CN220510776U - 一种防反接驱动电路以及驱动设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防反接驱动电路以及驱动设备，本实用新型通过在电源的高边中设置NMOS管，采用NMOS器件高边控制，保证供电系统都处于同一地平面内，同时损耗较小，成本更低，且NMOS管的可选型号较多，解决了现有技术中的防反接电路存在使用或者生产的成本高的技术问题。另外，本实用新型通过振荡模块来产生方波并通过自举升压模块对电压进行升高，无需额外增加单片机产生方波信号控制升压电路，电路控制更加简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及防反接电路领域，尤其涉及一种防反接驱动电路以及驱动设备。
背景技术
目前，传统的防反接电路的电路结构一般有三种，第一种是在电源的输入端中串联二极管，利用二极管的正向导通特性，直接采用二极管防反接；第二种是在电源的高边中设置PMOS管，采用稳压二极管钳位电压加载于栅极和源极之间，正向供电时栅源电压为负，PMOS管导通，反向供电时栅源电压为正，PMOS管断开；第三种是在电源的低边设置NMOS管，稳压二极管钳位电压加载于栅极和源极之间，正向供电栅源电压为正，NMOS管导通，反向供电时栅源电压为负，NMOS管断开。
然而，对于第一种，使用二极管防反接损耗大，二极管导通压降约为0.7V，当流过10A电流时，二极管损耗约有7W，一般二极管根本无法承受且损耗极高。对于第二种，PMOS管由于型号较少，特别是大电流的PMOS管型号更少，且成本很高。对于第三种，NMOS管低端防反接电路会造成供电端地和系统端地不在同一电位内。整体而言，现有的防反接电路在使用或者生产方面的成本高。
实用新型内容
本实用新型提供了一种防反接驱动电路以及驱动设备，用于解决现有技术中的防反接电路存在使用或者生产的成本高的技术问题。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种防反接驱动电路，包括NMOS管、振荡模块以及自举升压模块；
所述NMOS管的源极用于与电源的第一端相连接，所述NMOS管的漏极用于与电源的第二端相连接，所述NMOS管的栅极与所述自举升压模块的输出端相连接，所述NMOS管用于根据所述自举升压模块的输出端的电压信号进行导通和关断；
所述振荡模块的输入端用于与所述电源的第一端相连接，所述振荡模块的输出端用于与所述自举升压模块的第一输入端相连接，所述振荡模块用于利用所述电源所输出的电压自激产生方波信号，并将所述方波信号输入至所述自举升压模块；
所述自举升压模块的第二输入端用于与所述电源的第一端相连接，所述自举升压模块用于利用所述电源所输出的电压对所述方波进行升压，以向所述NMOS管的栅极输出电压信号。
优选的，所述振荡模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一三极管以及第二三极管；
所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端以及所述第四电阻的第一端均与所述电源的第一端相连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第一三极管的集电极相连接，所述第二电阻的第二端与所述第一电容的第二端以及所述第二三极管的基极相连接，所述第三电阻的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第一三极管的基极相连接，所述第四电阻的第二端与所述第二电容的第二端、所述第二三极管的集电极以及所述自举升压模块的第一输入端相连接，所述第一三极管的发射极以及所述第二三极管的发射极均接地连接。
优选的，所述第一三极管为NPN三极管。
优选的，所述第二三极管均为NPN三极管。
优选的，所述自举升压模块包括第三电容、第四电容、第一二极管以及第二二极管；
所述第三电容的第一端与所述第四电阻的第二端相连接，所述第三电容的第二端与所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的正极相连接，所述第一二极管的正极与所述电源的第一端相连接，所述第二二极管的负极与所述第四电容的第一端以及所述NMOS管的栅极相连接，所述第四电容的第二端接地连接。
