CN114629481B - 一种高边驱动电路、驱动方法、电源及车辆 - Google Patents

一种高边驱动电路、驱动方法、电源及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高边驱动电路、驱动方法、电源及车辆，涉及脉冲技术领域，解决了用于高边驱动的升压模块控制复杂的问题。包括：第一开关电路、升压电路和功率驱动电路。第一开关电路的第一端连接控制单元，第二端与升压电路的第一端连接；升压电路的第二端与功率驱动电路的第一端连接，功率驱动电路的第二端与电源端连接，第三端与负载端连接。控制单元，用于在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，功率驱动电路导通。还用于在功率驱动电路的第三端的电压为零时，控制第一开关电路断开，使升压电路的第二端的电压小于电源端的电压，功率驱动电路断开。

Description

一种高边驱动电路、驱动方法、电源及车辆
技术领域
本发明涉及脉冲技术领域，尤其涉及一种高边驱动电路、驱动方法、电源及车辆。
背景技术
高边驱动是指在负载（如，用电器或者驱动装置）前连接电源线闭合开关，通过电源线闭合开关来实现负载的使能。高边驱动电路中通常使用N型场效应管作为电源线闭合开关，通过提高N型场效应管的栅极电压，使N型场效应管的栅极电压大于N型场效应管的漏极电压，使N型场效应管导通。车辆中的高边驱动电路中，N型场效应管的漏极电压通常是系统中的最高电压（即电池电压），因此需要通过升压模块使N型场效应管的栅极电压大于漏极电压。
现有技术中，升压模块为集成电荷泵的N型场效应管高边驱动芯片。但是，N型场效应管高边驱动芯片需要通过通信的方式驱动，这会占用微控制单元（MicrocontrollerUnit，MCU）的硬件资源，对驱动信号的时序要求也比较高。
发明内容
本发明提供一种高边驱动电路、驱动方法、电源及车辆，解决了用于高边驱动的升压模块控制复杂的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种高边驱动电路，该方法包括：第一开关电路、升压电路和功率驱动电路。第一开关电路的第一端用于连接控制单元，第二端与升压电路的第一端连接；升压电路的第二端与功率驱动电路的第一端连接，功率驱动电路的第二端用于与电源端连接，第三端用于与负载端连接。
控制单元，用于在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，还用于在功率驱动电路的第三端的电压为零时，控制第一开关电路断开。
升压电路，用于在第一开关电路导通时使功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压，功率驱动电路导通，电源端向负载端供电，还用于在第一开关电路断开时，使功率驱动电路的第一端的电压小于第二端的电压，功率驱动电路断开，电源端停止向负载端供电。
在实际应用过程中，功率驱动电路的第三端用于连接负载端，当功率驱动电路的第三端的电压为零时，表明负载端对地短路，为了保证安全，需要切断电源端与负载端的连接，即使功率驱动电路的第二端和第三端断开。而当功率驱动电路的第一端的电压小于第二端的电压时，功率驱动电路的第二端和第三端便可以断开，当功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压时，功率驱动电路的第二端和第三端便可以导通。采用本发明实施例提供的高边驱动电路，当功率驱动电路第三端的电压为零时，控制单元可以控制第一开关电路断开，第一开关电路断开可以使升压电路输出电压小于电源电压，即功率驱动电路的第一端的电压小于第二端的电压，那么功率驱动电路的第二端和第三端便可以断开。当功率驱动电路第三端的电压不为零时，控制单元可以控制第一开关电路导通，第一开关电路断开可以使升压电路输出电压大于电源电压，即功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压，那么功率驱动电路的第二端和第三端便可以导通，电源端向负载端供电。由上述可知，本发明实施例提供的高边驱动电路，在控制功率驱动电路的第二端和第三端导通或关断时，仅仅通过控制单元控制第一开关电路的导通或关断即可，与现有技术中通过通信的方式驱动N型场效应管高边驱动芯片相比，控制方式更加简单。
在一种可能的实现方式中，上述第一开关电路包括：第一三极管、第一电阻和第二电阻。第一三极管的发射极用于与电源端连接，基极与第一电阻的第一端连接，集电极为第一开关电路的第二端；第一电阻的第二端为第一开关电路的第一端，第二电阻的第一端与第一三极管的发射极连接，第二端与第一电阻的第一端连接。第一三极管为PNP三极管。
在一种可能的实现方式中，上述升压电路包括方波生成电路和升压子电路。方波生成电路的第一端为升压电路的第一端，方波生成电路的第二端与升压子电路的第一端连接，升压子电路的第二端为升压电路的第二端。第一开关电路导通时，向方波生成电路提供高电压，方波生成电路用于根据高电压向升压子电路输入方波信号，升压子电路用于根据方波信号，使功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压；第一开关电路断开时，停止向方波生成电路提供电压。
