CN114142842A - 正负压双向开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明的正负压双向开关电路,属于控制系统中开关电路的技术领域,解决现有技术的开关电路通用性差,且易受端口电势差影响的技术问题。其包括集成单极型管组成的互补电路模块,所述互补电路模块一端通过第一使能管与接地端连接,另一端通过第二使能管与电源端连接,且至少设置有第一端口A和第二端口B,所述第一使能管包括使能端EN,所述第二使能管包括使能端ENB,其中:所述互补电路模块用于在所述第一端口A和第二端口B的电压相等或不相等时,通过所述使能端EN和使能端ENB的控制信号,能够对开关进行闭合或断开。该电路支持端口正负压且支持双向导通,其集成度高,提升了控制开关的通用性和使用性。
Description
技术领域
本发明属于控制系统中开关电路的技术领域,尤其涉及一种正负压双向开关电路。
背景技术
传统正压单向开关电路,如图1所示,由PMOS管与NMOS管并联组成互补开关功率管,其中:A与B为外接的两个端口,使能端EN与ENB为两个相反的控制逻辑,且只能应用在A端电压比B端电压高的场合。当B端电压高于A时,无论EN、ENB逻辑为高电平还是为低电平,NMOS管和PMOS管的体二极管会同时导通,该电路结构将失去开关作用。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种正负压双向开关电路,解决现有技术的电路当B端电压高于A时,无论EN、ENB逻辑为高电平还是为低电平,NMOS管和PMOS管的体二极管会同时导通,电路结构将失去开关作用的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果,见下文介绍:
提供一种正负压双向开关电路,包括集成单极型管组成的互补电路模块,所述互补电路模块一端通过第一使能管与接地端连接,另一端通过第二使能管与电源端连接,且至少设置有第一端口A和第二端口B,所述第一使能管包括使能端EN,所述第二使能管包括使能端ENB,其中:
所述互补电路模块用于在所述第一端口A和第二端口B的电压相等或不相等时,通过所述使能端EN和使能端ENB的控制信号,能够对开关进行闭合或断开。
在一个优选或可选的实施方式中,所述互补电路模块包括至少两个N型MOS管组合而成的集成单极型管与至少两个P型MOS管组合而成的集成单极型管形成互补电路,以适应第一端口A和第二端口B端口在不同电势下,通过控制信号对开关闭合或断开的控制。
在一个优选或可选的实施方式中,每个N型MOS管和P型MOS管的栅极和源极之间分别并联有钳位电路,所述钳位电路用于稳压,避免所对应MOS管的栅源电压超过限定值而发生损坏。
在一个优选或可选的实施方式中,所述钳位电路由两个稳压二极管或齐纳管串联而成,且每个稳压二极管或齐纳管的阴极相向设置。
在一个优选或可选的实施方式中,所述互补电路模块包括两个N型MOS管和两个P型MOS管,两个P型MOS管包括P沟道的MOS管M1和M2,两个N型MOS管包括N沟道的MOS管M3和M4,其中:
MOS管M1和M3的漏极之间接有所述第一端口A,MOS管M2和M4的漏极之间接有所述第二端口B;
MOS管M1和M2的源极之间电连接,其栅极均与所述使能端EN电连接且栅极电路并联;
MOS管M3和M4的源极电连接,其栅极均与所述使能端ENB电连接且栅极电路并联。
在一个优选或可选的实施方式中,所述第一使能管为N沟道MOS管M6,所述使能端EN为M6的栅极,作为控制开关且由栅极进行控制;
所述第二使能管为P沟道MOS管M5,所述使能端ENB为M5的栅极,作为控制开关且由栅极进行控制;
所述MOS管M6和M5的漏极上分别接有用以降压或限流用的电阻R4和R3,所述使能端EN与ENB为两个相反的控制逻辑,电阻R4和MOS管M3、M4的栅极并联,电阻R3和MOS管M1、M2的栅极并联,其中:
MOS管M6源极连接所述接地端,MOS管M5的源极与所述电源端连接,当第一端口A和第二端口B端口在不同电势下,通过控制信号对开关闭合或断开的控制。
在一个优选或可选的实施方式中,MOS管M1和M2的栅-源极之间并联有电阻R1,MOS管M3和M4的栅-源极之间并联有电阻R2,其中:
当使能端EN为低电平且ENB为高电平时,电阻R1短接MOS管M1和M2的栅极和源极,电阻R2短接MOS管M3和M4的栅极和源极,两侧的集成单极型管组成的电路均是关断状态。
在一个优选或可选的实施方式中,互补电路模块中使用的MOS管均带有体二极管。
与现有技术相比,本发明提供的技术方案包括以下有益效果:
本案所提供电路,设置互补电路模块用于在所述第一端口A和第二端口B电压相等或不相等时,通过所述使能端EN和使能端ENB的控制信号,能够对开关进行闭合或断开,互补电路模块,例如,至少两个结构相同的MOS管复合或组成集成单极型管进行互补,以实现无论端口A和B两端电压无论正负,均可通过使能端的控制信号进行开关闭合或断开的控制,并且,该电路支持端口正负压且支持双向导通,集成度高,提升控制开关的通用性和使用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术开关电路的示意图;
图2为本发明电路的原理图;
图3为P沟道MOS管带体二极管的示意图;
图4为N沟道MOS管带体二极管的示意图;
图5为本发明部分具体实施方式的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见,本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中,且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外,在以下描述中,提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而,所属领域的技术人员将理解,可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示,当A端电压高于B时,EN为高电平且ENB为低电平时,开关单向打开,此时若A、B端口电压较接近于地电压,则主要导通的为NMOS管,若A、B端口电压接近于电源电压,则主要导通的为PMOS管,若A、B端口电压处于中间值,则NMOS管和PMOS管同时导通;当EN为低电平且ENB为高电平时,开关单向关断;
当B端电压高于A时,无论EN、ENB逻辑为高电平还是为低电平,NMOS管和PMOS管的体二极管会同时导通,该电路结构将失去开关作用。
因此,作为控制系统开关电路的使用时,功能性较低且受端口A和B电势差的影响。
如图2所示的正负压双向开关电路,包括集成单极型管组成的互补电路模块,互补电路模块一端通过第一使能管与接地端连接,另一端通过第二使能管与电源端连接,且至少设置有第一端口A和第二端口B,第一使能管包括使能端EN,第二使能管包括使能端ENB,使能端作为外部控制信号的输入端,其中:
互补电路模块用于在第一端口A和第二端口B的电压相等或不相等时,通过使能端EN和使能端ENB的控制信号,能够对开关进行闭合或断开。
互补电路模块,例如,采用复合场效应管所组成互补电路,其优点电路功耗小,工作电源电压范围较宽且连接方便等。优选的,使用绝缘栅型场效应管,如,增强型MOS管,也可以是其他等效为增强型MOS管的单体管或复合管或组合电路或其他。使用增强型MOS管,凡栅-源极电压为零时,漏极电流也为零,需要强调的时,不使用耗尽型MOS管,在凡栅-源极电压为零时,漏极电流不为零,在使能端控制信号作用下,整体开关电路为常开或常闭状态,不具备开关作用,具体的:
如图5所示,互补电路模块包括至少两个N型MOS管复合而成的集成单极型管与至少两个P型MOS管复合而成的集成单极型管形成互补电路,以适应第一端口A和第二端口B在不同电势下,通过控制信号对开关闭合或断开的控制。需要强调的是:如是多个MOS管,两两对称且互补复合形成开关电路。
进一步的,每个N型MOS管和P型MOS管的栅极和源极之间分别并联有钳位电路,钳位电路用于稳压,避免所对应MOS管的栅源电压超过限定值而发生损坏。如,钳位电路由两个稳压二极管或齐纳管串联而成,且每个稳压二极管或齐纳管的阴极相向设置。
通过具体的实施方式进行说明,该开关电路不受端口A、B的电势差影响。互补电路模块包括两个N型MOS管和两个P型MOS管,两个P型MOS管包括P沟道的MOS管M1和M2,两个N型MOS管包括N沟道的MOS管M3和M4,电路连接方式为:
MOS管M1和M3的漏极之间接有第一端口A,MOS管M2和M4的漏极之间接有第二端口B;MOS管M1和M2的源极之间电连接,其栅极均与使能端EN电连接且栅极电路并联;MOS管M3和M4的源极电连接,其栅极均与使能端ENB电连接且栅极电路并联。
进一步的,电源和接地端设置控制开关作用的MOS管,具体的,第一使能管为N沟道MOS管M6,使能端EN为M6的栅极,第二使能管为P沟道MOS管M5,使能端ENB为M5的栅极,均作为控制开关且由栅极进行控制,作为控制信号的输入端;
MOS管M6和M5的漏极上分别接有用以降压或限流用的电阻R4和R3,使能端EN与ENB的控制信号为两个相反的控制逻辑,电阻R4和MOS管M3、M4的栅极并联,电阻R3和MOS管M1、M2的栅极并联,其中:
MOS管M6源极连接接地端,MOS管M5的源极与电源端连接,当第一端口A和第二端口B端口在不同电势下,通过控制信号对开关闭合或断开的控制。
作为本案所提供的具体实施方式,MOS管M1和M2的栅-源极之间并联有电阻R1,MOS管M3和M4的栅-源极之间并联有电阻R2。当使能端EN为低电平且ENB为高电平时,电阻R1短接MOS管M1和M2的栅极和源极,电阻R2短接MOS管M3和M4的栅极和源极,使两侧的集成单极型管组成的电路(即为,M1至M4组成的4个管子)均关断。
上述的方案中,互补电路模块中使用的MOS管均寄生有体二极管,源极S和衬底是连在一起的(Bulk与Source接一起),P型衬底和S极之间的PN结就相当于被短路了,不予考虑,只考虑Drain和Bulk之间的寄生体二极管。体二极管具有一般二极管的普遍特征,即正向导通,反向截止。如图3所示,为PMOS管的简易表示,图4位为NMOS管的简易表示。
工作原理:图示中的MOS管为简易标号,带箭头为源极,其中:源极S箭头朝外为N沟道MOS管,反之,P沟道MOS管;
S101:定义---PMOS管(P沟道MOS管)的阈值(开启的工作电路,一般为0.7V)电压为VTP,NMOS管的阈值电压为VTN,MOS管体二极管的导通压降为VD,齐纳管的正向导通压降为VF,齐纳管的反向钳位电压为VR,A端口电压为VA,B端口电压为VB;
S102:当EN为高电平,ENB为低电平时,集成单极型管组成的互补电路模块左、右开关通路均具备导通条件,具体的:
当VA>VB>VCC-VTN,图5中的右侧集成单极型管侧路不导通,此时,MOS管M3(以下均以字母表示)和管M4的沟道都是截止的,M3和M4的体二极管是一个正偏一个反偏的,图5中右侧集成单极型管侧路不通。但,图5中左侧的集成单极型管侧路M1和M2是导通的(N沟道MOS管Vgs大于一定值时导通;P沟道MOS管,Vgs小于一定电压时导通),对于PMOS管M1的体二极管是正偏的,沟道是导通的,沟道的导通阻抗RON1为:
PMOS管M2的体二极管是反偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON2为:
RAB=RON1+RON2。
S103:当VCC-VTN≥VA>VB>VTP,左右两侧的电路均导通,PMOS管M1的体二极管是正偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON1为:
PMOS管M2的体二极管反偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON2为:
NMOS管M3的体二极管反偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON3为:
NMOS管M4的体二极管正偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON4为:
则端口A与端口B的右侧集成单极型管侧导通阻抗RABN为:
RABN=RON3+RON4;
左、右侧集成单极型管的侧路中端口A与端口B的导通阻抗RAB为RABP与RABN的并联,即:RAB=RABP//RABN。
S104:当VTP≥VA>VB时,图5中左侧集成单极型管侧路是不导通的,右侧集成单极型管侧路(NMOS复合管)是导通的,因此,管M3的体二极管反偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON3为:
NMOS管M4的体二极管正偏且沟道导通,沟道的导通阻抗RON4为:
则端口A与端口B的右侧集成单极型管侧路的导通阻抗RAB为:
RAB=RON3+RON4,此时:
端口A或端口B的电压是可能小于0V,为负电压。
当端口电压VA<VB时,端口A与端口B表现的电阻值相同。
当EN为低电平,ENB为高电平时:左侧集成单极型管侧路(PMOS侧开关通路)和右侧集成单极型管侧路(NMOS侧开关通路)均关断,表现为两端开路,此时M5和M6都是关断的,电阻R1短接MOS管M1和M2的栅极和源极和电阻R2短接MOS管M3和M4的栅极和源极,均短路在一起,致使M1至M4沟道都是不通的,而M1和M2的体二极管分别正偏和反偏,M3和M4的体二极管也是一个正偏一个反偏,也是不通的。
综上可得出,端口A和端口B的相对电压无论正或负,通过两个使能端EN和ENB的控制信号,实现开关的闭合或断开。避免了当B端电压高于A时,无论EN、ENB逻辑为高电平还是为低电平,左右两侧的NMOS管和PMOS管的体二极管会同时导通,电路结构将失去开关作用的情况出现。
