CN117811558A - 一种高边驱动电路及其控制方法、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高边驱动电路及其控制方法、车辆。所述高边驱动电路包括：至少一个预驱单元和至少一个开关单元；所述预驱单元的输出端与对应的所述开关单元的控制端电连接，所述开关单元的第一端与电压信号端电连接，所述开关单元的第二端与负载的第一端电连接，所述负载的第二端与接地端电连接；其中，在接收到负载工作指令时，所述预驱单元控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率。采用预驱单元+开关单元替代高边芯片，实现高边驱动，可以有效降低成本，更有优势，并且借助预驱单元+开关单元，可以实现对负载及调速电路控制的目的。

Description

一种高边驱动电路及其控制方法、车辆

技术领域

本发明涉及高边驱动电路技术领域，尤其涉及一种高边驱动电路及其控制方法、车辆。

背景技术

当前的汽车电子设计中，高边驱动电路通常是基于自带过流，过温关断保护的智能高边芯片，通过单片机的PWM端口连接高边芯片上的INPUT引脚，控制智能高边芯片的开通和关断，通过单片机的IO端口与高边芯片上的FAULTRST引脚故障诊断通讯，通过单片机的IO端口控制高边芯片上的SEN引脚控制智能高边芯片镜像电流的开启和关闭，通过单片机的AD采样智能高边芯片IS引脚的电流，该电流值与流过高边芯片的电流呈正比，以此计算出高边输出的电流值，如果发生过流即可通过单片机关断高边输出。该案例能满足汽车电子的驱动要求，但芯片厂家集成此功能，价格会增加不少，在当前芯片缺货的大背景下，亟需开发一款基于预驱芯片加MOS管的设计案例。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种高边驱动电路及其控制方法、车辆。

第一方面，本发明提供了一种高边驱动电路，所述高边驱动电路包括：至少一个预驱单元和至少一个开关单元；

所述预驱单元的输出端与对应的所述开关单元的控制端电连接，所述开关单元的第一端与电压信号端电连接，所述开关单元的第二端与负载的第一端电连接，所述负载的第二端与接地端电连接；其中，

在接收到负载工作指令时，所述预驱单元控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率；

所述预驱单元包括：控制器和H桥栅极驱动器；

所述控制器的PH/EN或PWM信号端与所述H桥栅极驱动器的第一输入端电连接，所述控制器的nSLEEP信号端与所述H桥栅极驱动器的第二输入端电连接，所述控制器的VRFF信号端与所述H桥栅极驱动器的第三输入端电连接；

所述H桥栅极驱动器的SO信号输出端与所述控制器的第一输入端电连接，所述H桥栅极驱动器的nFAULT信号输出端与所述控制器的第二输入端电连接，所述H桥栅极驱动器的控制输出端与所述开关单元的控制端电连接，所述H桥栅极驱动器的供电端与电压信号端电连接；

所述高边驱动电路还包括防反单元；

所述防反单元的第一端与所述电压信号端电连接，所述防反单元的第二端与所述开关单元的第一端电连接。

在一些实施例中，所述开关单元包括MOS管；

所述MOS管的栅极与所述预驱单元的输出端电连接，所述MOS管的漏极与所述电压信号端电连接，所述MOS管的源极与所述负载的第一端电连接。

在一些实施例中，所述MOS管采用N型MOS管。

在一些实施例中，所述MOS管采用P型MOS管。

在一些实施例中，所述高边驱动电路包括多个预驱单元和多个开关单元；每个所述预驱单元对应一个所述开关单元。

在一些实施例中，所述防反单元包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、晶体管、第一二极管、继电器、第二二极管、第三电阻、第二电容；

所述第一电阻的第一端与控制信号端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及晶体管的栅极电连接；

所述第二电阻和所述第一电容的第二端均与所述接地端电连接；

所述晶体管的源极分别与所述第一二极管的阳极、所述继电器的线圈的第一端电连接，所述晶体管的漏极与所述接地端电连接，所述第一二极管的阴极与DIO信号端电连接；

所述继电器的第一静触点与所述晶体管的阳极电连接，所述继电器的第二静触点与其动触点的第一端电连接，其动触点的第二端分别与所述第三电阻的第一端、电源信号输出端和所述第二电容的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第二电容的第二端与所述接地端电连接。

第二方面，本发明提供了一种高边驱动电路的控制方法，所述高边驱动电路采用前文记载的所述的高边驱动电路，所述控制方法包括：

在接收到负载工作指令时，通过所述预驱单元控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率。

第三方面，本发明提供了一种车辆，所述车辆包括前文记载的所述的高边驱动电路。

本发明的有益效果为：

本发明的实施例的高边驱动电路及其控制方法、车辆，采用预驱单元+开关单元替代高边芯片，实现高边驱动，可以有效降低成本，更有优势，并且借助预驱单元+开关单元，可以实现对负载及调速电路控制的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例的高边驱动电路的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的预驱单元的结构示意图；

图3为本发明另一实施例的防反单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

传统地基于智能高边芯片的驱动电路的设计案例，通过单片机的PWM端口连接高边芯片上的INPUT引脚，控制智能高边芯片的开通和关断，通过单片机的IO端口与高边芯片上的FAULTRST引脚故障诊断通讯，通过单片机的IO端口控制高边芯片上的SEN引脚控制智能高边芯片镜像电流的开启和关闭，通过单片机的AD采样智能高边芯片IS引脚的电流，该电流值与流过高边芯片的电流呈正比，以此计算出高边输出的电流值，如果发生过流即可通过单片机关断高边输出。该案例能满足汽车电子的驱动要求，但芯片厂家集成此功能，价格会增加不少，在当前芯片缺货的大背景下，亟需开发一款基于预驱芯片加MOS管的设计案例。

基于此，本发明提出了一种新型的高边驱动电路。

参见图1，本发明提供了一种高边驱动电路，所述高边驱动电路包括：至少一个预驱单元1和至少一个开关单元。所述预驱单元1的输出端与对应的所述开关单元的控制端电连接，所述开关单元的第一端与电压信号端KL30电连接，所述开关单元的第二端与负载的第一端电连接，所述负载的第二端与接地端电连接。在接收到负载工作指令时，所述预驱单元1控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率。

本发明的实施例的高边驱动电路，采用预驱单元+开关单元替代高边芯片，实现高边驱动，可以有效降低成本，更有优势，并且借助预驱单元+开关单元，可以实现对负载及调速电路控制的目的。

具体的，如图1所示，所述开关单元包括MOS管。所述MOS管的栅极G与所述预驱单元1的输出端电连接，所述MOS管的漏极D与所述电压信号端KL30电连接，所述MOS管的源极S与所述负载的第一端电连接。在一些实施例中，所述MOS管采用N型MOS管。当然，所述MOS管也可以采用P型MOS管。

示例性的，如图2所示，所述预驱单元1包括：控制器和H桥栅极驱动器。所述控制器的PH/EN或PWM信号端与所述H桥栅极驱动器的第一输入端电连接，所述控制器的nSLEEP信号端与所述H桥栅极驱动器的第二输入端电连接，所述控制器的VRFF信号端与所述H桥栅极驱动器的第三输入端电连接。所述H桥栅极驱动器的SO信号输出端与所述控制器的第一输入端电连接，所述H桥栅极驱动器的nFAULT信号输出端与所述控制器的第二输入端电连接，所述H桥栅极驱动器的控制输出端与所述开关单元的控制端电连接，所述H桥栅极驱动器的供电端与电压信号端电连接。

具体的，在本实施例中，预驱单元是针对汽车应用的智能H 桥驱动器，可同时驱动四个外部 N 沟道 MOSFET 以驱动双向有刷直流电机，可实现正转、反转、慢刹(slowdecay)、滑行(coast)等多种电机控制。