在一种可能的实现方式中，上述方波生成电路包括：反相输入支路、运算放大器、同相输入支路。同相输入支路的第一端为方波生成电路的第一端，第二端与运算放大器的同相输入端连接，第三端与运算放大器的输出端连接，第四端用于与接地端连接；反相输入支路的第一端与运算放大器的输出端连接，第二端与运算放大器的反相输入端连接，第三端用于与接地端连接；运算放大器的输出端为方波生成电路的第二端，运算放大器的正电源端与第一开关电路的第二端连接，运算放大器的负电源端用于与接地端连接。
若方波生成电路的第一端为高电压，则由同相输入支路的第二端输入运算放大器的同相输入端的电压高于由反相输入支路的第二端输入运算放大器的反相输入端的电压，运算放大器的输出端输出高电平，运算放大器的输出端为反相输入支路的第二端充电，当反相输入支路的第二端的充电电压大于同相输入端的电压时，输出端输出低电平，输出端停止为反相输入支路的第二端充电，反相输入支路的第二端放电，当反相输入支路的第二端的电压小于同相输入端的电压时，输出端输出高电平。
在一种可能的实现方式中，上述反相输入支路包括：第三电阻和第一电容。
第三电阻的第一端、第二端为反相输入支路的第一端，第三端为反相输入支路的第二端；第一电容的第一端为反相输入支路的第二端，第二端为反相输入支路的第三端；第三电阻为可调电阻。
在一种可能的实现方式中，上述同相输入支路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻。第四电阻的第一端为同相输入支路的第一端，第二端与第五电阻的第一端，以及第六电阻的第一端连接，第五电阻的第二端为同相输入支路的第四端；第六电阻的第二端、第七电阻的第一端和第二端为同相输入支路的第二端，第七电阻的第三端为同相输入支路的第三端；第七电阻为可调电阻。
在一种可能的实现方式中，上述升压子电路包括：第二开关电路、第三开关电路、第二电容、第一二极管和第二二极管。第二开关电路的第一端与第三开关电路的第二端连接，第二端为升压子电路的第一端，第三端用于与接地端连接，第三开关电路的第一端用于与电源端连接，第三端为升压子电路的第一端；第二电容的第一端与第二开关电路的第一端连接，第二端与第一二极管的负极，以及第二二极管的正极连接，第一二极管的正极用于与电源端连接，第二二极管的负极为升压子电路的第二端。
当升压子电路的第一端为高电平时，第三开关电路断开，第二开关电路导通，第二开关电路的第一端为低电平，使第一二极管连接的电源端向第二电容充电；当升压子电路的第一端为低电平时，第三开关电路连接的电源端继续向第二电容充电，以使功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压。
在一种可能的实现方式中，上述第二开关电路包括：第二三极管、第八电阻和第九电阻。第二三极管的发射极为第二开关电路的第三端，集电极为第二开关电路的第一端，基极与第八电阻的第一端，以及第九电阻的第一端连接，第八电阻的第二端为第二开关电路的第二端，第九电阻的第二端为第二开关电路的第三端。
上述第三开关电路包括：第三三极管、第十电阻和第十一电阻。第三三极管的发射极为第三开关电路的第一端，集电极为第三开关电路的第二端，基极与第十电阻的第一端，以及第十一电阻的第一端连接，第十电阻的第二端为第三开关电路的第三端，第十一电阻的第二端为第三开关电路的第一端。
第二三极管为NPN三极管，第三三极管为PNP三极管。
在一种可能的实现方式中，上述功率驱动电路包括第一场效应管。第一场效应管的栅极为功率驱动电路的第一端，漏极为功率驱动电路的第二端，源极为功率驱动电路的第三端。
第二方面，本发明提供一种高边驱动电路的驱动方法，该方法包括：
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，以使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，功率驱动电路导通，电源端向负载端供电；
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压为零时，控制第一开关电路断开，以使升压电路的第二端的电压小于电源端的电压，功率驱动电路断开，电源端停止向负载端供电。
在一种可能的实现方式中，上述控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，以使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，包括：
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，第一开关电路导通时，向同相输入支路的第一端提供高电压，根据同相输入支路的第二端输入运算放大器的同相输入端的电压，与反相输入支路的第二端输入运算放大器的反相输入端的电压的大小，运算放大器的输出端输出高电平或低电平。
当运算放大器的输出端输出高电平时，第三开关电路断开，第二开关电路导通，第二开关电路的第一端为低电平，使第一二极管连接的电源端向第二电容充电。
当运算放大器的输出端输出低电平时，第三开关电路连接的电源端继续向第二电容充电，以使功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压。
