的驱动模块，每路驱动模块均包括串联于第一电源端与接地端之间的上功率管和下功率管，控制方法包括以下步骤：在导通所述上功率管时，断开所述上功率管的栅极与源极的电连接，并对所述上功率管的栅极电压进行上拉；在关断所述上功率管时，短接所述上功率管的栅极与源极，根据所述上功率管的源极电压调节所述上功率管的栅极电压，其中，所述上功率管的栅极和源极之间连接有晶体管。
优选地，其特征在于，断开所述上功率管的栅极与源极的电连接包括：采用第一放电电流对所述晶体管的栅极进行瞬时放电；采用第二放电电流对所述晶体管的栅极进行恒定放电，其中，所述第一放电电流大于所述第二放电电流。
优选地，其特征在于，短接所述上功率管的栅极与源极包括：采用第一充电电流对所述晶体管的栅极进行瞬时充电；采用第二充电电流对所述晶体管的栅极进行恒定充电，其中，所述第一充电电流大于所述第二充电电流。
根据本发明提供的一种驱动电机，该驱动电机上设置有如上述的H桥驱动电路。
本发明的有益效果是：本发明公开的H桥驱动电路、控制方法及驱动电机，通过设置在上功率管的栅极与源极之间的驱动控制模块，使得在关断状态下，功率管的栅极与源极短接，其栅源电压相对输出节点的电压浮动，无论外部输出节点的电压如何动作，功率管的栅源电压始终恒定为0V，实现了功率管关断状态下的安全保护。
在上功率管的源极和栅极之间设置钳位模块，可以对上功率管的栅极电压进行钳位，防止电压过高对上功率管造成损伤，同时也能够避免上功率管误导通，提高了H桥驱动的准确性。
在第二晶体管的栅极与源极之间设置钳位二极管，可以对第二晶体管的栅极电压进行钳位，防止电压过高对第二晶体管造成损伤，同时也能够避免第二晶体管误导通，提高了对上功率管驱动控制的准确性。
采用对第一电容充放电的方式来实现对第二晶体管的栅极电压控制，确保了对晶体管通断控制的准确性，同时在开关管开关瞬间通过大脉冲电流快速给电容充放电，而在其它恒定过程中，只通过极小电流源维持开关管的栅极电位，既实现了对功率管的快速驱动，也减小了电路的平均功率损耗。
应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出现有的一种H桥驱动电路的电路结构图；
图2示出本发明实施例提供的H桥驱动电路的结构框图；
图3示出本发明实施例提供的H桥驱动电路的电路结构图；
图4示出本发明实施例提供的H桥驱动电路的控制方法的流程框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面，参照附图对本发明进行详细说明。
图2示出本发明实施例提供的H桥驱动电路的结构框图。
如图2所示，本实施例中，H桥驱动电路包括两路相同的驱动模块，每路驱动模块均包括串联于第一电源端VCC与接地端之间的上功率管和下功率管(左边一路的驱动模块包括上功率管Mpwr1和下功率管Mpwr3，右边一路的驱动模块包括上功率管Mpwr2和下功率管Mpwr4)。其中，L为负载如电机的等效线圈，其两端分别与两路驱动模块的输出节点OUT1和OUT2连接。
本文中，仅对其中的一路驱动模块如左边一路的驱动模块(进行详细说明，而另一路(右边一路)的驱动模块可参考左边一路的驱动模块，本文中将不再赘述。
本实施例中，左边一路的驱动模块包括上功率管Mpwr1、下功率管Mpwr3、以及控制上功率管Mpwr1的第一驱动控制模块101和控制下功率管Mpwr3的第二驱动控制模块102。
其中，上功率管Mpwr1的漏极连接第一电源端VCC，上功率管Mpwr1的源极连接第一输出节点OUT1。
下功率管Mpwr3的漏极连接第一输出节点OUT1，下功率管Mpwr3的源极连接接地端GND。
本实施例中，上功率管Mpwr1、Mpwr2和下功率管Mpwr3、Mpwr3均采用NMOS晶体管。
