CN116404853B - N型双h桥电机驱动芯片的高边驱动方法、装置和电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机驱动芯片技术领域，具体公开了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法、装置和电路，其中，该方法包括步骤：获取NMOS驱动管的栅极电压；比较NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小；在NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对NMOS驱动管的栅极进行充电，预设电压小于电源电压；在NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对NMOS驱动管的栅极进行充电直至NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，目标电压大于电源电压；该方法将高边处的NMOS驱动管的驱动过程区分为两个充电阶段进行，大大缩短了高边处的NMOS驱动管开启时间。
Description
技术领域
本申请涉及电机驱动芯片技术领域，具体而言，涉及一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法、装置和电路。
背景技术
在电源电压输入范围12V-40V的应用需求中，电机驱动芯片（电动机驱动器，MotorDriver）大多数采用N型双H桥结构，这种电机驱动芯片内部集成电荷泵，高边处的NMOS驱动管的驱动需求设计决定了电荷泵的面积大小。
现有的N型双H桥的电机驱动芯片的高边处的NMOS驱动管驱动所需的充电电压均由芯片内部电荷泵直接拉取，对电荷泵的带载能力要求高，导致充电过程缓慢，从而导致NMOS驱动管的开启时间较长。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法、装置和电路，缩短高边处的NMOS驱动管开启时间。
第一方面，本申请提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，用于对高边处的NMOS驱动管的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，所述驱动方法包括以下步骤：
获取所述NMOS驱动管的栅极电压；
比较所述NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小；
在所述NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对所述NMOS驱动管的栅极进行充电，所述预设电压小于所述电源电压；
在所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对所述NMOS驱动管的栅极进行充电直至所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，所述目标电压大于所述电源电压。
本申请的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，将高边处的NMOS驱动管的驱动过程区分为两个充电阶段进行，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管开启时间。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，其中，所述电源电压与所述预设电压之差大于振铃的最大偏差。
在该示例中，电源电压与预设电压之差优选为大于振铃的最大上偏差和最大下偏差之差的绝对值，以进一步避免电源中的振铃问题对充电过程的影响。
第二方面，本申请还提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，用于对高边处的NMOS驱动管的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，所述驱动装置包括：
获取模块，用于获取所述NMOS驱动管的栅极电压；
比较模块，用于比较所述NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小；
充电切换模块，用于在所述NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对所述NMOS驱动管的栅极进行充电，还用于在所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对所述NMOS驱动管的栅极进行充电直至所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，所述预设电压小于所述电源电压，所述目标电压大于所述电源电压。
本申请的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，将高边处的NMOS驱动管的驱动过程区分为两个充电阶段进行，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管开启时间。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，其中，所述预设电压基于电源电压与预设压降设定。
第三方面，本申请还提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，用于对高边处的NMOS驱动管的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，所述电路包括：
所述NMOS驱动管、电源输入端、电荷泵输入端和驱动电路；
所述电源输入端与所述NMOS驱动管的漏极连接，所述电源输入端和所述电荷泵输入端通过所述驱动电路与所述NMOS驱动管的栅极连接；
所述驱动电路包括高速比较器和开关切换电路；
所述高速比较器的一输入端与所述电源输入端连接，其另一输入端通过所述开关切换电路与所述NMOS驱动管的栅极连接，其输出端与所述开关切换电路连接，所述高速比较器用于比较所述NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小，并在所述NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，控制所述开关切换电路利用所述电源输入端对所述NMOS驱动管的栅极进行充电，以及在所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，控制所述开关切换电路利用所述电荷泵输入端对所述NMOS驱动管的栅极进行充电直至所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，所述预设电压小于所述电源输入端输入的电源电压，所述目标电压大于所述电源电压。
本申请的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，利用高速比较器实现对NMOS驱动管的栅极电压的充电状态进行比较分析，并结合开关切换电路将充电过程拆分为两个充电阶段，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管开启时间。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其中，所述高速比较器包括第五PMOS管、第六PMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第一二极管、第二电流源和第一电阻；
所述第一电阻两端分别与所述电源输入端和所述第五PMOS管的源极连接，所述第五PMOS管的漏极与所述第五PMOS管的栅极和所述第九NMOS管的漏极连接，所述第五PMOS管的栅极还与所述第六PMOS管的栅极连接，所述第六PMOS管的源极通过所述开关切换电路与所述NMOS驱动管的栅极连接，所述第六PMOS管的漏极与所述第十NMOS管的漏极和所述开关切换电路连接，所述第十NMOS管的栅极与所述第九NMOS管的栅极连接，所述第九NMOS管的栅极还与所述第八NMOS管的栅极和漏极连接，所述第八NMOS管的漏极还通过所述第二电流源与所述电源输入端连接，所述第一二极管一端与所述电源输入端连接，所述第一二极管另一端与所述第八NMOS管的源极、所述第九NMOS管的源极、所述第十NMOS管的源极连接并接地。
在该示例中，上述结构的高速比较器能进行快速响应，且能配合高驱动能力的电源电压运行，能在NMOS驱动管的栅极电压达到预设电压时快速翻转输出信号，而使开关切换电路迅速关断电源电压对NMOS驱动管的栅极的供电作用并启动电荷泵输入端对NMOS驱动管的栅极进行充电。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其中，所述第二电流源输入的偏置电流和所述第一电阻的阻值基于振铃的最大偏差设定。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其中，所述开关切换电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第十一NMOS管、第二电阻、第三电阻、第一电流源、低压电源输入端和第一反相器；
所述电荷泵输入端与所述第二PMOS管的源极、所述第三PMOS管的源极和所述第四PMOS管的源极连接，所述电源输入端与所述第九PMOS管的源极、所述第七NMOS管的漏极、所述第七NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的源极、所述第二电阻一端、所述第三电阻一端和所述NMOS驱动管的漏极连接，所述第二PMOS管的栅极与所述第二PMOS管的漏极、所述第三PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的栅极和所述第六NMOS管的漏极连接，所述第六NMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极、所述第一NMOS管的漏极和所述第五NMOS管的源极连接，所述第六PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极和所述第一反相器的输入端连接，所述第一反相器的输出端与所述第九PMOS管的栅极连接，所述第九PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极、所述第四NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的栅极连接，所述第五NMOS管的漏极与所述第七NMOS管的源极连接，所述第四NMOS管的源极与所述第六NMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极连接，所述低压电源输入端通过所述第一电流源与所述第十一NMOS管的漏极、所述第十一NMOS管的栅极、所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极和所述第三NMOS管的栅极连接，所述第十一NMOS管的源极、所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS管的漏极与所述第二电阻另一端、所述第七PMOS管的栅极、所述第八PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的漏极连接，所述第三电阻的另一端与所述第六PMOS管的源极和所述第七PMOS管的源极连接，所述第七PMOS管的漏极和所述第八PMOS管的源极连接，所述第八PMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极和所述NMOS驱动管的栅极连接。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其中，所述高边驱动电路还包括飞电容，所述飞电容两端分别与所述电源输入端和所述电荷泵输入端连接。
所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其中，所述电源电压比所述目标电压小3-8V。
由上可知，本申请提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法、装置和电路，其中，该方法将高边处的NMOS驱动管的驱动过程区分为两个充电阶段进行，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管开启时间，并大大减小了高边处的NMOS驱动管开启过程中的米勒平台时间，有效降低开关损耗，且利用低于电源电压的预设电压作为切换判断条件，能保证驱动过程顺畅进行。
附图说明
图1为本申请实施例提供的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路的电路示意图。
附图标记：100、驱动电路；101、高速比较器；102、开关切换电路；201、获取模块；202、比较模块；203、充电切换模块；VM、电源输入端；V_ChargePump、电荷泵输入端；C_Fly、飞电容；NC_H、NMOS驱动管；OUT、电路输出端；VDD_LV、低压电源输入端；Ibias1、第一电流源；Ibias2、第二电流源；D1、第一二极管；V_HSGND、高边相对地；L1、第一反相器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；MP1、第一PMOS管；MP2、第二PMOS管；MP3、第三PMOS管；MP4、第四PMOS管；MP5、第五PMOS管；MP6、第六PMOS管；MP7、第七PMOS管；MP8、第八PMOS管；MP9、第九PMOS管；MN1、第一NMOS管；MN2、第二NMOS管；MN3、第三NMOS管；MN4、第四NMOS管；MN5、第五NMOS管；MN6、第六NMOS管；MN7、第七NMOS管；MN8、第八NMOS管；MN9、第九NMOS管；MN10、第十NMOS管；MN11、第十一NMOS管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一方面，请参照图1，本申请一些实施例提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，用于对高边处的NMOS驱动管NC_H的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，驱动方法包括以下步骤：
S1、获取NMOS驱动管NC_H的栅极电压；
S2、比较NMOS驱动管NC_H的栅极电压和预设电压的大小；
S3、在NMOS驱动管NC_H的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电，预设电压小于电源电压；
S4、在NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电直至NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于目标电压，目标电压大于电源电压。
具体地，NMOS驱动管NC_H的导通条件为栅源电压为大于其阈值电压，故在NMOS驱动管NC_H需要进行驱动时NMOS驱动管NC_H的栅极需要被施加足够大的电压。
更具体地，目标电压的大小为本申请实施例中NMOS驱动管NC_H在导通状态时栅极所需要施加的电压。
更具体地，本申请实施例的方法将NMOS驱动管NC_H的栅极充电过程拆分为两个充电阶段，其中，第一个充电阶段由电源电压对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电，以将NMOS驱动管NC_H的栅极电压由零拉升至预设电压，并在NMOS驱动管NC_H的栅极电压拉升至预设电压时切换进行第二个充电阶段，第二个充电阶段由电机驱动芯片的内部电荷泵对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电，以将NMOS驱动管NC_H的栅极电压由预设电压拉升至目标电压而导通；由于电源电压的驱动能力远大于电机驱动芯片的内部电荷泵的驱动能力，第一个充电阶段的电压拉升效率远高于现有技术的驱动方法的拉升效率，进而缩短了高边处的NMOS驱动管NC_H开启（导通）时间，并大大减小了高边处的NMOS驱动管NC_H开启过程中的米勒平台时间，以降低开关损耗。
更具体地，由于电源电压常因噪声、振铃（Ring）等问题而出现波动，若步骤S3和步骤S4直接采用电源电压作为充电阶段的切换基准，容易引起反复切换或切换失败的问题，因此，在本申请实施例中，步骤S3和步骤S4基于预设电压作为充电阶段切换的判断条件，而该预设电压小于电源电压，以抑制噪声、振铃等问题对判断的影响，确保在整个充电过程中能顺利切换充电源来对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电。
更具体地，步骤S2为比较NMOS驱动管NC_H的栅极电压和预设电压的大小，即在执行步骤S3的过程中能持续监控并比较NMOS驱动管NC_H的栅极电压和预设电压的大小，以判断两者间的大小关系，并在NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于预设电压时，切换执行步骤S4来利用内部电荷泵对NMOS驱动管NC_H的栅极电压进行充电。
本申请实施例的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，将高边处的NMOS驱动管NC_H的驱动过程区分为两个充电阶段进行，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管NC_H的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管NC_H的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管NC_H开启时间，并大大减小了高边处的NMOS驱动管NC_H开启过程中的米勒平台时间，有效降低开关损耗，且利用低于电源电压的预设电压作为切换判断条件，能保证驱动过程顺畅进行。
在一些优选的实施方式中，电源电压与预设电压之差大于振铃的最大偏差。
具体地，电源电压与预设电压之差设置为大于振铃的最大偏差，能使得本申请实施例的方法在电源电压出现振铃问题时也能顺利将NMOS驱动管NC_H的栅极电压充电至预设电压而切换内部电荷泵对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电。
更具体地，在本申请实施例中，电源电压与预设电压之差优选为大于振铃的最大上偏差和最大下偏差之差的绝对值，以进一步避免电源中的振铃问题对充电过程的影响。
更具体地，在本申请实施例中，电源电压与预设电压之差优选为0.35-1V，该电压差值大于市面上电机驱动芯片的电源电压的振铃的最大上偏差和最大下偏差之差的绝对值。
第二方面，请参照图2，本申请一些实施例还提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，用于对高边处的NMOS驱动管NC_H的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，驱动装置包括：
获取模块201，用于获取NMOS驱动管NC_H的栅极电压；
比较模块202，用于比较NMOS驱动管NC_H的栅极电压和预设电压的大小；
充电切换模块203，用于在NMOS驱动管NC_H的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电，还用于在NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电直至NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于目标电压，预设电压小于电源电压，目标电压大于电源电压。
本申请实施例的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，将高边处的NMOS驱动管NC_H的驱动过程区分为两个充电阶段进行，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管NC_H的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管NC_H的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管NC_H开启时间，并大大减小了高边处的NMOS驱动管NC_H开启过程中的米勒平台时间，有效降低开关损耗，且利用低于电源电压的预设电压作为切换判断条件，能保证驱动过程顺畅进行。
在一些优选的实施方式中，预设电压基于电源电压与预设压降设定。
具体地，基于前述内容可知，预设电压和电源电压之间具有特定大小的电压差值，而且电源电压属于相对稳定的电压供给端，故在本申请实施例中，预设电压优选为基于电源电压进行调制，如增加分压电阻、电流源等器件使得电源电压的支路产生特定大小的电压降来配置合适大小的预设电压，合理利用电机驱动芯片的电路资源，以减小电机驱动芯片的电路面积。
在一些优选的实施方式中，本申请实施例的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置用于执行上述第一方面提供的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法。
第三方面，请参照图3和图4，本申请一些实施例还提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路100，用于对高边处的NMOS驱动管NC_H的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，电路包括：
NMOS驱动管NC_H、电源输入端VM、电荷泵输入端V_ChargePump和驱动电路100；
电源输入端VM与NMOS驱动管NC_H的漏极连接，电源输入端VM和电荷泵输入端V_ChargePump通过驱动电路100与NMOS驱动管NC_H的栅极连接；
驱动电路100包括高速比较器101和开关切换电路102；
高速比较器101的一输入端与电源输入端VM连接，其另一输入端通过开关切换电路102与NMOS驱动管NC_H的栅极连接，其输出端与开关切换电路102连接，高速比较器101用于比较NMOS驱动管NC_H的栅极电压和预设电压的大小，并在NMOS驱动管NC_H的栅极电压小于预设电压时，控制开关切换电路102利用电源输入端VM对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电，以及在NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于预设电压时，控制开关切换电路102利用电荷泵输入端V_ChargePump对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电直至NMOS驱动管NC_H的栅极电压大于或等于目标电压，预设电压小于电源输入端VM输入的电源电压，目标电压大于电源电压。
具体地，高速比较器101为充电阶段切换的控制电路，通过比较两个输入端输入的电压的大小关系来生成比较结果信号以驱动开关切换电路102选择电源输入端VM和电荷泵输入端V_ChargePump中的一个连接NMOS驱动管NC_H的栅极来对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电。
更具体地，电源输入端VM用于输入电源电压，电荷泵输入端V_ChargePump基于电机驱动芯片的内部电荷泵输入电压。
更具体地，在本申请实施例中，高速比较器101为内置阈值的比较器，其用于根据电源电压和内置阈值配置预设电压来与NMOS驱动管NC_H的栅极电压进行比较。
更具体地，NMOS驱动管NC_H的源极为电路输出端OUT。
本申请实施例的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路100，利用高速比较器101实现对NMOS驱动管NC_H的栅极电压的充电状态进行比较分析，并结合开关切换电路102将充电过程拆分为两个充电阶段，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管NC_H的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管NC_H的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管NC_H开启时间，并大大减小了高边处的NMOS驱动管NC_H开启过程中的米勒平台时间，有效降低开关损耗，且利用低于电源电压的预设电压作为切换判断条件，能保证驱动过程顺畅进行。
在一些优选的实施方式中，高速比较器101包括第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第一二极管D1、第二电流源Ibias2和第一电阻R1；
第一电阻R1两端分别与电源输入端VM和第五PMOS管MP5的源极连接，第五PMOS管MP5的漏极与第五PMOS管MP5的栅极和第九NMOS管MN9的漏极连接，第五PMOS管MP5的栅极还与第六PMOS管MP6的栅极连接，第六PMOS管MP6的源极通过开关切换电路102与NMOS驱动管NC_H的栅极连接，第六PMOS管MP6的漏极与第十NMOS管MN10的漏极和开关切换电路102连接，第十NMOS管MN10的栅极与第九NMOS管MN9的栅极连接，第九NMOS管MN9的栅极还与第八NMOS管MN8的栅极和漏极连接，第八NMOS管MN8的漏极还通过第二电流源Ibias2与电源输入端VM连接，第一二极管D1一端与电源输入端VM连接，第一二极管D1另一端与第八NMOS管MN8的源极、第九NMOS管MN9的源极、第十NMOS管MN10的源极连接并接地。
具体地，第一电阻R1和第二电流源Ibias2对电源电压产生电压降作为内置阈值，使得该高速比较器101能比较NMOS驱动管NC_H的栅极电压和根据电源电压配置的预设电压的大小关系。
更具体地，上述结构的高速比较器101的响应时间Tdelay仅为9ns，该高速比较器101能进行快速响应，且能配合高驱动能力的电源电压运行，能在NMOS驱动管NC_H的栅极电压达到预设电压时快速翻转输出信号，而使开关切换电路102迅速关断电源电压对NMOS驱动管NC_H的栅极的供电作用并启动电荷泵输入端V_ChargePump对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电。
更具体地，第一二极管D1另一端与第八NMOS管MN8的源极、第九NMOS管MN9的源极、第十NMOS管MN10的源极连接高边相对地V_HSGND，避免受低边影响。
在一些优选的实施方式中，第二电流源Ibias2输入的偏置电流和第一电阻R1的阻值基于振铃的最大偏差设定。
具体地，基于前述内容可知，高速比较器101的内置阈值与电源的振铃问题相关，而内置阈值的大小直接取决于第二电流源Ibias2输入的偏置电流和第一电阻R1的阻值的乘积，故本申请实施例的电路能根据振铃的最大偏差调节第二电流源Ibias2输入的偏置电流和/或第一电阻R1的阻值来配置合适大小的内置阈值以产生预期所需的预设电压。
在一些优选的实施方式中，开关切换电路102包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第十一NMOS管MN11、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电流源Ibias1、低压电源输入端VDD_LV和第一反相器L1；
电荷泵输入端V_ChargePump与第二PMOS管MP2的源极、第三PMOS管MP3的源极和第四PMOS管MP4的源极连接，电源输入端VM与第九PMOS管MP9的源极、第七NMOS管MN7的漏极、第七NMOS管MN7的栅极、第一PMOS管MP1的源极、第二电阻R2一端、第三电阻R3一端和NMOS驱动管NC_H的漏极连接，第二PMOS管MP2的栅极与第二PMOS管MP2的漏极、第三PMOS管MP3的栅极、第四PMOS管MP4的栅极和第六NMOS管MN6的漏极连接，第六NMOS管MN6的栅极与第一PMOS管MP1的漏极、第一NMOS管MN1的漏极和第五NMOS管MN5的源极连接，第六PMOS管MP6的漏极与第一PMOS管MP1的栅极和第一反相器L1的输入端连接，第一反相器L1的输出端与第九PMOS管MP9的栅极连接，第九PMOS管MP9的漏极与第四NMOS管MN4的漏极、第四NMOS管MN4的栅极和第五NMOS管MN5的栅极连接，第五NMOS管MN5的漏极与第七NMOS管MN7的源极连接，第四NMOS管MN4的源极与第六NMOS管MN6的源极和第二NMOS管MN2的漏极连接，低压电源输入端VDD_LV通过第一电流源Ibias1与第十一NMOS管MN11的漏极、第十一NMOS管MN11的栅极、第一NMOS管MN1的栅极、第二NMOS管MN2的栅极和第三NMOS管MN3的栅极连接，第十一NMOS管MN11的源极、第一NMOS管MN1的源极、第二NMOS管MN2的源极和第三NMOS管MN3的源极接地，第三NMOS管MN3的漏极与第二电阻R2另一端、第七PMOS管MP7的栅极、第八PMOS管MP8的栅极和第三PMOS管MP3的漏极连接，第三电阻R3的另一端与第六PMOS管MP6的源极和第七PMOS管MP7的源极连接，第七PMOS管MP7的漏极和第八PMOS管MP8的源极连接，第八PMOS管MP8的漏极与第四PMOS管MP4的漏极和NMOS驱动管NC_H的栅极连接。
具体地，基于上述结构的开关切换电路102，本申请实施例的驱动电路100的驱动过程包括以下两个充电阶段：
A1、NMOS驱动管NC_H的栅极电压由零充电至预设电压：在NMOS驱动管NC_H的栅极低于预设电压时，高速比较器101输出高电平信号，使得第九PMOS管MP9导通、第一PMOS管MP1关断，此时，第六NMOS管MN6的栅极电压为VgMN6=VVM-VdsMP9-VgsMN5，其中，VVM为电源输入端VM输入的电源电压，VdsMP9为第九PMOS管MP9的漏源电压，VgsMN5为第五NMOS管MN5的栅源电压，且第六NMOS管MN6的源极电压为VsMN6=VVM-VgsMN4-VdsMP9，其中，VgsMN4为第四NMOS管MN4的栅源电压，因此第六NMOS管MN6的栅源电压小于其阈值电压，有：VgsMN6=VgsMN5-VgsMN4＜VthMN6，其中，VthMN6为第六NMOS管MN6的阈值电压，故此时第六NMOS管MN6、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4关断，而第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8由第三NMOS管MN3输入至两者栅极的偏置电压而导通，使得电源电压能经过第三电阻R3、第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电；其中，低压电源输入端VDD_LV、第一电流源Ibias1、第十一NMOS管MN11、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3构成了低压偏置电压供给模块，第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8受控于该低压偏置电压供给模块提供的偏置电压控制导通及导通程度，使得该充电阶段的充电效率（对应于驱动时间）由该低压偏置电压供给模块产生的施加在第七PMOS管MP7的栅极和第八PMOS管MP8的栅极上的偏置电压决定。
A2、NMOS驱动管NC_H的栅极电压由预设电压充电至目标电压：在NMOS驱动管NC_H的栅极电压充电至预设电压（VVM-I2*R1，其中，I2为第二电流源Ibias2输入的偏置电流，R1为第一电阻R1的阻值）时，高速比较器101翻转输出低电平信号，使得第九PMOS管MP9关断、第一PMOS管MP1导通，此时第六NMOS管MN6的栅极电压为VgMN6=VVM-VdsMP1，其中，VdsMP1为第一PMOS管MP1的漏源电压，第四NMOS管由于第九PMOS管MP9关断而成为高阻通道，第二NMOS管MN2的偏置电流自然流向第六NMOS管MN6，使得第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3和第四PMOS管导通，同时由于第三PMOS管MP3的电流远大于基于低压电源输入端VDD_LV控制的第三NMOS管MN3的电流，使得第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8的栅极输入高电压而关断，即关断了电源电压对NMOS驱动管NC_H栅极的充电线路，并使得内部电荷泵能基于导通的第四PMOS管MP4对NMOS驱动管NC_H的栅极进行充电；其中，该充电阶段的充电效率（对应于驱动时间）由该电机驱动芯片的内部电荷泵的运行频率决定。
在一些优选的实施方式中，高边驱动电路100还包括飞电容C_Fly，飞电容C_Fly两端分别与电源输入端VM和电荷泵输入端V_ChargePump连接。
具体地，在A2阶段充电过程中，电源电压通过飞电容C_Fly补足内部电荷泵的驱动能力，进而能有效减少内部电荷泵的面积大小，提高电机驱动芯片的精细化程度。
更具体地，在该实施方式中，A2阶段充电过程中的充电效率取决决于该电机驱动芯片的内部电荷泵的运行频率和飞电容C_Fly的电容量。
在一些优选的实施方式中，电源电压比目标电压小3-8V。
具体地，将电源电压设计为比目标电压小3-8V，能有效避免电源电压过充而损伤NMOS驱动管NC_H，且该设计值在与结合飞电容C_Fly使用时，能在确保内部电荷泵顺驱动NMOS驱动管NC_H导通的同时，极大地减少电荷泵的电路面积。
综上，本申请实施例提供了一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法、装置和电路，其中，该方法将高边处的NMOS驱动管NC_H的驱动过程区分为两个充电阶段进行，两个充电阶段分别利用驱动能力远高于内部电荷泵的电源电压将NMOS驱动管NC_H的栅极电压快速从零拉升至预设电压以及利用内部电荷泵将NMOS驱动管NC_H的栅极电压从预设电压拉升至目标电压而导通，大大缩短了高边处的NMOS驱动管NC_H开启时间，并大大减小了高边处的NMOS驱动管NC_H开启过程中的米勒平台时间，有效降低开关损耗，且利用低于电源电压的预设电压作为切换判断条件，能保证驱动过程顺畅进行。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，用于对高边处的NMOS驱动管的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，其特征在于，所述电路包括：
所述NMOS驱动管、电源输入端、电荷泵输入端和驱动电路；
所述电源输入端与所述NMOS驱动管的漏极连接，所述电源输入端和所述电荷泵输入端通过所述驱动电路与所述NMOS驱动管的栅极连接；
所述驱动电路包括高速比较器和开关切换电路；
所述高速比较器的一输入端与所述电源输入端连接，其另一输入端通过所述开关切换电路与所述NMOS驱动管的栅极连接，其输出端与所述开关切换电路连接，所述高速比较器用于比较所述NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小，并在所述NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，控制所述开关切换电路利用所述电源输入端对所述NMOS驱动管的栅极进行充电，以及在所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，控制所述开关切换电路利用所述电荷泵输入端对所述NMOS驱动管的栅极进行充电直至所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，所述预设电压小于所述电源输入端输入的电源电压，所述目标电压大于所述电源电压；所述高速比较器包括第五PMOS管、第六PMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第一二极管、第二电流源和第一电阻；
所述第一电阻两端分别与所述电源输入端和所述第五PMOS管的源极连接，所述第五PMOS管的漏极与所述第五PMOS管的栅极和所述第九NMOS管的漏极连接，所述第五PMOS管的栅极还与所述第六PMOS管的栅极连接，所述第六PMOS管的源极通过所述开关切换电路与所述NMOS驱动管的栅极连接，所述第六PMOS管的漏极与所述第十NMOS管的漏极和所述开关切换电路连接，所述第十NMOS管的栅极与所述第九NMOS管的栅极连接，所述第九NMOS管的栅极还与所述第八NMOS管的栅极和漏极连接，所述第八NMOS管的漏极还通过所述第二电流源与所述电源输入端连接，所述第一二极管一端与所述电源输入端连接，所述第一二极管另一端与所述第八NMOS管的源极、所述第九NMOS管的源极、所述第十NMOS管的源极连接并接地。
2.根据权利要求1所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其特征在于，所述第二电流源输入的偏置电流和所述第一电阻的阻值基于振铃的最大偏差设定。
3.根据权利要求1所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其特征在于，所述开关切换电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第十一NMOS管、第二电阻、第三电阻、第一电流源、低压电源输入端和第一反相器；