第三方面，本发明提供一种电源，该电源包括：上述第一方面及其任一种可能的实现方式的高边驱动电路。
第四方面，本发明提供一种车辆，该车辆包括：上述第三方面所述的电源。
附图说明
图1为现有技术中的高边驱动电路的电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的高边驱动电路的连接结构示意图；
图3为本发明实施例提供的高边驱动电路的电路结构示意图之一；
图4为本发明实施例提供的高边驱动电路的电路结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的高边驱动电路的电路结构示意图之三；
图6为本发明实施例中运算放大器的输出端的电压大于零时的同相输入支路的等效电路；
图7为本发明实施例中运算放大器的输出端的电压等于零时的同相输入支路的等效电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。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。
以下，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。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，“基于”或“根据”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”或“根据”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。
图1示出了现有技术中的高边驱动电路的电路结构示意图。如图1所示，现有技术中的高边驱动电路包括功率驱动电路A，以及集成电荷泵的N型场效应管高边驱动芯片B。功率驱动电路A的第一端，以及芯片B的输入引脚IN用于与电源端连接，功率驱动电路A的第二端用于与负载端连接，第三端与芯片B的驱动引脚GATE连接。芯片B用于提高电源端的电压，使芯片B的驱动引脚GATE输出的电压大于电源端的电压，这样可以使功率驱动电路A的第三端的电压大于第一端的电压。
具体的，如图1所示，功率驱动电路中包括N型场效应管Mp、电容Cesd、电容Cbulk、双向二极管Dtvs、双向二极管Dgs、电阻Rgs和电阻RL。其中，N型场效应管的漏极为功率驱动电路的第一端，源极为功率驱动电路的第二端，栅极为功率驱动电路的第三端。电容Cesd和双向二极管Dtvs的第一端与N型场效应管的漏极连接，第二端用于与接地端连接。电容Cbulk和电阻RL的第一端与N型场效应管的源极连接，第二端用于与接地端连接。电阻Rgs和双向二极管Dgs的第一端与N型场效应管的栅极连接，第二端与N型场效应管的源极连接。芯片的驱动引脚GATE输出的电压大于电源端的电压，即N型场效应管的栅极电压大于漏极电压，可以使N型场效应管Mp导通，进而使电源端向负载端供电。
但是，芯片需要通过通信的方式驱动，这会占用MCU的硬件资源，对驱动信号的时序要求也比较高。为了解决该问题，本发明实施例提供了一种高边驱动电路。
图2示出了本发明实施例提供的高边驱动电路的连接结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的高边驱动电路1000可以包括：第一开关电路100、升压电路200和功率驱动电路300。其中，第一开关电路100的第一端用于连接控制单元，第二端与升压电路200的第一端连接。升压电路200的第二端与功率驱动电路300的第一端连接，功率驱动电路300的第二端用于与电源端连接，第三端用于与负载端连接。
控制单元，用于在功率驱动电路300的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路100导通，还用于在功率驱动电路300的第三端的电压为零时，控制第一开关电路100断开。升压电路200，用于在第一开关电路100导通时使功率驱动电路300的第一端的电压大于第二端的电压，功率驱动电路300导通，电源端向负载端供电，还用于在第一开关电路100断开时，使功率驱动电路300的第一端的电压小于第二端的电压，功率驱动电路300断开，电源端停止向负载端供电。
可选的，控制单元可以是单片机，第一开关电路100的第一端可以与单片机的一个I/O口连接。
在实际应用过程中，功率驱动电路的第三端用于连接负载端，当功率驱动电路的第三端的电压为零时，表明负载端对地短路，为了保证安全，需要切断电源端与负载端的连接，即使功率驱动电路的第二端和第三端断开。而当功率驱动电路的第一端的电压小于第二端的电压时，功率驱动电路的第二端和第三端便可以断开，当功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压时，功率驱动电路的第二端和第三端便可以导通。采用本发明实施例提供的高边驱动电路，当功率驱动电路第三端的电压为零时，控制单元可以控制第一开关电路断开，第一开关电路断开可以使升压电路输出电压小于电源电压，即功率驱动电路的第一端的电压小于第二端的电压，那么功率驱动电路的第二端和第三端便可以断开。当功率驱动电路第三端的电压不为零时，控制单元可以控制第一开关电路导通，第一开关电路断开可以使升压电路输出电压大于电源电压，即功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压，那么功率驱动电路的第二端和第三端便可以导通，电源端向负载端供电。由上述可知，本发明实施例提供的高边驱动电路，在控制功率驱动电路的第二端和第三端导通或关断时，仅仅通过控制单元控制第一开关电路的导通或关断即可，与现有技术中通过通信的方式驱动N型场效应管高边驱动芯片相比，控制方式更加简单。