第一驱动控制模块101分别与上功率管Mpwr1的栅极与源极连接，接收外部控制信号，并根据外部控制信号和上功率管Mpwr1的源极电压调节上功率管Mpwr1的栅极电压，并且在上功率管Mpwr1关断期间，上功率管的栅极与源极之间的电压差Vgs_Mpwr1恒定，且近似为0V。
在上功率管Mpwr1关断时，第一驱动控制模块101根据此时上功率管Mpwr1的源极电压调节其栅极电压，以使得上功率管Mpwr1的栅极电压相对源极电压浮动，避免了其源极电压过高时对功率管造成损坏。且其栅源电压Vgs_Mpwr1恒小于其导通阈值电压Vth_Mpwr1，实现了功率管关断状态下的安全保护。
第二驱动控制模块102分别与下功率管Mpwr3的栅极与源极连接，接收外部控制信号，并根据外部控制信号和下功率管Mpwr3的源极电压调节下功率管Mpwr3的栅极电压。进一步的，由于下功率管Mpwr3的源极接地，其栅源电压Vgs_Mpwr3不会受到输出节点OUT上的电压影响，因此第二驱动控制模块102可以直接调节下功率管Mpwr3的栅极电压，进而控制下功率管Mpwr3在上功率管Mpwr1的关断状态下导通。
优选地，在每个上功率管和下功率管的源极和栅极之间均设置有钳位模块，如上功率管Mpwr1的栅极与源极之间连接有钳位模块201，下功率管Mpwr3的栅极与源极之间连接有钳位模块202，用于对功率管的栅极电压进行钳位，防止电压过高对功率管造成损伤以及避免功率管误导通。
本实施例中，通过在H桥驱动电路中功率管的源极和栅极之间设置驱动控模块，以根据外部控制信号和功率管的源极电压调节功率管的栅极电压，进而使得在关断状态下，功率管的栅源电压相对输出节点的电压(即上功率管的源极电压)浮动，无论外部输出节点的电压如何动作，功率管的栅源电压始终恒定为0V，实现了功率管关断状态下的安全保护。
图3示出本发明实施例提供的H桥驱动电路的电路结构图。
如图3所示，本实施例中，第一驱动控制模块101包括控制单元和充放电单元。控制单元与上功率管Mpwr1的栅极和源极连接，接收控制信号CLKH和充放电电流，并根据控制信号CLKH和充放电电流调节上功率管Mpwr1的栅源电压Vgs_Mpwr1。充放电单元与控制单元连接，接收多个驱动信号(包括第一驱动信号INH1、第二驱动信号INL1、第三驱动信号INH2和第四驱动信号INL2)，根据该多个驱动信号分时的输出第一充电电流和第二充电电流，或第一放电电流和第二放电电流。
其中，第一充电电流大于第二充电电流，第一放电电流大于第二放电电流。进一步的，充放电单元先瞬时(纳秒级时间)的输出第一充电电流或第一放电电流，再恒定的输出第二充电电流或第二放电电流。
本实施例中，控制单元包括：第一晶体管M11、第二晶体管M12和第一电容C11。第一晶体管M11的源极与第二电源端VCP连接，第一晶体管M11的栅极接收控制信号CLKH，第一晶体管M11的漏极与上功率管Mpwr1的栅极连接。第二晶体管M12的漏极与上功率管Mpwr1的栅极连接，第二晶体管M12的源极与上功率管Mpwr1的源极连接，第二晶体管M12的栅极接收充放电电流。第一电容C11连接于第二晶体管M12的栅极与源极之间，充放电电流通过对第一电容C11的充、放电以实现对第二晶体管M12的栅源电压的调节，进而实现对第二晶体管M12的通/断控制。
进一步地，第一晶体管M11为PMOS晶体管，第二晶体管M12为NMOS晶体管。
当控制信号CLKH控制第一晶体管M11导通时，第一电容C11接收放电电流，第二晶体管M12的栅源电压Vgs_M12小于其导通阈值电压Vth_M12，第二晶体管M12关断，此时上功率管Mpwr1的栅极电压被上拉为第二电源端VCP对应电压，上功率管Mpwr1的栅源电压Vgs_Mpwr1大于其导通阈值电压Vth_Mpwr1，上功率管Mpwr1导通。
进一步地，第二电源端VCP对应的电源电压大于第一电源端VCC对应的电源电压。第二电源端VCP对应的电源电压如为电荷泵提供。
