CN116191356A - 一种过流保护的电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种过流保护的电路及方法；该电路包括所述电路包括：驱动电路、逻辑控制模块和电荷释放支路；其中，驱动电路包括由四个功率管形成的桥式电路，所述桥式电路包括至少两个采样电阻，所述至少两个采样电阻的一端分别输出第一采样电压和第二采样电压；所述逻辑控制模块，包括关断控制模块和释放控制模块；所述关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号；所述释放控制模块用于生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制所述电荷释放支路的开启和关断；所述电荷释放支路，用于在开启状态下释放积累在驱动电源端的电荷。

Description

一种过流保护的电路及方法
技术领域
本发明实施例涉及直流电机驱动电路保护技术领域，尤其涉及一种过流保护的电路及方法。
背景技术
当前，直流有刷驱动电机通常由一个全桥电路驱动单个电机线圈，如图1所示，通过四个NMOS功率管NM1、NM2、NM3以及NM4构成全桥电路，用于表示电机线圈的电感L(后也可称之为线圈L)跨接于NM1与NM2的源极，在运行过程中，可以通过同时打开NM1和NM4或者同时打开NM2和NM3分别控制电机的正反转，以同时打开NM1和NM4为例，在正常驱动过程中，从驱动电源端VIN至地GND的电流流向如图1中的点划线箭头所示；当关闭NM1和NM2且打开NM3和NM4时，电流流向如图1中的虚线箭头所示，从左往右经过线圈L顺时针闭环慢衰减，该状态也可称之为慢衰减模式。
在慢衰减模式下，由于反向电动势的作用，会出现经过线圈L的电流超过正常驱动电流的情况，此时容易触发过流保护(OCP，Over Current Protection)措施，即拉低NM3或NM4的栅极电压以关断相应的功率管，从而会出现线圈L的电流经过NM1和NM2的寄生二极管反充至驱动电源的情况，进而导致电荷积累在驱动电源电容C上，并引发驱动电源的电压上升，因此，目前常规针对直流驱动电机的过流保护方案较易出现驱动电源电压过高导致的烧毁情况。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种过流保护的电路及方法；能够防止出现驱动电源电压过高呆滞的烧毁情况，提升直流电机驱动电路的OCP可靠性。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种过流保护的电路，所述电路包括：驱动电路、逻辑控制模块和电荷释放支路；其中，
驱动电路包括由四个功率管形成的桥式电路，所述桥式电路包括至少两个采样电阻，所述至少两个采样电阻的一端分别输出第一采样电压和第二采样电压；
所述逻辑控制模块，包括关断控制模块和释放控制模块；
所述关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号；
所述释放控制模块用于生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制所述电荷释放支路的开启和关断；
所述电荷释放支路，用于在开启状态下释放积累在驱动电源端的电荷。
第二方面，本发明实施例提供了一种过流保护的方法，所述方法应用于第一方面所述的过流保护的电路，所述方法包括：
通过桥式电路中的至少两个采样电阻，采样获得第一采样电压和第二采样电压；
逻辑控制模块中的关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号；
逻辑控制模块中的释放控制模块生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制电荷释放支路的开启和关断；
所述电荷释放支路在开启状态下释放积累在驱动电源端的电荷。
本发明实施例提供了一种过流保护的电路及方法；根据采样电压生成针对功率管的关断控制信号，也就是说，桥式电路中的功率管的关断控制不再是定时重启，从而避免常规方案中定时重启下管所造成的电荷持续积累现象；此外，通过释放控制信号控制电荷释放支路的开启和关断，从而能够针对已经积累在驱动电源端上的电荷进行及时释放，防止出现驱动电源电压过高导致的芯片烧毁现象，提升直流电机驱动电路的过流保护可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种桥式电路示意图；
图2为本发明实施例提供的一种过流保护的电路示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电荷积累检测模块的硬件结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种关断控制模块的硬件结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种过流保护的方法流程示意图。
