CN111817545B - 驱动死区检测电路、尖峰吸收电路以及开关管保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种驱动死区检测电路、尖峰吸收电路以及开关管保护电路，其中死区检测电路包括或门电路和信号转换电路，或门电路的两个信号输入端分别与推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；或门电路用于对两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；信号转换电路用于对或门电路输出的电平控制信号进行信号转换得到一个用于表示死区时间的死区信号，通过本申请的死区检测电路可以准确的检测出推挽电路中的死区时间，方便技术人员对推挽电路中产生的尖峰电压的抑制和吸收。

Description

驱动死区检测电路、尖峰吸收电路以及开关管保护电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种驱动死区检测电路、尖峰吸收电路以及开关管保护电路。

背景技术

在电梯控制领域，为应对电网掉电，往往需要配备停电应急装置来确保掉电后电梯能正常运行到安全的位置，避免电梯停留在非法区域，产生安全隐患，而在市电掉电后任然保持电梯工作，则需要添加外部电源，一般采用电池升压的方式，使电梯可以短时间运行。推挽电路(也叫升压电路)原边电压较低，所选开关管的耐压也对应较低，导致在开关管导通与截止的时候，所受到的尖峰电压较高，容易造成开关管失效损坏，因此需要对开关管进行保护，一般要首先检测出升压电路的死区时间，然后在死区时间对尖峰进行抑制。目前现有技术中缺少针对升压电路死区检测的有效手段，导致死区时间检测不准确。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有技术中缺少针对升压电路死区检测的有效手段，导致死区时间检测不准确。

一种驱动死区检测电路,用于检测推挽电路的死区信号，所述推挽电路包括两个开关管，所述死区检测电路包括：或门电路和信号转换电路；

所述或门电路的两个信号输入端分别与所述推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；所述或门电路用于对所述两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；

所述信号转换电路用于对所述或门电路输出的电平控制信号进行信号转换输出一个用于表示死区时间的死区信号。

其中，所述或门电路包括两个驱动信号检测电路，所述两个驱动信号检测电路的信号输入端分别为所述或门电路的两个信号输入端，两个驱动信号检测电路的信号输出端连接在一起后形成所述或门电路的信号输出端，用于输出所述电平控制信号。

在一种实施例中，所述驱动信号检测电路包括第一电阻、第一二极管和第一电容，所述第一电阻的一端为所述驱动信号检测电路的信号输入端，另一端与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极为所述驱动信号检测电路的信号输出端，所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，另一端与所述第一二极管的负极连接。

在一种实施例中，所述信号转换电路包括第一晶体管、第二晶体管、第二二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三二极管、第二电容、死区信号输出端子；

所述第一晶体管和第二晶体管均包括用于控制其导通/关断的控制极、第一极和第二极，所述第一晶体管的控制极和所述或门电路的信号输出端连接，其第一极接地，其第二极和所述第二晶体管的控制极连接，所述第二电阻的一端与所述第一晶体管的控制极连接，另一端与所述第一晶体管的第一极连接；所述第二晶体管的第一极与所述死区信号输出端子连接，所述死区信号输出端子用于输出所述死区信号，第二晶体管的第二极通过所述第三电阻与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极接高电平，所述第四电阻的一端与所述第二晶体管的控制极连接，另一端与所述第三二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与所述第二晶体管的第一极连接，负极与所述第一晶体管的第二极连接；所述第二电容的一端与所述第三二极管的负极连接，另一端接地。

在一种实施例中，所述信号转换电路还包括第四二极管，所述第四二极管与所述第三二极管并联，所述第二晶体管的第二极通过所述第三电阻还与所述第四二极管的负极连接，所述第四二极管的正极也接高电平。

在一种实施例中，所述信号转换电路还包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻均与所述第四电阻并联。

所述尖峰吸收电路包括控制信号输入端、尖峰电压输入端和尖峰电压输出端；

所述尖峰电压输入端与所述推挽电路连接，所述控制信号输入端与死区检测电路的死区信号输出端子连接，用于接收死区信号输出端子输出的死区信号，所述尖峰电压输出端与电池电源的输入端连接；

