CN214380847U - 一种低成本的高边驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子技术领域，具体地说是一种低成本的高边驱动电路，包括高集成芯片的预驱模块、金属‑氧化物半导体场效应晶体管，金属‑氧化物半导体场效应晶体管的漏极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚连接，金属‑氧化物半导体场效应晶体管的源极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动反馈引脚连接。本实用新型同现有技术相比，设计了基于高集成芯片的高边驱动电路，在减小PCB占用面积的同时，取消了电流采样电阻，实现了成本的最优。通过对金属‑氧化物半导体场效应晶体管的选型和过流快速关断的电压值的设定，实现微秒级的过流快速关断功能，避免了对控制器的损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，具体地说是一种低成本的高边驱动电路。
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，或者是基于预驱芯片、采样电阻、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)的方案设计。
图1为基于智能高边芯片的驱动电路的设计案例，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3为限流电阻，电阻R_sense为智能高边芯片1的IS引脚的电流采样电阻，电阻R_GND为智能高边芯片1的GND电阻，电容C_esd为ESD保护电容。通过MCU的GPIO端口MCU_IO1输出高低电平驱动智能高边芯片的IN引脚，控制智能高边芯片的开通和关断；通过MCU的GPIO端口MCU_IO2输出高低电平驱动智能高边芯片的DEN引脚，控制智能高边芯片诊断功能的开启和关闭；通过MCU的AD 端口MCU_AD采样智能高边芯片IS引脚的电流，该电流值与流过智能高边芯片OUT引脚的电流呈正比，以此计算出高边输出的电流值，如果发生过流即可通过MCU关断高边输出。当高边芯片的DEN引脚拉低时，诊断功能关闭、IS引脚为高阻态。该案例的优点是高边芯片自带保护功能，芯片面积小，电路设计简单；缺点是芯片成本高，所需小器件多，出现过流故障关断时间较长。
用采样电阻的预驱方案过流关断电流阈值较为精准，但所需PCB面积大、成本也不低。
图2为基于预驱芯片、采样电阻、金属-氧化物半导体场效应晶体管的设计案例，其中包括电源芯片TLE9243的 SSC模块，即安全开关控制模块（SSC, Safety SwitchControl），电流采样电阻shunt，用于高边驱动的金属-氧化物半导体场效应晶体管T1，高边预驱模块安全开关预驱动输出引脚SS1G的限流电阻R_gate，双向齐纳二极管D_zener，ESD保护电容C_esd。电源芯片TLE9243是一款集电源、监控为一体的高集成芯片，SSC模块，即安全开关控制模块，为高边的预驱模块，电源芯片TLE9243 SSC模块的安全开关预驱动电流检测引脚SS1SENSE和安全开关预驱动反馈引脚SS1D接电流采样电阻shunt的两端，两个引脚的差分电压与设定阈值比较，用于判断是否发生过流；电源芯片TLE9243 SSC模块的安全开关预驱动输出引脚SS1G通过限流电阻R_gate与金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的门极相连，用于为金属-氧化物半导体场效应晶体管T1提供开关驱动信号；电源芯片TLE9243SSC模块的安全开关电源连接引脚SS1S与金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的源极相连，用于为电源芯片TLE9243 SSC模块的安全开关预驱动输出引脚SS1G提供参考地。MCU通过SPI通信控制金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的导通和关断，电源芯片TLE9243 SSC模块通过采样电流采样电阻shunt两端电压差判断是否有过流，过流会触发快速关断，保护金属-氧化物半导体场效应晶体管T1安全工作。该案例的优点是可以灵活选型金属-氧化物半导体场效应晶体管，可以配置不同的过流关断阈值，关断时间快，所需小器件少；缺点是需要电流采样电阻较贵，面积较大。
因此，需要设计一种低成本的高边驱动电路，能够减少PCB占用面积、减少成本，同时，具有微秒级的过流快速关断功能。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种低成本的高边驱动电路，能够减少PCB占用面积、减少成本，同时，具有微秒级的过流快速关断功能。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种低成本的高边驱动电路，包括高集成芯片的预驱模块、金属-氧化物半导体场效应晶体管，金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚连接，金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动反馈引脚连接。
优选的，所述的高集成芯片的预驱模块为电源芯片TLE9243的SSC模块。
优选的，所述的高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚与电源端连接。
优选的，所述的高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动输出引脚串联限流电阻后，分两路分别与金属-氧化物半导体场效应晶体管的门极以及双向齐纳二极管的一端连接。
优选的，所述的高集成芯片的预驱模块的安全开关电源连接引脚分四路分别与双向齐纳二极管的另一端、金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极、ESD保护电容的一端以及负载的一端连接，ESD保护电容的另一端、负载的另一端接地。
优选的，所述的金属-氧化物半导体场效应晶体管的诊断延迟时间为金属-氧化物半导体场效应晶体管从关断到导通的打开时间。
优选的，过流快速关断的电压值为所述的金属-氧化物半导体场效应晶体管的导通电阻与过流阈值的乘积。
本实用新型同现有技术相比，设计了基于高集成芯片的高边驱动电路，在减小PCB占用面积的同时，取消了电流采样电阻，实现了成本的最优。通过对金属-氧化物半导体场效应晶体管的选型和过流快速关断的电压值的设定，实现微秒级的过流快速关断功能，避免了对控制器的损坏。
附图说明
图1为现有技术中，基于智能高边芯片的驱动电路图。
图2为现有技术中，基于预驱方案的驱动电路图。
图3为本实用新型高边驱动电路的电路图。
附图标记说明：1为智能高边芯片，2为负载。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型做进一步描述。
高集成芯片的预驱模块共计三组引脚，包括SS1SENSE、SS1D、SS1G、SS1S；SS2SENSE、SS2D、SS2G、SS2S； SS3SENSE、SS3D、SS3G、SS3S。本例中，安全开关预驱动电流检测引脚采用的是SS1SENSE，安全开关预驱动反馈引脚采用的是SS1D，安全开关预驱动输出引脚采用的是SS1G，安全开关电源连接引脚采用的是SS1S。