MODE引脚控制输出模式都，MODE=0，PWM，无滑行模式，MODE=1独立半桥模式，MODE=Hi-z,PWM，有滑行模式；工作状态都由nSLEEP引脚来控制，nSLEEP=1，正常工作状态，nSLEEP=0，休眠状态，工作模式都由IN1、IN2脚来控制，两个引脚不同的电平可以控制芯片电流方向。通过SPI接口，用于MCU通讯，可以灵活的进行功能配置并读取出所有状态寄存器信息。nFAULT PIN为故障反馈脚，默认状态该引脚应拉至5V。当故障被检测时，改引脚为逻辑低，具备短路保护、过压保护、欠压保护和过流保护等多重保护机制，可有效保护芯片和电机的安全。

在一些实施例中，所述高边驱动电路包括多个预驱单元和多个开关单元；每个所述预驱单元对应一个所述开关单元。

在一些实施例中，如图1所示，所述高边驱动电路还包括防反单元（防反电路），所述防反单元的第一端与所述电压信号端KL30电连接，所述防反单元的第二端与所述开关单元的第一端电连接。

在一些实施例中，一并结合图3，所述防反单元包括：第一电阻R97、第二电阻R98、第一电容C107、晶体管Q22、第一二极管D47、继电器K1、第二二极管D48、第三电阻R230、第二电容C184。

所述第一电阻R97的第一端与控制信号端PTB11连接，所述第一电阻R97的第二端分别与所述第二电阻R98的第一端、所述第一电容C107的第一端以及晶体管Q22的栅极电连接。所述第二电阻R98和所述第一电容C107的第二端均与所述接地端电连接。所述晶体管Q22的源极分别与所述第一二极管D47的阳极、所述继电器K1的线圈的第一端电连接，所述晶体管Q22的漏极与所述接地端电连接，所述第一二极管D47的阴极与DIO信号端电连接。所述继电器K1的第一静触点与所述第二二极管D48的阳极电连接，所述继电器K1的第二静触点（4/6）与其动触点（3/5）的第一端电连接，其动触点（3/5）的第二端分别与所述第三电阻R230的第一端、电源信号输出端KL30_P和所述第二电容C184的第一端电连接，所述第三电阻R230的第二端与所述第二二极管D48的阴极电连接，所述第二电容C184的第二端与所述接地端电连接。

具体的，一并结合图1、图2和图3，图中所示的为采用预驱+NMOS管构成的负载及调速电路，其包括一个防反电路和一个NMOS管和预驱电路，每一预驱电路信号输出端分别与一个NMOS管的G极连接，控制该NMOS管U1的G级的关断以及PWM频率。NMOS管的D极与防反电路连接，该半桥NMOS管的S极与一个负载的第一极连接，负载的第二极接地。

防反电路一端接12V电压。另一端与NMOS管的D极相连接，当负载工作指令下达时，MCU发出命令，使防反电路吸合，主电源KL30（30V）导通至NMOS管的D级，通过预驱电路控制NMOS管的G级的关断以及PWM频率，将NMOS管的D级与NMOS管的S级导通，因此，防反电路、NMOS管的D级、NMOS管的S级、负载与地之间实现回路，负载开始运行。

当单片机的控制信号断PTB11输出高，晶体管Q22导通，继电器线圈导通，继电器常开触点吸合，电源KL30_1输出到KL30_P，给负载提供电源。当电源正负接反（反接），电路不能正常工作，在没有保护电路的情况下甚至烧坏其中的关键元器件，本装置采用单胞继电器，如果电池接反，D反偏，继电器K的线圈没有电流通过，触点不能吸合，输被切断。

