CN213186068U - 一种保护单元电路和一种保护半桥模块的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种保护单元电路和一种保护半桥模块的系统，涉及半导体领域，保护单元电路包括多个逻辑门；控制信号和故障信号为保护单元电路的输入信号，故障信号为多个逻辑门中两个与门的输入端，利用两个与门的逻辑功能，关断驱动信号，实现对半桥模块的保护。本实用新型巧妙的将故障信号引入保护单元电路，使得驱动单元产生故障信号时可以立即关断驱动信号，就不会导致半桥模块发生损坏，大大的降低了半桥模块的损坏率，具有极高的实用性价值。

Description

一种保护单元电路和一种保护半桥模块的系统

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，特别是一种保护单元电路和一种保护半桥模块的系统。

背景技术

目前典型的半桥模块的驱动电路为：数字信号处理单元(Digital SignalProcessing，简称DSP)负责发出PWM信号，同时接收驱动单元返回的故障Fault信号等进行运算及控制。由于一般的DSP控制芯片采用的3.3V供电，发出的PWM信号的电平也是3.3V的，而一般的驱动芯片输入采用5V供电，所以中间需要增加了一个电平提升单元来适用这种状况；最后提升了电平的PWM信号通过驱动单元对半桥模块进行可控的调制以达到预期的效果。同时驱动单元把产生的故障(半桥模块短路或过流等故障)Fault信号等经由电平提升单元反馈给DSP处理单元，以进行修正控制等。

但目前半桥模块的驱动电路存在故障信号产生但是关断半桥模块不够迅速导致半桥模块损坏的问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提供一种保护单元电路和一种保护半桥模块的系统，解决了上述问题。

本实用新型实施例提供了一种保护单元电路，所述保护单元电路包括多个逻辑门；

数字信号处理单元产生的控制信号和驱动单元产生的故障信号为所述保护单元电路的输入信号，所述输入信号经过所述保护单元电路后成为半桥模块的驱动信号；

其中，所述故障信号为所述多个逻辑门中两个与门的输入端，利用两个与门的逻辑功能，关断所述驱动信号，实现对所述半桥模块的保护。

可选地，所述多个逻辑门包括：与非门、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门；

所述与非门的输入端与所述数字信号处理单元的输出端连接，接收所述控制信号；

所述与非门的输出端与所述第一与门的第二输入端、所述第二与门的第一输入端分别连接；

所述第一与门的第一输入端与所述数字信号处理单元的输出端连接，接收所述控制信号；

所述第二与门的第二输入端与所述数字信号处理单元的输出端连接，接收所述控制信号；

所述第一与门的输出端与所述第三与门的第一输入端连接；

所述第二与门的输出端与所述第四与门的第一输入端连接；

所述第三与门的第二输入端与所述驱动单元的输出端连接，接收所述故障信号；

所述第四与门的第二输入端与所述驱动单元的输出端连接，接收所述故障信号；

所述第三与门的输出端和所述第四与门的输出端与所述驱动单元的输入端连接，分别输出所述驱动信号。

可选地，所述控制信号为高、低电平相反的两个PWM信号。

可选地，所述故障信号为高电平状态的信号。

可选地，所述驱动信号为高、低电平相反的两个PWM信号。

本实用新型实施例还一种保护半桥模块的系统，所述系统包括：数字信号处理单元、驱动单元、半桥模块以及如以上任一所述的保护单元电路；

所述保护单元电路与所述数字信号处理单元和所述驱动单元分别连接；

所述驱动单元与所述半桥模块连接。

可选地，所述数字信号处理单元产生的第一控制信号和所述驱动单元产生的故障信号为所述保护单元电路的输入信号，所述输入信号经过所述保护单元电路后形成第二控制信号，并输出至所述驱动单元；