图3示出了本发明实施例提供的高边驱动电路的电路结构示意图之一。
可选的，结合图2，如图3所示，上述第一开关电路100可以包括：第一三极管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2。第一三极管Q1的发射极用于与电源端连接，基极与第一电阻R1的第一端连接，集电极为第一开关电路100的第二端。第一电阻R1的第二端为第一开关电路100的第一端。第二电阻R2的第一端与第一三极管Q1的发射极连接，第二端与第一电阻R1的第一端连接。且第一三极管Q1为PNP三极管。
当控制单元输出低电平时，第一三极管Q1的基极为低电平，发射极的电压为Vin1，第一三极管Q1导通，那么第一三极管Q1的集电极的电压为Vin2。即第一开关电路100导通，第一开关电路的第二端的电压为Vin2。
需要说明的是，第一三极管Q1的发射极与电源端之间可以通过一个滤波电路连接。当第一三极管Q1导通时，升压电路的输入电压更稳定。也就是说，Vin的值与Vin1的值相等。电源端可以为车辆的供电系统的电源，即电池。
图4示出了本发明实施例提供的高边驱动电路的电路结构示意图之二。
可选的，结合图3，如图4所示，上述升压电路200可以包括：方波生成电路210和升压子电路220。方波生成电路210的第一端为升压电路200的第一端，方波生成电路210的第二端与升压子电路220的第一端连接，升压子电路220的第二端为升压电路200的第二端。
第一开关电路100导通时，向方波生成电路210提供高电压Vin2，方波生成电路210用于根据高电压向升压子电路220输入方波信号V0，升压子电路220用于根据方波信号V0，使功率驱动电路300的第一端的电压大于第二端的电压。第一开关电路100断开时，停止向方波生成电路210提供电压。
可选的，如图4所示，上述方波生成电路210可以包括：反相输入支路、运算放大器U1、同相输入支路。同相输入支路的第一端为方波生成电路210的第一端，第二端与运算放大器U1的同相输入端a连接，第三端与运算放大器U1的输出端c连接，第四端用于与接地端连接。反相输入支路的第一端与运算放大器U1的输出端c连接，第二端与运算放大器U1的反相输入端b连接，第三端用于与接地端连接。运算放大器U1的输出端c为方波生成电路210的第二端，运算放大器U1的正电源端与第一开关电路100的第二端连接，运算放大器U1的负电源端用于与接地端连接。
若方波生成电路210的第一端为高电压，则由同相输入支路的第二端输入运算放大器U1的同相输入端a的电压高于由反相输入支路的第二端输入运算放大器U1的反相输入端b的电压，运算放大器U1的输出端c输出高电平，运算放大器U1的输出端c为反相输入支路的第二端充电。当反相输入支路的第二端b的充电电压大于同相输入端a的电压时，输出端c输出低电平，输出端c停止为反相输入支路的第二端b充电，反相输入支路的第二端b放电，当反相输入支路的第二端b的电压小于同相输入端a的电压时，输出端c输出高电平。
示例性的，如图4所示，上述反相输入支路可以包括：第三电阻R3和第一电容C1。第三电阻R3的第一端、第二端为反相输入支路的第一端，第三端为反相输入支路的第二端。第一电容C1的第一端为反相输入支路的第二端，第二端为反相输入支路的第三端。第三电阻R3为可调电阻。反相输入支路即为电阻-电容（RC）电路。
示例性的，如图4所示，上述同相输入支路可以包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。第四电阻R4的第一端为同相输入支路的第一端，第二端与第五电阻R5的第一端，以及第六电阻R6的第一端连接，第五电阻R5的第二端为同相输入支路的第四端。第六电阻R6的第二端、第七电阻R7的第一端和第二端为同相输入支路的第二端，第七电阻R7的第三端为同相输入支路的第三端。第七电阻R7为可调电阻。
可选的，如图4所示，上述升压子电路220可以包括：第二开关电路2201、第三开关电路2202、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2。第二开关电路2201的第一端与第三开关电路2202的第二端连接，第二端为升压子电路220的第一端，第三端用于与接地端连接。第三开关电路2202的第一端用于与电源端连接，第三端为升压子电路220的第一端。第二电容C2的第一端与第二开关电路2201的第一端连接，第二端与第一二极管D1的负极，以及第二二极管D2的正极连接。第一二极管D1的正极用于与电源端连接，第二二极管D2的负极为升压子电路220的第二端。
当升压子电路220的第一端为高电平时，第三开关电路2202断开，第二开关电路2201导通，第二开关电路2201的第一端为低电平，使第一二极管D1连接的电源端向第二电容C2充电。当升压子电路220的第一端为低电平时，第三开关电路2202连接的电源端继续向第二电容C2充电，以使功率驱动电路300的第一端的电压大于第二端的电压。
