CN116027097B - 一种用于栅极驱动的过流检测电路 - Google Patents

一种用于栅极驱动的过流检测电路 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于栅极驱动的过流检测电路，包括：高侧功率管、低侧功率管、高侧过流检测模块、低侧过流检测模块和电平转换模块；所述高侧功率管与所述高侧过流检测模块连接；所述低侧功率管与所述低侧过流检测模块连接；所述电平转换模块与所述高侧过流检测模块连接。本申请中的过流检测模块采用恒流源，降低功耗；功率管所在的输出支路除功率管外无其它热损耗；电路结构简单，成本低，适用于多数工艺，可广泛应用于功率器件的过流检测。

Description

一种用于栅极驱动的过流检测电路
技术领域
本申请涉及集成电路领域，具体涉及一种用于栅极驱动的过流检测电路。
背景技术
栅极驱动芯片是一种智能功率控制电路，其通过将逻辑电路和功率电路集成在一起，可以实现较为复杂的控制，广泛应用于军事、工业控制和家用电器等领域。
为了确保栅极驱动芯片的可靠性，栅极驱动芯片中会集成过流、过温等保护电路。过流检测的基础在于对功率管中电流的采样，当流过功率管的电流超过所设阈值时，过流检测作出逻辑判断，关闭功率管，防止功率管损坏。
现有技术主要有两种，一种是通过在高侧功率管高压端或低侧功率管的低压端串联一个采样电阻，检测采样电阻两个压降即可判断功率管是否过流。其缺点是采样电阻上有电流流过产生会热损耗，电流越大损耗越大。若减小采样电阻，会导致电阻两端压差变小，检测误差大。另一种时通过电流镜技术将功率管的电流镜像到一个电阻上，实现电流到电压的转换。其缺点是，为保证镜像电流的准确性，镜像电路复杂，增加设计成本。
发明内容
本申请提供了一种用于栅极驱动的过流检测电路，用于解决现有技术中功率管过流检测存在功率损耗大、电路结构复杂和成本高的问题。
为达到上述目的，本申请提供了以下方案：
一种用于栅极驱动的过流检测电路，包括：高侧功率管、低侧功率管、高侧过流检测模块、低侧过流检测模块和电平转换模块；
所述高侧功率管与所述高侧过流检测模块连接；
所述低侧功率管与所述低侧过流检测模块连接；
所述电平转换模块与所述高侧过流检测模块连接。
优选的，所述高侧功率管与所述低侧功率管连接，构成半桥电路；
所述高侧功率管为高压管，所述高侧功率管的第一栅极驱动信号为PWM信号；
所述低侧功率管为高压管，所述低侧功率管的第二栅极驱动信号为PWM信号。
优选的，所述高侧功率管和所述低侧功率管不会同时导通。
优选的，所述高侧过流检测模块包括：第一高压管、第一常压管、第一反相器、第一比较器、第一恒流源和第一电阻；
所述高侧过流检测模块用于检测流过所述高侧功率管的第一电流值是否达到过流阈值。
优选的，所述低侧过流检测模块包括：第二高压管、第二常压管、第二反相器、第二比较器、第二恒流源和第二电阻；
所述低侧过流检测模块用于检测流过所述低侧功率管的第二电流值是否达到过流阈值。
优选的，所述电平转换模块用于输出信号C的电压域转换。
优选的，当所述低侧功率管导通时，所述高侧功率管关闭，所述低侧过流检测模块检测所述第二电流值是否超过所述过流阈值，当判断为超过时，所述低侧过流检测模块的第二输出信号OCP_DN由低电平跳变为高电平。
优选的，当所述高侧功率管导通时，所述低侧功率管关闭，所述高侧过流检测模块检测所述第一电流值是否超过所述过流阈值，当判断为超过时，所述高侧过流检测模块的所述输出信号C由低电平跳变为高电平，所述输出信号C经所述电平转换模块进行电压域转换并输出高电平的第一输出信号OCP_UP。
本申请的有益效果为：
(1)本申请中的过流检测模块采用恒流源，降低功耗；
(2)本申请中的功率管所在输出支路除功率管外无其它热损耗；
(3)电路结构简单，成本低，适用于多数工艺，可广泛应用于功率器件的过流检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一种用于栅极驱动的过流检测电路的连接示意图。
附图标记说明：
101、高侧过流检测模块；102、低侧过流检测模块；103、电平转换模块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
在本实施例中，如图1所示，一种用于栅极驱动的过流检测电路，包括：高侧功率管HNM1、低侧功率管HNM2、高侧过流检测模块101、低侧过流检测模块102和电平转换模块103；高侧功率管HNM1与高侧过流检测模块101连接；低侧功率管HNM2与低侧过流检测模块102连接；电平转换模块103与高侧过流检测模块101连接。