优选的，还包括降压稳压模块，所述降压稳压模块的第一输入端和第二输入端均与所述电源的第一端相连接，所述降压稳压模块的输出端与所述振荡模块的输入端相连接，所述降压稳压模块用于将所述电源输出的电压转换为目标电压，并向所述振荡模块输出目标电压。
优选的，所述降压稳压模块包括稳压二极管、第三三极管以及第五电阻；
所述第五电阻的第一端用于与所述电源的第一端相连接，所述第五电阻的第二端与所述稳压二极管的负极以及所述第三三极管的基极相连接，所述第三三极管的集电极与所述电源的第一端相连接，所述第三三极管的发射极与所述振荡模块的输入端相连接，所述稳压二极管的正极接地连接。
优选的，所述第三三极管为NPN三极管。
优选的，所述第五电阻的阻值范围为1KΩ～20KΩ。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种驱动设备，所述驱动设备包括第一方面所述的一种防反接驱动电路。
上述，本申请通过在电源的高边中设置NMOS管，采用NMOS器件高边控制，保证供电系统都处于同一地平面内，同时损耗较小，成本更低，且NMOS管的可选型号较多，解决了现有技术中的防反接电路存在使用或者生产的成本高的技术问题。另外，本申请通过振荡模块来产生方波并通过自举升压模块对电压进行升高，无需额外增加单片机产生方波信号控制升压电路，电路控制更加简单。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种防反接驱动电路的结构示意图。
图2为本实用新型实施例提供的另一种防反接驱动电路的结构示意图。
图3为本实用新型实施例提供的振荡电路中各点波形示意图。
图4为本实用新型实施例提供的又一种防反接驱动电路的结构示意图。
图5为本实用新型实施例提供的再一种防反接驱动电路的结构示意图。
图6为本实用新型实施例提供的再一种防反接驱动电路的各个元件的参数示意图。
图中：NMOS管1、振荡模块2、自举升压模块3、降压稳压模块4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2、稳压二极管D3、第三三极管Q3、第五电阻R5。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的一种防反接驱动电路的结构示意图，防反接驱动电路包括NMOS管1、振荡模块2以及自举升压模块3。
NMOS管1的源极用于与电源的第一端Input相连接，NMOS管1的漏极用于与电源的第二端Output相连接，NMOS管1的栅极与自举升压模块3的输出端相连接，NMOS管1用于根据自举升压模块3的输出端的电压信号进行导通和关断。
如图1所示，本实施例中防反接驱动电路包括有NMOS管1，其中，NMOS管1的源极用于与电源的第一端Input相连接，NMOS管1的漏极用于与电源的第二端Output相连接，即在电源的高边中设置NMOS管1。另外，NMOS管1的栅极与自举升压模块3的输出端相连接，NMOS管1可根据自举升压模块3的输出端的电压信号，导通或者关断源极和漏极之间的连接通路。例如，当自举升压模块3的输出端的电压与NMOS管的源极电压之差大于等于NMOS管1的导通阈值时，则NMOS管1导通源极和漏极之间的连接通路；当自举升压模块3的输出端的电压与NMOS管的源极电压之差小于NMOS管1的导通阈值时，则NMOS管1关断源极和漏极之间的连接通路。
振荡模块2的输入端用于与电源的第一端Input相连接，振荡模块2的输出端用于与自举升压模块3的第一输入端相连接，振荡模块2用于利用电源所输出的电压自激产生方波信号，并将方波信号输入至自举升压模块3。
防反接驱动电路中还包括有振荡模块2，其中振荡模块2的输入端用于与电源的第一端Input相连接，振荡模块2的输出端用于与自举升压模块3的第一输入端相连接。振荡模块2用于在接收到电源输出的电压后，根据电源输出的电压自激产生方波信号，并将方波信号输入至自举升压模块3。示例性的，振荡模块2可采用多谐振荡器电路，多谐振荡器电路利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波并进行输出。
自举升压模块3的第二输入端用于与电源的第一端Input相连接，自举升压模块用于利用方波信号对电源所输出的电压进行升压，以向NMOS管1的栅极输出电压信号。
图1中，防反接驱动电路还包括自举升压模块3，其中自举升压模块3的第二输入端用于与电源的第一端Input相连接。具体的，自举升压模块3中包括有自举升压二极管以及自举升压电容等电子元件，当自举升压模块3在接收到振荡模块2输出的方波信号后，自举升压模块3会利用方波信号为自举升压电容充电，并使自举升压电容的放电电压和电源输出的电压进行叠加，从而使电压升高，以使得自举升压模块3通过自身的输出端向NMOS管1的栅极输出电压信号，从而控制NMOS管1的导通和关断。
上述，本申请通过在电源的高边中设置NMOS管，采用NMOS器件高边控制，保证供电系统都处于同一地平面内，同时损耗较小，成本更低，且NMOS管的可选型号较多，解决了现有技术中的防反接电路存在使用或者生产的成本高的技术问题。另外，本申请通过振荡模块来产生方波并通过自举升压模块对电压进行升高，无需额外增加单片机产生方波信号控制升压电路，电路控制更加简单。
在上述实施例的基础上，振荡模块2包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1以及第二三极管Q2；
第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端、第三电阻R3的第一端以及第四电阻R4的第一端均与电源的第一端Input相连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第一端以及第一三极管Q1的集电极相连接，第二电阻R2的第二端与第一电容C1的第二端以及第二三极管Q2的基极相连接，第三电阻R3的第二端与第二电容C2的第一端以及第一三极管Q1的基极相连接，第四电阻R4的第二端与第二电容C2的第二端、第二三极管Q2的集电极以及自举升压模块3的第一输入端相连接，第一三极管Q1的发射极以及第二三极管Q2的发射极均接地连接。
在一个实施例中，如图2所示，振荡模块2包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1以及第二三极管Q2。其中，第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端、第三电阻R3的第一端以及第四电阻R4的第一端均与电源的第一端Input相连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第一端以及第一三极管Q1的集电极相连接，第二电阻R2的第二端与第一电容C1的第二端以及第二三极管Q2的基极相连接，第三电阻R3的第二端与第二电容C2的第一端以及第一三极管Q1的基极相连接，第四电阻R4的第二端与第二电容C2的第二端、第二三极管Q2的集电极以及自举升压模块3的第一输入端相连接，第一三极管Q1的发射极以及第二三极管Q2的发射极均接地连接。一个实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN三极管。
具体的，振荡模块2在上电瞬间，电源输出的电压VL通过第二电阻R2和第三电阻R3分别驱动第一三极管Q1和第二三极管Q2，由于两个三极管不可能完全一样，因此第一三极管Q1和第二三极管Q2的导通会有一个先后顺序，假设第一三极管Q1优先导通，则PWM1优先被拉到低电位，此时由于第一电容C1的存在，第二三极管Q2基极VB2的电位也被迅速拉低，PMW2被第四电阻R4上拉至高电平VL。接下来电源输出的电压VL通过第二电阻R2对第一电容C1进行充电，当第二三极管Q2基极VB2的电压被抬升到大约0.7V时，第二三极管Q2导通，PWM2被迅速拉低，由于第二电容C2的存在，第一三极管Q1基极VB1的电压被拉低，第一三极管Q1关断，PWM1被第一电阻R1上拉到高电平VL；接下来电源输出的电压VL通过第三电阻R3对第二电容C2充电，如此循环，从而在PWM1和PWM2输出相反的方波信号，方波信号的周期由第二电阻R2*第一电容C1和第三电阻R3*第二电容C2共同决定，其各点波形如图3所示。
在上述实施例的基础上，自举升压模块3包括第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1以及第二二极管D2。
第三电容C3的第一端与第四电阻R4的第二端相连接，第三电容C3的第二端与第一二极管D1的负极以及第二二极管D2的正极相连接，第一二极管D1的正极与电源的第一端Input相连接，第二二极管D2的负极与第四电容C4的第一端以及NMOS管1的栅极相连接，第四电容C4的第二端接地连接。