示例性的，如图4所示，上述第二开关电路2201包括：第二三极管Q2、第八电阻R8和第九电阻R9。第二三极管Q2的发射极为第二开关电路2201的第三端，集电极为第二开关电路2201的第一端，基极与第八电阻R8的第一端，以及第九电阻R9的第一端连接，第八电阻R8的第二端为第二开关电路2201的第二端，第九电阻R9的第二端为第二开关电路2201的第三端。
示例性的，如图4所示，上述第三开关电路2202包括：第三三极管Q3、第十电阻R10和第十一电阻R11。第三三极管Q3的发射极为第三开关电路2202的第一端，集电极为第三开关电路2202的第二端，基极与第十电阻R10的第一端，以及第十一电阻R11的第一端连接，第十电阻R10的第二端为第三开关电路2202的第二端，第十一电阻R11的第二端为第三开关电路2202的第一端。
可选的，上述功率驱动电路300可以包括第一场效应管Mp。第一场效应管Mp的栅极为功率驱动电路300的第一端，漏极为功率驱动电路300的第二端，源极为功率驱动电路300的第三端。
为了便于本领域技术人员理解，现以高边驱动电路的具体电路结构为例对高边驱动电路进行介绍。
图5示出了本发明实施例提供的高边驱动电路的电路结构示意图之三。如图5所示，高边驱动电路包括第一开关电路100、升压电路200和功率驱动电路300。其中，升压电路200可以包括方波生成电路210和升压子电路220。
示例性的，如图5所示，上述第一开关电路100可以包括：第一三极管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2。第一三极管Q1的发射极用于与电源端连接，基极与第一电阻R1的第一端连接，集电极为第一开关电路100的第二端；第一电阻R1的第二端为第一开关电路100的第一端，第二电阻R2的第一端与第一三极管Q1的发射极连接，第二端与第一电阻R1的第一端连接。
示例性的，如图5所示，上述方波生成电路210可以包括：第三电阻R3、第一电容C1、运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。其中，第三电阻R3的第一端和第二端与运算放大器U1的输出端c连接，第二端与运算放大器U1的反相输入端b连接。第一电容C1的第一端与运算放大器U1的反相输入端b连接，第二端用于与接地端连接。第四电阻R4的第一端与第一三极管Q1的集电极连接，第二端与第五电阻R5的第一端，以及第六电阻R6的第一端连接。第五电阻R5的第二端用于与接地端连接。第六电阻R6的第二端与运算放大器U1的同相输入端a，以及第七电阻R7的第一端和第二端连接。第七电阻R7的第三端与运算放大器U1的输出端连接。运算放大器U1的正电源端与第一三极管Q1的集电极连接，运算放大器U1的负电源端用于与接地端连接。
需要说明的是，第一三极管Q1为PNP型三极管。
示例性的，如图5所示，上述升压子电路220可以包括：第二三极管Q2、第三三极管Q3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1和第二二极管D2。其中，第二三极管Q2的发射极用于与接地端连接，集电极与第三三极管Q3的集电极连接，基极与第八电阻R8的第一端，以及第九电阻R9的第一端连接。第八电阻R8的第二端与运算放大器U1的输出端连接。第九电阻R9的第二端用于与接地端连接。第三三极管Q3的发射极用于与电源端连接，基极与第十电阻R10的第一端，以及第十一电阻R11的第一端连接。第十电阻R10的第二端与运算放大器U1的输出端连接。第十一电阻R11的第二端用于与电源端连接。第二电容C2的第一端与第二二极管D2的集电极连接，第二端与第一二极管D1的负极，以及第二二极管D2的正极连接。第一二极管D1的正极用于与电源端连接，第二二极管D2的负极与第三电容C3的第一端连接。第三电容C3的第二端用于与接地端连接。
需要说明的是，第二三极管Q2为NPN型三极管，第三三极管Q3为PNP型三极管。
示例性的，如图5所示，上述功率驱动电路300可以包括：第一场效应管Mp、电容Cesd、电容Cbulk、双向二极管Dtvs、双向二极管Dgs、电阻Rgs和电阻RL。其中，第一场效应管Mp的漏极为功率驱动电路300的第一端，源极为功率驱动电路300的第二端，栅极为功率驱动电路300的第三端。电容Cesd和双向二极管Dtvs的第一端与第一场效应管Mp的漏极连接，第二端用于与接地端连接。电容Cbulk和电阻RL的第一端与第一场效应管Mp的源极连接，第二端用于与接地端连接。电阻Rgs和双向二极管Dgs的第一端与第一场效应管Mp的栅极连接，第二端与第一场效应管Mp的源极连接。
需要说明的是，第一场效应管Mp为N型场效应管。
结合图5所示的高边驱动电路，以及上述描述，下面介绍高边驱动电路的具体工作过程：
1、负载端对地短路的状态
当检测到第一场效应管Mp的源极的电压Vout为零时，表明负载端对地短路。此时，控制单元向第一三极管Q1的基极提供高电平，而第一三极管Q1的发射极也为高电平，且第一三极管Q1为PNP型三极管，因此第一三极管Q1关断，使得第一三极管Q1的集电极的电压为零，那么方波生成电路，以及升压子电路均停止工作。升压子电路停止工作，使得升压子电路的输出端的电压为零，即第一场效应管Mp的栅极电压为零。而第一场效应管Mp的漏极电压为电源端电压Vin，第一场效应管Mp的漏极电压大于栅极电压，不满足第一场效应管Mp的导通条件，因此，第一场效应管Mp关断，电源端停止向负载端供电。