高侧功率管HNM1与低侧功率管HNM2连接，构成半桥电路；高侧功率管HNM1为高压管，高侧功率管HNM1的第一栅极驱动信号VG_UP为PWM信号；低侧功率管HNM2为高压管，低侧功率管HNM2的第二栅极驱动信号VG_DN为PWM信号；高侧功率管HNM1和低侧功率管HNM2不会同时导通。
高侧过流检测模块101包括：第一高压管HV_NM1、第一常压管NM1、第一反相器IN1、第一比较器COMP1、第一恒流源I1和第一电阻R1；其中，第一电阻R1与高侧功率管HNM1的导通电阻类型相同；高侧过流检测模块101用于检测流过高侧功率管HNM1的第一电流值是否达到过流阈值。
高侧过流检测模块101的第一高压管HV_NM1漏极与高侧功率管HNM1漏极连接，源极与第一常压管NM1漏极连接，栅极与高侧功率管HNM1栅极连接；第一常压管NM1的源极与浮动地V_SW连接，栅极与反相器INV1输出端连接；反相器INV1输入端与第一高压管HV_NM1栅极连接；恒流源I1输入端与浮动电源V_BST连接，输出端与电阻R1连接，电阻R1另一端与与浮动地V_SW连接。比较器COMP1正极与第一高压管HV_NM1源极连接，负极与电阻R1连接交于B1，输出端与电平转换模块连接，电平转换模块输出端与第一输出信号OCP_UP连接。
低侧过流检测模块102包括：第二高压管HV_NM2、第二常压管NM2、第二反相器IN2、第二比较器COMP2、第二恒流源I2和第二电阻R2；其中，第二电阻R2与低侧功率管HNM2的导通电阻类型相同；低侧过流检测模块102用于检测流过低侧功率管HNM2的第二电流值是否达到过流阈值。
低侧过流检测模块102第二高压管HV_NM2漏极与高侧功率管HNM1漏极连接，源极与第二常压管NM2漏极连接，栅极与低侧功率管HNM2栅极连接；第二常压管NM2的源极与GND连接，栅极与反相器INV2输出端连接；反相器INV2输入端与第二高压管HV_NM2栅极连接；恒流源I2输入端与VDD连接，输出端与电阻R2连接，电阻R2另一端与与GND连接。比较器COMP2正极与第二高压管HV_NM2源极连接，负极与电阻R2连接交于B2，输出端与第二输出信号OCP_DN连接。
电平转换模块103用于输出信号C的电压域转换，将V_BST-V_SW转换到VDD-GND电压域。
当低侧功率管HNM2导通时，高侧功率管HNM1关闭，低侧过流检测模块102检测第二电流值是否超过所设过流阈值，当判断为超过时，低侧过流检测模块102的第二输出信号OCP_DN由低电平跳变为高电平。
当高侧功率管HNM1导通时，低侧功率管HNM2关闭，高侧过流检测模块101检测第一电流值是否超过所设过流阈值，当判断为超过时，高侧过流检测模块101的输出信号C由低电平跳变为高电平，输出信号C经电平转换模块103进行电压域转换并输出高电平的第一输出信号OCP_UP。
下面将详细说明本实例中用于栅极驱动的过流检测电路的工作流程：
当低侧功率管HNM2导通时，即VG_DN为高电平，此时低侧过流检测模块102开始检测流过低侧功率管HNM2导通阻抗Ron2的电流，低侧过流检测模块102中HV_NM2导通，NM2截止，VA2＝IRon2×Ron2，VB2＝I2×R2。当流过低侧功率管HNM2导通阻抗Ron2的电流超过时，低侧过流检测模块102输出信号OCP_DN由低电平跳变为高电平，否则输出信号OCP_DN为低电平。
当低侧功率管HNM关闭时，即VG_DN为低电平，此时低侧过流检测模块102不检测流过低侧功率管HNM2导通阻抗Ron2的电流，低侧过流检测模块102中HV_NM2截止，NM2导通，VA2＝0，VB2＝I2×R2，VA2＜VB2，比较器COMP2输出信号VG_DN为低电平。
当高侧功率管HNM1导通时，即VG_UP位高电平，此时高侧过流检测模块101开始检测流过高侧功率管HNM1导通阻抗Ron1的电流，高侧过流检测模块101中HV_NM1导通，NM1截止，VA1＝VM，VB1＝V_SW+I1×R1，V_SW＝VM-IRon1×Ron1。当流过高侧功率管HNM1导通阻抗Ron1的电流超过时，高侧过流检测模块101输出信号C由低电平跳变为高电平，经电平转换后输出信号OCP_UP为高电平，否则输出信号OCP_UP为低电平。
当高侧功率管HNM1关闭，即VG_UP为低电平，此时高侧过流检测模块101不检测流过高侧功率管HNM1导通阻抗Ron1的电流，高侧过流检测模块101中HV_NM1截止，NM1导通，VA1＝V_SW，VB1＝V_SW+I1×R1，VA1＜VB1，比较器COMP1输出信号C为低电平，经电平转换后输出信号OCP_UP为低电平。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于栅极驱动的过流检测电路，其特征在于，包括：高侧功率管、低侧功率管、高侧过流检测模块、低侧过流检测模块和电平转换模块；