所述电荷泵输入端与所述第二PMOS管的源极、所述第三PMOS管的源极和所述第四PMOS管的源极连接，所述电源输入端与所述第九PMOS管的源极、所述第七NMOS管的漏极、所述第七NMOS管的栅极、所述第一PMOS管的源极、所述第二电阻一端、所述第三电阻一端和所述NMOS驱动管的漏极连接，所述第二PMOS管的栅极与所述第二PMOS管的漏极、所述第三PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的栅极和所述第六NMOS管的漏极连接，所述第六NMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极、所述第一NMOS管的漏极和所述第五NMOS管的源极连接，所述第六PMOS管的漏极与所述第一PMOS管的栅极和所述第一反相器的输入端连接，所述第一反相器的输出端与所述第九PMOS管的栅极连接，所述第九PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极、所述第四NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的栅极连接，所述第五NMOS管的漏极与所述第七NMOS管的源极连接，所述第四NMOS管的源极与所述第六NMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极连接，所述低压电源输入端通过所述第一电流源与所述第十一NMOS管的漏极、所述第十一NMOS管的栅极、所述第一NMOS管的栅极、所述第二NMOS管的栅极和所述第三NMOS管的栅极连接，所述第十一NMOS管的源极、所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极接地，所述第三NMOS管的漏极与所述第二电阻另一端、所述第七PMOS管的栅极、所述第八PMOS管的栅极和所述第三PMOS管的漏极连接，所述第三电阻的另一端与所述第六PMOS管的源极和所述第七PMOS管的源极连接，所述第七PMOS管的漏极和所述第八PMOS管的源极连接，所述第八PMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极和所述NMOS驱动管的栅极连接。
4.根据权利要求1所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其特征在于，所述高边驱动电路还包括飞电容，所述飞电容两端分别与所述电源输入端和所述电荷泵输入端连接。
5.根据权利要求1所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路，其特征在于，所述电源电压比所述目标电压小3-8V。
6.一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，用于对高边处的NMOS驱动管的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，其特征在于，所述驱动方法应用于如权利要求1-5任一项所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路中，所述驱动方法包括以下步骤：
获取所述NMOS驱动管的栅极电压；
比较所述NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小；
在所述NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对所述NMOS驱动管的栅极进行充电，所述预设电压小于所述电源电压；
在所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对所述NMOS驱动管的栅极进行充电直至所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，所述目标电压大于所述电源电压。
7.根据权利要求6所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动方法，其特征在于，所述电源电压与所述预设电压之差大于振铃的最大偏差。
8.一种N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，用于对高边处的NMOS驱动管的栅极充电以驱动N型双H桥电机驱动芯片启动，其特征在于，所述驱动装置应用于如权利要求1-5任一项所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动电路中，所述驱动装置包括：
获取模块，用于获取所述NMOS驱动管的栅极电压；
比较模块，用于比较所述NMOS驱动管的栅极电压和预设电压的大小；
充电切换模块，用于在所述NMOS驱动管的栅极电压小于预设电压时，基于电源电压对所述NMOS驱动管的栅极进行充电，还用于在所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于预设电压时，基于电机驱动芯片的内部电荷泵对所述NMOS驱动管的栅极进行充电直至所述NMOS驱动管的栅极电压大于或等于目标电压，所述预设电压小于所述电源电压，所述目标电压大于所述电源电压。
9.根据权利要求8所述的N型双H桥电机驱动芯片的高边驱动装置，其特征在于，所述预设电压基于电源电压与预设压降设定。
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