CN208589974U - 一种功率管驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种功率管驱动系统，其包括用于驱动功率管的驱动芯片和用于控制所述驱动芯片对所述功率管的驱动的控制芯片，所述系统还包括：使能控制模块，所述使能控制模块用于接收来自所述驱动芯片的控制指令，并根据所接收的控制指令输出相应的控制信号；和开关模块，所述开关模块用于接收来自所述使能控制模块的控制信号，并根据所接收的控制信号接通或断开所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。根据本实用新型的功率管驱动系统能够提高驱动系统的控制安全性和可靠性。

Description

一种功率管驱动系统

技术领域

本实用新型涉及功率管领域，更具体而言，本实用新型涉及一种功率管驱动系统。

背景技术

功率管是电路结构中的重要元件，通常用于在电路中用于提供功率输出。例如，新能源汽车的低压供电网络已有部分车型采用双电源模式，铅酸电池作为传统的主电源，锂电池系统作为后备电源，在主电源供电出现故障时切换到后备电源以保证车载设备用电安全，此外，这种双电源之间的切换还可用于存储再生能源。使用过程中，需要在铅酸电池和锂电池系统之间采用大功率功率管作为开关，执行供电策略。

目前，市面上的功率管驱动系统普遍采用驱动芯片直接驱动功率管，安全等级较低，如果发生驱动故障而使功率管处于常开状态，则没有有效的措施能够将功率管断开。此外，传统的双电源系统的驱动系统中也没有放电回路用以快速关断功率管，工作效率低，可靠性低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题中的一个或多个，本实用新型提供一种功率管驱动系统，其能够提高驱动系统的控制安全性和可靠性。

根据本实用新型的一个示例性实施例，提供了一种功率管驱动系统，其包括用于驱动功率管的驱动芯片和用于控制所述驱动芯片对所述功率管的驱动的控制芯片，所述系统还包括：使能控制模块，所述使能控制模块用于接收来自所述驱动芯片的控制指令，并根据所接收的控制指令输出相应的控制信号；和开关模块，所述开关模块用于接收来自所述使能控制模块的控制信号，并根据所接收的控制信号接通或断开所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。

有利地，所述系统还包括：放电模块，所述放电模块用于接收来自所述驱动芯片的放电指令，以在所述驱动芯片和所述功率管之间的连接被断开时泄放掉所述功率管的栅极的能量。

有利地，所述控制芯片还用于检测所述驱动芯片的工作状态，并根据所检测到的工作状态向所述使能控制模块输出相应的控制指令。

有利地，当检测到所述驱动芯片处于正常工作状态时，所述控制芯片向所述使能控制模块输出第一控制指令，以控制所述开关模块接通所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。

有利地，当检测到所述驱动芯片出现驱动故障时，所述控制芯片向所述使能控制模块输出第二控制指令，以控制所述开关模块断开所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。

有利地，所述第一控制指令为低电平。

有利地，所述第二控制指令为高电平。

根据一个示例性实施例，所述使能控制模块可包括：NPN型三极管Q2、Q3，其中，三极管Q2的基极与控制芯片相连，三极管Q2的发射极与参考地平面GND相连，三极管Q3的基极与三极管Q2的集电极相连，三极管Q3的发射极与参考地平面GND相连；限流电阻R3，该限流电阻R3的一端与三极管Q2的集电极相连，另一端与一直流电源相连；以及电阻R4，该电阻R4的一端与三极管Q3的集电极相连。

根据一个示例性实施例，所述开关模块可包括：P型管Q1，其源极与驱动芯片相连，栅极与所述使能控制模块中的电阻R4相连；稳压二极管DZ1，其负极与P型管Q1的源极相连，正极与P型管Q1的栅极相连；电阻R1，其一端与P型管Q1的源极相连，另一端与P型管Q1的栅极相连；二极管D1，其负极与功率管相连；以及电阻R2，其一端与P型管Q1的漏极，另一端与二极管D1的正极相连。