以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离发明创造原理的前提下,还可以对发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种正负压双向开关电路,其特征在于,包括集成单极型管组成的互补电路模块,所述互补电路模块一端通过第一使能管与接地端连接,另一端通过第二使能管与电源端连接,且至少设置有第一端口A和第二端口B,所述第一使能管包括使能端EN,所述第二使能管包括使能端ENB,其中:
所述互补电路模块用于在所述第一端口A和第二端口B的电压相等或不相等时,通过所述使能端EN和使能端ENB的控制信号,能够对开关进行闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的正负压双向开关电路,其特征在于,所述互补电路模块包括至少两个N型MOS管组合而成的集成单极型管与至少两个P型MOS管组合而成的集成单极型管形成互补电路,以适应第一端口A和第二端口B端口在不同电势下,通过控制信号对开关闭合或断开的控制。
3.根据权利要求2所述的正负压双向开关电路,其特征在于,每个N型MOS管和P型MOS管的栅极和源极之间分别并联有钳位电路,所述钳位电路用于稳压,避免所对应MOS管的栅源电压超过限定值而发生损坏。
4.根据权利要求3所述的正负压双向开关电路,其特征在于,所述钳位电路由两个稳压二极管或齐纳管串联而成,且每个稳压二极管或齐纳管的阴极相向设置。
5.根据权利要求2所述的正负压双向开关电路,其特征在于,所述互补电路模块包括两个N型MOS管和两个P型MOS管,两个P型MOS管包括P沟道的MOS管M1和M2,两个N型MOS管包括N沟道的MOS管M3和M4,其中:
MOS管M1和M3的漏极之间接有所述第一端口A,MOS管M2和M4的漏极之间接有所述第二端口B;
MOS管M1和M2的源极之间电连接,其栅极均与所述使能端EN电连接且栅极电路并联;
MOS管M3和M4的源极电连接,其栅极均与所述使能端ENB电连接且栅极电路并联。
6.根据权利要求5所述的正负压双向开关电路,其特征在于,所述第一使能管为N沟道MOS管M6,所述使能端EN为M6的栅极,作为控制开关且由栅极进行控制;
所述第二使能管为P沟道MOS管M5,所述使能端ENB为M5的栅极,作为控制开关且由栅极进行控制;
所述MOS管M6和M5的漏极上分别接有用以降压或限流用的电阻R4和R3,所述使能端EN与ENB为两个相反的控制逻辑,电阻R4和MOS管M3、M4的栅极并联,电阻R3和MOS管M1、M2的栅极并联,其中:
MOS管M6源极连接所述接地端,MOS管M5的源极与所述电源端连接,当第一端口A和第二端口B端口在不同电势下,通过控制信号对开关闭合或断开的控制。
7.根据权利要求6所述的正负压双向开关电路,其特征在于,MOS管M1和M2的栅-源极之间并联有电阻R1,MOS管M3和M4的栅-源极之间并联有电阻R2,其中:
当使能端EN为低电平且ENB为高电平时,电阻R1短接MOS管M1和M2的栅极和源极,电阻R2短接MOS管M3和M4的栅极和源极,两侧的集成单极型管组成的电路均是关断状态。
8.根据权利要求1所述的正负压双向开关电路,其特征在于,互补电路模块中使用的MOS管均带有体二极管。
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CN116032684A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-04-28 | 上海川土微电子有限公司 | 一种lin总线驱动电路及设备 |
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2021
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Cited By (1)
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CN116032684A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-04-28 | 上海川土微电子有限公司 | 一种lin总线驱动电路及设备 |
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CB02 | Change of applicant information | ||
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