CN117155358A - 一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,涉及高端输出驱动电路,解决了现有输出驱动存在过载或短路的情况,缺乏一种成本低廉的解决方案的问题,其技术方案要点是:开关控制电路、驱动电路、采样电阻、控制电路和打嗝保护电路;输入信号接入所述开关控制电路,所述开关控制电路连接所述驱动电路,所述驱动电路的输入端连接输入电源,输出端作为驱动输出,连接驱动负载;其中,所述输入电源与驱动电路之间连接采样电阻,所述采样电阻通过控制电路和打嗝保护电路与所述开关控制电路连接。通过设置带打嗝模式的电路结构,在保证电路成本相对低廉的同时实现驱动电路的过载、过流保护。
Description
技术领域
本发明涉及高端输出驱动电路,更具体地说,它涉及一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路。
背景技术
现代汽车电子电路中有许多应用使用到高、低边开关作为驱动输出,这些输出驱动在复杂的汽车电子电器系统中运行,极容易产生输出过载或短路情况发生,致使汽车电子电器系统产生不可逆转的运行失效。现在全球也有一些半导体公司推出有具有短路保护的驱动IC,这类高性能驱动IC都是由半导体制造商供应,获取周期长,且价格高昂,使产品批产造成较大的困难。
为此,发明人提供一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,以较为低廉的成本解决输出驱动电路输出过载或短路的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,解决现有输出驱动存在过载或短路的情况,缺乏一种成本低廉的解决方案的问题。通过设置带打嗝模式的电路结构,在保证电路成本相对低廉的同时实现驱动电路的过载、过流保护。
本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:包括:开关控制电路、驱动电路、采样电阻、控制电路和打嗝保护电路;输入信号接入所述开关控制电路,所述开关控制电路连接所述驱动电路,所述驱动电路的输入端连接输入电源,输出端作为驱动输出,连接驱动负载;其中,所述输入电源与驱动电路之间连接采样电阻,所述采样电阻通过控制电路和打嗝保护电路与所述开关控制电路连接。
采用上述技术方案,通过输入信号操作开关控制电路驱使驱动电路持续输出高端电压。当输入信号为低电平时,开关控制电路关断,驱动电路关闭,驱动输出关闭。当驱动负载发生过载或短路时,采样电阻两端电压上升,当上升到控制电路的开通阀值时,打嗝保护电路工作在打嗝模式,将输入信号打嗝短路到地,从而实现打嗝打开/关闭驱动电路,实现驱动电路的过流、过载保护。通过设置打嗝保护电路以及对应的其他电路,以简单的硬件电路实现驱动电路输出端过载、过流保护。
在一种可能的实施方式中,所述控制电路包括三极管Q2,所述三极管Q2的发射极和基极连接采样电阻的两端,所述三级管Q2的集电极连接打嗝保护电路。
在一种可能的实施方式中,所述打嗝保护电路包括电容C1、电阻R2、电阻R3和MOS管Q3,所述电容C1的一端连接控制电路,所述电容C1的另一端接地,所述电容C1的两端还分别连接所述电阻R2和电阻R3,所述电阻R2和电阻R3连接MOS管Q3的栅极,所述MOS管Q3的源极接地,所述MOS管Q3的漏极与所述开关控制电路连接。
在一种可能的实施方式中,所述开关控制电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和三极管Q4,输入信号经电阻R6和电阻R7连接三极管Q4的基极,所述电阻R6和电阻R7的结合点连接打嗝保护电路,所述三极管Q4的基极通过电阻R8连接三极管Q4的发射极,所述三极管Q4的发射极接地,所述三极管Q4的集电极连接驱动电路。
在一种可能的实施方式中,所述驱动电路包括MOS管Q1、电阻R1和电阻R4,所述电阻R4的一端连接开关控制电路,所述电阻R4的另一端与所述MOS管Q1的栅极连接,所述MOS管Q1的栅极还通过电阻R1与输入电源VCC连接,所述MOS管Q1的源极连接采样电阻,漏极作为驱动输出连接驱动负载。
在一种可能的实施方式中,还包括假性负载,所述假性负载的一端连接所述驱动输出,另一端接地。
在一种可能的实施方式中,所述采样电阻的阻值根据过载保护要求设置。
在一种可能的实施方式中,所述打嗝保护电路中电容C1、电阻R2和电阻R3的放电时间常数根据打嗝周期设置,关系公式如下:
