CN206223841U - 一种低压检测电路和半桥驱动芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种低压检测电路和半桥驱动芯片，其中，低压检测电路包括电压转换电路和比较器。其中电压转换电路包括负反馈钳位电路、电流源、第一电阻、第二电阻和第三电阻。第一电阻连接高边参考地，第二电阻连接高边电源，且第一电阻和第二电阻并联。负反馈钳位电路的一侧连接第一电阻和第二电阻，另一侧分别与第三电阻和电流源连接。电压转换电路的输出端与比较器的输入端连接。通过该电压转换电路将高边电源与高边参考地间的高压模拟信号转换为低压模拟信号，实现了比较器的低压检测，从而降低对比较器等器件耐高压特性的要求，提高比较器检测精度。并且省去了现有技术中的电平转换电路，使电路设计更加简单，降低了生产成本。

Description

一种低压检测电路和半桥驱动芯片

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，特别是涉及一种低压检测电路和半桥驱动芯片。

背景技术

由场效应管(MOSFET)作为大功率开关及高速开关器件，在电子技术中得到广泛应用。在实际应用中，场效应管经常用来组成半桥电路。在使用由半桥电路构成的半桥驱动芯片时，需要对其高低边电压进行检测，以避免电源电压偏低时，高边与低边功率驱动管处于直通状态，即避免电路处于短路状态。

在检测高边电压时，由于高边电源电压较高，可超过100V，现有技术中，如图1所示的传统的高边低压检测电路示意图，钳位电路001将高边电源V_HC与高边参考地V_HS的压差钳位在电压检测点A上，通过比较器002将电压检测点A上的电压与基准电压V_ref进行比较，将比较器检测结果B输入至电平转换电路003以使高压数字信号转换为低压数字信号，再将转换后的低压数字信号通过缓冲驱动电路004传输至微处理器。因为电压检测点A上的电压为高压模拟信号，所以需要使用耐高压的比较器对高边电压进行检测。

然而，由于高边电压检测电路中，高边电源V_HC和高边参考地V_HS为浮动的电压，干扰比较大，耐高压的比较器难以满足检测精度需求。而且由于比较器002的输入电压为高压模拟信号，对应的输出电压为高压数字信号，所以需要额外配备电平转换电路003，将高压数字信号转换为低压数字信号。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种低压检测电路，以解决高边电压检测电路中使用耐高压的比较器导致检测精度受到影响的问题。

为了解决上述问题，第一方面，本实用新型公开了一种低压检测电路，包括：用于限制电压的电压转换电路和用于检测电压的比较器；

其中，电压转换电路包括：用于稳定电压的负反馈钳位电路、用于提供静态电流的电流源、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻连接高边参考地，所述第二电阻连接高边电源，所述第一电阻和所述第二电阻并联；