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。
通常来说，电机驱动系统经常以驱动芯片的形式进行呈现，从整体上来说，电机驱动系统可以包括桥式电路以及其他多种类型，执行多种控制、保护任务的功能性电路。针对图1所示的桥式电路1，在执行过流保护措施，即拉低下管第一功率管NM3或下管第二功率管NM4的栅极电压以关断相应的功率管的过程中，常规方案通常采用定时重启的方式关断下管，从而会导致每次重启时都会出现线圈L的电流经过上管第一功率管NM1和上管第二功率管NM2的寄生二极管反充至驱动电源的情况，进而导致电荷积累在驱动电源的电容C上，并引发驱动电源的电压上升，若驱动电源的电压上升并超过了驱动芯片的耐压值，则较易出现芯片烧毁的情况。
针对上述常规方案的缺陷，本发明实施例期望在执行过流保护措施过程中，避免出现电荷持续积累现象，并且针对已经积累的电荷进行及时释放，从而防止出现驱动电源电压过高导致的芯片烧毁现象，提升直流电机驱动电路的过流保护可靠性。
基于此，结合图1所示的桥式电路1示例，参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种过流保护的电路20，所述电路20应用于电机驱动系统，所述电路20包括：驱动电路21、逻辑控制模块22和电荷释放支路23；其中，
所述驱动电路21包括由四个功率管形成的桥式电路，所述桥式电路包括至少两个采样电阻，所述至少两个采样电阻的一端分别输出第一采样电压和第二采样电压；
所述逻辑控制模块22，包括关断控制模块221和释放控制模块222；
所述关断控制模块221根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成所述四个功率管的开关控制信号；
所述释放控制模块222用于生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制所述电荷释放支路23的开启和关断；
所述电荷释放支路23，用于在开启状态下释放积累在驱动电源端VIN的电荷。
如图2所示，在一些示例中，在由所述四个功率管NM1、NM2、NM3和NM4形成的桥式电路21中，NM1和NM2为上管，可以分别被命名为上管第一功率管和上管第二功率管；NM3和NM4为下管，可以分别被命名为下管第一功率管和下管第二功率管；用于表示电机线圈的电感L跨接于NM1与NM2的源极；NM3和NM4的源极分别通过第一采样电阻R1和第二采样电阻R2接地，从而分别在R1和R2的两端对应生成第一采样电压VCSL1和第二采样电压VCSL2；所述驱动电源端VIN通过电源电容C接地。
对于上述实现方式，在一些示例中，所述电荷释放支路23包括接于所述驱动电源端VIN的开关部件231以及与所述开关部件231串接且接地的下拉电阻232；所述开关部件231，经配置为根据所述释放控制信号触发导通状态；所述下拉电阻232，用于在所述开关部件导通状态下将积累在驱动电源端VIN的电荷向地释放。
针对上述示例，在具体实施过程中，所述开关部件231，包括三极管和/或MOS管；继续参考图2，在本发明实施例中，开关部件231可以被实施为NMOS管NM5，NM5的栅极接入所述释放控制信号N0，NM5的源极经由下拉电阻232接地，NM5的漏极与驱动电源端相连接。当然，开关部件231还可以被实施为其他能够经信号触发导通或断开状态的电路或结构，本发明实施例不做赘述。
对于图2所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述释放控制模块222，用于采集所述驱动电源端的电压值；
以及，将所述驱动电源端的电压值与设定的电压参考值进行比较；
相应于所述驱动电源端的电压值超过所述设定的参考值，生成所述释放控制信号N0。
对于上述实现方式，参见图3，在一些示例中，所述释放控制模块222，包括用于将所述驱动电源端VIN的电压值进行分压以获得分压电压值的分压电阻支路2221，以及用于将所述分压电压值与设定的参考电压值进行比较的运算放大器2222；
所述运算放大器2222，经配置为当所述分压电压值超过所述设定的参考值时，生成所述释放控制信号N0。
基于上述示例，继续参见图3，所述分压电阻支路2221包括串接的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，所述第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的串接端接入所述运算放大器2222的一个输入端；所述运算放大器2222的另一个输入端接入所述设定的参考电压值。当分压电压值超过设定的参考电压值Vref时，运算放大器输出释放控制信号N0，所述释放控制信号N0将NM5开启以使得NM5处于导通状态，此时，积累在驱动电源端VIN的电荷，也就是积累在电容C上的电荷将通过电荷释放支路23释放到地，从而防止出现驱动电源电压过高导致的芯片烧毁现象，提升直流电机驱动电路的过流保护可靠性。
对于图2所示的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述关断控制模块221，经配置为：
根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成过流保护信号；以及，
根据所述过流保护信号以及工作状态指示信号生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
对于上述实现方式，在一些示例中，所述关断控制模块221，经配置为：
分别根据所述第一采样电压和所述第二采样电压对应生成第一过流保护信号和第二过流保护信号；
根据所述第一过流保护信号和第二过流保护信号生成第一控制子信号；
根据所述工作状态指示信号生成第二控制子信号；
根据所述第一控制子信号和所述第二控制子信号生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
针对上述示例，具体来说，参见图4，所述关断控制模块221包括：第一过流保护判定单元2211和第二过流保护判定单元2212，第一与运算器AND1、或运算器OR、第二与运算器AND1以及栅极控制逻辑单元2213；其中，
所述第一过流保护判定单元2211，经配置为根据所述第一采样电压VCSL1确定需进行过流保护时，生成第一过流保护信号VOCP1；
所述第二过流保护判定单元2212，经配置为根据所述第二采样电压VCSL2确定需进行过流保护时，生成第二过流保护信号VOCP2；
将所述第一过流保护信号VOCP1与所述第二过流保护信号VOCP2通过或运算器OR，得到第一控制子信号；
将工作状态指示信号IN1和IN2通过所述第一与运算器AND1，得到第二控制子信号；
将所述第一控制子信号与所述第二控制子信号通过所述第二与运算器AND2，得到所述过流保护控制信号；
所述栅极控制逻辑单元2213，经配置为根据所述过流保护控制信号，生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
根据图4所示的电路，需要说明的是，关断控制信号具体可以被标志为N1、N2、N3、N4，分别与NM1、NM2、NM3和NM4对应；结合图2所示，在具体实施过程中，N1、N2、N3、N4可以分别连接至NM1、NM2、NM3和NM4栅极，并且连接的端口可以分别对应标志为HG1、HG2、LG1和LG2。当N1、N2、N3、N4中的任一个为低电平时，对应功率管由于栅极电压拉低而被关断；值得注意的是，N1、N2、N3、N4可以形成4bit的信号流从而同时对NM1、NM2、NM3和NM4各自是否关断进行控制；也可以分别作为单bit信号将对应的功率管进行单独关断，本发明实施例对此不作具体限定。
还需要说明的是，工作状态指示信号IN1和IN2属于电机驱动系统，或者电机驱动芯片的工作状态表征信号，以常见的电机驱动芯片DRV8833为例，其工作状态指示逻辑示例性地可以包括：当IN1、IN2同时为高时，芯片进入慢衰减模式；当IN1、IN2同时为低时，芯片进入快衰减模式；当IN1为低、IN2为高时，芯片进入反转模式；当IN1为高、IN2为低时，芯片进入正转模式。在本发明实施例中，当IN1、IN2同时为高时，芯片进入慢衰减模式，在该模式下，OUT1、OUT2输出低电平，并且HG1、HG2都为逻辑低状态，LG1、LG2为逻辑高状态，对应MOS管状态即为：NM1、NM2为关断状态，NM3、NM4为导通状态。
此外，在具体实施过程中，栅极控制逻辑单元2213还可以接收由外围逻辑模块(如图4中虚线所示)生成的外围逻辑控制信号，从而与过流保护控制信号共同生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。举例来说，电机驱动系统中，处于前述过流保护电路以外的外围电路需要对驱动电路进行额外的控制任务，那么外围逻辑模块就能够根据这些额外的控制任务生成相应的外围逻辑控制信号，并且与过流保护控制信号共同生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
对于上述实现方式及其示例，实现了根据第一采样电压和第二采样电压生成针对桥式电路中四个功率管的关断控制信号，也就是说，功率管的关断控制不再是定时重启，而是与是否处于过流保护状态相关，从而避免常规方案中定时重启下管所造成的电荷持续积累现象。
基于前述图2至图4所示的过流保护电路20，其具体工作原理包括：
通过采集R1电阻两端电压VCLS1到第一过流保护判定单元，如果在慢衰减模式下发生过流情况，第一过流保护判定单元输出高电平信号；通过采集R2电阻两端电压VCLS2到第二过流保护判定单元，如果在慢衰减模式下发生过流情况，第二过流保护判定单元输出高电平信号。第一过流保护判定单元和第二过流保护判定单元的任意一个输出高电平信号通过或运算器OR执行或运算后，将或运算结果传输到第二与运算器AND2的输入端；第一与运算器AND1在IN1和IN2同时为高电平信号时输出高电平信号并输出至到第二与运算器AND2的另一输入端，第二与运算器AND2的输出信号通过栅极控制逻辑单元实现逻辑组合，可以产生低电平逻辑信号N3或者低电平逻辑信号N4；详细来说，栅极控制逻辑单元可通过多路开关电路实现，低电平逻辑信号N3表示NM3管支路触发过流保护，低电平逻辑信号N4表示NM4管支路触发过流保护。N3或N4分别将NM3或NM4的栅极LG1或者LG2拉低，从而关断功率管NM3或NM4。此时表示已触发过流保护并且下管关断；基于此，下管的关断控制不再是定时重启，而是与是否处于过流保护状态相关，从而避免常规方案中定时重启下管所造成的电荷持续积累现象。
此外，尽管避免电荷持续积累与电容C，但是针对电容C上已经积累的电荷，还需要进行及时释放，详细来说，由R3和R4分压电阻将VIN端电压分压后与电路内部设置的参考电压值Vref通过运算放大器进行比较：当分压后的电压大于Vref后，运算放大器输出高电平信号，并将NM5导通，从而使得电容C上的电荷经由NM5以及R5释放到地GND，从而防止出现驱动电源电压过高导致的芯片烧毁现象，提升直流电机驱动电路的过流保护可靠性。
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图5，其示出了本发明实施例提供的一种过流保护的方法，该方法应用于前述图2至图4任一所阐述的过流保护的电路20，所述方法包括：
S501：通过桥式电路中的至少两个采样电阻，采样获得第一采样电压和第二采样电压；
S502：逻辑控制模块中的关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号；
S503：逻辑控制模块中的释放控制模块生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制所电荷释放支路的开启和关断；
S504：所述电荷释放支路在开启状态下释放积累在驱动电源端的电荷。
在一些示例中，所述逻辑控制模块中的释放控制模块生成释放控制信号，包括：
所述释放控制模块采集所述驱动电源端的电压值；
所述释放控制模块将所述驱动电源端的电压值与设定的电压参考值进行比较；
相应于所述驱动电源端的电压值超过所述设定的参考值，所述释放控制模块生成所述释放控制信号。
在一些示例中，所述逻辑控制模块中的关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成所述四个功率管的开关控制信号，包括：
所述关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成过流保护信号；
所述关断控制模块根据所述过流保护信号以及工作状态指示信号生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
可以理解地，上述过流保护的方法的示例性技术方案，与前述过流保护的电路20的技术方案属于同一构思，因此，上述对于过流保护的方法的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见前述过流保护的电路20的技术方案的描述。本发明实施例对此不做赘述。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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 (11)

1.一种过流保护的电路，其特征在于，所述电路包括：驱动电路、逻辑控制模块和电荷释放支路；其中，
驱动电路包括由四个功率管形成的桥式电路，所述桥式电路包括至少两个采样电阻，所述至少两个采样电阻的一端分别输出第一采样电压和第二采样电压；
所述逻辑控制模块，包括关断控制模块和释放控制模块；
所述关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号；
所述释放控制模块用于生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制所述电荷释放支路的开启和关断；
所述电荷释放支路，用于在开启状态下释放积累在驱动电源端的电荷。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电荷释放支路包括接于所述驱动电源端的开关部件以及与所述开关部件串接且接地的下拉电阻；所述开关部件，经配置为根据所述释放控制信号触发导通状态；
所述下拉电阻，用于在所述开关部件导通状态下将积累在驱动电源端的电荷向地释放。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关部件，包括三极管和/或MOS管。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述释放控制模块，用于采集所述驱动电源端的电压值；
以及，将所述驱动电源端的电压值与设定的电压参考值进行比较；
相应于所述驱动电源端的电压值超过所述设定的参考值，生成所述释放控制信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述释放控制模块，包括用于将所述驱动电源端的电压值进行分压以获得分压电压值的分压电阻支路，以及用于将所述分压电压值与设定的参考电压值进行比较的运算放大器；
所述运算放大器，经配置为当所述分压电压值超过所述设定的参考值时，生成所述释放控制信号。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述关断控制模块，经配置为：根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成过流保护信号；以及，
根据所述过流保护信号以及工作状态指示信号生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述关断控制模块，经配置为：分别根据所述第一采样电压和所述第二采样电压对应生成第一过流保护信号和第二过流保护信号；
根据所述第一过流保护信号和第二过流保护信号生成第一控制子信号；
根据所述工作状态指示信号生成第二控制子信号；
根据所述第一控制子信号和所述第二控制子信号生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述关断控制模块包括：第一过流保护判定单元、第二过流保护判定单元，或运算器、第一与运算器、第二与运算器以及栅极控制逻辑单元；其中，
所述第一过流保护判定单元，经配置为根据所述第一采样电压确定需进行过流保护时，生成第一过流保护信号；
所述第二过流保护判定单元，经配置为根据所述第二采样电压确定需进行过流保护时，生成第二过流保护信号；
将所述第一过流保护信号与所述第二过流保护信号通过所述或运算器，得到第一控制子信号；
将工作状态指示信号通过所述第一与运算器，得到第二控制子信号；
将所述第一控制子信号与所述第二控制子信号通过所述第二与运算器，得到所述过流保护控制信号；
所述栅极控制逻辑单元，经配置为根据所述过流保护控制信号，生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
9.一种过流保护的方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至8任一项所述的过流保护的电路，所述方法包括：
通过桥式电路中的至少两个采样电阻，采样获得第一采样电压和第二采样电压；
逻辑控制模块中的关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号；
逻辑控制模块中的释放控制模块生成释放控制信号，所述释放控制信号用于控制电荷释放支路的开启和关断；
所述电荷释放支路在开启状态下释放积累在驱动电源端的电荷。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述逻辑控制模块中的释放控制模块生成释放控制信号，包括：
所述释放控制模块采集所述驱动电源端的电压值；
所述释放控制模块将所述驱动电源端的电压值与设定的电压参考值进行比较；
相应于所述驱动电源端的电压值超过所述设定的参考值，所述释放控制模块生成所述释放控制信号。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述逻辑控制模块中的关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成所述四个功率管的开关控制信号，包括：
所述关断控制模块根据所述第一采样电压和所述第二采样电压生成过流保护信号；
所述关断控制模块根据所述过流保护信号以及工作状态指示信号生成针对所述桥式电路中各功率管的关断控制信号。
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