其中,t为打嗝周期,C1为电容C1的容量,R2、R3为电阻R2、R3的阻值,UGS(th)为Mos管Q3的导通阀值,Uc为电容C1两端充电后的电压。
在一种可能的实施方式中,所述MOS管Q1为PMOS管,所述MOS管Q3为NMOS管。
在一种可能的实施方式中,所述三极管Q2为PNP型,所述三极管Q4为NPN型。
与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:电路可靠地实现输出端对电源负极的短路保护,实现驱动电流过载时的保护,且在电路输出短路或过载失效消除后,可重新恢复开关功能;电路定参数后可直接使用,无需调试,且通过设置参数可以实现各种功率输出控制;电路纯硬件实现,结构简单,成本低廉。可应用于汽车电子电器产品直流高边驱动领域,也可以推广其它相关类似应用领域。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明提供的具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路的原理框图;
图2为本发明提供的具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路的电路图。
具体实施方式
在下文中,可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在,并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外,如在本申请的各种实施例中所使用,术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合,并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
应注意到:如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件或与另一组成元件“相连”,则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件,并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地,当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件或与另一组成元件“直接相连”时,可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本申请的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本申请的各种实施例。如在此所使用,单数形式意在也包括复数形式,除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定,否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义,除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本申请作进一步的详细说明,本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请,并不作为对本申请的限定。
现有输出驱动电路在输出端发生过载或短路的情况时,缺乏一种可靠且成本低廉的解决方案。为此,本申请提供一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,以硬件结构实现驱动电路输出端过载、过流保护,且电路实现结构简单,成本低廉。
请参见图1所示,图1为具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路的原理框图。电路包括:开关控制电路、驱动电路、采样电阻、控制电路和打嗝保护电路;输入信号接入所述开关控制电路,所述开关控制电路连接所述驱动电路,所述驱动电路的输入端连接输入电源,输出端作为驱动输出,连接驱动负载;其中,所述输入电源与驱动电路之间连接采样电阻,所述采样电阻通过控制电路和打嗝保护电路与所述开关控制电路连接。
具体地,输入电源为电路提供电源;输入信号作为开关控制电路的控制(激励)信号,该信号可以是一般的开关量,也可以是连续脉冲信号;采样电阻主要用于测量电路中电流量的大小,且通过调节采样电阻的大小,可以改变驱动电路的保护电流;控制电路用于在采样电阻的采样值达到起控阀值时,输出保护信号;打嗝保护电路,用于在驱动电流达到保护阀值时,产生打嗝脉冲,使得驱动电路运行在打嗝模式,即驱动电路的电流具有一定的占空比,驱动电路耗散功率到安全范围内,从而达到保护目的;开关控制电路,用于实现驱动电路的打开和关闭;驱动电路主要用于功率高端输出;驱动负载为高端输出的真实负载。
本电路的原理为:通过输入信号操作开关控制电路驱使驱动电路持续输出高端电压。当输入信号为低电平时,开关控制电路关断,驱动电路关闭,驱动输出关闭。当驱动负载发生过载或短路时,采样电阻两端电压上升,当上升到控制电路的开通阀值时,打嗝保护电路工作在打嗝模式,将输入信号打嗝短路到地,从而实现打嗝打开/关闭驱动电路,实现驱动电路的过流、过载保护。
请参见图2所示,图2为具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路的电路图。所述控制电路包括三极管Q2,所述三极管Q2的发射极和基极连接采样电阻RS的两端,所述三级管Q2的集电极连接打嗝保护电路。
所述打嗝保护电路包括电容C1、电阻R2、电阻R3和MOS管Q3,所述电容C1的一端连接控制电路,所述电容C1的另一端接地,所述电容C1的两端还分别连接所述电阻R2和电阻R3,所述电阻R2和电阻R3连接MOS管Q3的栅极,所述MOS管Q3的源极接地,所述MOS管Q3的漏极与所述开关控制电路连接。
所述开关控制电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和三极管Q4,输入信号经电阻R6和电阻R7连接三极管Q4的基极,所述电阻R6和电阻R7的结合点连接打嗝保护电路,所述三极管Q4的基极通过电阻R8连接三极管Q4的发射极,所述三极管Q4的发射极接地,所述三极管Q4的集电极连接驱动电路。
所述驱动电路包括MOS管Q1、电阻R1和电阻R4,所述电阻R4的一端连接开关控制电路,所述电阻R4的另一端与所述MOS管Q1的栅极连接,所述MOS管Q1的栅极还通过电阻R1与输入电源VCC连接,所述MOS管Q1的源极连接采样电阻,漏极作为驱动输出连接驱动负载。
需要说明的是,所述MOS管Q1为PMOS管,所述MOS管Q3为NMOS管,所述三极管Q2为PNP型,所述三极管Q4为NPN型。
作为一种可能的实现方式,电路还包括假性负载R5,所述假性负载R5的一端连接所述驱动输出,另一端接地。用于吸收电路在关闭状态时输出端的浮空电压,这些电压主要是由MOS管Q1的极间电容产生,通过假性负载可以对这些电容进行放电,对微小漏电流提供释放回路。
上述内容具体描述了高端输出驱动电路的构成,下面对电路正常工作以及发生异常时的情况作进一步说明。
电路正常工作时:当输入信号为高电平时,输入高电平通过电阻R6、电阻R7、电阻R8、三极管Q4到地形成回路,使得三极管Q4基极产生电流,三极管Q4的集电极与发射极饱和导通;在三极管Q4导通时,电阻R1和电阻R4组成MOS管Q1的偏置电路,使得MOS管Q1的栅极电位下降,产生VGS压差,MOS管Q1导通输出高端电压。
电路发生异常时:这里主要研究电路输出端过载或对地短路的情况。需要说明的是,因短路是过载的一种特殊形式,因此根据过载原理进行分析。具体存在以下两个阶段。
第一阶段:当电路输出端电流过载时,经输入电源VCC、采样电阻RS、MOS管Q1到驱动输出的电流增加,采样电阻RS两端的电压增加,当增加到三极管Q2的导通阀值时,三极管Q2导通,三极管Q2集电极输出高电压,该电压对电容C1快速充电,同时通过电阻R2到MOS管Q3的栅极,使MOS管Q3导通,输将入信号短路到地。此时加到三极管Q4的输入信号为0V,使得三极管Q4关断、MOS管Q1关断,从而达到保护输出的目的。
第二阶段:在上述关断时,因流经采样电阻RS的电流减小到0,使得三极管Q2截止。电容C1在三极管Q2导通期间充满了电,此时,电容C1上的电压通过电阻R2、电阻R3放电,放电过程中维持MOS管Q3的栅极高电位,使MOS管Q3持续导通,三极管Q4持续截止、MOS管Q1持续关闭,仍处于保护阶段。
需要说明的是,电容C1上的电压释放快慢取决于电容C1、电阻R2、电阻R3组成的放电回路的时间常数,通过调整RC参数,可以调整RC放电时间常数,从而调整打嗝周期,调整通过MOS管Q1的电流占空比,使得MOS管Q1功率耗散保持在安全范围内,达到MOS管Q1不被损坏的目的。
打嗝保护电路中电容C1、电阻R2和电阻R3的参数与打嗝周期的关系公式如下:
其中,t为打嗝周期,C1为电容C1的容量,R2、R3为电阻R2、R3的阻值,UGS(th)为Mos管Q3的导通阀值,Uc为电容C1两端充电后的电压。