所述尖峰吸收电路用于在所述死区信号的驱动下使得所述尖峰电压输入端和尖峰电压输出端导通，将所述推挽电路的尖峰电压输入到所述电池电源内。

在一种实施例中，所述尖峰吸收电路还包括第三晶体管、第七电阻、第八电阻；

所述第三晶体管的第一极为所述尖峰吸收电路的尖峰电压输入端，与所述推挽电路连接，其第二极为所述尖峰吸收电路的尖峰电压输出端，与所述电池电源的输入端连接，所述第三晶体管的控制极通过所述第七电阻与所述死区信号输出端子连接，所述第八电阻的一端与所述第三晶体管的控制极连接，另一端与所述尖峰电压输出端连接。

一种开关管保护电路，用于对推挽电路的死区时间进行检测以及在死区时间对尖峰电压进行吸收，包括：死区检测电路和尖峰吸收电路，所述死区检测电路用于对所述推挽电路的死区时间进行检测，输出一个用于表示死区时间的死区信号，所述尖峰吸收电路用于在所述死区信号的驱动下导通对所述推挽电路的尖峰电压进行吸收。

其中，所述死区检测电路包括：或门电路和信号转换电路；

所述或门电路的两个信号输入端分别与所述推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；所述或门电路用于对所述两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；

所述信号转换电路用于对所述或门电路输出的电平控制信号进行信号转换得到所述死区信号；

所述尖峰吸收电路包括控制信号输入端、尖峰电压输入端和尖峰电压输出端；所述尖峰电压输入端与所述推挽电路连接，所述控制信号输入端与信号转换电路的输出端连接，以接收所述死区信号，所述尖峰电压输出端与电池电源的输入端连接；

所述尖峰吸收电路用于在所述死区信号的驱动下使得所述尖峰电压输入端和尖峰电压输出端导通，将所述推挽电路的尖峰电压输入到所述电池电源内。

在一种实施例中，所述尖峰吸收电路还包括第三晶体管、第七电阻、第八电阻；

所述第三晶体管的第一极为所述尖峰吸收电路的尖峰电压输入端，与所述推挽电路连接，其第二极为所述尖峰吸收电路的尖峰电压输出端，与所述电池电源的输入端连接，所述第三晶体管的控制极通过所述第七电阻与所述死区信号输出端子连接，所述第八电阻的一端与所述第三晶体管的控制极连接，另一端与所述尖峰电压输出端连接。

依据上述实施例的驱动死区检测电路，其包括或门电路和信号转换电路，或门电路的两个信号输入端分别与推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；或门电路用于对两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；信号转换电路用于对或门电路输出的电平控制信号进行信号转换得到一个用于表示死区时间的死区信号，通过本申请的死区检测电路可以准确的检测出推挽电路中的死区时间，方便技术人员对推挽电路中产生的尖峰电压的抑制和吸收。

附图说明

图1为本申请实施例的开关管保护电路结构示意图；

图2为本申请实施例的死区检测电路结构示意图；

图3为本申请实施例的尖峰吸收电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

推挽电路(push-pull)就是两个不同极性晶体管间连接的输出电路。推挽电路采用两个参数相同的功率BJT管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。

本实施例的晶体管为三端子晶体管，其三个端子为控制极、第一极和第二极。晶体管可以为双极型晶体管或场效应晶体管等。例如当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。

在本发明实施例中，提供一种驱动死区检测电路，其包括或门电路和信号转换电路，或门电路的两个信号输入端分别与推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；或门电路用于对两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；信号转换电路用于对或门电路输出的电平控制信号进行信号转换得到一个用于表示死区时间的死区信号，通过本申请的死区检测电路可以准确的检测出推挽电路中的死区时间，方便技术人员对推挽电路中产生的尖峰电压的抑制和吸收。

进一步的，本申请还提供一种尖峰吸收电路和尖峰吸收电路，如图1，死区检测电路2用于对推挽电路1的死区时间进行检测，输出一个用于表示死区时间的死区信号，尖峰吸收电路3用于在死区检测电路输出的死区信号的驱动下导通对推挽电路1的尖峰电压进行吸收，将尖峰电压输入给电池电源4，这样使开关管工作于额定电压范围之内，保证器件可以长时间有效可靠工作，延长了器件的工作寿命。