2、负载端正常工作的状态
当检测到第一场效应管Mp的源极的电压Vout不为零时，表明负载端处于正常工作状态。此时，控制单元向第一三极管Q1的基极提供低电平，而第一三极管Q1的发射极为高电平，且第一三极管Q1为PNP型三极管，因此，第一三极管Q1导通，使得第一三极管Q1的集电极的电压为Vin2，且Vin2大于零（Vin2≈Vin1）。
图6为运算放大器的输出端的电压大于零时的同相输入支路的等效电路，图7为运算放大器的输出端的电压等于零时的同相输入支路的等效电路。
当第一三极管Q1的集电极的电压为Vin2时，如图6所示，当运算放大器U1的输出端的电压大于零时，运算放大器U1的同相输入端a的电压Vth可以通过以下公式（1）表示。如图7所示，当运算放大器U1的输出端的电压为零时，运算放大器U1的同相输入端a的电压Vtl可以通过以下公式（2）表示。
Figure 939735DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 553029DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，Vref表示电阻R4和电阻R5产生的偏置电压。
电容C1进行充放电时，可以产生三角波。电容C1的充电回路为：c-R3-C1-GND1，电容C1的放电回路为：C1-R3-GND1。电容C1的充放电时间t可以通过以下公式（3）表示。
Figure 885922DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中，Ub是电容C1充电最终可达到的电压或者放电最终可达到的电压，Uo是电容C1充电前或放电前的初始电压，Ut是电容C1在t时刻的电压。通过计算电容C1总的充放电时间，即可得出运算放大器U1输出方波的频率。
当第一三极管Q1导通后，初始状态下，电容C1的第一端的电压（即运算放大器U1的反相输入端的电压Ub）为零，而运算放大器U1的同相输入端a的电压为Vth，且Vth大于零，即运算放大器U1的同相输入端a的电压Vth大于反相输入端b的电压，则运算放大器U1的输出端c输出高电平。且运算放大器U1的输出端c向电容C1充电，使运算放大器U1的反相输入端b的电压逐渐增大。当运算放大器U1的反相输入端b的电压Ub大于运算放大器U1的同相输入端a的电压Vth时，运算放大器U1的输出端c输出低电平。此时，运算放大器U1的同相输入端a的电压为Vtl（Vth>Vtl>0），且第一电容C1开始沿放电回路放电，则运算放大器U1的反相输入端b的电压Ub逐渐减小。当运算放大器U1的反相输入端b的电压Ub小于运算放大器U1的同相输入端a的电压为Vtl时，运算放大器U1的输出端c输出高电平。
在第一三极管Q1导通后，第一电容C1可以持续进行充放电。将第一电容C1持续充放电产生的三角波与运算放大器U1的同相输入端的电压Vth和Vtl进行比较，运算放大器U1的输出端c便可以持续的输出方波信号。
需要说明的是，可以通过调节偏置电压Vref，改变运算放大器U1的同相输入端的电压Vth，并改变方波信号的占空比；通过调整第三电阻R3的阻值，可以改变方波信号的频率；通过调整第七电阻R7的阻值，可以改变三角波的频率，以及三角波的幅值。
当方波信号V0为高电平时，第三三极管Q3的基极为高电平，而发射极也为高电平，且第三三极管Q3为PNP型三极管，因此第三三极管Q3关断。第二三极管Q2的基极为高电平，而发射极为低电平，且第二三极管Q2为NPN型三极管，因此第二三极管Q2导通，使第二三极管Q2的集电极为低电平。此时，第一二级管D1的正极电压通过Vin1-D1-Q2形成回路，向第二电容C2进行充电，使得第二电容的第二端d的电压为Vc1。当方波信号V0为高电平时，第二三极管Q2的基极为低电平，而发射极也为低电平，且第二三极管Q2为NPN型三极管，因此第二三极管Q2关断。第三三极管Q3的基极为低电平，而发射极为高电平，且第三三极管Q3为PNP型三极管，因此第三三极管Q3导通，使第三三极管Q3的集电极为低电平。此时，第三三极管Q3的发射极的电压Vin1通过第三三极管Q3继续向第二电容C2充电，使得第二电容的第二端d的电压为Vc1+Vin1。也就是说，在方波信号的一个周期内，第二电容的第二端d的电压为Vc1+Vin1，经过第二二极管D2的压降后，第二二极管D2的负极电压V_PDG为Vc1+Vin1-Vdiode。Vdiode为第二二极管D2的压降。
由上述可知，在方波信号V0的一个周期内，第一场效应管Mp的栅极电压可以达到Vc1+Vin1-Vdiode，而漏极电压仍为Vin。也就是说，第一场效应管Mp的栅极电压大于漏极电压，且满足导通条件Vgs > Vgs(th)，即第一场效应管Mp导通，那么与第一场效应管Mp的漏极连接的电源端，便可以向与第一场效应管Mp的源极连接的负载端供电。
需要理解的是，功率驱动电路中的连接在第一场效应管Mp的栅极和源极之间的电阻Rgs和双向二极管Dgs，可以有效的保证第一场效应管Mp在导通时的栅源电压Vgs稳定在导通电压，且在第一场效应管Mp关闭时，能够起到引流的作用，从而能够有效的保护第一场效应管Mp。且，升压子电路中的第二二极管D2可以防止电流逆向流动，第三电容C3可以用于对第二二极管D2的负极输出的电压进行滤波。电容Cesd为浪涌吸收电容，电容Cbulk用于滤波，瞬态抑制二极管Dtvs，用于保护NMOS管，电阻RL为负载电阻。
综上所述，本发明实施例提供的高边驱动电路，通过使用运算放大器、二极管、三极管、电阻等简单的元器件组成的电路，代替N型场效应管高边驱动芯片，来实现对NMOS管的高边驱动功能，成本低，在电路板上布置灵活、占用资源少、利于产品小型化。且，通过单线IO控制（仅需要控制第一三极管的导通/关断）即可，控制简单，且占用资源少。
另一方面，本发明实施例还提供一种高边驱动电路的驱动方法。该方法可以包括：
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，功率驱动电路导通，电源端向负载端供电。
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压为零时，控制第一开关电路断开，使升压电路的第二端的电压小于电源端的电压，功率驱动电路断开，电源端停止向负载端供电。
可选的，上述控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，以使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，可以包括：
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，第一开关电路导通时，向同相输入支路的第一端提供高电压，根据同相输入支路的第二端输入运算放大器的同相输入端的电压，与反相输入支路的第二端输入运算放大器的反相输入端的电压的大小，运算放大器的输出端输出高电平或低电平。
当运算放大器的输出端输出高电平时，第三开关电路断开，第二开关电路导通，第二开关电路的第一端为低电平，使第一二极管连接的电源端向第二电容充电。
当运算放大器的输出端输出低电平时，第三开关电路连接的电源端继续向第二电容充电，以使功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压。
另一方面，本发明实施例还提供一种电源，该电源可以包括上述图2~图5任一所示的高边驱动电路。
另一方面，本发明实施例还提供一种车辆，该车辆包括上述电源。
高边驱动电路的驱动方法、电源，以车辆的有益效果与高边驱动电路的有益效果相同，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种高边驱动电路，其特征在于，包括：第一开关电路、升压电路和功率驱动电路；
所述第一开关电路的第一端用于连接控制单元，所述第一开关电路的第二端与所述升压电路的第一端连接；所述升压电路的第二端与所述功率驱动电路的第一端连接，所述功率驱动电路的第二端用于与电源端连接，所述功率驱动电路的第三端用于与负载端连接；
所述控制单元，用于在所述功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制所述第一开关电路导通，还用于在所述功率驱动电路的第三端的电压为零时，控制所述第一开关电路断开；
所述升压电路，用于在所述第一开关电路导通时使所述功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压，所述功率驱动电路导通，所述电源端向所述负载端供电，还用于在所述第一开关电路断开时，使所述功率驱动电路的第一端的电压小于第二端的电压，所述功率驱动电路断开，所述电源端停止向所述负载端供电。
2.根据权利要求1所述的高边驱动电路，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一三极管、第一电阻和第二电阻；
所述第一三极管的发射极用于与电源端连接，基极与所述第一电阻的第一端连接，集电极为所述第一开关电路的第二端；
所述第一电阻的第二端为所述第一开关电路的第一端，所述第二电阻的第一端与所述第一三极管的发射极连接，第二端与所述第一电阻的第一端连接；
所述第一三极管为PNP三极管。
3.根据权利要求1或2所述的高边驱动电路，其特征在于，所述升压电路包括方波生成电路和升压子电路；
所述方波生成电路的第一端为所述升压电路的第一端，所述方波生成电路的第二端与所述升压子电路的第一端连接，所述升压子电路的第二端为所述升压电路的第二端；
所述第一开关电路导通时，向所述方波生成电路提供高电压，所述方波生成电路用于根据所述高电压向所述升压子电路输入方波信号，所述升压子电路用于根据所述方波信号，使所述功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压；
所述第一开关电路断开时，停止向所述方波生成电路提供电压。
4.根据权利要求3所述的高边驱动电路，其特征在于，所述方波生成电路包括：反相输入支路、运算放大器、同相输入支路；
所述同相输入支路的第一端为所述方波生成电路的第一端，第二端与所述运算放大器的同相输入端连接，第三端与所述运算放大器的输出端连接，第四端用于与接地端连接；
所述反相输入支路的第一端与所述运算放大器的输出端连接，第二端与所述运算放大器的反相输入端连接，第三端用于与接地端连接；