当电容C1上的电压通过电阻R2、电阻R3放电到MOS管Q3的关闭阀值时,MOS管Q3截止,输入信号电压通过电阻R6、电阻R7恢复加载到三极管Q4,使得三极管Q4导通、MOS管Q1导通,驱动输出高端电压。若此时驱动输出电流恢复正常时,采样电阻RS两端的电压不足以使得三极管Q2导通,从而使得MOS管Q3截止,因此MOS管Q1正常持续输出。若此时驱动输出仍处于过载状态,电路将从第一阶段保护开始继续保护,使得电路持续工作在打嗝输出模式。
另外,图2中的电路未明确给定相关参数,电路参数可以根据需求进行调整,从而使得电路匹配到相应功率输出的保护。
可以理解的是,与现有的驱动电路相比,本电路具有过载、短路打嗝输出保护能力,能有效解决电源开关、驱动输出的过载、短路保护问题,提高了电器系统使用的安全性;本电路纯硬件实现,保护响应快速,结构简单,对具有低成本要求的应用具有实用效果;本电路可以根据实际驱动功率进行参数调整,可应用于各种类型负载,通过调整采样电阻大小,可实现不同的过载保护需求。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,包括:开关控制电路、驱动电路、采样电阻、控制电路和打嗝保护电路;
输入信号接入所述开关控制电路,所述开关控制电路连接所述驱动电路,所述驱动电路的输入端连接输入电源,输出端作为驱动输出,连接驱动负载;
其中,所述输入电源与驱动电路之间连接采样电阻,所述采样电阻通过控制电路和打嗝保护电路与所述开关控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述控制电路包括三极管Q2,所述三极管Q2的发射极和基极连接采样电阻的两端,所述三级管Q2的集电极连接打嗝保护电路。
3.根据权利要求2所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述打嗝保护电路包括电容C1、电阻R2、电阻R3和MOS管Q3,所述电容C1的一端连接控制电路,所述电容C1的另一端接地,所述电容C1的两端还分别连接所述电阻R2和电阻R3,所述电阻R2和电阻R3连接MOS管Q3的栅极,所述MOS管Q3的源极接地,所述MOS管Q3的漏极与所述开关控制电路连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述开关控制电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8和三极管Q4,输入信号经电阻R6和电阻R7连接三极管Q4的基极,所述电阻R6和电阻R7的结合点连接打嗝保护电路,所述三极管Q4的基极通过电阻R8连接三极管Q4的发射极,所述三极管Q4的发射极接地,所述三极管Q4的集电极连接驱动电路。
5.根据权利要求4所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述驱动电路包括MOS管Q1、电阻R1和电阻R4,所述电阻R4的一端连接开关控制电路,所述电阻R4的另一端与所述MOS管Q1的栅极连接,所述MOS管Q1的栅极还通过电阻R1与输入电源VCC连接,所述MOS管Q1的源极连接采样电阻,漏极作为驱动输出连接驱动负载。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,还包括假性负载,所述假性负载的一端连接所述驱动输出,另一端接地。
7.根据权利要求5所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述采样电阻的阻值根据过载保护要求设置。
8.根据权利要求5所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述打嗝保护电路中电容C1、电阻R2和电阻R3的放电时间常数根据打嗝周期设置,关系公式如下:
其中,t为打嗝周期,C1为电容C1的容量,R2、R3为电阻R2、R3的阻值,UGS(th)为Mos管Q3的导通阀值,Uc为电容C1两端充电后的电压。
9.根据权利要求5所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述MOS管Q1为PMOS管,所述MOS管Q3为NMOS管。
10.根据权利要求5所述的一种具有打嗝模式过载过流保护的高端输出驱动电路,其特征在于,所述三极管Q2为PNP型,所述三极管Q4为NPN型。
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