CN206389099U - 具有短路保护功能的高边驱动输出电路及电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有短路保护功能的高边驱动输出电路及电机控制器，所述高边驱动输出电路包括主开关管、驱动单元以及短路保护单元，其中：所述驱动单元包括根据控制端的信号使驱动回路导通或断开的第一开关管；所述主开关管接入供电回路，且该主开关管的控制端连接到驱动回路并在所述驱动回路导通时输出电源；所述短路保护单元包括采样电阻和第二开关管，所述采样电阻串接在供电回路中，所述第二开关管的两端分别连接第一开关管的控制端和参考地并在采样电阻两端电压超过设定阈值时导通。本实用新型通过短路保护单元中的第二开关管控制驱动单元中的第一开关管，实现对主开关管的通断控制，可以在发生对地短路过流时迅速切断主开关管。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种具有短路保护功能的高边驱动输出电路及电机控制器。
背景技术
电机控制器通过集成电路的主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间等进行工作，可使得电机应用范围更为广泛，输出效率更高，噪音更小等优点。
目前电机控制器对外输出的DO(数字量输出)电路中，大多采用MOSFET进行功率的通断控制。对MOSFET的驱动有两种方式：低边驱动和高边驱动，分别对应输出电源的低电平有效和高电平有效。其中高边驱动型的输出电源很容易发生对地短路，从而导致MOSFET或电路中其他器件的损坏。
目前常见的高边驱动短路保护方案有：在电路中串联可恢复保险丝。然而，上述可恢复保险丝的动作时间较长，无法及时切断电路，且在短路工况下，电路中的平均电流将超出MOSFET的安全工作区域，因此对MOSFET的选型要求留取较大的功率降额，这就大大增加了电路成本和体积。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述高边驱动短路保护动作时间长、成本和体积大的问题，提供一种具有短路保护功能的高边驱动输出电路及电机控制器。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种具有短路保护功能的高边驱动输出电路，包括主开关管、驱动单元以及短路保护单元，其中：所述驱动单元包括第一开关管，所述第一开关管串接在驱动回路中并根据控制端的信号使驱动回路导通或断开；所述主开关管接入供电回路，且该主开关管的控制端连接到驱动回路并在所述驱动回路导通时输出电源；所述短路保护单元包括采样电阻和第二开关管，所述采样电阻串接在供电回路中，所述第二开关管的两端分别连接第一开关管的控制端和参考地并在采样电阻两端电压超过设定阈值时导通。
在本实用新型所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路中，所述驱动单元包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：所述第一开关管的控制端经由第一电阻连接来自主控芯片的控制信号；所述供电电源依次经由第二电阻和第三电阻连接到第一开关管的一端，所述第一开关管的另一端连接参考地，所述主开关管的控制端连接到第二电阻和第三电阻的中点。
在本实用新型所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路中，所述采样电阻串接在供电电源与主开关管之间。
在本实用新型所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路中，所述短路保护单元包括第三开关管，且该第三开关管在采样电阻两端电压超过设定阈值时使第二开关管导通。
在本实用新型所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路中，所述短路保护单元包括第一电容、第二电容、第四电阻、第五电阻及第六电阻，其中：所述第三开关管的第一端连接到采样电阻的第一端，该第三开关管的控制端经由第四电阻连接到采样电阻的第二端，且该第三开关管的第二端经由第五电阻和第六电阻连接参考地；所述第一电容的两端分别连接第三开关管的第一端和第二端；所述第二开关管的控制端连接在第五电阻和第六电阻的中点，该第二开关管的第一端连接到第一开关管的控制端，且该第二开关管的第二端接地；所述第二电容的两端分别连接到第一开关管的控制端以及参考地。
在本实用新型所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路中，所述主开关管为P沟道MOSFET，所述第一开关管和第二开关管为NPN型三极管。
在本实用新型所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路中，所述第三开关管为PNP型三极管。
本实用新型还提供一种电机控制器，包括主控芯片和驱动电路，所述驱动电路采用如上所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路。
本实用新型的具有短路保护功能的高边驱动输出电路具有以下有益效果：通过短路保护单元中的第二开关管控制驱动单元中的第一开关管，实现对主开关管的通断控制，可以在发生对地短路过流时迅速切断主开关管。本实用新型还便于调整保护恢复时间，以降低短路时的平均电流，从而达到保护主开关管的作用。由于短路保护及时，短路电流小，也减少了对电路的功率过设计。
附图说明
图1是本实用新型具有短路保护功能的高边驱动输出电路实施例的示意图。
图2是本实用新型具有短路保护功能的高边驱动输出电路实施例的电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1、2所示，是本实用新型具有短路保护功能的高边驱动输出电路实施例的示意。该具有短路保护功能的高边驱动输出电路包括主开关管30、驱动单元10以及短路保护单元20，其中：驱动单元10包括第一开关管Q1，该第一开关管Q1串接在驱动回路(本实施例中的驱动回路连接供电电源VBAT+与参考地)中，并根据控制端的信号OX使驱动回路导通或断开；主开关管30接入供电回路，且该主开关管30的控制端连接到驱动回路并在驱动回路导通时输出电源DO+；短路保护单元20包括采样电阻R7和第二开关管Q2，采样电阻R7串接在供电回路中(具体地，该采样电阻R7串接在供电电源VBAT+与主开关管30之间)，第二开关管Q2的两端分别连接第一开关管Q1的控制端和参考地并在采样电阻R7两端电压超过设定阈值时导通，将第一开关管Q1的控制端(即图2中的A点)电压拉低，使驱动回路断开。