根据一个示例性实施例，所述放电模块可包括：二极管D2，其正极与功率管相连；P型管Q4，其源极与二极管D2的负极相连；电阻R5，其一端与P型管Q4的栅极相连，另一端与驱动芯片相连；稳压二极管DZ2，其负极与P型管Q4的源极相连，正极与P型管Q4的栅极相连；电阻R6，其一端与P型管Q4的源极相连，另一端与P型管Q4的栅极相连；电阻R7，其一端与P型管Q4的漏极相连，另一端与驱动芯片相连；以及电阻R8，其一端与二极管D2的负极相连，另一端与驱动芯片相连。

根据本实用新型的功率管驱动系统能够提供如下有益的技术效果：通过控制使能控制模块、进而控制开关模块来实现功率管驱动芯片与功率管栅极的连接和断开，起到安全保护作用。因此，根据该功率管驱动系统，即使发生驱动故障使得功率管常开，使能控制模块和开关模块也可以断开功率管驱动芯片与功率管栅极之间的连接。此外，放电模块可以在功率管关断时泄放掉功率管栅极的能量，从而实现快速关断功率管。

本实用新型的这些和其它方面、特征以及优点将从在下文中所描述的实施例变得明显，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

附图说明

现在将更详细地并且参考附图对本实用新型进行描述，在附图中：

图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的功率管驱动系统的结构图；

图2示出了图1中所示的功率管驱动系统的内部电路原理图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述具体实施方式来阐述本实用新型。但是需要理解的是，这些具体实施方式仅仅是示例性的，对于本实用新型的精神和保护范围并无限制作用。

在本说明书中，“相连”或“连接”一词应当理解为包括在两个模块之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三模块间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光、磁和软件指令的形式存在的信号。

“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的模块以外，本实用新型的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它模块的情形。再者，诸如“第一”、“第二”之类的用语并不表示模块或指令在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各模块或指令之用。

以下借助附图描述本实用新型的具体实施例。

通常，在电路中提供功率输出的管被称为功率管，例如三极管、晶闸管、场效应管等都可以用作功率管。例如，在新能源汽车领域，当采用双电源供电时需要在主电池和备用电池之间采用大功率功率管作为开关，执行供电策略。图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的用于驱动功率管的系统的结构图。

参见图1，根据本实用新型的功率管驱动系统包括：用于驱动功率管的驱动芯片；和用于控制所述驱动芯片对所述功率管的驱动的控制芯片，例如微控制单元(MCU)。这里，驱动芯片和控制芯片之间例如可通过SPI、IIC等方式进行通信。

为提高驱动系统的控制安全性和可靠性，根据本实用新型的功率管驱动系统还包括：用于接收来自驱动芯片的控制指令并根据所接收的控制指令输出相应的控制信号的使能控制模块；和用于接收来自使能控制模块的控制信号并根据所接收的控制信号接通或断开驱动芯片和功率管之间的连接的开关模块。

此外，控制芯片还可检测驱动芯片的工作状态，例如是否出现驱动故障，并根据所检测到的工作状态向使能控制模块输出相应的控制指令。例如，当检测到驱动芯片处于正常工作状态时，控制芯片向使能控制模块输出低电平指令，以控制开关模块接通驱动芯片和功率管之间的连接；当检测到驱动芯片出现驱动故障时，控制芯片向使能控制模块输出高电平指令，以控制开关模块关断，即，断开驱动芯片和功率管之间的连接。这里，控制芯片可利用任何已知的方式检测系统中的驱动故障。作为一个示例，控制芯片例如可利用电压检测电路检测驱动芯片的驱动电压是否正常，如检测到异常现象则向使能控制模块输出高电平指令。

进一步地，根据本实用新型的驱动系统还包括放电模块，其用于接收来自驱动芯片的放电指令以在功率管关断时(即，驱动芯片和功率管之间的连接被断开时)泄放掉功率管栅极的能量，从而实现快速关断功率管。例如，当驱动芯片输出高电平的放电指令时，放电模块不工作；当驱动芯片输出低电平的放电指令时，放电模块工作，从而快速泄放掉功率管栅极的能量。

基于本实用新型的驱动系统的上述结构，对功率管进行驱动控制的过程大致如下：当未检测到驱动故障时，控制芯片输出低电平-使能控制模块控制开关模块打开-驱动芯片驱动功率管工作-功率管导通-放电模块不工作；当检测到驱动故障时，控制芯片输出高电平-使能控制模块控制开关模块关闭-驱动芯片无法驱动功率管-功率管关断-放电模块工作以快速泄放掉功率管栅极的能量。