所述驱动单元根据所述第二控制信号控制所述半桥模块运行。

可选地，所述数字信号处理单元产生的第一控制信号为高电平时，所述第二控制信号为低电平，以避免所述半桥模块发生短路。

可选地，所述半桥模块发生故障时所述故障信号为低电平，所述第二控制信号为低电平，以关断所述第二控制信号。

可选地，所述系统还包括：电平提升单元；

所述电平提升单元与所述保护单元电路和所述驱动单元分别连接，用于提升所述第二控制信号的电平，并输出至所述驱动单元。

采用本实用新型提供的一种保护单元电路，在DSP处理单元和电平提升单元中间加入一个保护单元电路，该保护单元电路包括多个逻辑门，将DSP处理单元产生的控制信号(也即驱动信号)和驱动单元产生的故障信号作为保护单元电路的输入信号，该输入信号经过多个逻辑门组合形成的逻辑门电路之后输出至驱动单元，以驱动半桥模块。结合故障信号和多个逻辑门中两个与门的逻辑功能，实现关断驱动信号，即迅速关断半桥模块的目标。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是目前半桥模块的驱动电路中驱动信号的逻辑图；

图2是本实用新型实施例半桥模块的驱动电路的模块示意图；

图3是本实用新型实施例中保护单元电路的具体结构示意图；

图4是本实用新型实施例中各信号逻辑关系图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本实用新型。

发明人发现，目前半桥模块的驱动电路存在驱动信号紊乱导致半桥模块直通的问题，同时还存在故障信号产生但是关断半桥模块不够迅速导致半桥模块损坏的问题，发明人进一步研究发现导致上述问题的具体原因为：

参照图1，示出了目前半桥模块的驱动电路中驱动信号的逻辑图，图1中A0、B0即为DSP处理单元产生的PWM驱动信号A0、B0。正常工作时，驱动信号A0、B0为高、低电平相反的两个PWM信号，这样才可以保证正确的驱动半桥模块工作。

但是假若DSP处理单元在某些特定的工作状态或者可能受到某些重大的干扰时，其产生的PWM驱动信号发生紊乱，出现同为高电平，即A0、B0均为高电平驱动信号，如图1中虚框10区域所示情况，在这种情况下，会造成半桥模块直通，即发生短路，极大可能导致半桥模块烧毁。

另外，驱动单元产生故障信号后，不但需要经过电平提升单元才可以传输至DSP处理单元，并且DSP处理单元接收到故障信号后还需要进行对应的采样及运算处理后再去执行对PWM驱动信号的关断控制，整个过程需要一定的时间，而这个时间可能就会导致半桥模块发生损坏，大大的增加了半桥模块的损坏率。

针对上述问题，发明人经过深入研究，创造性的在现有半桥模块的驱动电路的基础上增加了一个保护单元电路，解决了上述问题。以下对本实用新型的方案进行具体解释和说明。

参照图2，示出了本实用新型实施例半桥模块的驱动电路的模块示意图，在DSP处理单元1与电平提升单元3中间加入保护单元电路2，同时保护单元电路2还与驱动单元4连接。DSP处理单元1产生的PWM控制信号(即第一控制信号)以及驱动单元4产生的故障信号作为保护单元电路2的输入信号，该输入信号经过保护单元电路2的多个逻辑门组合形成逻辑门电路的逻辑功能之后，形成驱动信号(即第二控制信号)，该驱动信号同样需要经过电平提升单元3提升信号电平，之后再传输至驱动单元4，驱动单元4即可根据提升电平后的驱动信号来驱动半桥模块5的工作状态。

需要说明的是，假若驱动单元4不需要高电平供电，DSP处理单元1产生的PWM控制信号的电平可以满足驱动单元4，那么就不需要电平提升单元3的存在，保护单元电路2直接与DSP处理单元1和驱动单元4连接即可。那么DSP处理单元1产生的PWM控制信号以及驱动单元4产生的故障信号作为保护单元电路2的输入信号，该输入信号经过保护单元电路2之后，形成第二控制信号，该第二控制信号不需要经过电平提升单元3提升信号电平，直接由保护单元电路2传输至驱动单元4，驱动单元4根据该第二控制信号来驱动半桥模块5的工作状态。

参照图3，示出了本实用新型实施例中保护单元电路2的具体结构示意图，保护单元电路2包括：与非门301、第一与门302、第二与门303、第三与门304、第四与门305。