所述高侧功率管与所述高侧过流检测模块连接；
所述低侧功率管与所述低侧过流检测模块连接；
所述电平转换模块与所述高侧过流检测模块连接，用于输出信号C的电压域的转换；
所述高侧过流检测模块检测流过所述高侧功率管的第一电流值是否达到过流阈值，包括：第一高压管HV_NM1、第一常压管NM1、第一反相器INV1、第一比较器COMP1、第一恒流源I1和第一电阻R1，第一电阻R1与高侧功率管的导通电阻类型相同；
高侧过流检测模块的第一高压管HV_NM1漏极与高侧功率管HNM1漏极连接，源极与第一常压管NM1漏极连接，栅极与高侧功率管HNM1栅极连接；第一常压管NM1的源极与浮动地V_SW连接，栅极与第一反相器INV1输出端连接；第一反相器INV1输入端与第一高压管HV_NM1栅极连接；第一恒流源I1输入端与浮动电源V_BST连接，输出端与第一电阻R1连接，第一电阻R1另一端与浮动地V_SW连接；第一比较器COMP1正极与第一高压管HV_NM1源极连接交于A1，负极与第一电阻R1连接交于B1，输出端与电平转换模块连接，电平转换模块输出端与第一输出信号OCP_UP连接；
所述低侧过流检测模块检测流过所述低侧功率管的第二电流值是否达到过流阈值，包括：第二高压管HV_NM2、第二常压管NM2、第二反相器INV2、第二比较器COMP2、第二恒流源I2和第二电阻R2，第二电阻R2与低侧功率管的导通电阻类型相同；
低侧过流检测模块第二高压管HV_NM2漏极与高侧功率管HNM1漏极连接，源极与第二常压管NM2漏极连接，栅极与低侧功率管HNM2栅极连接；第二常压管NM2的源极与GND连接，栅极与第二反相器INV2输出端连接；第二反相器INV2输入端与第二高压管HV_NM2栅极连接；第二恒流源I2输入端与VDD连接，输出端与第二电阻R2连接，第二电阻R2另一端与GND连接；第二比较器COMP2正极与第二高压管HV_NM2源极连接交于A2，负极与第二电阻R2连接交于B2，输出端与第二输出信号OCP_DN连接；
当所述低侧功率管导通时，所述高侧功率管关闭，所述低侧过流检测模块检测所述第二电流值是否超过所述过流阈值，当判断为超过时，所述低侧过流检测模块的第二输出信号OCP_DN由低电平跳变为高电平；
低侧功率管HNM2栅极与VG_DN连接，当低侧功率管HNM2导通时，即VG_DN为高电平，此时低侧过流检测模块开始检测流过低侧功率管HNM2导通阻抗Ron2的电流，低侧过流检测模块中HV_NM2导通，NM2截止，VA2＝IRon2×Ron2，VB2＝I2×R2；当流过低侧功率管HNM2导通阻抗Ron2的电流超过时，低侧过流检测模块输出信号OCP_DN由低电平跳变为高电平，否则输出信号OCP_DN为低电平；
当低侧功率管HNM关闭时，即VG_DN为低电平，此时低侧过流检测模块不检测流过低侧功率管HNM2导通阻抗Ron2的电流，低侧过流检测模块中HV_NM2截止，NM2导通，VA2＝0，VB2＝I2×R2，VA2＜VB2，比较器COMP2输出信号OCP_DN为低电平；
当所述高侧功率管导通时，所述低侧功率管关闭，所述高侧过流检测模块检测所述第一电流值是否超过所述过流阈值，当判断为超过时，所述高侧过流检测模块的所述输出信号C由低电平跳变为高电平，所述输出信号C经所述电平转换模块进行电压域转换并输出高电平的第一输出信号OCP_UP；
高侧功率管HNM1漏极与VM连接，栅极与VG_UP连接，当高侧功率管HNM1导通时，即VG_UP为高电平，此时高侧过流检测模块开始检测流过高侧功率管HNM1导通阻抗Ron1的电流，高侧过流检测模块中HV_NM1导通，NM1截止，VA1＝VM，VB1＝V_SW+I1×R1，V_SW＝VM-IRon1×Ron1；当流过高侧功率管HNM1导通阻抗Ron1的电流超过时，高侧过流检测模块输出信号C由低电平跳变为高电平，经电平转换后输出信号OCP_UP为高电平，否则输出信号OCP_UP为低电平；
当高侧功率管HNM1关闭，即VG_UP为低电平，此时高侧过流检测模块不检测流过高侧功率管HNM1导通阻抗Ron1的电流，高侧过流检测模块中HV_NM1截止，NM1导通，VA1＝V_SW，VB1＝V_SW+I1×R1，VA1＜VB1，比较器COMP1输出信号C为低电平，经电平转换后输出信号OCP_UP为低电平。
2.根据权利要求1所述一种用于栅极驱动的过流检测电路，其特征在于，所述高侧功率管与所述低侧功率管连接，构成半桥电路；
所述高侧功率管为高压管，所述高侧功率管的第一栅极驱动信号为PWM信号；
所述低侧功率管为高压管，所述低侧功率管的第二栅极驱动信号为PWM信号。
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