图2示出了图1中所示的功率管驱动系统的内部电路原理图。

如图2所示，使能控制模块包括：内带基极电阻和泄放电阻的NPN型三极管Q2、Q3，其中，三极管Q2的基极与控制芯片相连，三极管Q2的发射极与参考地平面GND相连，三极管Q3的基极与三极管Q2的集电极相连，三极管Q3的发射极与参考地平面GND相连；用于保护三极管Q2的限流电阻R3，该限流电阻R3的一端与三极管Q2的集电极相连，另一端与一直流电源(例如供电源5V)相连；以及电阻R4，其一端与三极管Q3的集电极相连，另一端与开关模块中的P型管Q1的栅极相连。

其中，当控制芯片输出L电平时，三极管Q2不导通，三极管Q3的基极通过电阻R3上拉到供电源5V使得三极管Q3处于导通状态，进而使得开关模块中的P型管Q1导通；当控制芯片输出H电平时，三极管Q2导通，三极管Q3的基极被参考地平面拉低，不导通，进而使得开关模块中的P型管Q1不导通，即处于关断状态。

此外，开关模块包括：起开关作用的P型管Q1(“P沟道型场效应管”)，其源极与功率管的驱动芯片相连，栅极与使能控制模块中的电阻R4相连；稳压二极管DZ1，其负极与P型管Q1的源极相连，正极与P型管Q1的栅极相连；电阻R1，其与稳压二极管DZ1并联，即，其一端与P型管Q1的源极相连，另一端与P型管Q1的栅极相连；二极管D1，其负极与功率管(尤其是功率管的栅极)相连；以及电阻R2，其一端与P型管Q1的漏极，另一端与二极管D1的正极相连。

其中，稳压二极管DZ1与使能控制模块中的电阻R4、导通状态下的使能控制模块中的三极管Q3、参考地平面GND形成浪涌脉冲能量泄放通路，这条通路在浪涌脉冲电压高于稳压二极管DZ1的击穿电压时导通，通过钳位保护P型管Q1。电阻R1可以泄放掉P型管Q1栅源极内部的寄生电容上所存储的能量，防止P型管Q1栅极被击穿。电阻R2作为功率管的栅极的串联缓冲电阻，防止震荡，减小电压尖峰。二极管D1起单向导通作用。当开关P型管Q1受控于使能控制模块为导通状态时，驱动芯片才能驱动功率管栅极，为功率管提供驱动源，从而使得功率管处于导通状态；当需要关断功率管或发生故障时，开关P型管Q1受控于使能控制模块为关断状态，从而断开功率管驱动芯片和功率管栅极的连接。由于无法向功率管提供驱动源，使得功率管处于关断状态，由此起到安全保护的作用。

此外，放电模块包括：二极管D2，其正极与功率管(尤其是功率管的栅极)相连；P型管Q4，其源极与二极管D2的负极相连；电阻R5，其一端与P型管Q4的栅极相连，另一端与驱动芯片的放电控制端口相连；稳压二极管DZ2，其负极与P型管Q4的源极相连，正极与P型管Q4的栅极相连；电阻R6，其与稳压二极管DZ2并联，即，其一端与P型管Q4的源极相连，另一端与P型管Q4的栅极相连；电阻R7，其一端与P型管Q4的漏极相连，另一端与驱动芯片相连；以及电阻R8，其一端与二极管D2的负极相连，另一端与驱动芯片相连。

其中，稳压二极管DZ2和电阻R5在浪涌脉冲过高时可以钳位保护P型管Q4。电阻R6可以泄放掉P型管Q4栅源极内部的寄生电容上所存储的能量，防止P型管Q4栅极被击穿。二极管D2起单向导通作用。电阻R7和电阻R8作为放电电阻，可以泄放掉功率管关闭时栅极上的能量，电阻R7阻值小，起到快速放电(主动放电)作用，电阻R8阻值大起到慢速放电(被动放电)作用。当功率管导通时，驱动芯片不驱动P型管Q4导通，快放通路关断，放电模块不工作；当功率管关断时，驱动芯片驱动P型管Q4导通，功率管栅极上的能量经过二极管D2、导通的P型管Q4、电阻R7泄放掉，实现快速关断功率管。