当控制信号CLKH控制第一晶体管M11关断时，第一电容C11接收充电电流，第二晶体管M12的栅源电压Vgs_M12大于其导通阈值电压Vth_M12，第二晶体管M12导通，此时上功率管Mpwr1的栅极电压被下拉为与其源极电压相同，即上功率管Mpwr1的栅源电压Vgs_Mpwr1等于0(稳态后，即相应的电容充放电完毕后，第二晶体管M12中没有电流，因而在第二晶体管M12上没有导通压降)，上功率管Mpwr1的栅源电压Vgs_Mpwr1小于其导通阈值电压Vth_Mpwr1，上功率管Mpwr1关断。
基于上述描述可知，在上功率管Mpwr1的关断状态下(即第二晶体管M12导通期间)，上功率管Mpwr1的栅极电压是相对其源极电压(也即H桥驱动电路的第一输出节点OUT1上的电压)相对浮动变化的，所以无论第一输出节点OUT1上的电压如何动作，上功率管Mpwr1的栅源电压Vgs始终恒定为0V，从而实现了功率管关断状态下的安全保护。
进一步地，控制单元还包括第一二极管D11。第一二极管D11为齐纳二极管，其阴极与第二晶体管M12的栅极连接，阳极与第二晶体管M12的源极连接。第一二极管D11可以对第二晶体管M12的栅极电压进行钳位，防止电压过高时对第二晶体管M12造成损伤，和避免第二晶体管M12误导通。
充放电单元中，第一电流源I11、第三晶体管M13、第四晶体管M14以及第二电流源I12依次串联于第二电源端VCP与接地端GND之间，且第三晶体管M13和第四晶体管M14的连接节点处输出第一充电电流或第一放电电流。第三电流源I13、第五晶体管M15、第六晶体管M16以及第四电流源I14依次串联于第二电源端VCP与接地端GND之间，且第五晶体管M15和第六晶体管M16的连接节点处输出第二充电电流或第二放电电流。进一步的，第三晶体管M13的栅极接收第一驱动信号INH1，第四晶体管M14的栅极接收第二驱动信号INL1，第五晶体管M15的栅极接收第三驱动信号INH2，第六晶体管M16的栅极接收第四驱动信号INL2。
优选地，第三晶体管M13和第五晶体管M15为PMOS晶体管，第四晶体管M14和第六晶体管M16为NMOS晶体管。
本实施例中，第一驱动信号INH1和第二驱动信号INL1在一个周期内的有效时间远小于其无效时间，也即是说，当第一驱动信号INH1或第二驱动信号INL1控制对应的晶体管导通时，晶体管的导通时间很短，如为纳秒级。同时，第一电流源I11提供的第一充电电流的强度大于第三电流源I13提供的第二充电电流的强度，第二电流源I12提供的第一放电电流的强度大于第四电流源I14提供的第二放电电流的强度，如此，可以实现对第一电容C11的瞬时大电流的充放电。
当第二晶体管M12需要关断时，第一驱动信号INH1和第三驱动信号INH2分别控制第三晶体管M13和第五晶体管M15关闭，同时第二驱动信号INL1驱动第四晶体管M14开启很短的时间(如纳秒级的时间)后关闭，由第二电流源I12提供的第一放电电流对第一电容C11进行瞬间放电，进而实现第二晶体管M12的快速关断。之后第四驱动信号INL2控制第六晶体管M16恒定导通，由第四电流源I14提供的第二放电电流对第一电容C11进行小电流的持续放电，防止第一电容C11存在的细小漏电，确保第二晶体管M12的栅源电压Vgs_M12小于其导通阈值电压Vth_M12，使得第二晶体管M12完全关断。之后由控制信号CLKH控制第一晶体管M11导通，上拉上功率管Mpwr1的栅极电位，使得上功率管的栅源电压Vgs_Mpwr1大于导通阈值电压Vth_Mpwr1，进而导通上功率管Mpwr1。
