CN115800966A - 一种高边驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高边驱动电路，该高边驱动电路，包括：控制模块，被配置为输出脉冲宽度调制信号；自举模块，与所述控制模块电连接，被配置为根据所述脉冲宽度调制信号输出自举信号；整流滤波模块，与所述自举模块电连接，被配置为对所述自举信号进行整流滤波后输出直流控制信号；输出模块，与所述整流滤波模块电连接，被配置为根据所述直流控制信号的控制输出电源信号，包括驱动晶体管，所述驱动晶体管为N型晶体管。采用上述技术方案，可以根据脉冲宽度调制信号输出自举信号，并根据整流滤波后输出的直流控制信号控制输出稳定的电源信号，能够提高高边驱动电路的可靠性，降低高边驱动电路的成本。

Description

一种高边驱动电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种高边驱动电路。

背景技术

目前，电源侧的高边开关通常采用P型金属-氧化物-半导体(P-Metal-Oxide-Semiconductor，PMOS)，但是在高电压且大电流的应用场景中，PMOS往往供不应求，并且价格较高。

相对于N型金属-氧化物-半导体(N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)来说，PMOS在高压、大电流的应用场景中，价格贵，供货紧张，这是由晶体管的制造工艺决定的。尤其是在商用的扫地机器人领域中，高边开关应用在大电流的场景较多，合适的PMOS更加不好选择，成本也是比较高，矛盾日益凸显。

发明内容

本发明实施例提供一种高边驱动电路，能够提高高边驱动电路的可靠性，降低高边驱动电路的成本。

本发明实施例提供的一种高边驱动电路，包括：

控制模块，被配置为输出脉冲宽度调制信号；

自举模块，与所述控制模块电连接，被配置为根据所述脉冲宽度调制信号输出自举信号；

整流滤波模块，与所述自举模块电连接，被配置为对所述自举信号进行整流滤波后输出直流控制信号；

输出模块，与所述整流滤波模块电连接，被配置为根据所述直流控制信号的控制输出电源信号，包括驱动晶体管，所述驱动晶体管为N型晶体管。

可选的，所述自举模块的第一输入端与所述控制模块电连接，所述自举模块的第二输入端与电源端电连接，所述自举模块的第三输入端接地；

所述整流滤波模块的第一输入端与所述自举模块的输出端电连接，所述整流滤波模块的第二输入端与所述电源端电连接，所述整流滤波模块的第三输入端与所述输出模块的输出端电连接；

所述驱动晶体管的控制端与所述整流滤波模块的输出端电连接，所述驱动晶体管的第一端与所述电源端电连接，所述驱动晶体管的第二端为所述输出模块的输出端。

可选的，所述自举模块包括第一晶体管、第二晶体管、第二电容和第一二极管；

所述第一晶体管的控制端与所述控制模块电连接，所述第一晶体管的第一端与所述第二电容的第一极板电连接，所述第一晶体管的第二端接地；

所述第二晶体管的控制端与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二晶体管的第一端与所述电源端电连接，所述第二晶体管的第二端与所述第一二极管的阳极电连接；

所述第二电容的第二极板与所述第一二极管的阴极电连接。

可选的，所述自举模块还包括第一电阻和第七电阻；

所述第一电阻的第一端与所述控制模块电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一晶体管的控制端电连接；

所述第七电阻的第一端与所述第一晶体管的控制端电连接，所述第七电阻的第二端接地。

可选的，所述自举模块还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二晶体管的控制端电连接。

可选的，所述自举模块还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述电源端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二电容的第一极板电连接。

可选的，所述第一晶体管为N型晶体管，所述第二晶体管为P型晶体管。

可选的，所述整流滤波模块包括第二二极管、第五电阻和第一电容；

所述第二二极管的阳极与所述整流滤波模块的输出端电连接，所述第二二极管的阴极与所述第五电阻的第一端电连接；

所述第五电阻的第二端与所述驱动晶体管的控制端电连接；

所述第一电容的第一极板与所述驱动晶体管的控制端电连接，所述第一电容的第二极板与所述驱动晶体管的第二端电连接。

可选的，所述整流滤波模块还包括第三电容，所述第三电容的第一极板与所述电源端电连接，所述第三电容的第二极板与所述第二二极管的阴极电连接。

可选的，所述整流滤波模块还包括第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述驱动晶体管的控制端电连接，所述第六电阻的第二端与所述驱动晶体管的第二端电连接。

本发明实施例提供的高边驱动电路，通过设置控制模块、自举模块、整流滤波模块以及输出模块，并通过控制模块输出脉冲宽度调制信号，自举模块根据脉冲宽度调制信号输出自举信号，再通过整流滤波模块对自举信号进行整流滤波，输出直流控制信号，最后，输出模块根据直流控制信号的控制输出稳定的电源信号，即能够提高高边驱动电路的可靠性，此外，采用驱动晶体管为N型晶体管，能够降低高边驱动电路的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高边驱动电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高边驱动电路的电气原理图；

图3为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中控制模块输出的脉冲宽度调制信号变化示意图；

图4为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中自举模块中第二电容充满电后电压变化示意图；

图5为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中整流滤波模块输出的直流控制信号的电压变化示意图；

图6为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中驱动晶体管输出的电源信号的电压变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种高边驱动电路的结构示意图。如图1所示，高边驱动电路，包括：控制模块100，被配置为输出脉冲宽度调制信号。自举模块200，与控制模块100电连接，被配置为根据脉冲宽度调制信号输出自举信号。整流滤波模块300，与自举模块200电连接，被配置为对自举信号进行整流滤波后输出直流控制信号。输出模块400，与整流滤波模块300电连接，被配置为根据直流控制信号的控制输出电源信号，包括驱动晶体管，驱动晶体管为N型晶体管。

具体的，控制模块100可以输出脉冲宽度调制信号，脉冲宽度调制信号可以通过改变方波占空比来改变波形，脉冲宽度调制信号可以是高电平也可以是低电平。自举模块200通过与控制模块100电连接，能够接收控制模块100输出的脉冲宽度调制信号，即当控制模块100输出的脉冲宽度调制信号为高电平时，自举模块200中的晶体管导通，电源电压可以给自举模块200充电；当控制模块100输出的脉冲宽度调制信号为低电平时，自举模块200中的晶体管关断，自举模块200停止充电。

示例性的，电源电压可以是24V，通过控制模块100输出的高低电平交替变化的脉冲宽度调制信号可以使自举模块200进行充电以及停止充电的循环，直至自举模块200充满电，即电压维持在24V，随后，由于脉冲宽度调制信号高低电平交替变化，能够使自举模块200输的自举信号的电压在24V-48V之间进行跳变。

进一步的，自举模块200可以根据控制模块100输出的高低电平交替变化的脉冲宽度调制信号输出自举信号，整流滤波模块300通过与自举模块200电连接，能够接收自举模块200输出的24V-48V之间跳变自举信号，即交流信号通过整流滤波模块300后输出直流控制信号。直流控制信号可以作用于驱动晶体管的栅极，示例性的，经过整流滤波模块300后输出直流控制信号可以是40V，即驱动晶体管的栅极可以接收整流滤波模块300输出的稳定的驱动电压，由于驱动晶体管为N型晶体管，栅极相对于源极的电压可以是10V，当栅极相对于源极的电压大于10V时，可以使驱动晶体管导通，进而输出模块400根据直流控制信号的控制输出稳定的电源信号。示例性的，输出模块400输出的电源信号可以是24V。

本发明实施例提供的高边驱动电路，通过设置控制模块、自举模块、整流滤波模块以及输出模块，并通过控制模块输出脉冲宽度调制信号，自举模块根据脉冲宽度调制信号输出自举信号，再通过整流滤波模块对自举信号进行整流滤波，输出直流控制信号，最后，输出模块根据直流控制信号的控制输出稳定的电源信号，即能够提高高边驱动电路的可靠性，此外，采用驱动晶体管为N型晶体管，能够降低高边驱动电路的成本。

可选的，图2为本发明实施例提供的一种高边驱动电路的电气原理图。如图2所示，自举模块200的第一输入端与控制模块100电连接，自举模块200的第二输入端与电源端VCC电连接，自举模块200的第三输入端接地GND。整流滤波模块300的第一输入端与自举模块200的输出端电连接，整流滤波模块300的第二输入端与电源端VCC电连接，整流滤波模块300的第三输入端与输出模块400的输出端电连接。驱动晶体管Q3的控制端与整流滤波模块300的输出端电连接，驱动晶体管Q3的第一端与电源端VCC电连接，驱动晶体管Q3的第二端为输出模块400的输出端。