所述负反馈钳位电路的一侧连接所述第一电阻和所述第二电阻，另一侧分别与所述第三电阻和所述电流源连接；

所述电压转换电路的输出端与所述比较器的输入端连接；

所述负反馈钳位电路，将高边参考地通过第一电阻后的电压和高边电源通过第二电阻后的电压钳位至相等的电压值；

所述电流源，包括用于提供两路相等电流的镜像电路。

可选的，如上所述的低压检测电路，所述电压转换电路还包括：

用于承受高压以保护所述电流源的高压钳位电路，位于所述负反馈钳位电路和所述电流源之间。

可选的，如上所述的低压检测电路，

所述负反馈钳位电路包括第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管；

所述高压钳位电路包括第四场效应管和第五场效应管；

所述镜像电路包括第六场效应管、第七场效应管和第八场效应管。

可选的，如上所述的低压检测电路，

所述第一场效应管的源极与所述第一电阻连接；

所述第二场效应管和所述第三场效应管的源极与所述第二电阻连接；

所述第一场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极连接；

所述第二场效应管的漏极与所述第五场效应管的源极连接；

所述第三场效应管的漏极与所述第三电阻连接；

所述第四场效应管的漏极与所述第七场效应管的源极连接；

所述第五场效应管的漏极与所述第八场效应管的源极连接；

所述镜像电路与基准电流连接；

所述高压钳位电路与偏置电压连接。

可选的，如上所述的低压检测电路，所述第一场效应管和所述第二场效应管为P型场效应管，所述第三场效应管至第八场效应管为N型场效应管。

可选的，如上所述的低压检测电路，所述第三场效应管的漏极与所述第二电阻的连接处为所述电压转换电路的输出端。

可选的，如上所述的低压检测电路，当所述电压转换电路中的场效应管工作在饱和区时，所述电流源的电流值随之固定。

可选的，如上所述的低压检测电路，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等，且大于所述第三电阻的阻值。

可选的，如上所述的低压检测电路，还包括：

两个并联的平衡二极管，用于在电源电压启动时稳定工作电压。

所述两个并联的平衡二极管，位于所述两个第一电阻所在的两条导线之间，且导通方向相反。

第二方面，本实用新型还公开了一种半桥驱动芯片，包括第一方面所述的低压检测电路。

本实用新型实施例通过电流源为负反馈钳位电路提供两路相等的工作电流，再通过负反馈钳位电路稳定电压，将高边电源和高边参考地分别通过第一电阻和第二电阻后的电压钳位至相等的电压值上，从而使电压转换电路将高边电源与高边参考地间的高压模拟信号转换为低压模拟信号，进而实现了比较器的低压检测，将低压模拟信号检测为低压数字信号。能够降低对比较器等器件耐高压特性的要求，提高比较器检测精度。并且由于比较器输出的为低压数字信号，从而省去了现有技术中的电平转换电路，使电路设计更加简单，降低了生产成本。

附图说明

图1为传统的高边低压检测电路示意图；

图2为本实用新型提供的一种低压检测电路示意图；

图3为本实用新型提供的另一种低压检测电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种低压检测电路，可以通过电压转换电路，将高压高边电压检测中的高压模拟信号转换为低压模拟信号后，再输入比较器中完成检测，以提高检测精度，同时简化设计，降低生产成本。

实施例一

图2为本实用新型提供的一种低压检测电路示意图。

参照图2所示，该低压检测电路包括：电压转换电路和比较器41。

其中，电压转换电路包括：负反馈钳位电路13、电流源和电阻。本实施例中，电阻具有三个，分别为第一电阻R₁、第二电阻R₂和第三电阻R₃。

第一电阻R₁连接高边参考地V_HS，第二电阻R₂连接高边电源V_HC，第一电阻111和第二电阻R₂并联。负反馈钳位电路13的一侧连接第一电阻R₁和第二电阻R₂，另一侧分别与第三电阻R₃和电流源的镜像电路15连接。该电压转换电路的输出端与比较器41的输入端连接，比较器41输入的待检测信号即为电压转换电路输出的低压模拟信号V_L。

为了更加便于理解本实用新型实施例，下面将就该低压检测电路中所用到的组件进行简要的介绍：

电压转换电路可以将高边电源V_HC与高边参考地V_HS间的高压模拟信号，转换为低压模拟信号，并将转化后的低压模拟信号通过输出端输出至比较器41。

比较器41可以将通过输入端接收到的低压模拟信号V_L，和基准电压V_ref进行比较，进而获得检测结果，该检测结果为低压数字信号，可以通过比较器41的输出端输出至外部设备，如通过缓冲驱动电路将检测结果输出至微处理器。

负反馈钳位电路13可以将V_a和V_b钳位至相等的电压值，即使得V_a等于V_b。其中，V_a为高边参考地V_HS通过第一电阻R₁后导线上的电压，V_b为高边电源V_HC通过第二电阻R₂后导线上的电压。电流源用于为电压转换电路提供工作电流，可以为工作在饱和区的电压转换电路提供静态电流。该电流源包括提供基准电流I_ref的输入端和镜像电路15，该镜像电路15可以将基准电流I_ref转换为两路相等电流，且这两路电流的电流值与基准电流的电流值近似相等。

