CN115993480B - 一种用于桥式驱动电路的过流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥式驱动电路的过流检测技术领域，公开了一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，包括第一采样单元、启动单元和开关单元；第一采样单元按比例采集流过桥式驱动电路的第一开关管的电流，并输出第一采集电压；启动单元接收第一采集电压，在第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号；开关单元包括控制端和输出端，在接收到启动信号时，输出端的电压电平状态从第一电平状态变为第二电平状态；在实际使用时，启动单元在第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号，从而控制开关单元的输出端的电平状态，通过开关单元的输出端的电平状态改变改变输出电平状态实现过流检测，整体结构简单，而且由于没有比较器，不用担心出现失调情况。

Description

一种用于桥式驱动电路的过流检测电路

技术领域

本发明涉及桥式驱动电路的过流检测技术领域，具体涉及一种用于桥式驱动电路的过流检测电路。

背景技术

在电机驱动电路中，常采用桥式驱动电路来控制电机的电流流向，而通过控制电机的电流流向可以控制电机的转动方向。桥式驱动电路按照驱动类型可以分为半桥驱动电路和全桥驱动电路，其中常用的全桥驱动电路如图1所示，包括MOS管N1、MOS管N2、MOS管N3和MOS管N4。在实际使用时，MOS管N1和MOS管N4同时导通，MOS管N3和MOS管N2同时关断，且在MOS管N1导通时MOS管N3关断、在MOS管N1关断时MOS管N3导通。

由于图1所示的全桥驱动电路要驱动电机转动，然后电机转动再带动负载转动，因此电机在实际使用时会存在过载或者负载短路的情况。而电机出现过载或者负载短路的情况时，会出现大电流情况，即会产生输入到MOS管N1～MOS管N4的大电流，最终会导致MOS管N1～MOS管N4被烧坏。

为了保护MOS管N1～MOS管N4，会在电机驱动电路中增加过流检测电路，这样在出现过流情况时过流检测电路会关断MOS管N1～MOS管N4，从而保护MOS管N1～MOS管N4。常用的过流保护电路如图2所示，包括电流检测电路、高低压转换电路、比较器CMP、缓冲器BUF和延时电路，其中电流检测电路用于检测负载电流ILOAD的大小，并输出检测高压信号，高低压转换电路将高压信号转换为低压信号，然后通过比较器CMP对低压信号和基准电压进行比较，比较器CMP的比较输出结果经过缓冲器BUF和延时电路后去控制MOS管N1～MOS管N4的通断。但是图2所示的过流检测电路存在以下缺陷：

首先由于包括多个功能处理电路，导致结构复杂，精度较差。例如产生基准电压的基准电路结构复杂，而且存在工艺偏差；例如比较器存在失调，精度较差。

另外由于电路结构复杂，导致电路在集成在PCB板上或者集成在芯片上时需要的面积较大，经济性较差，不利于推广；而且在缓冲器BUF和延时电路的作用下，会影响控制实时性。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，所要解决的技术问题是现有全桥驱动电路的过流检测电路结构复杂，占用电路面积较大。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，包括：

第一采样单元，被配置于按比例采集流过所述桥式驱动电路的第一开关管的电流，并输出第一采集电压，所述第一采集电压与流过第一开关管的电流正相关；

启动单元，接收所述第一采集电压，在所述第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号；

开关单元，包括控制端和输出端，所述控制端与所述启动单元的启动信号输出端电连接；所述开关单元接收到所述启动信号时，所述输出端的电压电平状态从第一电平状态变为第二电平状态。

在某种实施方式中，本发明还包括第二采样单元，所述第二采样单元被配置于按比例采集流过所述桥式驱动电路的第二开关管的电流，并输出第二采集电压，所述第二采集电压与流过第二开关管的电流正相关；所述启动单元接收所述第二采集电压，在所述第二采集电压大于开启阈值时输出启动信号。

在某种实施方式中，所述第一采样单元包括MOS管N5和电阻R1；所述第二采样单元包括MOS管N6；所述电阻R1一端被配置于输入工作电源，所述电阻R1另一端分别与所述MOS管N5的漏极和MOS管N6的漏极电连接，被配置于输出第一采集电压或者第二采集电压；所述MOS管N5的栅极被配置于与所述第一开关管的栅极电连接；所述MOS管N6的栅极被配置于与所述第二开关管的栅极电连接。