上述驱动单元10还可包括第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，其中：第一开关管Q1的控制端经由第一电阻R1连接来自主控芯片40的控制信号；供电电源VBAT+依次经由第二电阻R2和第三电阻R3连接到第一开关管Q1的一端，且该第一开关管Q1的另一端连接参考地(构成驱动回路)，主开关管30的控制端连接到第二电阻R2和第三电阻R3的中点(即第二电阻R2和第三电阻R3的连接点)。
短路保护单元20包括第三开关管Q3，且该第三开关管Q3在采样电阻R7两端电压超过设定阈值时使第二开关管Q2导通。该短路保护单元包括第一电容C1、第二电容C2、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6，其中：第三开关管Q3的第一端连接到采样电阻R7的第一端，该第三开关管Q3的控制端经由第四电阻R4连接到采样电阻R7的第二端，且该第三开关管Q3的第二端经由第五电阻R5和第六电阻R6连接参考地；第一电容C1的两端分别连接第三开关管Q3的第一端和第二端；第二开关管Q2的控制端连接在第五电阻R5和第六电阻R6的中点(即图2中的B点)，该第二开关管Q2的第一端连接到第一开关管Q1的控制端，且该第二开关管Q2的第二端接地；第二电容C2的两端分别连接到第一开关管Q1的控制端以及参考地。
特别地，上述主开关管30采用P沟道MOSFET Q4，第一开关管Q1和第二开关管Q2采用NPN型三极管，而第三开关管Q3则采用PNP型三极管。
上述具有短路保护功能的高边驱动输出电路在正常工作时，主控芯片40发出控制信号OX为高电平时(控制信号OX高电平有效)，第一三极管Q1导通，第一三极管Q1的栅源极电压开启，则主开关管30开通，对负载50输出电源DO+；控制信号OX为低电平时，第一三极管Q1截止，主开关管30关断，对外不输出电源，此状态下第二开关管Q2、第三开关管Q3一直处于截止状态。
当输出电源DO+发生对地短路或过流时，流过采样电阻R7的电流增大，直至采样电阻R7的压降大于第三开关管Q3的be结开启电压阈值，此时第三开关管Q3迅速导通，第六电阻R6上的压降迅速达到第二开关管Q2的开启电压，第二开关管Q2导通的饱和压降将A点电位拉低至第一开关管Q1的be结关断阈值之下，使第一开关管Q1截止，从而关断主开关管30(从过流到主开关管30关断的时间称为保护动作时间t1)。主开关管30关断过程中流过采样电阻R7的电流下降，则第三开关管Q3的be电压下降使其截止，但第一电容C1两端电压不能突变，第一电容C1和第五电阻R5的充电过程使得流经B点的电流逐渐下降直至第二开关管Q2截止，同样，第二三极管Q2的ce电压不能突变，控制信号OX通过第一电阻R1给第二电容C2充电直至A点电压重新达到第一三极管Q1的be开启阈值，从而主开关管30重新打开(从主开关管30关断至重新打开的这段时间称为保护恢复时间t2)。
由分析可知，通过设置采样电阻R7的阻值，可以改变过流保护限值，通过合理设置第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1和第二电容C2的值，可以使短路时间t2>>t1，以此降低流过开关管的平均电流。
本实用新型还提供一种电机控制器，包括主控芯片和驱动电路，上述驱动电路采用如上所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：包括主开关管、驱动单元以及短路保护单元，其中：所述驱动单元包括第一开关管，所述第一开关管串接在驱动回路中并根据控制端的信号使驱动回路导通或断开；所述主开关管接入供电回路，且该主开关管的控制端连接到驱动回路并在所述驱动回路导通时输出电源；所述短路保护单元包括采样电阻和第二开关管，所述采样电阻串接在供电回路中，所述第二开关管的两端分别连接第一开关管的控制端和参考地并在采样电阻两端电压超过设定阈值时导通。
2.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：所述驱动单元包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，其中：所述第一开关管的控制端经由第一电阻连接来自主控芯片的控制信号；供电电源依次经由第二电阻和第三电阻连接到第一开关管的一端，所述第一开关管的另一端连接参考地，所述主开关管的控制端连接到第二电阻和第三电阻的中点。
3.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：所述采样电阻串接在供电电源与主开关管之间。
4.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：所述短路保护单元包括第三开关管，且该第三开关管在采样电阻两端电压超过设定阈值时使第二开关管导通。
5.根据权利要求4所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：所述短路保护单元包括第一电容、第二电容、第四电阻、第五电阻及第六电阻，其中：所述第三开关管的第一端连接到采样电阻的第一端，该第三开关管的控制端经由第四电阻连接到采样电阻的第二端，且该第三开关管的第二端经由第五电阻和第六电阻连接参考地；所述第一电容的两端分别连接第三开关管的第一端和第二端；所述第二开关管的控制端连接在第五电阻和第六电阻的中点，该第二开关管的第一端连接到第一开关管的控制端，且该第二开关管的第二端接地；所述第二电容的两端分别连接到第一开关管的控制端以及参考地。
6.根据权利要求5所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：所述主开关管为P沟道MOSFET，所述第一开关管和第二开关管为NPN型三极管。
7.根据权利要求6所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路，其特征在于：所述第三开关管为PNP型三极管。
8.一种电机控制器，包括主控芯片和驱动电路，其特征在于：所述驱动电路采用如权利要求1-7中任一项所述的具有短路保护功能的高边驱动输出电路。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 215000 52 tianedang Road, Yuexi, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Huichuan United Power System Co.,Ltd. Address before: 215000 52 tianedang Road, Yuexi, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: SUZHOU HUICHUAN UNITED POWER SYSTEM Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |