CN112865769A - 一种驱动电路与电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种驱动电路与电子设备，涉及半导体器件驱动技术领域。该驱动电路包括待驱动器件、驱动单元、欠压保护单元以及MCU，欠压保护单元分别与MCU、驱动单元电连接，驱动单元与待驱动器件电连接，驱动单元、欠压保护单元均连接于驱动电源，其中，MCU用于生成驱动信号；欠压保护单元用于在驱动电源的电压大于阈值时，将驱动信号传输至驱动单元，以使待驱动器件工作；欠压保护单元还用于在驱动电源的电压小于阈值时，向驱动单元传输截止信号，以使待驱动器件停止工作。本发明提供的驱动电路与电子设备具有使待驱动器件不会在驱动电压过低的场景下工作，有效保护了待驱动器件的优点。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件驱动技术领域，具体而言，涉及一种驱动电路与电子设备。
背景技术
SiC MOSFET(碳化硅场效应管)、SiC BJT(碳化硅双极结型晶体管)等SiC功率开关半导体器件因其材料特殊性，对栅极驱动电压要求很高。如果一直在驱动电压较低的情况下工作，SiC MOSFET、SiC BJT等SiC功率开关半导体的工作损耗较大，容易导致发热等一系列不良影响。
然而，目前常用的硅材料的驱动电路中，没有欠压保护单元电路，应用此方式驱动碳化硅，如果驱动电压出现过低异常情况时，***不会报异常，继续工作，碳化硅半导体损耗过高，导致发热异常。
综上，现有的碳化硅半导体器件的驱动电路中，容易出现碳化硅半导体损耗过高，导致发热异常的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱动电路与电子设备，以解决现有技术中容易出现碳化硅半导体损耗过高，导致发热异常的问题。
为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种驱动电路，所述驱动电路包括待驱动器件、驱动单元、欠压保护单元以及MCU，所述欠压保护单元分别与所述MCU、所述驱动单元电连接，所述驱动单元与所述待驱动器件电连接，所述驱动单元、所述欠压保护单元均连接于驱动电源，其中，
所述MCU用于生成驱动信号；
所述欠压保护单元用于在所述驱动电源的电压大于阈值时，将所述驱动信号传输至所述驱动单元，以使所述待驱动器件工作；
所述欠压保护单元还用于在所述驱动电源的电压小于阈值时，向所述驱动单元传输截止信号，以使所述待驱动器件停止工作。
由于本申请提供的驱动电路中包括欠压保护单元，因此当驱动电源的电压小于阈值时，欠压保护单元能够向驱动单元传输截止信号，进而使待驱动器件不会在驱动电压过低的场景下工作，有效保护了待驱动器件。
可选地，所述欠压保护单元包括比较器、与门，所述比较器的正相输入端与所述驱动电源电连接，所述比较器的反相输入端与一比较电源电连接，所述比较器的输出端与所述与门的第一输入端电连接，所述与门的第二输入端与所述MCU电连接，所述与门的输出端与所述驱动单元电连接；其中，
所述比较器用于在所述正相输入端的电压大于所述反相输入端的电压时，输出高电平；
所述比较器还用于在所述正相输入端的电压小于所述反相输入端的电压时，输出低电平；
所述与门用于在所述比较器输出高电平时，将所述驱动信号传输至所述驱动单元；
所述与门还用于在所述比较器输出低电平时，向所述驱动单元传输截止信号。
可选地，所述欠压保护单元还包括第一分压模块与第二分压模块，所述第一分压模块分别与所述驱动电源、所述比较器的正相输入端电连接，且所述第一分压模块接地；所述第二分压模块分别与所述比较电源、所述比较器的反相输入端电连接，且所述第二分压模块接地。
可选地，所述第一分压模块包括第一电阻与第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述驱动电源电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述比较器的正相输入端、所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端接地；
所述第二分压模块包括第三电阻与第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述比较电源电连接，所述第三电阻的第二端分别与所述比较器的反相输入端、所述第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端接地。
可选地，所述驱动电路还包括报警单元，所述MCU还分别与所述驱动单元的输出端、所述报警单元电连接；
所述MCU还用于获取所述驱动单元的输出信号，且在当所述驱动单元的输出信号为非驱动信号时，控制所述报警单元进行报警。
可选地，所述驱动电路还包括报警单元，所述MCU还分别与所述欠压保护单元的输出端、所述报警单元电连接；
所述MCU还用于获取所述欠压保护单元的输出信号，且在当所述欠压保护单元的输出信号为非驱动信号时，控制所述报警单元进行报警。
可选地，所述驱动单元包括第一三极管与第二三极管，所述第一三极管与所述第二三极管的基极均与所述欠压保护单元的输出端电连接，所述第一三极管的集电极与所述驱动电源电连接，所述第一三极管的发射极分别与所述第二三极管的发射极、所述待驱动器件电连接，所述第二三极管的集电极接地。
可选地，所述待驱动器件包括SiC功率开关半导体器件。
可选地，其特征在于，所述驱动电路还包括驱动电阻，所述驱动电阻的第一端与所述驱动单元的输出端电连接，所述驱动电阻的第二端与所述待驱动器件电连接。
另一方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的驱动电路。
附图说明
图1为现有技术中的驱动电路的电路示意图。
图2为本申请实施例提供的驱动电路的模块示意图。
图3为本申请实施例提供的驱动电路的第一种电路示意图。
图4为本申请实施例提供的驱动电路的第二种电路示意图。
附图标记说明：
100-驱动电路；110-MCU；120-欠压保护单元；130-驱动单元；140-待驱动器件；150-报警单元；U1-比较器；U2-与门；VDD-驱动电源；VCC-比较电源；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；Q1-第一三极管；Q2-第二三极管；Rg-驱动电阻。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
正如背景技术中所述，SiC MOSFET、SiC BJT等SiC功率开关半导体器件因其材料特殊性，对栅极驱动电压要求很高。如果一直在驱动电压较低的情况下工作，SiC MOSFET、SiC BJT等SiC功率开关半导体的工作损耗非常大。
因此在设计SiC MOSFET、SiC BJT等SiC功率开关半导体器件驱动电路时，必须设计欠压保护单元，当电压低于某电压值时，SiC MOSFET等半导体器件不能工作，否则容易导致发热等一系列不良影响。
目前常用的硅材料的驱动电路如图1所示，由图1可知，当接收到驱动信号时，无论驱动电源VDD的电压是否为低压状态，驱动信号均会驱动Q3导通，进而使驱动电源VDD作用于器件的栅极，使器件导通工作。然而，当器件在低压状态下工作时，容易出现的损耗高，发热异常等情况。
有鉴于此，本申请提供了一种驱动电路，通过在驱动电路中增设欠压保护单元的方式，使得在驱动电源VDD处于低压状态时，控制器件停止工作，进而有效的保护了器件。
下面对本申请提供的驱动电路进行示例性说明：
作为一种实现方式，请参阅图2，驱动电路100包括待驱动器件140、驱动单元130、欠压保护单元120以及MCU110(Microcontroller Unit；微控制单元的)，欠压保护单元120分别与MCU110、驱动单元130电连接，驱动单元130与待驱动器件140电连接，驱动单元130、欠压保护单元120均连接于驱动电源VDD。
其中，MCU110用于生成驱动信号，欠压保护单元120用于在驱动电源VDD的电压大于阈值时，将驱动信号传输至驱动单元130，以使待驱动器件140工作，并在驱动电源VDD的电压小于阈值时，向驱动单元130传输截止信号，以使待驱动器件140停止工作。
可以理解地，由于欠压保护单元120也与驱动电源VDD电连接，并且欠压保护单元120能够通过比较的方式，在驱动电源VDD的电压小于阈值时，向驱动单元130传输截止信号，进而控制待驱动器件140停止工作，因此能够起到在驱动电源VDD输出低压时，有效保护待驱动器件140的功能。
需要说明的是，本申请所述的待驱动器件140，可以为SiC功率开关半导体器件，例如SiC MOSFET、SiC BJT等SiC功率开关半导体器件。当然地，在一种可选的实现方式中，待驱动器件140也可以为其它材料的器件，例如硅材料器件。
可选地，请参阅图3，欠压保护单元120包括比较器U1、与门U2，比较器U1的正相输入端与驱动电源VDD电连接，比较器U1的反相输入端与一比较电源VCC电连接，比较器U1的输出端与与门U2的第一输入端电连接，与门U2的第二输入端与MCU110电连接，与门U2的输出端与驱动单元130电连接。
其中，比较器U1用于在正相输入端的电压大于反相输入端的电压时，输出高电平，并在正相输入端的电压小于反相输入端的电压时，输出低电平。与门U2用于在比较器U1输出高电平时，将驱动信号传输至驱动单元130，并在比较器U1输出低电平时，向驱动单元130传输截止信号。
可以理解地，比较器U1即用于判断驱动电源VDD与阈值的大小，其中，本申请所述的阈值，指需要进行电压保护的电压值，当驱动电源VDD的电压高于该电压值时，可控制器件正常工作；当驱动电源VDD的电压低于该电压值时，表示此时驱动电源VDD处于低压状态，应控制器件停止工作，以保护器件。
与门U2的工作原理为，当与门U2的第一输入端与第二输入端均为高电平时，则与门U2输出高电平，当与门U2的第一输入端或第二输入端为低电平时，则与门U2输出低电平。由此可知，当比较器U1输出高电平时，则与门U2输出的信号与MCU110的信号一致，换言之，与门U2输出驱动信号至驱动单元130。
其中，MCU110输出的驱动信号为PWM脉冲信号，即周期性的输入高电平与低电平，因此，当驱动电源VDD的电压大于阈值时，则与门U2也会输出PWM脉冲信号，且该脉冲信号与MCU110输出的脉冲信号一致，进而控制驱动单元130的工作，达到控制待驱动器件140的效果。
而当驱动电源VDD的电压低于阈值时，则比较器U1输出低电平，此时无论与门U2的第二输入端输入何种信号，与门U2均会输出低电平，进而使得与门U2向驱动单元130输出截止信号，需要说明的是，本申请所述的截止信号即为低电平信号。
因此，通过本申请提供的驱动电路100，不仅能够在驱动电源VDD的电压大于阈值时，保证待驱动器件140的正常工作，并且还能够在当驱动电源VDD的电压低于阈值时，控制待驱动器件140停止工作，进而有效的保护了待驱动器件140。
作为一种可选的实现方式，欠压保护单元120还包括第一分压模块与第二分压模块，第一分压模块分别与驱动电源VDD、比较器U1的正相输入端电连接，且第一分压模块接地；第二分压模块分别与比较电源VCC、比较器U1的反相输入端电连接，且第二分压模块接地。
其中，第一分压模块包括第一电阻R1与第二电阻R2，第一电阻R1的第一端与驱动电源VDD电连接，第一电阻R1的第二端分别与比较器U1的正相输入端、第二电阻R2的第一端电连接，第二电阻R2的第二端接地。第二分压模块包括第三电阻R3与第四电阻R4，第三电阻R3的第一端与比较电源VCC电连接，第三电阻R3的第二端分别与比较器U1的反相输入端、第四电阻R4的第一端电连接，第四电阻R4的第二端接地。
可以理解地，通过设置电阻组成的分压模块，可以实现对欠压保护的电压值的设定，且仅需要调节不同的电阻值即可完成，电路简单，成本较低。
其中，比较器U1的正相输入端的电压满足公式：
Va＝VDD*R2/(R1+R2)，该公式中，Va表示正相输入端的电压，VDD表示驱动电源VDD的电压，R1表示第一电阻R1的阻值，R2表示第二电阻R2的阻值。
比较器U1的反相输入的电压满足公式：
Vb＝VCC*R4/(R3+R4)，该公式中，Vb表示反相输入端的电压，VCC表示比较电源VCC的电压，R3表示第三电阻R3的阻值，R4表示第四电阻R4的阻值。
同时，若设置需进行欠压保护的电压值为Vsd，比较器U1输出的信号为Vc，与门U2输出的信号为Vd，则通过设计合适的R1、R2、R3和R4的阻值，可以实现以下功能：
1、当VDD＞Vsd，Va＞Vb，比较器U1输出Vc为高电平，此时与门U2输出Vd电平与MCU110输出的PWM信号相同。
2、当VDD＜Vsd，Va＜Vb，比较器U1输出Vc为低电平，此时与门U2输出Vd为低电平，驱动单元130不能工作。
3、当VDD＝Vsd，比较器U1输出状态保持当前输出状态，当VDD电压变化后，按照上述的情况1或情况2进行工作。
作为一种实现方式，驱动单元130包括第一三极管Q1与第二三极管Q2，第一三极管Q1与第二三极管Q2的基极均与欠压保护单元的输出端电连接，第一三极管Q1的集电极与驱动电源VDD电连接，第一三极管Q1的发射极分别与第二三极管Q2的发射极、待驱动器件140电连接，第二三极管Q2的集电极接地。
其中，第一三极管Q1可以为NPN三极管，第二三极管Q2可以为PNP三极管。在此基础上，当与门U2输出高电平时，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，驱动电源VDD的电压作用于待驱动器件140的栅极，以是待驱动器件140工作。当与门U2输出低电平时，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通，此时待驱动器件140无法工作。
不仅如此，通过设置第一三极管Q1与第二三极管Q2的方式，还能够使待驱动器件140的工作更加稳定。原因在于：
由于MCU110输出的驱动信号为PWM脉冲信号，因此在驱动单元130工作过程中，第一三极管Q1与第二三极管Q2均为周期性的导通与截止，当第一三极管Q1导通且第二三极管Q2截止时，驱动电源VDD通过第一三极管Q1为待驱动器件140的栅极供电，进而使待驱动器件140导通。而当第一三极管Q1截止，且第二三极管Q2导通时，待驱动器件140的栅极通过第二三极管Q2接地，进而对待驱动器件140进行放电。由于待驱动器件140中包括等效电容，因此通过设置驱动单元130，可以实现在每个工作周期内，待驱动器件140均执行充电与放电的过程，使待驱动器件140的工作更加稳定。
并且，为了使待驱动器件140的栅极电压更加稳定，驱动电路100还包括驱动电阻Rg，驱动电阻Rg的第一端与驱动单元130的输出端电连接，驱动电阻Rg的第二端与待驱动器件140电连接。
此外，为了能够在驱动电源VDD的电压较低时进行警报，作为一种实现方式，驱动电路100还包括报警单元150，MCU110还分别与驱动单元130的输出端、报警单元150电连接。MCU110还用于获取驱动单元130的输出信号，且在当驱动单元130的输出信号为非驱动信号时，控制报警单元150进行报警。
即当驱动电源VDD的电压大于阈值时，则与门U2输出的信号与MCU110输出的信号一致，均为PWM脉冲信号，此时第一三极管Q1也会周期性的导通与截止，进而在驱动单元130的输出端，MCU110也能够检测到驱动信号。若当MCU110检测到驱动单元130输出的信号为非驱动信号时，则表示此时驱动电源VDD的电压低于阈值，MCU110将控制报警单元150进行报警。作为一种可选的实现方式，报警单元150可以为声光报警器，例如为LED灯，当报警时LED灯点亮；或者报警单元150也可以为一显示屏等设备，进而对报警信号进行显示，或者为一通信模块，可以将报警信号发送至后台设备等，在此不做具体限定。
作为本申请另一种可能的实现方式，请参阅图4，MCU110也可以分别与欠压保护单元120的输出端、报警单元150电连接；MCU110还用于获取欠压保护单元120的输出信号，且在当欠压保护单元120的输出信号为非驱动信号时，控制报警单元150进行报警。
同理地，当驱动电源VDD的电压大于阈值时，则与门U2输出的信号与MCU110输出的信号一致，均为PWM脉冲信号，此时MCU110能够检测到相应的驱动信号。若当MCU110检测到与门U2输出的信号为非驱动信号时，则表示此时驱动电源VDD的电压低于阈值，MCU110将控制报警单元150进行报警，在此不做赘述。
通过上述实现方式，不仅能够实现在驱动电压大于阈值时，驱动器件正常工作，且在驱动电压小于阈值时，控制器件停止工作，有效地保护了器件。并且本申请提供的欠压保护单元120的电路结构相对简单，成本较低，便于实用。
基于上述实现方式，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的驱动电路100。作为一种实现方式，该电子设备可以为空调器等设备。
综上，本申请提供了一种驱动电路，驱动电路包括待驱动器件、驱动单元、欠压保护单元以及MCU，欠压保护单元分别与MCU、驱动单元电连接，驱动单元与待驱动器件电连接，驱动单元、欠压保护单元均连接于驱动电源VDD，其中，MCU用于生成驱动信号；欠压保护单元用于在驱动电源VDD的电压大于阈值时，将驱动信号传输至驱动单元，以使待驱动器件工作；欠压保护单元还用于在驱动电源VDD的电压小于阈值时，向驱动单
元传输截止信号，以使待驱动器件停止工作。由于本申请提供的驱动电路中包括欠压保护单元，因此当驱动电源VDD的电压小于阈值时，欠压保护单元能够向驱动单元传输截止信号，进而使待驱动器件不会在驱动电压过低的场景下工作，有效保护了待驱动器件。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动电路(100)包括待驱动器件(140)、驱动单元(130)、欠压保护单元(120)以及MCU(110)，所述欠压保护单元(120)分别与所述MCU(110)、所述驱动单元(130)电连接，所述驱动单元(130)与所述待驱动器件(140)电连接，所述驱动单元(130)、所述欠压保护单元(120)均连接于驱动电源(VDD)，其中，
所述MCU(110)用于生成驱动信号；
所述欠压保护单元(120)用于在所述驱动电源(VDD)的电压大于阈值时，将所述驱动信号传输至所述驱动单元(130)，以使所述待驱动器件(140)工作；
所述欠压保护单元(120)还用于在所述驱动电源(VDD)的电压小于阈值时，向所述驱动单元(130)传输截止信号，以使所述待驱动器件(140)停止工作。
2.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述欠压保护单元(120)包括比较器(U1)、与门(U2)，所述比较器(U1)的正相输入端与所述驱动电源(VDD)电连接，所述比较器(U1)的反相输入端与一比较电源(VCC)电连接，所述比较器(U1)的输出端与所述与门(U2)的第一输入端电连接，所述与门(U2)的第二输入端与所述MCU(110)电连接，所述与门(U2)的输出端与所述驱动单元(130)电连接；其中，
所述比较器(U1)用于在所述正相输入端的电压大于所述反相输入端的电压时，输出高电平；
所述比较器(U1)还用于在所述正相输入端的电压小于所述反相输入端的电压时，输出低电平；
所述与门(U2)用于在所述比较器(U1)输出高电平时，将所述驱动信号传输至所述驱动单元(130)；
所述与门(U2)还用于在所述比较器(U1)输出低电平时，向所述驱动单元(130)传输截止信号。
3.根据权利要求2所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述欠压保护单元(120)还包括第一分压模块与第二分压模块，所述第一分压模块分别与所述驱动电源(VDD)、所述比较器(U1)的正相输入端电连接，且所述第一分压模块接地；所述第二分压模块分别与所述比较电源(VCC)、所述比较器(U1)的反相输入端电连接，且所述第二分压模块接地。
4.根据权利要求3所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述第一分压模块包括第一电阻(R1)与第二电阻(R2)，所述第一电阻(R1)的第一端与所述驱动电源(VDD)电连接，所述第一电阻(R1)的第二端分别与所述比较器(U1)的正相输入端、所述第二电阻(R2)的第一端电连接，所述第二电阻(R2)的第二端接地；
所述第二分压模块包括第三电阻(R3)与第四电阻(R4)，所述第三电阻(R3)的第一端与所述比较电源(VCC)电连接，所述第三电阻(R3)的第二端分别与所述比较器(U1)的反相输入端、所述第四电阻(R4)的第一端电连接，所述第四电阻(R4)的第二端接地。
5.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动电路(100)还包括报警单元(150)，所述MCU(110)还分别与所述驱动单元(130)的输出端、所述报警单元(150)电连接；
所述MCU(110)还用于获取所述驱动单元(130)的输出信号，且在当所述驱动单元(130)的输出信号为非驱动信号时，控制所述报警单元(150)进行报警。
6.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动电路(100)还包括报警单元(150)，所述MCU(110)还分别与所述欠压保护单元(120)的输出端、所述报警单元(150)电连接；
所述MCU(110)还用于获取所述欠压保护单元(120)的输出信号，且在当所述欠压保护单元(120)的输出信号为非驱动信号时，控制所述报警单元(150)进行报警。
7.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动单元(130)包括第一三极管(Q1)与第二三极管(Q2)，所述第一三极管(Q1)与所述第二三极管(Q2)的基极均与所述欠压保护单元(120)的输出端电连接，所述第一三极管(Q1)的集电极与所述驱动电源(VDD)电连接，所述第一三极管(Q1)的发射极分别与所述第二三极管(Q2)的发射极、所述待驱动器件(140)电连接，所述第二三极管(Q2)的集电极接地。
8.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述待驱动器件(140)包括SiC功率开关半导体器件。
9.根据权利要求1所述的驱动电路(100)，其特征在于，所述驱动电路(100)还包括驱动电阻(Rg)，所述驱动电阻(Rg)的第一端与所述驱动单元(130)的输出端电连接，所述驱动电阻(Rg)的第二端与所述待驱动器件(140)电连接。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任意一项所述的驱动电路(100)。
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2021
- 2021-01-19 CN CN202110071557.4A patent/CN112865769A/zh active Pending
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