与非门301的输入端与DSP处理单元的输出端连接，接收控制信号A0、B0(即第一控制信号)；与非门301的输出端与第一与门302的第二输入端、第二与门303的第一输入端分别连接，与非门301输出Y1信号；第一与门302的第一输入端与DSP处理单元1的一个输出端连接，接收控制信号A0；第二与门303的第二输入端与DSP处理单元1的另一个输出端连接，接收控制信号B0。

第一与门302的输出端与第三与门304的第一输入端连接，第一与门302输出A1信号；第二与门303的输出端与第四与门305的第一输入端连接，第二与门303输出B1信号；第三与门304的第二输入端与驱动单元4的输出端连接，接收故障信号；第四与门305的第二输入端也与驱动单元4的输出端连接，接收故障信号；第三与门304的输出端和第四与门305的输出端与驱动单元4的输入端连接，第三与门304输出驱动信号A2，第四与门305输出驱动信号B2。驱动信号A2、B2即第二控制信号。

上述保护单元电路2的工作原理结合图4所示的本实用新型实施例中各信号逻辑关系图，具体为：

当控制信号A0、B0为正常的PWM控制信号时，两者的电平正好相反，A0为高电平时，B0必是低电平，反之，A0为低电平时，B0必是高电平。以A0为高电平、B0为低电平为例，A0、B0经过与非门301后输出的信号Y1必是高电平，由于A0为高电平，Y1为高电平，那么Y1和A0经过第一与门302后输出的信号A1为高电平；由于B0为低电平，Y1为高电平，那么Y1和B0经过第二与门303后输出的信号B1为低电平。

驱动单元4在产生故障信号时，故障信号为低电平，即，假若半桥模块5正常运行时，驱动单元4不会产生故障信号，则认为故障信号为高电平，而半桥模块5非正常运行时，驱动单元4会产生故障信号，则认为故障信号为低电平。由于A1为高电平，故障信号为高电平，那么A1和故障信号经过第三与门304后输出的信号A2为高电平，由于B1为低电平，故障信号为高电平，那么B1和故障信号经过第四与门305后输出的信号B2为低电平。

由上所述可以知晓，当控制信号A0、B0为正常的PWM控制信号时，最终经过保护单元电路2输出的驱动信号A2、B2也会为高、低电平相反的两个PWM信号，这样驱动单元4就可以依据该驱动信号正常驱动半桥模块5工作。

当控制信号A0、B0出现异常紊乱时，例如图4中虚框20区域所示，两者均为高电平，那么A0、B0经过与非门301后输出的信号Y1必是低电平，由于A0为高电平，Y1为低电平，那么Y1和A0经过第一与门302后输出的信号A1为低电平；由于B0为低电平，Y1为低电平，那么Y1和B0经过第二与门303后输出的信号B1为低电平；由于A1为低电平，故障信号为高电平，那么A1和故障信号经过第三与门304后输出的信号A2为低电平，由于B1为低电平，故障信号为高电平，那么B1和故障信号经过第四与门305后输出的信号B2为低电平，即，驱动单元4接收到两个低电平的驱动信号，相当于驱动信号被关断，就不会使得半桥模块5直通，从而避免了DSP处理单元1产生紊乱的驱动信号导致半桥模块5直通的问题，即避免了半桥模块5发生短路。

当然，若控制信号A0、B0出现异常紊乱两者均为低电平，那么A0、B0经过与非门301后输出的信号Y1必是高电平，由于A0为低电平，Y1为高电平，那么Y1和A0经过第一与门302后输出的信号A1为低电平；由于B0为低电平，Y1为高电平，那么Y1和B0经过第二与门303后输出的信号B1为低电平；由于A1为低电平，故障信号为高电平，那么A1和故障信号经过第三与门304后输出的信号A2为低电平，由于B1为低电平，故障信号为高电平，那么B1和故障信号经过第四与门305后输出的信号B2为低电平，即，无论DSP处理单元1产生哪种紊乱的驱动信号，都不会导致半桥模块5直通的问题，即避免了半桥模块5发生短路。