当第二晶体管M12需要开启时，由控制信号CLKH控制第一晶体管M11关断，以及由第二驱动信号INL1和第四驱动信号INL2分别控制第四晶体管M14和第六晶体管M16关闭，同时第一驱动信号INH1驱动第三晶体管M13开启很短的时间(如纳秒级的时间)后关闭，由第一电流源I11提供的第一充电电流对第一电容C11进行瞬时充电，使得第二晶体管M12的栅源电压Vgs_M12大于其导通阈值电压Vth_M12，实现第二晶体管M12的快速开启。之后第三驱动信号INH2控制第五晶体管M15恒定导通，由第三电流源I13提供的第二充电电流对第一电容C11进行小电流的持续充电，防止第一电容C11存在的细小漏电，确保第二晶体管M12的栅源电压Vgs_M12恒大于其导通阈值电压Vth_M12，以使得第二晶体管M12完全导通。使得上功率管Mpwr1的源极和栅极短接，即栅源电压Vgs_Mpwr1恒等于0V，小于其导通阈值电压Vth_Mpwr1，进而关断上功率管Mpwr1。其中，控制第一晶体管M11先关断，然后再开启第二晶体管M12，可以避免第一晶体管M11和第二晶体管M12同时导通时发生贯通。同理，当需要开启上功率管Mpwr1时，控制第二晶体管M12先关断，然后控制第一晶体管M11导通。
基于上述描述，第二晶体管M12的栅极是由第一电容C11驱动的，在导通和关断瞬间通过大脉冲电流(第一充电电流和第一放电电流)快速给第一电容C11充放电，其他恒定过程中，只是一极小电流(第二充电电流和第二放电电流)维持电位，既实现了对功率管的快速驱动，且平均功率损耗很小。
钳位模块201包括第二二极管D12和第三二极管D13。其中，第二二极管D12和第三二极管D13均为齐纳二极管，且第二二极管D12的阳极与上功率管Mpwr1的栅极连接，第二二极管D12的阴极与第三二极管D13的阴极连接，第三二极管D13的阳极与上功率管Mpwr1的源极连接。
在H桥驱动的全过程中，钳位二极管D12和D13都不需要处在钳位状态，因此外部输出节点OUT1、OUT2的激烈动作对芯片内部公共源VCP和GND几乎没有影响，实现了芯片外部与内部的隔离。
进一步地，在本发明的一个实施例中，第二驱动控制模块102包括第七晶体管M21和第八晶体管M22。其中，第七晶体管M21和第八晶体管M22依次串联于第三电源端Vreg(芯片内部的一个低压源，例如为低压差线性稳压器LDO产生的电位信号)和接地端GND之间，且第七晶体管M21和第八晶体管M22的连接节点处与下功率管Mpwr3的控制端连接，第七晶体管M21的控制端和第八晶体管M22的控制端电连接以接收外部控制信号CLKL。进一步的，第七晶体管M21为PMOS晶体管，第八晶体管M22为NMOS晶体管。
在第一驱动控制模块101控制下的上功率管Mpwr1导通的情况下，外部控制信号CLKL控制第七晶体管M21关断，控制第八晶体管M22导通，进而控制下功率管Mpwr3关断。相反的，在第一驱动控制模块101控制下的上功率管Mpwr1关断的情况下，外部控制信号CLKL控制第七晶体管M21导通，控制第八晶体管M22关断，进而控制下功率管Mpwr3导通。
在本发明的另一个实施例中，由于下功率管Mpwr3的源极接地，其栅源电压不会受到输出节点OUT1的电位影响，因此，下功率管Mpwr3的第二驱动控制模块102为缓存器，该缓存器接收第二控制信号，并根据第二控制信号控制下功率管Mpwr3与上功率管Mpwr1不同时导通，结构简单。
图4示出本发明实施例提供的H桥驱动电路的控制方法的流程框图。
本实施例中，H桥驱动电路的电路结构如图2和图3所述，如图4所示，H桥驱动电路的控制方法包括如下步骤：
在步骤S01中，在导通上功率管时，断开上功率管的栅极与源极的电连接，并对上功率管的栅极电压进行上拉。
在步骤S02中，在关断上功率管时，短接上功率管的栅极与源极，根据上功率管的源极电压调节上功率管的栅极电压。
由上述描述可知，在上功率管Mpwr1的栅极和源极之间连接有晶体管(第二晶体管M12)，通过控制晶体管的导通和关断，进而可以实现对上功率管Mpwr1的栅极与源极之间的电连接的短接和断开。通过此种方式，可以使得在关断状态下，上功率管Mpwr1的栅源电压相对输出节点的电压浮动，进而实现上功率管Mpwr1关断状态下的安全保护。