在一个实施例中，如图2所示，自举升压模块3包括第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1以及第二二极管D2，其中，第三电容C3的第一端与第四电阻R4的第二端相连接，第三电容C3的第二端与第一二极管D1的负极以及第二二极管D2的正极相连接，第一二极管D1的正极与电源的第一端Input相连接，第二二极管D2的负极与第四电容C4的第一端以及NMOS管1的栅极相连接，第四电容C4的第二端接地连接。
具体的，自举升压模块3在工作过程中，PWM2的方波信号通过自举升压模块升压，当PWM2为低电平时，电源输出的电压通过第一二极管D1对第三电容C3充电，VCH电压被迅速抬升到VIN电位，当PWM2为高电平VL时，由于第三电容C3上的电压不能突变，此时VCH的电压被迅速抬升到VIN+高电平VL电位，同时VG点电位也变为VIN+VL。当PWM2为低电平时，VCH电位为VIN，但由于第二二极管D2反向截止，因此VG点电压就被稳定钳位在VIN+VL，即自举升压模块3向NMOS管1的栅极输出的电压为VIN+VL，此时VG电压比VIN电压高大约VL，只要VL足够大于NMOS管1的导通阈值就可以使NMOS管1完全导通。
在上述实施例的基础上，还包括降压稳压模块4，降压稳压模块4的第一输入端和第二输入端均与电源的第一端Input相连接，降压稳压模块4的输出端与振荡模块2的输入端相连接，降压稳压模块4用于将电源输出的电压转换为目标电压，并向振荡模块2输出目标电压。
在一个实施例中，如图4所示，防反接驱动电路还包括有降压稳压模块4。其中，降压稳压模块4的第一输入端和第二输入端均与电源的第一端Input相连接，降压稳压模块4的输出端与振荡模块2的输入端相连接，降压稳压模块4用于在接收到电源输出的电压后，将电源输出的电压降至目标电压，并向振荡模块2的输入端输出目标电压，从而为振荡电路进行供电，使得振荡电路能够正常工作。
在上述实施例的基础上，降压稳压模块4包括稳压二极管D3、第三三极管Q3以及第五电阻R5；
第五电阻R5的第一端用于与电源的第一端Input相连接，第五电阻R5的第二端与稳压二极管D3的负极以及第三三极管Q3的基极相连接，第三三极管Q3的集电极与电源的第一端Input相连接，第三三极管Q3的发射极与振荡模块2的输入端相连接，稳压二极管D3的正极接地连接。一个实施例中，第三三极管Q3为NPN三极管。
在一个实施例中，如图5所示，降压稳压模块4包括稳压二极管D3、第三三极管Q3以及第五电阻R5。其中，第五电阻R5的第一端用于与电源的第一端Input相连接，第五电阻R5的第二端与稳压二极管D3的负极以及第三三极管Q3的基极相连接，第三三极管Q3的集电极与电源的第一端Input相连接，第三三极管Q3的发射极与振荡模块2的输入端相连接，稳压二极管D3的正极接地连接。具体的，在降压稳压模块4的运行过程中，假设稳压二极管D3的稳压电压为VZ，则通过第五电阻R5和稳压二极管D3会使第三三极管Q3基极的电压钳位在VZ电压附近，第三三极管Q3的基极和发射极之间压降大约在0.6V，因此第三三极管Q3的发射极向振荡电路输出的电压大约为VZ-0.6V。当负载变化导致VL电压下降，则第三三极管Q3基极的电压也会下降，则流过稳压二极管D3的电流减小，流入第三三极管Q3基极的电流变大，则第三三极管Q3的集电极和发射极之间的阻抗变小，压降变小，因此VL的电压降调整变大，最终稳压在大约VZ-0.6V附近。
一个实施例中，第五电阻R5的阻值范围为1KΩ～20KΩ。示例性的，如图6所示，图6为本实用新型实施例提供的防反接驱动电路各元件的参数示意图，第五电阻R5的阻值可以取1KΩ。可理解，本实施例中，电源输出的电压越大，R5的阻值要越大，以电源的输出为24V，VL为12V输出为例，R5的阻值可以选择3.3KΩ或4.7KΩ。
上述，本申请通过在电源的高边中设置NMOS管，采用NMOS器件高边控制，保证供电系统都处于同一地平面内，同时损耗较小，成本更低，且NMOS管的可选型号较多，解决了现有技术中的防反接电路存在使用或者生产的成本高的技术问题。另外，本申请通过振荡模块来产生方波并通过自举升压模块对电压进行升高，无需额外增加单片机产生方波信号控制升压电路，电路控制更加简单。
本实用新型实施例还提供了一种驱动设备，驱动设备包括上述的一种防反接驱动电路，本申请通过在电源的高边中设置NMOS管，采用NMOS器件高边控制，保证供电系统都处于同一地平面内，同时损耗较小，成本更低，且NMOS管的可选型号较多，解决了现有技术中的防反接电路存在使用或者生产的成本高的技术问题。另外，本申请通过振荡模块来产生方波并通过自举升压模块对电压进行升高，无需额外增加单片机产生方波信号控制升压电路，电路控制更加简单。