而针对故障信号，假若驱动单元4产生故障信号，则故障信号为低电平，例如图4中虚框30区域所示，此时无论A0、B0是何种电平，经过第三与门304和第四与门305输出的A2、B2都只会为低电平，也即相当于驱动信号被关断。这种方式在驱动单元4产生故障信号时，就可以立即关断驱动信号，不再需要经过电平提升单元3传输故障信号至DSP处理单元1，并且也不需要DSP处理单元1接收到故障信号后进行对应的采样及运算处理后再去执行对PWM驱动信号的关断控制，这样就不会导致半桥模块5发生损坏，大大的降低了半桥模块5的损坏率。

通过上述实施例，本实用新型的保护单元电路，将DSP处理单元产生的PWM控制信号作为保护单元电路的输入信号，利用多个逻辑门组成的逻辑门电路，巧妙的使得PWM控制信号出现紊乱时，保护单元电路最终输出的驱动信号均为低电平，即关断了驱动信号，就不会导致半桥模块出现直通问题。同理，将故障信号也引入保护单元电路，利用多个逻辑门组成的逻辑门电路，使得驱动单元产生故障信号时可以立即关断驱动信号，就不会导致半桥模块发生损坏，大大的降低了半桥模块的损坏率，具有极高的实用性价值。并且本实用新型实施例的保护单元电路还具有普适性，其还可以拓展到其他类似于半桥模块驱动控制方式的电路中，具有良好的拓展性。

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。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，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)

1.一种保护单元电路，其特征在于，所述保护单元电路包括多个逻辑门；

数字信号处理单元产生的控制信号和驱动单元产生的故障信号为所述保护单元电路的输入信号，所述输入信号经过所述保护单元电路后成为半桥模块的驱动信号；

其中，所述故障信号为所述多个逻辑门中两个与门的输入端，利用两个与门的逻辑功能，关断所述驱动信号，实现对所述半桥模块的保护。

2.根据权利要求1所述的保护单元电路，其特征在于，所述多个逻辑门包括：与非门、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门；

所述与非门的输入端与所述数字信号处理单元的输出端连接，接收所述控制信号；

所述与非门的输出端与所述第一与门的第二输入端、所述第二与门的第一输入端分别连接；

所述第一与门的第一输入端与所述数字信号处理单元的输出端连接，接收所述控制信号；

所述第二与门的第二输入端与所述数字信号处理单元的输出端连接，接收所述控制信号；

所述第一与门的输出端与所述第三与门的第一输入端连接；

所述第二与门的输出端与所述第四与门的第一输入端连接；

所述第三与门的第二输入端与所述驱动单元的输出端连接，接收所述故障信号；

所述第四与门的第二输入端与所述驱动单元的输出端连接，接收所述故障信号；

所述第三与门的输出端和所述第四与门的输出端与所述驱动单元的输入端连接，分别输出所述驱动信号。

3.根据权利要求1所述的保护单元电路，其特征在于，所述控制信号为高、低电平相反的两个PWM信号。

4.根据权利要求1所述的保护单元电路，其特征在于，所述故障信号为高电平状态的信号。

5.根据权利要求1所述的保护单元电路，其特征在于，所述驱动信号为高、低电平相反的两个PWM信号。

6.一种保护半桥模块的系统，其特征在于，所述系统包括：数字信号处理单元、驱动单元、半桥模块以及如权利要求1-5任一所述的保护单元电路；

所述保护单元电路与所述数字信号处理单元和所述驱动单元分别连接；

所述驱动单元与所述半桥模块连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理单元产生的第一控制信号和所述驱动单元产生的故障信号为所述保护单元电路的输入信号，所述输入信号经过所述保护单元电路后形成第二控制信号，并输出至所述驱动单元；

所述驱动单元根据所述第二控制信号控制所述半桥模块运行。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理单元产生的第一控制信号为高电平时，所述第二控制信号为低电平，以避免所述半桥模块发生短路。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述半桥模块发生故障时所述故障信号为低电平，所述第二控制信号为低电平，以关断所述第二控制信号。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电平提升单元；

所述电平提升单元与所述保护单元电路和所述驱动单元分别连接，用于提升所述第二控制信号的电平，并输出至所述驱动单元。

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