CN110601512A - 一种分立式高边驱动电路*** - Google Patents

一种分立式高边驱动电路*** Download PDF

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周子龙
潘荣建
何庭全
欧鸥
周书林
王龙林
郝天之
黎力韬
谢萌
李俊毅
王�华
卓小丽
于孟生
姚鑫玉
罗胜
邝瑜琨
刘家耀
龙惠冰
梁俊
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Abstract

本发明涉及高边驱动电路技术领域，具体公开了一种分立式高边驱动电路***，该分立式高边驱动电路***包括控制电路、驱动电路和保护电路，所述控制电路包括控制信号输入Vin、分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3和开关管Q1，所述驱动电路包括开关管Q3和防反二极管D1，所述保护电路包括开关管Q2、降低EMC电阻R4和限流反馈电阻R5。本发明不仅成本较低，还能够有效解决电流驱动和PCB面积的问题，同时，能够有效实现过流保护/限流保护的目的，其适用于驱动能力为中等电流能力的驱动器。

Description

一种分立式高边驱动电路***
技术领域
本发明涉及高边驱动电路技术领域，特别涉及一种自保护的分立式高边驱动电路***。
背景技术
在工业领域中，一个***或设备往往集成了各种各样的小功能执行器，且所集成的数量也较多，目前实现执行器的驱动电路：一是使用多块集成芯片来构成其驱动电路，它们能完全满足执行器的驱动要求，但现有集成芯片中对于小功能(驱动能力小于200mA以内为中等电流能力)驱动器集成数目不够，为完成其功能往往被迫使用该集成芯片中的一些大电流驱动模块部分，目的是为了减小集成芯片使用数目，但这样使用会造成成本增高。二是使用芯片厂家集成好的PMOSFET、NMOSFET或IGBT，它们是能满足执行器的驱动要求，而驱动电路作为输出电路，对于短路保护/过流保护/限流的自保护功能是必须的，若芯片厂家集成此功能，价格会增加不少，若在此基础上再自行开发其过流保护/限流保护功能，PCB(印制电路板)面积将是一个问题，***集成难度增加，其结构将相对复杂。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种分立式高边驱动电路***，该分立式高边驱动电路***即能够有效解决电流驱动和PCB面积的问题，又能够有效实现过流保护/限流保护的目的，且整体成本低。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种分立式高边驱动电路***，包括控制电路、驱动电路和保护电路，所述控制电路包括控制信号输入Vin、分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3和开关管Q1，所述驱动电路包括开关管Q3和防反二极管D1，所述保护电路包括开关管Q2、降低EMC电阻R4和限流反馈电阻R5；
其中，所述控制电路中，所述分压电阻R1的一端连接控制信号输入Vin，另一端分别连接分压电阻R2的一端和开关管Q1的控制端，所述分压电阻R2的另一端和开关管Q1的第二端并联接地，所述开关管Q1的第一端连接限流电阻R3的一端，所述限流电阻R3的另一端分别连接驱动电路中的开关管Q3的控制端和保护电路中的开关管Q2的第一端，所述开关管Q3的第一端连接防反二极管D1的阳极，所述防反二极管D1的阴极连接输出负载Vout，所述开关管Q2的第二端分别连接电源Vcc和限流反馈电阻R5的一端，所述限流反馈电阻R5的另一端分别连接开关管Q3的第二端和降低EMC电阻R4的一端，所述降低EMC电阻R4的另一端连接开关管Q2的控制端。
优选的，所述分压电阻R1和分压电阻R2的阻值相同。
优选的，所述防反二极管D1为肖特基二极管。