实施例一：

请参考图1，一种驱动死区检测电路,该死区检测电路用于检测推挽电路的死区信号，本实施例的死区检测电路包括：或门电路21和信号转换电路22。或门电路21的两个信号输入端为DRV_A1和DRV_B1，DRV_A1、DRV_B1分别与推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路PWM驱动信号的高低电平信号。同时该或门电路21用于对两路驱动信号(具体为高低电平信号)进行或门运算，输出一个电平控制信号。信号转换电路22用于对或门电路21输出的电平控制信号进行信号转换输出一个用于表示死区时间的死区信号。

如图2，本实施例的或门电路21包括两个驱动信号检测电路211，两个驱动信号检测电路的信号输入端为或门电路21的两个信号输入端，即分别为DRV_A1和DRV_B1，两个驱动信号检测电路211的信号输出端经过或门运算后形成或门电路21的信号输出端，用于输出电平控制信号，本实施例的电平控制信号包括高电平信号和低电平信号。

具体的，本实施例的两个驱动信号检测电路结构相同，如图2，其中一个驱动信号检测电路包括第一电阻R144、第一二极管D34和第一电容C80，第一电阻R144的一端为驱动信号检测电路的信号输入端，即为DRV_B1，另一端与第一二极管D34的正极连接，第一二极管D34的负极为驱动信号检测电路211的信号输出端，第一电容C80的一端与第一电阻R144的一端连接，另一端与第一二极管D34的负极连接。同样的，另一个驱动信号检测电路包括电阻R145、二极管D33和电容C81，电阻R145的一端为驱动信号检测电路的信号输入端，即为DRV_A1，另一端与二极管D33的正极连接，二极管D33的负极为驱动信号检测电路的信号输出端，电容C81的一端与电阻R145的一端连接，另一端与二极管D33的负极连接。

具体的，如图2，本实施例的信号转换电路包括第一晶体管Q27、第二晶体管Q21、第二二极管D35、第二电阻R170、第三电阻R186、第四电阻R149、第三二极管D29、第二电容C70、死区信号输出端子DRV_C。第一晶体管Q27和第二晶体管Q21均包括用于控制其导通/关断的控制极、第一极和第二极，第一晶体管Q27的控制极和或门电路21的信号输出端连接，其第一极接地，其第二极和第二晶体管Q21的控制极连接，第二电阻R170的一端与第一晶体管Q27的控制极连接，另一端与第一晶体管Q27的第一极连接；第二晶体管Q21的第一极与死区信号输出端子DRV_C连接，死区信号输出端子DRV_C用于输出死区信号，第二晶体管Q21的第二极通过第三电阻R186与第三二极管D29的负极连接，第三二极管D29的正极接高电平，例如在本实施例中第三二极管D29的正极接+24V电压，第四电阻R149的一端与第二晶体管Q21的控制极连接，另一端与第三二极管D29的负极连接，第二二极管D35的正极与第二晶体管Q21的第一极连接，负极与第一晶体管Q27的第二极连接；第二电容C70的一端与第三二极管D29的负极(即第三电阻R186的上端)连接，另一端接地。

在本实施例中，由于第四电阻R149的阻值较大，在第四电阻R149的两端还并联有第五电阻R171和第六电阻R172。

其中，本实施例的第三二极管D29是为了防止反接电流灌入24V电压源，市面上有的二极管是同时两个一起封装的，其中两个二极管并联，其起到的作用和一个二极管相同，例如，在另一种实施例中，信号转换电路还包括第四二极管，第四二极管与第三二极管D29并联，第二晶体管Q21的第二极通过第三电阻R186还与第四二极管的负极连接，第四二极管的正极均接高电平24V。

本实施例中，第一晶体管Q27、第二晶体管Q21均采用NPN型三极管，控制极为基极，第一极为发射极，第二极为集电极。DRV_A1、DRV_B1输入为两路互补的驱动信号，高电平有效，通过二极管组成或门电路21，电流从DRV_A1、DRV_B1端输入，当DRV_A1为高DRV_B1为低或者DRV_A1为低DRV_B1为高时，第一晶体管Q27导通，第二晶体管Q21关断，DRV_C通过第二二极管D35和第一晶体管Q27被拉低，输出低电平，当DRV_A1、DRV_B1端的输入同时为低电平时，即死区时间，第一晶体管Q27关断截止，此时第一晶体管Q21导通，DRV_C端通过第一晶体管Q21被拉高。由此，当输入端DRV_A1、DRV_B1的输入不同时为低时，输出端DRV_C输出为低，当DRV_A1、DRV_B1的输入同时为低时，输出端DRV_C输出为高，即当输出端DRV_C输出为高即确认检测到了死区时间，以此实现了精确的检测死区时间的目的。

实施例二

在实施例一的基础上，如图3本实施例提供一种尖峰吸收电路，用于吸收推挽电路的尖峰电压，尖峰吸收电路包括控制信号输入端、尖峰电压输入端DRV_D和尖峰电压输出端BAT_VCC；尖峰电压输入端DRV_D与推挽电路1连接，控制信号输入端与死区检测电路的死区信号输出端子DRV_C连接，用于接收死区信号输出端子DRV_C输出的死区信号，尖峰电压输出端BAT_VCC与电池电源4的输入端连接。该尖峰吸收电路用于在死区信号的驱动下使得尖峰电压输入端DRV_D和尖峰电压输出端BAT_VCC导通，将推挽电路1的尖峰电压输入到电池电源4内，以完成对推挽电路尖峰电压的吸收和抑制。

本实施例的尖峰吸收电路还包括第三晶体管Q24、第七电阻R147、第八电阻R146；第三晶体管Q24的第一极为尖峰吸收电路的尖峰电压输入端DRV_D，DRV_D与推挽电路连接，具体的连接在推挽电路升压侧的回路中，推挽电路的回路中串联有两个反向设置的二极管，在每个导通周期内两个二极管交替导通，实现电流反向。第三晶体管Q24的第二极为尖峰吸收电路的尖峰电压输出端BAT_VCC，BAT_VCC与电池电源4的输入端连接，第三晶体管Q24的控制极通过第七电阻R147与死区信号输出端子DRV_C连接，第八电阻R146的一端与第三晶体管Q24的控制极连接，另一端与尖峰电压输出端BAT_VCC连接。当驱动处于死区时，变压器原边线圈通过二极管D25、D26连接到Q24，此时DRV_C为高电平，第三晶体管Q24导通，尖峰电压通过第三晶体管Q24和BAT_VCC输入到电池电源4中，达到尖峰抑制吸收的作用。

实施例三

本实施例提供一种开关管保护电路，主要用于对推挽电路的死区时间进行检测以及在死区时间对尖峰电压进行吸收，从而实现开关管尖峰电压吸收，使开关管工作于额定电压范围之内，保证器件可以长时间有效可靠工作,如图1，该开关管保护电路包括：死区检测电路2和尖峰吸收电路3，死区检测电路2用于对推挽电路1的死区时间进行检测，输出一个用于表示死区时间的死区信号，尖峰吸收电路3用于在死区信号的驱动下导通，将推挽电路的尖峰电压输入到电池电源4中，以完成对推挽电路1的尖峰电压进行吸收，使推挽电路中的开关管工作于额定电压范围之内，保证器件可以长时间有效可靠工作。

其中，死区检测电路2和尖峰吸收电路3的电路结构图和实施例一和实施例二中提供的相同，此处不再赘述。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种驱动死区检测电路，用于检测推挽电路的死区信号，所述推挽电路包括两个开关管，其特征在于，所述死区检测电路包括：或门电路和信号转换电路；

所述或门电路的两个信号输入端分别与所述推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；所述或门电路用于对所述两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；

所述信号转换电路用于对所述或门电路输出的电平控制信号进行信号转换输出一个用于表示死区时间的死区信号；

所述或门电路包括两个驱动信号检测电路，所述两个驱动信号检测电路的信号输入端分别为所述或门电路的两个信号输入端，两个驱动信号检测电路的信号输出端连接后形成所述或门电路的信号输出端，用于输出所述电平控制信号；

所述驱动信号检测电路包括第一电阻、第一二极管和第一电容；所述第一电阻的一端为所述驱动信号检测电路的信号输入端，另一端与所述第一二极管的正极连接；所述第一二极管的负极为所述驱动信号检测电路的信号输出端；所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，另一端与所述第一二极管的负极连接；

所述信号转换电路包括第一晶体管、第二晶体管、第二二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三二极管、第二电容、死区信号输出端子；

所述第一晶体管和第二晶体管均包括用于控制其导通/关断的控制极、第一极和第二极，所述第一晶体管的控制极和所述或门电路的信号输出端连接，其第一极接地，其第二极和所述第二晶体管的控制极连接，所述第二电阻的一端与所述第一晶体管的控制极连接，另一端与所述第一晶体管的第一极连接；所述第二晶体管的第一极与所述死区信号输出端子连接，所述死区信号输出端子用于输出所述死区信号，第二晶体管的第二极通过所述第三电阻与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极接高电平，所述第四电阻的一端与所述第二晶体管的控制极连接，另一端与所述第三二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与所述第二晶体管的第一极连接，负极与所述第一晶体管的第二极连接；所述第二电容的一端与所述第三二极管的负极连接，另一端接地。

2.如权利要求1所述的驱动死区检测电路，其特征在于，所述信号转换电路还包括第四二极管，所述第四二极管与所述第三二极管并联，所述第二晶体管的第二极通过所述第三电阻还与所述第四二极管的负极连接，所述第四二极管的正极也接高电平。

3.如权利要求2所述的驱动死区检测电路，其特征在于，所述信号转换电路还包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻均与所述第四电阻并联。

4.一种开关管保护电路，用于对推挽电路的死区时间进行检测以及在死区时间对尖峰电压进行吸收，其特征在于，包括：死区检测电路和尖峰吸收电路，所述死区检测电路用于对所述推挽电路的死区时间进行检测，输出一个用于表示死区时间的死区信号，所述尖峰吸收电路用于在所述死区信号的驱动下导通对所述推挽电路的尖峰电压进行吸收；

所述死区检测电路包括：或门电路和信号转换电路；

所述或门电路的两个信号输入端分别与所述推挽电路的两个开关管的控制极连接，用于检测两个开关管输入的两路驱动信号；所述或门电路用于对所述两路驱动信号进行或门运算，输出一个电平控制信号；

所述信号转换电路用于对所述或门电路输出的电平控制信号进行信号转换得到所述死区信号；

所述信号转换电路包括第一晶体管、第二晶体管、第二二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第三二极管、第二电容、死区信号输出端子；

所述第一晶体管和第二晶体管均包括用于控制其导通/关断的控制极、第一极和第二极，所述第一晶体管的控制极和所述或门电路的信号输出端连接，其第一极接地，其第二极和所述第二晶体管的控制极连接，所述第二电阻的一端与所述第一晶体管的控制极连接，另一端与所述第一晶体管的第一极连接；所述第二晶体管的第一极与所述死区信号输出端子连接，所述死区信号输出端子用于输出所述死区信号，第二晶体管的第二极通过所述第三电阻与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极接高电平，所述第四电阻的一端与所述第二晶体管的控制极连接，另一端与所述第三二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与所述第二晶体管的第一极连接，负极与所述第一晶体管的第二极连接；所述第二电容的一端与所述第三二极管的负极连接，另一端接地。

5.如权利要求4所述的开关管保护电路，其特征在于， 所述尖峰吸收电路包括控制信号输入端、尖峰电压输入端和尖峰电压输出端；

所述尖峰电压输入端与所述推挽电路连接，所述控制信号输入端与信号转换电路的输出端连接，以接收所述死区信号，所述尖峰电压输出端与电池电源的输入端连接；

所述尖峰吸收电路用于在所述死区信号的驱动下使得所述尖峰电压输入端和尖峰电压输出端导通，将所述推挽电路的尖峰电压输入到所述电池电源内。

6.如权利要求5所述的开关管保护电路，其特征在于，所述尖峰吸收电路还包括第三晶体管、第七电阻、第八电阻；

所述第三晶体管的第一极为所述尖峰吸收电路的尖峰电压输入端，与所述推挽电路连接，其第二极为所述尖峰吸收电路的尖峰电压输出端，与所述电池电源的输入端连接，所述第三晶体管的控制极通过所述第七电阻与所述死区信号输出端子连接，所述第八电阻的一端与所述第三晶体管的控制极连接，另一端与所述尖峰电压输出端连接。

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