本实用新型的上述实施例所提供的功率管驱动系统具有安全保护和快速放电功能，可以通过控制使能控制模块、进而控制开关模块来实现功率管驱动芯片与功率管栅极的连接和断开，起到安全保护作用。因此，根据该功率管驱动系统，即使发生驱动故障使得功率管常开，使能控制模块和开关模块也可以断开功率管驱动芯片与功率管栅极之间的连接。此外，放电模块可以在功率管关断时泄放掉功率管栅极的能量，从而实现快速关断功率管。

虽然上文已经展现和讨论了本实用新型的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：在不背离本实用新型原理和精神的条件下可以对上述各方面进行改变，因此本实用新型的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (10)

1.一种功率管驱动系统，其包括用于驱动功率管的驱动芯片和用于控制所述驱动芯片对所述功率管的驱动的控制芯片，其特征在于，所述系统还包括：

使能控制模块，所述使能控制模块用于接收来自所述驱动芯片的控制指令，并根据所接收的控制指令输出相应的控制信号，

开关模块，所述开关模块用于接收来自所述使能控制模块的控制信号，并根据所接收的控制信号接通或断开所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。

2.根据权利要求1所述的功率管驱动系统，其特征在于，所述系统还包括：

放电模块，所述放电模块用于接收来自所述驱动芯片的放电指令，以在所述驱动芯片和所述功率管之间的连接被断开时泄放掉所述功率管的栅极的能量。

3.根据权利要求1或2所述的功率管驱动系统，其特征在于，

所述控制芯片还用于检测所述驱动芯片的工作状态，并根据所检测到的工作状态向所述使能控制模块输出相应的控制指令。

4.根据权利要求3所述的功率管驱动系统，其特征在于，

当检测到所述驱动芯片处于正常工作状态时，所述控制芯片向所述使能控制模块输出第一控制指令，以控制所述开关模块接通所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。

5.根据权利要求3所述的功率管驱动系统，其特征在于，

当检测到所述驱动芯片出现驱动故障时，所述控制芯片向所述使能控制模块输出第二控制指令，以控制所述开关模块断开所述驱动芯片和所述功率管之间的连接。

6.根据权利要求4所述的功率管驱动系统，其特征在于，所述第一控制指令为低电平。

7.根据权利要求5所述的功率管驱动系统，其特征在于，所述第二控制指令为高电平。

8.根据权利要求1或2所述的功率管驱动系统，其特征在于，所述使能控制模块包括：

NPN型三极管Q2、Q3，其中，三极管Q2的基极与控制芯片相连，三极管Q2的发射极与参考地平面GND相连，三极管Q3的基极与三极管Q2的集电极相连，三极管Q3的发射极与参考地平面GND相连；

限流电阻R3，该限流电阻R3的一端与三极管Q2的集电极相连，另一端与一直流电源相连；以及

电阻R4，该电阻R4的一端与三极管Q3的集电极相连。

9.根据权利要求8所述的功率管驱动系统，其特征在于，所述开关模块包括：

P型管Q1，其源极与驱动芯片相连，栅极与所述使能控制模块中的电阻R4相连；

稳压二极管DZ1，其负极与P型管Q1的源极相连，正极与P型管Q1的栅极相连；

电阻R1，其一端与P型管Q1的源极相连，另一端与P型管Q1的栅极相连；

二极管D1，其负极与功率管相连；以及

电阻R2，其一端与P型管Q1的漏极，另一端与二极管D1的正极相连。

10.根据权利要求2所述的功率管驱动系统，其特征在于，所述放电模块包括：

二极管D2，其正极与功率管相连；

P型管Q4，其源极与二极管D2的负极相连；

电阻R5，其一端与P型管Q4的栅极相连，另一端与驱动芯片相连；

稳压二极管DZ2，其负极与P型管Q4的源极相连，正极与P型管Q4的栅极相连；

电阻R6，其一端与P型管Q4的源极相连，另一端与P型管Q4的栅极相连；

电阻R7，其一端与P型管Q4的漏极相连，另一端与驱动芯片相连；以及

电阻R8，其一端与二极管D2的负极相连，另一端与驱动芯片相连。