进一步的，在晶体管的栅极和源极之间连接有电容(第一电容C11)，通过对电容的充放电，即对晶体管栅极的进行充放电，可以实现对晶体管的导通/关断控制。参考图3，在对电容进行充放电时，先由电流强度大的第一充电电流/第一放电电流对该电容进行充电/放电，以实现对晶体管的快速导通或关断，进而实现对上功率管Mpwr的快速导通或关断；之后再由电流强度小的第二充电电流/第二放电电流对该电容进行恒定的充电/放电，以实现对晶体管的恒定导通或关断，进而实现对上功率管Mpwr的恒定导通或关断。通过此种方式，可以防止电容存在的细小漏电对上功率管Mpwr的导通或关断状态带来的不良影响，提高H桥驱动的准确性，以及在减小电路的平均功率损耗的前提下，实现对功率管的快速驱动。
基于同一发明构思，本发明还公开了一种驱动电机，该驱动电机上设置有如上所描述的H桥驱动电路。
综上，使得在关断状态下，功率管的栅源电压相对输出节点的电压浮动，无论外部输出节点的电压如何动作，功率管的栅源电压始终恒定为0V，实现了功率管关断状态下的安全保护。很好的解决了如电机续流问题、短路VCC等问题。
在H桥驱动的整个过程中，钳位二极管无需处在钳位状态，降低了外部输出节点的电压或电流变化对内部的公共源的影响，实现了外部与内部的隔离。
功率管栅源极之间的开关管(M12)的栅极由电容驱动，在开关瞬间通过纳秒级的大脉冲电流快速给电容充放电，并其它恒定过程中，只通过极小电流源维持开关管的栅极电位，既实现了对功率管的快速驱动，也减小了电路的平均功率损耗。
应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种H桥驱动电路，包括两路相同的驱动模块，每路驱动模块均包括串联于第一电源端与接地端之间的上功率管和下功率管，以及控制所述上功率管的第一驱动控制模块和控制所述下功率管的第二驱动控制模块，其特征在于，
所述第一驱动控制模块分别与所述上功率管的栅极和源极连接，接收外部控制信号，并根据外部控制信号和所述上功率管的源极电压调节所述上功率管的栅极电压，
所述第二驱动模块与所述下功率管的栅极连接，用于控制所述下功率管在所述上功率管的关断状态下导通，
其中，在所述上功率管关断状态下，所述上功率管的栅极与源极之间的电压差恒定。
2.根据权利要求1所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述H桥驱动电路还包括：
钳位模块，所述钳位模块连接与所述上功率管的栅极和源极之间，用于对所述上功率管的栅极电压进行钳位。
3.根据权利要求2所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第一驱动控制模块包括：
第一晶体管，源极与第二电源端连接，栅极接收控制信号，漏极与所述上功率管的栅极连接；
第二晶体管，漏极与所述上功率管的栅极连接，源极与所述上功率管的源极连接，栅极接收第一充电电流、第二充电电流、第一放电电流和第二放电电流的其中之一；
第一电容，连接于所述第二晶体管的栅极与源极之间，
其中，第一充电电流、第二充电电流、第一放电电流和第二放电电流对所述第一电容充、放电，以便于实现对所述第二晶体管的导通/关断控制。
4.根据权利要求3所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第一驱动控制模块还包括：
第一二极管，阴极与所述第二晶体管的栅极连接，阳极与所述第二晶体管的源极连接，
其中，所述第一二极管为齐纳二极管。
5.根据权利要求4所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管为NMOS晶体管。
6.根据权利要求5所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第一驱动控制模块还包括：