在某种实施方式中，所述启动单元包括三极管Q1，所述三极管Q1的发射极被配置于输入工作电源，所述三极管Q1的基极接收所述第一采集电压或者第二采集电压，所述三极管Q1的集电极在所述第一采集电压或者第二采集电压大于开启阈值时输出所述启动信号。

在某种实施方式中，本发明还包括箝压单元，所述箝压单元与三极管Q1的集电极电连接，被配置于将三极管Q1的集电极电压箝位至三极管Q1的Vce耐压范围内。

在某种实施方式中，所述箝压单元包括稳压二极管D2、MOS管P1和偏置电流产生单元，所述稳压二极管D2的阴极被配置于输入工作电源，所述稳压二极管D2的阳极分别与所述偏置电流产生单元和MOS管P1的栅极电连接，所述偏置电流产生单元被配置于产生电流方向为稳压二极管D2的阴极到稳压二极管D2阳极的偏置电流，所述MOS管P1的源极与三极管Q1的集电极电连接，所述启动信号经过所述MOS管P1输入到开关单元。

在某种实施方式中，本发明还包括信号转换单元，所述信号转换单元与所述输出端电连接，被配置于将所述输出端的电压电平从高电平状态转换为低电平状态或者从低电平状态转换为高电平状态。

在某种实施方式中，所述信号转换单元包括反相器，所述反相器的输入端与所述开关单元的输出端电连接。

在某种实施方式中，所述开关单元包括MOS管N7、电阻R2和电阻R3；所述电阻R3一端被配置于输入内部电源，所述电阻R3另一端与所述MOS管N7的漏极电连接，所述MOS管N7的漏极为开关单元的输出端；所述MOS管N7的栅极为所述开关单元的控制端，与所述电阻R2一端电连接，所述电阻R2另一端接地；所述MOS管N7的源极接地。

在某种实施方式中，本发明还包括稳压二极管D1和电容C1，所述MOS管N7的栅极分别与稳压二极管D1的阴极和电容C1一端电连接，所述稳压二极管D1的阳极和电容C1另一端均接地。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：首先只需要第一采样单元采集流过桥式驱动电路的第一开关管的电流大小并输出第一采集电压，其中第一采集电压与流过第一开关管的电流正相关，然后启动单元在第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号，从而控制开关单元的输出端的电平状态，通过开关单元的输出端的电平状态改变实现过流检测，整体结构简单，而且由于没有比较器，不用担心出现失调情况；另外启动单元只有在第一采集电压大于开启阈值时才输出启动信号，因此在流过第一开光管的电流不是过流时，启动单元是不输出启动信号的，因此可以降低功耗，不用像现有过流检测电路那样一种进行电压转换、电压比较。

附图说明

图1为现有桥式驱动电路的电路图；

图2为现有过流检测电路的结构图；

图3为本发明的过流检测电路的第一种结构示意图；

图4为本发明的过流检测电路的第二种结构示意图；

图5为本发明的过流检测电路的第三种结构示意图；

图6为本发明的第一种实施电路图；

图7为本发明的第二种实施电路图；

图8为本发明的第三种实施电路图。

图中：1、第一采样单元，2、启动单元2，3、开关单元，4、第二采样单元，5、信号转换单元，6、箝压单元。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图3所示，一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，包括：

第一采样单元1，被配置于按比例采集流过桥式驱动电路的第一开关管的电流，并输出第一采集电压，第一采集电压与流过第一开关管的电流正相关；

启动单元2，接收第一采集电压，在第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号；

开关单元3，包括控制端和输出端，控制端与启动单元2的启动信号输出端电连接；开关单元3接收到启动信号时，输出端的电压电平状态从第一电平状态变为第二电平状态。

本实施例中，第一电平状态为高电平状态，第二电平状态为低电平状态。在实际使用时，第一采集电压反应了流过第一开关管的电流的大小，流过第一开关管的电流越大，第一采集电压越大。而启动单元2基于第一采集电压的大小来决定是否输出控制开关单元3的输出端的电压电平状态是否改变的启动信号，通过开关单元3的输出端的电压电平状态是否改变可以判断是否过流。整个电路结构简单，占用面积小，且不需要比较器一直进行电压比较，不会出现失调情况，检测精度高。另外由于启动单元2只在第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号，在第一采集电压大小于开启阈值时不输出启动信号，因此能降低第一采集电压小于开启阈值时电路的使用功耗。

在实际使用时，对于半桥驱动电路（包括上开关管和下开关管）或者全桥驱动电路（包括两个驱动支路，每个驱动支路包括上开关管和下开关管），可以根据实际检测需求来使用第一采样单元1检测流过桥式驱动电路的对应开关管的电流大小。如果是半桥驱动电路，则使用第一采样单元1采集流过半桥驱动电路的上开关管的电流大小。如果是全桥驱动电路，第一采样单元1只能采集全桥驱动电路的一条驱动支路的上开关管的电流大小。因此第一开关管的选择可以依据具体检测需求选择。

具体地，在图1所示的全桥驱动电路中，其包括两条驱动支路，分别为MOS管N1和MOS管N4组成的第一驱动支路，MOS管N2和MOS管N3组成的第二驱动支路。对于图3所示的过流检测电路，其只能检测一个驱动支路是否过流，例如检测第一驱动支路是否过流即检测流过MOS管N1的电流是否过流。但是图1所示的桥式驱动电路的两条驱动支路都需要工作，因此需要检测两条驱动支路是否都会出现过流。

基于上述考虑，如图4所示，本发明还包括第二采样单元4，第二采样单元4被配置于按比例采集流过桥式驱动电路的第二开关管（MOS管N3）的电流，并输出第二采集电压，第二采集电压与流过第二开关管的电流正相关；启动单元接收第二采集电压，在第二采集电压大于开启阈值时输出启动信号。

在实际使用时，通过第一采样单元1第二采样单元4可以采集桥式驱动电路的两条驱动支路的电流，由于两条驱动支路不会同时流入电流，因此通过一个启动单元2就能对第一采样单元1和第二采样单元4的输出电压分别进行处理，从而简化了电路结构。

在数字电路中，高电平和低电平是一个范围内的电平信号，为了保证本发明的最终输出信号相对稳定，如图5所示，本发明还包括信号转换单元5，信号转换单元5与输出端电连接，被配置于将输出端的电压电平从高电平状态转换为低电平状态或者从低电平状态转换为高电平状态。在实际使用时，经过信号转换单元5的转换后，信号转换单元5输出的信号为第一幅值的高电平信号或者为第二幅值的低电平信号，其幅值并不是会在范围内变化。

现在对本发明的具体电路进行说明，如图6所示，在本发明的第一种实施电路中，第一采样单元1包括MOS管N5和电阻R1；第二采样单元4包括MOS管N6；电阻R1一端被配置于输入工作电源VS，电阻R1另一端分别与MOS管N5的漏极和MOS管N6的漏极电连接，被配置于输出第一采集电压或者第二采集电压；MOS管N5的栅极被配置于与第一开关管（在图1中为MOS管N1）的栅极电连接；MOS管N6的栅极被配置于与第二开关管（在图1中为MOS管N3）的栅极电连接。

在图6中，启动单元2包括三极管Q1，三极管Q1的发射极被配置于输入工作电源VS，三极管Q1的基极接收第一采集电压或者第二采集电压，三极管Q1的集电极在第一采集电压或者第二采集电压大于开启阈值时输出启动信号。

在实际使用时，MOS管N5和MOS管N6为采样功率管。假设第一采样单元1采集到的电流为I1，此时电阻R1上的压降为I1*R1，当I1*R1大于三极管Q1的Vbe（基极与发射极电压差）时，三极管Q1导通，三极管Q1的集电极输出启动信号。由于三极管Q1是否输出启动信号由电流I1和电阻R1决定，因此通过设置电阻R1的阻值和选择不同尺寸的MOS管N5可以设置过流阈值的大小。