优选的，所述限流反馈电阻R5的阻值等于开关管Q2的开启电压Uon/电流阈值，其中，所述电流阈值为分立式高边驱动电路***的电流阈值。
优选的，所述开关管Q1为NPN三极管或者MOS场效应晶体管，所述开关管Q2、开关管Q3均为PNP三极管或者MOS场效应晶体管。
优选的，所述开关管Q1为NPN三极管，所述开关管Q2、开关管Q3均为PNP三极管，此时，NPN三极管或者PNP三极管中的基极为上文所说的控制端，集电极为第一端，发射极为第二端。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过开关管、电阻和防反二极管构成的高边驱动电路来实现过流保护和限流保护的目的，相比现有电路***和集成芯片，其电路简单可靠，且成本较低，并能够有效解决电流驱动和PCB面积的问题，本发明适用于小功能(驱动能力小于200mA以内为中等电流能力)驱动器。
附图说明
图1是本发明一种分立式高边驱动电路***的电路结构图。
主要元件符号说明
图中：控制信号输入Vin、分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3、开关管Q1、开关管Q3、防反二极管D1、开关管Q2、降低EMC电阻R4、限流反馈电阻R5。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，在本发明的一种较佳实施方式中，一种分立式高边驱动电路***，包括控制电路、驱动电路和保护电路，所述控制电路包括控制信号输入Vin、分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3和开关管Q1，所述驱动电路包括开关管Q3和防反二极管D1，所述保护电路包括开关管Q2、降低EMC(电磁兼容性)电阻R4和限流反馈电阻R5。
其中，所述控制电路中，所述分压电阻R1的一端连接控制信号输入Vin，另一端分别连接分压电阻R2的一端和开关管Q1的控制端，所述分压电阻R2的另一端和开关管Q1的第二端并联接地，所述开关管Q1的第一端连接限流电阻R3的一端，所述限流电阻R3的另一端分别连接驱动电路中的开关管Q3的控制端和保护电路中的开关管Q2的第一端，所述开关管Q3的第一端连接防反二极管D1的阳极，所述防反二极管D1的阴极连接输出负载Vout，所述开关管Q2的第二端分别连接电源Vcc和限流反馈电阻R5的一端，所述限流反馈电阻R5的另一端分别连接开关管Q3的第二端和降低EMC电阻R4的一端，所述降低EMC电阻R4的另一端连接开关管Q2的控制端。
本发明通过上述的电路设置，成本较低，且能够解决电流驱动和PCB面积的问题，并能够实现过流保护/限流保护的目的。
其中，在本发明的控制电路中，所述开关管Q1用于改善控制器的驱动能力，该控制器为本发明提供控制信号输入Vin，而其本身的驱动能力偏弱；所述分压电阻R1和分压电阻R2用于保障开关管Q1的控制端电压远大于开关管Q1的开启电压，两者一般是集成在开关管Q1中，而在本实施方式中，所述分压电阻R1和分压电阻R2的阻值相同，两者的阻值范围均为2kΩ-100kΩ，优选取用10kΩ；所述限流电阻R3用于在所述分立式高边驱动电路***的驱动输出处于正常状态时保障开关管Q3的控制端能够正常下拉至地，在驱动输出处于过流状态时保证开关管Q3的控制端能够正常下拉至电源Vcc，从而起到限流保护的作用，在本实施方式中，所述限流电阻R3的阻值范围为470Ω-4.7kΩ，优选取用1.78kΩ。
在本发明的所述驱动电路中，所述开关管Q3为本发明所述分立式高边驱动电路***的输出器件，考虑到开关管Q3的散热问题和PCB面积，本实施方式中，选取输出电流小于1A的开关作为开关管Q3的输出；所述防反二极管D1用于支持短路到电源Vcc，还用于防止外接输出接反的情况下对开关管Q3产生损伤，从而起到短路保护的目的，在本实施方式中，所述防反二极管D1为低压降耐高压的肖特基二极管，优选取用耐压值为48V的肖特基二极管。