以上的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防反接驱动电路，其特征在于，包括NMOS管、振荡模块以及自举升压模块；
所述NMOS管的源极用于与电源的第一端相连接，所述NMOS管的漏极用于与电源的第二端相连接，所述NMOS管的栅极与所述自举升压模块的输出端相连接，所述NMOS管用于根据所述自举升压模块的输出端的电压信号进行导通和关断；
所述振荡模块的输入端用于与所述电源的第一端相连接，所述振荡模块的输出端用于与所述自举升压模块的第一输入端相连接，所述振荡模块用于利用所述电源所输出的电压自激产生方波信号，并将所述方波信号输入至所述自举升压模块；
所述自举升压模块的第二输入端用于与所述电源的第一端相连接，所述自举升压模块用于利用所述方波信号对所述电源所输出的电压进行升压，以向所述NMOS管的栅极输出电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述振荡模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一三极管以及第二三极管；
所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端以及所述第四电阻的第一端均与所述电源的第一端相连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第一三极管的集电极相连接，所述第二电阻的第二端与所述第一电容的第二端以及所述第二三极管的基极相连接，所述第三电阻的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第一三极管的基极相连接，所述第四电阻的第二端与所述第二电容的第二端、所述第二三极管的集电极以及所述自举升压模块的第一输入端相连接，所述第一三极管的发射极以及所述第二三极管的发射极均接地连接。
3.根据权利要求2所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN三极管。
4.根据权利要求2所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述第二三极管均为NPN三极管。
5.根据权利要求2所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述自举升压模块包括第三电容、第四电容、第一二极管以及第二二极管；
所述第三电容的第一端与所述第四电阻的第二端相连接，所述第三电容的第二端与所述第一二极管的负极以及所述第二二极管的正极相连接，所述第一二极管的正极与所述电源的第一端相连接，所述第二二极管的负极与所述第四电容的第一端以及所述NMOS管的栅极相连接，所述第四电容的第二端接地连接。
6.根据权利要求1所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，还包括降压稳压模块，所述降压稳压模块的第一输入端和第二输入端均与所述电源的第一端相连接，所述降压稳压模块的输出端与所述振荡模块的输入端相连接，所述降压稳压模块用于将所述电源输出的电压转换为目标电压，并向所述振荡模块输出目标电压。
7.根据权利要求6所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述降压稳压模块包括稳压二极管、第三三极管以及第五电阻；
所述第五电阻的第一端用于与所述电源的第一端相连接，所述第五电阻的第二端与所述稳压二极管的负极以及所述第三三极管的基极相连接，所述第三三极管的集电极与所述电源的第一端相连接，所述第三三极管的发射极与所述振荡模块的输入端相连接，所述稳压二极管的正极接地连接。
8.根据权利要求7所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述第三三极管为NPN三极管。
9.根据权利要求7所述的一种防反接驱动电路，其特征在于，所述第五电阻的阻值范围为1KΩ～20KΩ。
10.一种驱动设备，其特征在于，所述驱动设备包括权利要求1～9任一项所述的一种防反接驱动电路。
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2023
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