在图6中，开关单元3包括MOS管N7、电阻R2和电阻R3，电阻R3一端被配置于输入内部电源VCC，电阻R3另一端与MOS管N7的漏极电连接，MOS管N7的栅极为开关单元的控制端，与电阻R2一端电连接，电阻R2另一端接地，MOS管N7的源极接地，MOS管N6的漏极为开关单元的输出端。

在实际使用时，内部电源VCC的电压依据实际情况设置，当MOS管N7没被导通时，内部电源VCC将MOS管N7的漏极电压拉高至高电平状态。当启动单元2输出启动信号时，启动信号在电阻R2上产生压降，从而提高MOS管N7的栅极电压，使MOS管N7开启，当MOS管N7开启后，MOS管N7的漏极的电压被拉低为低电平状态。

在图6中，信号转换单元5包括反相器X1，反相器X1的输入端与开关单元3的输出端即与MOS管N7的漏极电连接。

电机在实际使用时，可能存在瞬时的过电流情况，但是这种情况下并不需关断MOS管N1～MOS管N4，基于此，如图7所示，在本发明的第二种实施电路中，本发明还包括电容C1，MOS管N7的栅极通过电容C1接地，当启动单元2输出启动信号时，启动信号先对电容C1充电，当电容C1上的电压达到MOS管N7的开启电压时，MOS管N7才能导通。因此通过电容C1可以实现MOS管N7的延时开启，避免MOS管N7出现误导通情况。

另外，如果启动信号的电压幅值过高，可能会击穿MOS管N7，因此本实施例中，本发明还包括稳压二极管D1，MOS管N7的栅极与稳压二极管D1的阴极电连接，稳压二极管D1的阳极接地。在实际使用时，通过稳压二极管D1来保持MOS管N7的栅极电压稳定，从而避免MOS管N7出现击穿现象。

同样的，对于三极管Q1，如果所使用的工艺使三极管的Vce（集电极与发射极的电压）的耐压较低，三极管Q1也可能出现击穿情况。基于此，如图8所示，在本发明的第三种实施电路中，本发明还包括箝压单元6，箝压单元6与三极管Q1的集电极电连接，被配置于将三极管Q1的集电极电压箝位至三极管Q1的Vce耐压范围内。

具体地，箝压单元6包括稳压二极管D2、MOS管P1和偏置电流产生单元，偏置电流产生单元包括MOS管N8和MOS管N9，MOS管N8的栅极与MOS管N9的栅极电连接，MOS管N8的源极和MOS管N9的源极接地，MOS管N8的漏极被配置于输入参考电流；稳压二极管D2的阴极被配置于输入工作电源VS，稳压二极管D2的阳极分别与MOS管N9的漏极和MOS管P1的栅极电连接，MOS管P1的源极与三极管Q1的集电极电连接，启动信号经过MOS管P1输入到开关单元3。

在实际使用时，假设稳压二极管D2的压降为Vzener，则此时三极管Q1的集电极的电压为VS-Vzener+Vgs，Vgs为MOS管P1的栅源电压。从三极管Q1的集电极电压计算公式可以得到，在设置了箝压单元6后，三极管Q1的集电极电压得到了降低，进而能保护三极管Q1避免击穿。

以图8所示的电路为例，本发明电路的工作流程如下：

第一采样单元1采集到电流I1，第二采样单元4采集到电流I2，以第一采样单元1采集到电流I1为例，当图1中的负载电流ILOAD小于设定的额定阈值前，电流I1在电阻R1上的压降（为I1*R1）小于三极管Q1的Vbe，此时三极管Q1关断，MOS管P1关断，MOS管N7的栅极电位被电阻R2拉到地，MOS管N7关断，MOS管N7的漏极被内部电源VCC拉高为高电平状态，最终反相器X1输出低电平信号；

当图1中的负载电流ILOAD增大时，电流I1逐渐增大，此时电阻R1上的压降增加，当压降大于三极管Q1的Vbe时，三级管Q1和MOS管P1均导通，此时启动单元2输出启动信号，产生输入到电阻R2上的电流，由于电容C1的存在，电阻R2上的电压不会被瞬间拉高，该电流先对电容C1充电，使电容C1上的电压逐渐升高，最终使MOS管N7导通，在MOS管N7导通时，MOS管N7的漏极被拉低至低电平状态，反相器X1输出数字电平信号，基于该数字电平信号可以控制 MOS管N1～MOS管N4关断；另外通过稳压二极管D1可以对MOS管N7的栅极进行稳压，避免MOS管N7被击穿。