参见图3，本实用新型提供一种低成本的高边驱动电路，包括高集成芯片的预驱模块、金属-氧化物半导体场效应晶体管，金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的漏极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚SS1SENSE连接，金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的源极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动反馈引脚SS1D连接，两个引脚作为高集成芯片内部的差分输入，其差分电压与设定阈值比较，用于判断是否发生过流。
高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚SS1SENSE与电源端V_bat连接。高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动输出引脚SS1G串联限流电阻R_gate后，分两路分别与金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的门极以及双向齐纳二极管D_zener的一端连接。高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动输出引脚SS1G与金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的门极连接，为金属-氧化物半导体场效应晶体管T1提供开关驱动信号。
高集成芯片的预驱模块的安全开关电源连接引脚SS1S分四路分别与双向齐纳二极管D_zener的另一端、金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的源极、ESD保护电容C_esd的一端以及负载2的一端连接，ESD保护电容C_esd的另一端、负载2的另一端接地。高集成芯片的预驱模块的安全开关电源连接引脚SS1S与金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的源极连接，为安全开关预驱动输出引脚SS1G提供参考地。
其中，高集成芯片的预驱模块为电源芯片TLE9243的SSC模块。
本实用新型在高边关断状态时，不需要诊断是否发生过流，关闭过流诊断功能；高边导通状态时，打开过流诊断功能，电源芯片TLE9243通过金属-氧化物半导体场效应晶体管T1导通后两端电压进行判断是否发生过流；从关断到导通切换期间，金属-氧化物半导体场效应晶体管T1两端压降从电池电压降为正常工作导通的压降，如果诊断开启的过早会发生误诊断。因此，从关断到导通切换期间需要设定一个诊断延迟时间，金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的诊断延迟时间的选取取决于金属-氧化物半导体场效应晶体管T1从关断到导通的打开时间，一般从金属-氧化物半导体场效应晶体管的芯片手册可以查询到，可根据应用需求选进行选择。
根据具体应用需求选取合适的金属-氧化物半导体场效应晶体管T1，根据过流阈值I_oc_th需求及已选金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的导通电阻R_dson的计算结果来标定相应的过流快速关断的电压值V_oc_th。具体标定过流阈值计算如公式V_oc_th=I_oc_th×R_dson所示，即过流快速关断的电压值为金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的导通电阻与过流阈值的乘积。
此外，由于金属-氧化物半导体场效应晶体管T1工作后，导通电阻R_dson会随着温度变化而变化，通过监控金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的温度，并根据温度的变化而调整过流阈值，以避免过流阈值金属-氧化物半导体场效应晶体管T1的导通电阻R_dson变化而引起的偏差过大。具体标定方法为查表法，选取几个温度点，查询已选金属-氧化物半导体场效应晶体管T1在这几个温度点对应的导通电阻R_dson值，通过V_oc_th=I_oc_th×R_dson计算出这几个温度点下的过流关断电压值，制作MAP表写入MCU，即可实现不同温度下过流阈值基本一致的需求。
本实用新型设计了基于高集成芯片的高边驱动电路，在减小PCB占用面积的同时，取消了电流采样电阻，实现了成本的最优。通过对金属-氧化物半导体场效应晶体管的选型和过流快速关断的电压值的设定，实现微秒级的过流快速关断功能，避免了对控制器的损坏，同时也可满足ISO26262功能安全的严格要求。
Claims (7)
1.一种低成本的高边驱动电路，包括高集成芯片的预驱模块、金属-氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚连接，金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极与高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动反馈引脚连接。
2.根据权利要求1所述的一种低成本的高边驱动电路，其特征在于：所述的高集成芯片的预驱模块为电源芯片TLE9243的SSC模块。
3.根据权利要求1所述的一种低成本的高边驱动电路，其特征在于：所述的高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动电流检测引脚与电源端连接。
4.根据权利要求1所述的一种低成本的高边驱动电路，其特征在于：所述的高集成芯片的预驱模块的安全开关预驱动输出引脚串联限流电阻后，分两路分别与金属-氧化物半导体场效应晶体管的门极以及双向齐纳二极管的一端连接。
5.根据权利要求1所述的一种低成本的高边驱动电路，其特征在于：所述的高集成芯片的预驱模块的安全开关电源连接引脚分四路分别与双向齐纳二极管的另一端、金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极、ESD保护电容的一端以及负载的一端连接，ESD保护电容的另一端、负载的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种低成本的高边驱动电路，其特征在于：所述的金属-氧化物半导体场效应晶体管的诊断延迟时间为金属-氧化物半导体场效应晶体管从关断到导通的打开时间。
7.根据权利要求1所述的一种低成本的高边驱动电路，其特征在于：过流快速关断的电压值为所述的金属-氧化物半导体场效应晶体管的导通电阻与过流阈值的乘积。
Priority Applications (1)
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| CN202120084621.8U CN214380847U (zh) | 2021-01-13 | 2021-01-13 | 一种低成本的高边驱动电路 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN214380847U true CN214380847U (zh) | 2021-10-08 |
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Family Applications (1)
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| CN202120084621.8U Active CN214380847U (zh) | 2021-01-13 | 2021-01-13 | 一种低成本的高边驱动电路 |
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2021
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