第二方面，本发明提供了一种高边驱动电路的控制方法，所述高边驱动电路采用前文记载的所述的高边驱动电路，所述控制方法包括：

在接收到负载工作指令时，通过所述预驱单元控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率。

本发明的实施例的高边驱动电路的控制方法，采用预驱单元+开关单元替代高边芯片，实现高边驱动，可以有效降低成本，更有优势，并且借助预驱单元+开关单元，可以实现对负载及调速电路控制的目的。

第三方面，本发明提供了一种车辆，所述车辆包括前文记载的所述的高边驱动电路。

本发明实施例的车辆，具有前文记载的高边驱动电路，采用预驱单元+开关单元替代高边芯片，实现高边驱动，可以有效降低成本，更有优势，并且借助预驱单元+开关单元，可以实现对负载及调速电路控制的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高边驱动电路，其特征在于，所述高边驱动电路包括：至少一个预驱单元和至少一个开关单元；

所述预驱单元的输出端与对应的所述开关单元的控制端电连接，所述开关单元的第一端与电压信号端电连接，所述开关单元的第二端与负载的第一端电连接，所述负载的第二端与接地端电连接；其中，

在接收到负载工作指令时，所述预驱单元控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率；

所述预驱单元包括：控制器和H桥栅极驱动器；

所述控制器的PH/EN或PWM信号端与所述H桥栅极驱动器的第一输入端电连接，所述控制器的nSLEEP信号端与所述H桥栅极驱动器的第二输入端电连接，所述控制器的VRFF信号端与所述H桥栅极驱动器的第三输入端电连接；

所述H桥栅极驱动器的SO信号输出端与所述控制器的第一输入端电连接，所述H桥栅极驱动器的nFAULT信号输出端与所述控制器的第二输入端电连接，所述H桥栅极驱动器的控制输出端与所述开关单元的控制端电连接，所述H桥栅极驱动器的供电端与电压信号端电连接；

所述高边驱动电路还包括防反单元；

所述防反单元的第一端与所述电压信号端电连接，所述防反单元的第二端与所述开关单元的第一端电连接。

2.根据权利要求1所述的高边驱动电路，其特征在于，所述开关单元包括MOS管；

所述MOS管的栅极与所述预驱单元的输出端电连接，所述MOS管的漏极与所述电压信号端电连接，所述MOS管的源极与所述负载的第一端电连接。

3.根据权利要求2所述的高边驱动电路，其特征在于，所述MOS管采用N型MOS管。

4.根据权利要求2所述的高边驱动电路，其特征在于，所述MOS管采用P型MOS管。

5.根据权利要求1至4任一项所述的高边驱动电路，其特征在于，所述高边驱动电路包括多个预驱单元和多个开关单元；每个所述预驱单元对应一个所述开关单元。

6.根据权利要求1至4任一项所述的高边驱动电路，其特征在于，所述防反单元包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、晶体管、第一二极管、继电器、第二二极管、第三电阻、第二电容；

所述第一电阻的第一端与控制信号端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及晶体管的栅极电连接；

所述第二电阻和所述第一电容的第二端均与所述接地端电连接；

所述晶体管的源极分别与所述第一二极管的阳极、所述继电器的线圈的第一端电连接，所述晶体管的漏极与所述接地端电连接，所述第一二极管的阴极与DIO信号端电连接；

所述继电器的第一静触点与所述晶体管的阳极电连接，所述继电器的第二静触点与其动触点的第一端电连接，其动触点的第二端分别与所述第三电阻的第一端、电源信号输出端和所述第二电容的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第二二极管的阴极电连接，所述第二电容的第二端与所述接地端电连接。

7.一种高边驱动电路的控制方法，其特征在于，所述高边驱动电路采用权利要求1至6任一项所述的高边驱动电路，所述控制方法包括：

在接收到负载工作指令时，通过所述预驱单元控制所述开关单元的第一端与所述开关单元的第二端导通，以及控制所述开关单元的脉冲调制PWM频率。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至6任一项所述的高边驱动电路。