所述运算放大器的输出端为所述方波生成电路的第二端，所述运算放大器的正电源端与所述第一开关电路的第二端连接，所述运算放大器的负电源端用于与接地端连接。
5.根据权利要求4所述的高边驱动电路，其特征在于，所述反相输入支路包括：第三电阻和第一电容；
所述第三电阻的第一端、第二端为所述反相输入支路的第一端，第三端为所述反相输入支路的第二端；
所述第一电容的第一端为所述反相输入支路的第二端，第二端为所述反相输入支路的第三端；
所述第三电阻为可调电阻。
6.根据权利要求4所述的高边驱动电路，其特征在于，所述同相输入支路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
所述第四电阻的第一端为所述同相输入支路的第一端，第二端与所述第五电阻的第一端，以及所述第六电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端为所述同相输入支路的第四端；
所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端和第二端为所述同相输入支路的第二端，所述第七电阻的第三端为所述同相输入支路的第三端；
所述第七电阻为可调电阻。
7.根据权利要求3所述的高边驱动电路，其特征在于，所述升压子电路包括：第二开关电路、第三开关电路、第二电容、第一二极管和第二二极管；
所述第二开关电路的第一端与所述第三开关电路的第二端连接，第二端为所述升压子电路的第一端，第三端用于与接地端连接，所述第三开关电路的第一端用于与电源端连接，第三端为所述升压子电路的第一端；
所述第二电容的第一端与所述第二开关电路的第一端连接，第二端与所述第一二极管的负极，以及所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管的正极用于与电源端连接，所述第二二极管的负极为所述升压子电路的第二端。
8.根据权利要求7所述的高边驱动电路，其特征在于，所述第二开关电路包括：第二三极管、第八电阻和第九电阻；
所述第二三极管的发射极为所述第二开关电路的第三端，集电极为所述第二开关电路的第一端，基极与所述第八电阻的第一端，以及所述第九电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端为所述第二开关电路的第二端，所述第九电阻的第二端为所述第二开关电路的第三端；
所述第三开关电路包括：第三三极管、第十电阻和第十一电阻；
所述第三三极管的发射极为所述第三开关电路的第一端，集电极为所述第三开关电路的第二端，基极与所述第十电阻的第一端，以及所述第十一电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端为所述第三开关电路的第三端，所述第十一电阻的第二端为所述第三开关电路的第一端；
所述第二三极管为NPN三极管，所述第三三极管为PNP三极管。
9.根据权利要求1或2所述的高边驱动电路，其特征在于，所述功率驱动电路包括第一场效应管；
所述第一场效应管的栅极为所述功率驱动电路的第一端，漏极为所述功率驱动电路的第二端，源极为所述功率驱动电路的第三端。
10.一种高边驱动电路的驱动方法，其特征在于，应用于如权利要求1~9任一项所述的高边驱动电路，包括：
控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，以使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，所述功率驱动电路导通，所述电源端向负载端供电；
所述控制单元在所述功率驱动电路的第三端的电压为零时，控制所述第一开关电路断开，以使所述升压电路的第二端的电压小于电源端的电压，所述功率驱动电路断开，所述电源端停止向所述负载端供电。
11.根据权利要求10所述的高边驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述控制单元在功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制第一开关电路导通，以使升压电路的第二端的电压大于电源端的电压，包括：
所述控制单元在所述功率驱动电路的第三端的电压不为零时，控制所述第一开关电路导通，所述第一开关电路导通时，向同相输入支路的第一端提供高电压，根据同相输入支路的第二端输入运算放大器的同相输入端的电压，与反相输入支路的第二端输入所述运算放大器的反相输入端的电压的大小，所述运算放大器的输出端输出高电平或低电平；
当所述运算放大器的输出端输出高电平时，第三开关电路断开，第二开关电路导通，所述第二开关电路的第一端为低电平，使第一二极管连接的电源端向第二电容充电；
当所述运算放大器的输出端输出低电平时，所述第三开关电路连接的电源端继续向所述第二电容充电，以使所述功率驱动电路的第一端的电压大于第二端的电压。
12.一种电源，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的高边驱动电路。
13.一种车辆，其特征在于，包括权利要求12所述的电源。
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