综上，本发明相对现有技术具有以下优点：

a：电路结构简单，占用面积少，成本低，且不用比较器进行电压比较，不会存在失调情况，检测精度高；

b：通过设置电阻R1的大小可以设置不同的过流检测阈值，可灵活应用；

c：通过电容C1可以检查出误过流检测情况，通过稳压二极管D1可以避免MOS管N7被击穿；

d：通过设置箝压单元6可以降低三级管Q1的集电极电压，避免三级管Q1被击穿；

e：在桥式驱动电路的电流正常时，启动单元2不输出启动信号，这样能在桥式驱动电路的电流正常时能降低过流检测电路的功耗。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，其特征在于，包括

第一采样单元，被配置于按比例采集流过所述桥式驱动电路的第一开关管的电流，并输出第一采集电压，所述第一采集电压与流过第一开关管的电流正相关；

启动单元，接收所述第一采集电压，在所述第一采集电压大于开启阈值时输出启动信号；所述启动单元包括三极管Q1，所述三极管Q1的发射极被配置于输入工作电源，所述三极管Q1的基极接收所述第一采集电压或者第二采集电压，所述三极管Q1的集电极在所述第一采集电压或者第二采集电压大于开启阈值时输出所述启动信号；

开关单元，包括控制端和输出端，所述控制端与所述启动单元的启动信号输出端电连接；所述开关单元接收到所述启动信号时，所述输出端的电压电平状态从第一电平状态变为第二电平状态；

第二采样单元，所述第二采样单元被配置于按比例采集流过所述桥式驱动电路的第二开关管的电流，并输出第二采集电压，所述第二采集电压与流过第二开关管的电流正相关；所述启动单元接收所述第二采集电压，在所述第二采集电压大于开启阈值时输出启动信号；

箝压单元，所述箝压单元与三极管Q1的集电极电连接，被配置于将三极管Q1的集电极电压箝位至三极管Q1的Vce耐压范围内；所述箝压单元包括稳压二极管D2、MOS管P1和偏置电流产生单元，所述稳压二极管D2的阴极被配置于输入工作电源，所述稳压二极管D2的阳极分别与所述偏置电流产生单元和MOS管P1的栅极电连接，所述偏置电流产生单元被配置于产生电流方向为稳压二极管D2的阴极到稳压二极管D2阳极的偏置电流，所述MOS管P1的源极与三极管Q1的集电极电连接，所述启动信号经过所述MOS管P1输入到开关单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，其特征在于，所述第一采样单元包括MOS管N5和电阻R1；所述第二采样单元包括MOS管N6；所述电阻R1一端被配置于输入工作电源，所述电阻R1另一端分别与所述MOS管N5的漏极和MOS管N6的漏极电连接，被配置于输出第一采集电压或者第二采集电压；所述MOS管N5的栅极被配置于与所述第一开关管的栅极电连接；所述MOS管N6的栅极被配置于与所述第二开关管的栅极电连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，其特征在于，还包括信号转换单元，所述信号转换单元与所述输出端电连接，被配置于将所述输出端的电压电平从高电平状态转换为低电平状态或者从低电平状态转换为高电平状态。

4.根据权利要求3所述的一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，其特征在于，所述信号转换单元包括反相器，所述反相器的输入端与所述开关单元的输出端电连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，其特征在于，所述开关单元包括MOS管N7、电阻R2和电阻R3；所述电阻R3一端被配置于输入内部电源，所述电阻R3另一端与所述MOS管N7的漏极电连接，所述MOS管N7的漏极为开关单元的输出端；所述MOS管N7的栅极为所述开关单元的控制端，与所述电阻R2一端电连接，所述电阻R2另一端接地；所述MOS管N7的源极接地。

6.根据权利要求5所述的一种用于桥式驱动电路的过流检测电路，其特征在于，还包括稳压二极管D1和电容C1，所述MOS管N7的栅极分别与稳压二极管D1的阴极和电容C1一端电连接，所述稳压二极管D1的阳极和电容C1另一端均接地。

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