具体的，继续参考图2，自举模块200的第一输入端与控制模块100电连接，即控制模块100输出的脉冲宽度调制信号可以通过自举模块200的第一输入端传输至自举模块200。此外，自举模块200的第二输入端与电源端VCC电连接，能够接收电源信号，实现对自举模块200的充电功能。进一步的，自举模块200输出的自举信号经过整流滤波模块300的第一输入端传输至整流滤波模块300，整流滤波模块300能够将自举模块200输出的交流信号进行整流滤波，进而输出直流控制信号，并通过整流滤波模块300的第三输入端传输至输出模块400，控制输出模块400输出稳定的电源信号。

进一步的，驱动晶体管Q3的控制端可以是驱动晶体管Q3的栅极G，也就是说，整流滤波模块200的输出端输出的直流控制信号通过驱动晶体管Q3的栅极G传输至输出模块400。驱动晶体管Q3的第一端可以是驱动晶体管Q3的漏极D，即漏极D与电源端VCC电连接，用于接收电源信号。驱动晶体管Q3的第二端可以是驱动晶体管Q3的源极S，用于输出电源信号。由于驱动晶体管Q3为N型晶体管，示例性的，栅极G相对于源极S的电压VGS可以为预设值10V，当栅极G的电压VG与源极S的电压VS之间的差值大于VGS的预设值10V，即可以实现驱动晶体管Q3的导通，进而驱动晶体管Q3的源极S能输出稳定的电源信号。

可选的，继续参考图2，自举模块200包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第二电容C2和第一二极管D1。第一晶体管Q1的控制端与控制模块100电连接，第一晶体管Q1的第一端与第二电容C2的第一极板电连接，第一晶体管Q1的第二端接地GND。第二晶体管Q2的控制端与第二电容C2的第一极板电连接，第二晶体管Q2的第一端与电源端VCC电连接，第二晶体管Q2的第二端与第一二极管D1的阳极电连接。第二电容C2的第二极板与第一二极管D1的阴极电连接。

示例性的，第一晶体管Q1可以为N型晶体管，第二晶体管Q2可以为P型晶体管。具体的，当控制模块100输出的脉冲宽度调制信号为高电平时，脉冲宽度调制信号传输至第一晶体管Q1的控制端，控制第一晶体管Q1导通，并且由于第二晶体管Q2的控制端的电压小于第一端的电压，即第二晶体管Q2的栅极电压小于源极电压，可以使得第二晶体管Q2导通，进而第二晶体管Q2的第二端能够控制第一二极管D1导通，因此可以通过自举模块200给第二电容C2充电。当控制模块100输出的脉冲宽度调制信号为低电平时，第一晶体管Q1以及第二晶体管Q2关断，即第二电容C2停止充电。

需要说明的是，通过控制模块100输出的高低电平交替变化的脉冲宽度调制信号可以使自举模块200中的进行第二电容C2充电以及停止充电的循环，直至第二电容C2的电压与电源端VCC的电压相等时，说明第二电容C2达到充满电的状态。

可选的，继续参考图2，自举模块200还包括第一电阻R1和第七电阻R7。第一电阻R1的第一端与控制模块100电连接，第一电阻R1的第二端与第一晶体管Q1的控制端电连接。第七电阻R7的第一端与第一晶体管Q1的控制端电连接，第七电阻R7的第二端接地GND。

具体的，第一电阻R1的第一端与控制模块100电连接并且第一电阻R1的第二端与第一晶体管Q1的控制端电连接，一方面第一电阻R1能够与第七电阻R7组成分压电路，另一方面第一电阻R1能够限制第一晶体管Q1控制端的电流，实现对第一晶体管Q1的保护作用。

可选的，继续参考图2，自举模块200还包括第二电阻R2，第二电阻R2的第一端与第二电容C2的第一极板电连接，第二电阻R2的第二端与第二晶体管Q2的控制端电连接。

具体的，第二电阻R2的第二端与第二晶体管Q2的控制端电连接，限制第二晶体管Q2控制端的电流，实现对第二晶体管Q2的保护作用。

可选的，继续参考图2，自举模块200还包括第三电阻R3，第三电阻R3的第一端与电源端VCC电连接，第三电阻R3的第二端与第二电容C2的第一极板电连接。

具体的，第三电阻R3的第一端与电源端VCC电连接，能够避免第一晶体管Q1导通时，电源端VCC通过第一晶体管Q1直接接地GND，可以防止因通过第一晶体管Q1的电流过大而造成第一晶体管Q1损坏。因此，通过设置第三电阻R3能够实现对第一晶体管Q1的保护作用。