综上，本实用新型实施例提供的低压检测电路，可以通过电流源为负反馈钳位电路提供两路相等的工作电流，再通过负反馈钳位电路稳定电压，将高边电源和高边参考地分别通过第一电阻和第二电阻后的电压钳位至相等的电压值上，从而使电压转换电路将高边电源与高边参考地间的高压模拟信号转换为低压模拟信号，进而实现了比较器的低压检测，将低压模拟信号检测为低压数字信号。能够降低对比较器等器件耐高压特性的要求，提高比较器检测精度。并且由于比较器输出的为低压数字信号，从而省去了现有技术中用于将高压数字信号转换为低压数字信号的电平转换电路，使电路设计更加简单，降低了生产成本。

实施例二

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实现方式，图3为本实用新型实施例提供的另一种低压检测电路示意图。

参照图3所示，该低压检测电路包括：用于限制电压的电压转换电路和用于检测电压的比较器41。

其中，电压转换电路包括：负反馈钳位电路13、高压钳位电路14、电流源、电阻和平衡二极管。本实施例中，电流源包括提供基准电流I_ref的输入端和镜像电路15。电阻具有三个，分别为第一电阻R₁、第二电阻R₂和第三电阻R₃。平衡二极管具有两个，分别为平衡二极管D₁和平衡二极管D₂。

第一电阻R₁连接高边参考地V_HS，第二电阻R₂连接高边电源V_HC，第一电阻R₁和第二电阻R₂并联。两个并联的平衡二极管连接于电阻R₁所在导线和电阻R₂所在导线之间，且平衡二极管D₁和平衡二极管D₂导通方向相反，可以用于在电源电压启动时稳定工作电压。负反馈钳位电路13的一侧连接第一电阻R₁和第二电阻R₂，另一侧分别与第三电阻R₃和高压钳位电路14的一侧连接。该高压钳位电路14的另一侧与电流源的镜像电路15连接。该电压转换电路的输出端与比较器41的输入端连接，比较器41输入的待检测信号即为电压转换电路输出的低压模拟信号V_L。

该电压转换电路中的负反馈钳位电路13、高压钳位电路14和镜像电路15可以由场效应管构成。

可选的，负反馈钳位电路13包括三个场效应管，例如，选用两个P型场效应管和一个N型场效应管，其中，第一场效应管T₁和第二场效应管T₂可以选用P型场效应管，作为负反馈电路13运算放大器的输入端，第三场效应管T₃可以选用N型场效应管，作为负反馈电路13运算放大器的输出端。为使电压转换电路在高压工作区间更加安全，所述负反馈钳位电路中可以增加耐高压的场效应管，例如，可以在该负反馈钳位电路运算放大器的输入端和输出端之间，增加两个耐高压的P型场效应管。高压钳位电路14包括两个场效应管，例如，该高压钳位电路14中的第四场效应管T₄和第五场效应管T₅可以选用易于设计偏置电压的N型场效应管。电流源中镜像电路15包括三个场效应管，例如，该镜像电路15中的第六场效应管T₆、第七场效应管T₇和第八场效应管T₈可以选用适于电流源接地设计的N型场效应管。

可选的，第一场效应管T₁的源极与第一电阻R₁连接，第二场效应管T₂和第三场效应管T₃的源极与第二电阻R₂连接，第三场效应管T₃的漏极与第三电阻R₃连接，且该第二场效应管T₂的漏极与第三场效应管T₃的栅极连接，以实现负反馈钳位电路13与各电阻的连接，以及负反馈电路13内部各场效应管之间的连接。

可选的，第一场效应管T₁的漏极与第四场效应管T₄的源极连接，第二场效应管T₂的漏极与第五场效应管T₅的源极连接，以实现负反馈钳位电路13与高压钳位电路14的连接。

可选的，第四场效应管T₄的漏极与第七场效应管T₇的源极连接，第五场效应管T₅的漏极与第八场效应管T₈的源极连接，以实现高压钳位电路与电流源镜像电路15的连接。

可选的，高压钳位电路14连接偏置电压V_bias，以开启高压钳位电路14中的场效应管。其中，偏置电压V_bias可以由该低压检测电路所在芯片的其它电路提供，也可以由单独设计的供压模块提供。例如，若高压钳位电路14使用N型场效应管，可使用1.8V的偏置电压将该高压钳位电路14开启。该高压钳位电路14可以通过内部的N型场效应管，消耗大量的压降，以承受高压，从而起到保护电流源的作用。由于高压钳位电路14可以保证输出的电压为低电压，因此本实施例中，电流源可以选用低压电流源。

为了更加便于理解本实用新型实施例，下面将就该低压检测电路中所用到的组件进行简要的介绍：

电压转换电路可以通过负反馈钳位电路、高压钳位电路以及电流源等组件共同作用，将输入的电压，转换为一定比例的电压，即将高边电源V_HC与高边参考地V_HS二者之间的高压模拟信号，以一定比例转换为低压模拟信号，并将转化后的低压模拟信号V_L通过输出端输出至比较器41。

本实施例中的比较器，具体的可以为迟滞比较器，该比较器可以将通过输入端接收到的低压模拟信号V_L，和基准电压V_ref进行比较，进而获得检测结果，该检测结果为低压数字信号，可以通过比较器41的输出端输出至外部设备，如通过缓冲驱动电路将检测结果输出至微处理器。

负反馈钳位电路13可以将V_a和V_b钳位至相等的电压值，即使得

V_a＝V_b------(1)

其中，V_a为高边参考地V_HS通过第一电阻R₁后导线上的电压，V_b为高边电源V_HC通过第二电阻R₂后导线上的电压。

电流源用于为电压转换电路提供工作电流，可以为工作在饱和区的电压转换电路提供静态电流。该电流源包括提供基准电流I_ref的输入端和镜像电路15，当电压转换电路中的场效应管都工作在饱和区时，该镜像电路15可以将基准电流I_ref转换为两路相等电流，即使得第七场效应管T₇和第八场效应管T₈所在线路电流值相等，且这两路电流的电流值与基准电流I_ref的电流值近似相等，即这两条线路上的电流都为I_ref。

由于第七场效应管T₇所在线路没有分流的支路，所以存在如下方程式：

I_ref＝(V_HS-V_a)/R₁------(2)

由于第八场效应管T₈所在线路和第三电阻R₃所在线路将第二电阻R₂所在线路分流，所以关于电压转换电路输出的低压模拟信号V_L，存在如下方程式：

(V_HC-V_b)/R₂＝I_ref+V_L/R₃------(3)

若R₁等于R₂，则由以上3个方程式可以推导出：

V_L＝R₃/R₁×(V_HC-V_HS)------(4)

即电压转换电路输出的低压模拟信号V_L为高边电源与高边参考地压差的R₃/R₁倍，其中R₃/R₁为比例系数，可以根据设计需求调节该比例系数，以得到需要的检测电压。为使该电压转换电路起到将高压模拟信号转换为低压模拟信号的作用，可以使R₃小于R₁和R₂。

综上，本实用新型实施例提供的低压检测电路。可以通过高压钳位电路承受高压，将电压固定在低电压值上，以保护工作在低电压状态的电流源为负反馈钳位电路和高压钳位电路提供静态电流，再通过负反馈钳位电路稳定电压，将高边电源和高边参考地通过第一电阻后的电压钳位至相等的电压值上，从而使电压转换电路将高边电源与高边参考地间的高压模拟信号转换为低压模拟信号，进而实现了比较器的低压检测，将低压模拟信号检测为低压数字信号。即避免了对比较器、电流源等器件耐高压特性的要求，使得用于检测的比较器的设计更加容易，降低了生产成本。而且因具有较高的电源电压抑制比，从而有效削弱了电压浮动对比较器精度的影响，有效提升了电压检测的精度。