第三晶体管，源极通过第一电流源与第二电源端连接，栅极接收第一驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接；
第四晶体管，源极通过第二电流源与接地端连接，栅极接收第二驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接；
第五晶体管，源极通过第三电流源与第二电源端连接，栅极接收第三驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接；
第六晶体管，源极通过第四电流源与接地端连接，栅极接收第四驱动信号，漏极与所述第二晶体管的栅极连接，
其中，所述第一电流源用于提供第一充电电流，所述第二电流源用于提供第一放电电流，所述第三电流源用于提供第二充电电流，所述第四电流源用于提供第二放电电流。
7.根据权利要求6所述的H桥驱动电路，其特征在于，对所述第一电容放电时，所述第三晶体管和所述第五晶体管关断，所述第四晶体管导通，由所述第一放电电流对所述第一电容放电，所述第六晶体管于所述第四晶体管关断后导通，由所述第二放电电流对所述第一电容放电；
对所述第一电容充电时，所述第四晶体管和所述第六晶体管关断，所述第三晶体管导通，由所述第一充电电流对所述第一电容充电，所述第五晶体管于所述第三晶体管关断后导通，由所述第二充电电流对所述第一电容充电。
8.根据权利要求7所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第一充电电流的强度大于所述第二充电电流的强度，所述第一放电电流的强度大于所述第二放电电流的强度。
9.根据权利要求7所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在一个周期内的有效时间远小于无效时间，
其中，所述第一驱动信号有效时，所述第三晶体管导通，所述第二驱动信号有效时，所述第四晶体管导通。
10.根据权利要求8所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述第三晶体管和所述第五晶体管为PMOS晶体管，所述第四晶体管和所述第六晶体管为NMOS晶体管。
11.根据权利要求2所述的H桥驱动电路，其特征在于，所述钳位模块包括：
第二二极管，阳极与所述上功率管的栅极连接；
第三二极管，阴极与所述第二二极管的阴极连接，阳极与所述上功率管的源极连接，
其中，所述第二二极管和所述第三二极管为齐纳二极管。
12.一种H桥驱动电路的控制方法，H桥驱动电路包括两路相同的驱动模块，每路驱动模块均包括串联于第一电源端与接地端之间的上功率管和下功率管，其特征在于，包括以下步骤：
在导通所述上功率管时，断开所述上功率管的栅极与源极的电连接，并对所述上功率管的栅极电压进行上拉；
在关断所述上功率管时，短接所述上功率管的栅极与源极，根据所述上功率管的源极电压调节所述上功率管的栅极电压，
其中，所述上功率管的栅极和源极之间连接有晶体管。
13.根据权利要求12所述的H桥驱动电路的控制方法，其特征在于，断开所述上功率管的栅极与源极的电连接包括：
采用第一放电电流对所述晶体管的栅极进行瞬时放电；
采用第二放电电流对所述晶体管的栅极进行恒定放电，
其中，所述第一放电电流大于所述第二放电电流。
14.根据权利要求12所述的H桥驱动电路的控制方法，其特征在于，短接所述上功率管的栅极与源极包括：
采用第一充电电流对所述晶体管的栅极进行瞬时充电；
采用第二充电电流对所述晶体管的栅极进行恒定充电，
其中，所述第一充电电流大于所述第二充电电流。
15.一种驱动电机，其特征在于，所述驱动电机上设置有如权利要求1至11中任一项所述的H桥驱动电路。
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