在本发明的所述保护电路中，所述开关管Q2起到自保护开关的作用；所述降低EMC电阻R4用于增加开关管Q2开启过程中的米勒效应时间，从而降低整个电路的EMC，需要说明的是，若整个电路的EMC能够满足要求，可省略所述降低EMC电阻R4，此时，将所述降低EMC电阻R4进行短接(即所述降低EMC电阻R4贴0ohm)，在本实施方式中，所述降低EMC电阻R4的阻值范围为1kΩ-100kΩ，优选取用10kΩ；所述限流反馈电阻R5用于分立式高边驱动电路***的电流检测及过流保护，当所述分立式高边驱动电路***的驱动输出电流达到该***的电流阈值(小于等于200mA)时，所述限流反馈电阻R5消耗的电压刚好等于开关管Q2的开启电压Uon，此时，所述开关管Q2导通、开关管Q3关闭(即分立式高边驱动电路***关闭)，从而起到自保护所述分立式高边驱动电路***的输出作用，因此，所述限流反馈电阻R5的阻值等于开关管Q2的开启电压Uon/电流阈值，其中，所述电流阈值为分立式高边驱动电路***的电流阈值，在本实施方式中，所述限流反馈电阻R5的阻值范围为0.1Ω-100Ω，优选取用10Ω，以满足中等电流能力。
进一步地，在本发明中，所述开关管Q1为NPN三极管或者MOS场效应晶体管，优选选用NPN三极管，所述开关管Q2、开关管Q3均为PNP三极管或者MOS场效应晶体管，优选选用PNP三极管，此时，NPN三极管或者PNP三极管中的基极为上文所说的控制端，集电极为第一端，发射极为第二端。在本实施方式中，所述开关管Q1为电流小于100mA的NPN三极管，所述开关管Q2为电流小于100mA的PNP三极管，所述开关管Q3为电流为500mA的PNP三极管。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种分立式高边驱动电路***，包括控制电路、驱动电路和保护电路，其特征在于：所述控制电路包括控制信号输入Vin、分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3和开关管Q1，所述驱动电路包括开关管Q3和防反二极管D1，所述保护电路包括开关管Q2、降低EMC电阻R4和限流反馈电阻R5；
其中，所述控制电路中，所述分压电阻R1的一端连接控制信号输入Vin，另一端分别连接分压电阻R2的一端和开关管Q1的控制端，所述分压电阻R2的另一端和开关管Q1的第二端并联接地，所述开关管Q1的第一端连接限流电阻R3的一端，所述限流电阻R3的另一端分别连接驱动电路中的开关管Q3的控制端和保护电路中的开关管Q2的第一端，所述开关管Q3的第一端连接防反二极管D1的阳极，所述防反二极管D1的阴极连接输出负载Vout，所述开关管Q2的第二端分别连接电源Vcc和限流反馈电阻R5的一端，所述限流反馈电阻R5的另一端分别连接开关管Q3的第二端和降低EMC电阻R4的一端，所述降低EMC电阻R4的另一端连接开关管Q2的控制端。
2.如权利要求1所述的一种分立式高边驱动电路***，其特征在于：所述分压电阻R1和分压电阻R2的阻值相同。
3.如权利要求1所述的一种分立式高边驱动电路***，其特征在于：所述防反二极管D1为肖特基二极管。
4.如权利要求1所述的一种分立式高边驱动电路***，其特征在于：所述限流反馈电阻R5的阻值等于开关管Q2的开启电压Uon/电流阈值，其中，所述电流阈值为分立式高边驱动电路***的电流阈值。
5.如权利要求1所述的一种分立式高边驱动电路***，其特征在于：所述开关管Q1为NPN三极管或者MOS场效应晶体管，所述开关管Q2、开关管Q3均为PNP三极管或者MOS场效应晶体管。
6.如权利要求5所述的一种分立式高边驱动电路***，其特征在于：所述开关管Q1为NPN三极管，所述开关管Q2、开关管Q3均为PNP三极管，此时，NPN三极管或者PNP三极管中的基极为上文所说的控制端，集电极为第一端，发射极为第二端。
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