实施例三

本实用新型实施例提供一种半桥驱动芯片包括上述实施例所述的低压检测电路。

因此，采用本实用新型实施例结构的半桥驱动芯片，可以通过高压钳位电路承受高压，将电压固定在低电压值上，以保护工作在低电压状态的电流源为负反馈钳位电路和高压钳位电路提供静态电流，再通过负反馈钳位电路稳定电压，将高边电源和高边参考地通过第一电阻后的电压钳位至相等的电压值上，从而使电压转换电路将高边电源与高边参考地间的高压模拟信号转换为低压模拟信号，进而实现了比较器的低压检测，将低压模拟信号检测为低压数字信号。即避免了对比较器、电流源等器件耐高压特性的要求，使得用于检测的比较器的设计更加容易，降低了生产成本。而且因具有较高的电源电压抑制比，从而有效削弱了电压浮动对比较器精度的影响，有效提升了电压检测的精度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种低压检测电路，其特征在于，包括：用于限制电压的电压转换电路和用于检测电压的比较器；

其中，电压转换电路包括：用于稳定电压的负反馈钳位电路、用于提供静态电流的电流源、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻连接高边参考地，所述第二电阻连接高边电源，所述第一电阻和所述第二电阻并联；

所述负反馈钳位电路的一侧连接所述第一电阻和所述第二电阻，另一侧分别与所述第三电阻和所述电流源连接；

所述电压转换电路的输出端与所述比较器的输入端连接；

所述负反馈钳位电路，将高边参考地通过第一电阻后的电压和高边电源通过第二电阻后的电压钳位至相等的电压值；

所述电流源，包括用于提供两路相等电流的镜像电路。

2.根据权利要求1所述的低压检测电路，其特征在于，所述电压转换电路还包括：

用于承受高压以保护所述电流源的高压钳位电路，位于所述负反馈钳位电路和所述电流源之间。

3.根据权利要求2所述的低压检测电路，其特征在于，

所述负反馈钳位电路包括第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管；

所述高压钳位电路包括第四场效应管和第五场效应管；

所述镜像电路包括第六场效应管、第七场效应管和第八场效应管。

4.根据权利要求3所述的低压检测电路，其特征在于，

所述第一场效应管的源极与所述第一电阻连接；

所述第二场效应管和所述第三场效应管的源极与所述第二电阻连接；

所述第一场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极连接；

所述第二场效应管的漏极与所述第五场效应管的源极连接；

所述第三场效应管的漏极与所述第三电阻连接；

所述第四场效应管的漏极与所述第七场效应管的源极连接；

所述第五场效应管的漏极与所述第八场效应管的源极连接；

所述镜像电路与基准电流连接；

所述高压钳位电路与偏置电压连接。

5.根据权利要求4所述的低压检测电路，其特征在于，所述第一场效应管和所述第二场效应管为P型场效应管，所述第三场效应管至第八场效应管为N型场效应管。

6.根据权利要求4所述的低压检测电路，其特征在于，所述第三场效应管的漏极与所述第二电阻的连接处为所述电压转换电路的输出端。

7.根据权利要求1或2所述的低压检测电路，其特征在于，当所述电压转换电路中的场效应管工作在饱和区时，所述电流源的电流值随之固定。

8.根据权利要求1或2所述的低压检测电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等，且大于所述第三电阻的阻值。

9.根据权利要求1或2所述的低压检测电路，其特征在于，还包括：

两个并联的平衡二极管，用于在电源电压启动时稳定工作电压，

所述两个并联的平衡二极管，位于所述第一电阻所在导线和所述第二电阻所在导线之间，且导通方向相反。

10.一种半桥驱动芯片，其特征在于，包括如上述权利要求1至9任一项所述的低压检测电路。