可选的，继续参考图2，第一晶体管Q1为N型晶体管，第二晶体管Q1为P型晶体管。

具体的，第一晶体管Q1为N型晶体管，第二晶体管Q1为P型晶体管。当控制模块100输出的脉冲宽度调制信号为高电平时，脉冲宽度调制信号传输至第一晶体管Q1的控制端，由于第一晶体管Q1的控制端的电压大于第二端的电压，即第一晶体管Q1的栅极电压大于源极电压，能够控制第一晶体管Q1导通，并且由于第二晶体管Q2的控制端的电压小于第一端的电压，即第二晶体管Q2的栅极电压小于源极电压，可以使得第二晶体管Q2导通，进而第二晶体管Q2的第二端能够控制第一二极管D1导通，因此可以通过自举模块200给第二电容C2充电。当控制模块100输出的脉冲宽度调制信号为低电平时，第一晶体管Q1以及第二晶体管Q2关断，即第二电容C2停止充电。

可选的，继续参考图2，整流滤波模块300包括第二二极管D2、第五电阻R5和第一电容C1。第二二极管D2的阳极与整流滤波模块300的输出端电连接，第二二极管D2的阴极与第五电阻R5的第一端电连接。第五电阻R5的第二端与驱动晶体管Q3的控制端电连接。第一电容C1的第一极板与驱动晶体管Q3的控制端电连接，第一电容C1的第二极板与驱动晶体管Q3的第二端电连接。

具体的，第二二极管D2的阳极与整流滤波模块300的输出端电连接，能够接收自举模块200输出的自举信号，由于自举模块200中的第二电容C2充满电后会进行放电，并且控制模块100输出的脉冲宽度调制信号会进行高电平与低电平的跳变，进而整流滤波模块300中的第二二极管D2的阳极会接收自举模块输出的交流信号，该交流信号会经过第一电容C1与第五电阻R5组成的RC滤波器进行整流滤波，进而输出直流控制信号。进一步的，第二二极管D2具有单向导通性能，在第二二极管D2不导通时，由于连接的是驱动晶体管Q3的控制端，不是负载，所以电压可以稳定在某一个值。利用第二二极管D2的单向导通性进行滤波。第一电容C1在充放电时，能够起到稳定电压的作用，即整流滤波模块300能够实现整流和滤波的功能。

可选的，继续参考图2，整流滤波模块300还包括第三电容C3，第三电容C3的第一极板与电源端VCC电连接，第三电容C3的第二极板与第二二极管D2的阴极电连接。

具体的，第三电容C3的第一极板与电源端VCC电连接，第三电容C3的第二极板与第二二极管D2的阴极电连接，能够使整流滤波模块300输出稳定的直流控制信号，避免信号波动。

可选的，继续参考图2，整流滤波模块300还包括第六电阻R6，第六电阻R6的第一端与驱动晶体管Q3的控制端电连接，第六电阻R6的第二端与驱动晶体管Q3的第二端电连接。

具体的，通过设置第六电阻R6，第六电阻R6的电阻值比较大，经过第六电阻R6的电流较小，即实现驱动晶体管Q3控制端与第二端的电压差较小，即当第二电容C2在没有完全充满电的情况下，能够防止驱动晶体管Q3误导通，当C2在充满电的情况下，能够实现驱动晶体管Q3控制端与第二端的电压差较大，进而使驱动晶体管Q3导通。

示例性的，图3为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中控制模块输出的脉冲宽度调制信号变化示意图。图4为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中自举模块中第二电容充满电后电压变化示意图。图5为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中整流滤波模块输出的直流控制信号的电压变化示意图。

图6为本发明实施例提供的一种高边驱动电路中驱动晶体管输出的电源信号的电压变化示意图。如图2-图6所示，当电源端VCC的电压为24V时，通过控制模块100输出的高低电平交替变化的脉冲宽度调制信号可以使自举模块200中的第二电容C2进行充电以及停止充电的循环，直至自举模块200充满电，即电压维持在24V，随后，由于脉冲宽度调制信号高低电平交替变化，能够使自举模块200中第二电容C2的电压在24V-48V之间进行跳变。随着第二电容C2逐渐充满电，维持在24V，随后逐渐在24V-48V之间跳变，并输出自举信号，交流自举信号通过第二二极管D2和第一电容C1以及第五电阻R5进行RC滤波，第二电容C2的电压值在24V-48V之间跳变，参考图5，整流滤波模块300能够将自举信号整流成稳定的驱动电压VG，VG在40V波动。驱动晶体管Q3的VGS可以在10V左右，只要满足VCC_OUT的电压大于10V即可以让驱动晶体管Q3完全导通。驱动晶体管Q3导通后，驱动晶体管Q3的第二端能够输出稳定的电源信号，参考图6，电源信号的电压为24V。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种高边驱动电路，其特征在于，包括：

控制模块，被配置为输出脉冲宽度调制信号；

自举模块，与所述控制模块电连接，被配置为根据所述脉冲宽度调制信号输出自举信号；

整流滤波模块，与所述自举模块电连接，被配置为对所述自举信号进行整流滤波后输出直流控制信号；

输出模块，与所述整流滤波模块电连接，被配置为根据所述直流控制信号的控制输出电源信号，包括驱动晶体管，所述驱动晶体管为N型晶体管。

2.根据权利要求1所述的高边驱动电路，其特征在于，所述自举模块的第一输入端与所述控制模块电连接，所述自举模块的第二输入端与电源端电连接，所述自举模块的第三输入端接地；

所述整流滤波模块的第一输入端与所述自举模块的输出端电连接，所述整流滤波模块的第二输入端与所述电源端电连接，所述整流滤波模块的第三输入端与所述输出模块的输出端电连接；

所述驱动晶体管的控制端与所述整流滤波模块的输出端电连接，所述驱动晶体管的第一端与所述电源端电连接，所述驱动晶体管的第二端为所述输出模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的高边驱动电路，其特征在于，所述自举模块包括第一晶体管、第二晶体管、第二电容和第一二极管；

所述第一晶体管的控制端与所述控制模块电连接，所述第一晶体管的第一端与所述第二电容的第一极板电连接，所述第一晶体管的第二端接地；

所述第二晶体管的控制端与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二晶体管的第一端与所述电源端电连接，所述第二晶体管的第二端与所述第一二极管的阳极电连接；

所述第二电容的第二极板与所述第一二极管的阴极电连接。

4.根据权利要求3所述的高边驱动电路，其特征在于，所述自举模块还包括第一电阻和第七电阻；

所述第一电阻的第一端与所述控制模块电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一晶体管的控制端电连接；

所述第七电阻的第一端与所述第一晶体管的控制端电连接，所述第七电阻的第二端接地。

5.根据权利要求3所述的高边驱动电路，其特征在于，所述自举模块还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第二电容的第一极板电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二晶体管的控制端电连接。

6.根据权利要求3所述的高边驱动电路，其特征在于，所述自举模块还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述电源端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二电容的第一极板电连接。

7.根据权利要求3所述的高边驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管为N型晶体管，所述第二晶体管为P型晶体管。

8.根据权利要求2所述的高边驱动电路，其特征在于，所述整流滤波模块包括第二二极管、第五电阻和第一电容；

所述第二二极管的阳极与所述整流滤波模块的输出端电连接，所述第二二极管的阴极与所述第五电阻的第一端电连接；

所述第五电阻的第二端与所述驱动晶体管的控制端电连接；

所述第一电容的第一极板与所述驱动晶体管的控制端电连接，所述第一电容的第二极板与所述驱动晶体管的第二端电连接。

9.根据权利要求8所述的高边驱动电路，其特征在于，所述整流滤波模块还包括第三电容，所述第三电容的第一极板与所述电源端电连接，所述第三电容的第二极板与所述第二二极管的阴极电连接。

10.根据权利要求8所述的高边驱动电路，其特征在于，所述整流滤波模块还包括第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述驱动晶体管的控制端电连接，所述第六电阻的第二端与所述驱动晶体管的第二端电连接。

Images