无采样电阻的高边驱动过流保护电路的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种无采样电阻的高边驱动过流保护电路。背景技术：2.在商用汽车电子控制器应用中，会涉及到很多高边驱动输出的功能，由于控制器的安全等级较高，控制器的大部分输出引脚可能面临短路的情况，需要满足对地和对电源短接且不会损坏的要求，对于高边驱动来说，短接地相当于短路，如果不采取措施会直接损坏驱动电路甚至损坏控制器。3.国外有许多集成过流和过温保护的智能高边芯片，但价格相对较高且生产周期较长。而国内集成过流和过温保护的大电流智能高边基本上没有，且大部分过流保护电路需要采样电阻参与，如果驱动电流较大，采样电阻的体积也很大，容易受温度干扰且影响电路布局，无法满足车辆的使用需求。4.为了解决上述的问题，现有技术中也出现了基于mosfet和电压比较器来进行过流保护的技术方案，例如公开号为cn106505528a的专利，该技术方案虽然可以改进上述现有技术中的不足，但是在精度和稳定性方面却存在一些缺点，不利于车辆的长期稳定使用。此外，也需要采样电阻参与，并且无法实现过流硬件自锁，需要软件的参与，电路适用范围较小，在响应时间和可靠稳定性上有明显不足。技术实现要素：5.本发明的主要目的在于提供一种无采样电阻的高边驱动过流保护电路，以解决现有技术中高边驱动过流保护存在的精度和稳定性不足的技术问题。6.为了实现上述目的，本发明提供了一种无采样电阻的高边驱动过流保护电路，包括：mosfet，所述mosfet的源级用于接负载电源输入，所述mosfet的漏极用于接负载输出；运算放大器，所述运算放大器的第一输入端通过第一分压电路与所述mosfet的源级电连接，所述运算放大器的第二输入端通过第二分压电路与所述mosfet的漏极电连接；电压比较器，所述电压比较器的第一输入端与所述运算放大器的输出端电连接，所述电压比较器的第二输入端用于接基准电压；第一三极管，所述第一三极管的基极用于接芯片的第一控制端，所述第一三极管的集电极分别与所述运算放大器的栅极和所述负载电源输入电连接，所述第一三极管的发射极接地；第二三极管，所述第二三极管的发射极与所述电压比较器的输出端相连，所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的基极电连接，所述第二三极管的基极用于接芯片的第二控制端。7.在一个实施方式中，所述第一三极管的集电极通过第三分压电路与所述负载电源输入电连接，所述mosfet的源级和所述mosfet的栅极与所述分压电路的部分电阻并联。8.在一个实施方式中，所述运算放大器的输出端还用于与芯片的第一模拟量采集口相连。9.在一个实施方式中，所述运算放大器的输出端还用于与芯片的第二模拟量采集口相连。10.在一个实施方式中，所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的第二输入端电连接，所述运算放大器的正电源端接所述基准电压，所述运算放大器的负电源端接地。11.在一个实施方式中，所述电压比较器的输出端与所述电压比较器的第二输入端电连接，所述电压比较器的正电源端接所述基准电压，所述电压比较器的负电源端接地。12.在一个实施方式中，所述mosfet为pmos。13.在一个实施方式中，所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的第二输入端分别接有滤波电路。14.在一个实施方式中，所述电压比较器的第二输入端接有滤波电路。15.应用本发明的技术方案，可以稳定且高精度的实现对于高边驱动电路的过流保护，在高边驱动过流后实现硬件自锁保护的功能，无需软件的参与，大大缩短了保护时间。16.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明17.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：18.图1示出了根据本发明的无采样电阻的高边驱动过流保护电路的实施例的整体示意图。具体实施方式19.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。21.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。23.图1示出了本发明的无采样电阻的高边驱动过流保护电路，该无采样电阻的高边驱动过流保护电路包括mosfet-q1、运算放大器u1a、电压比较器u2a、第一三极管q2和第二三极管q3。其中，mosfet-q1的源级用于接负载电源输入，mosfet-q1的漏极用于接负载输出。运算放大器u1a的第一输入端通过第一分压电路与mosfet-q1的源级电连接，运算放大器u1a的第二输入端通过第二分压电路与mosfet-q1的漏极电连接，电压比较器u2a的第一输入端与运算放大器u1a的输出端电连接，电压比较器u2a的第二输入端用于接芯片供电电压。第一三极管q2的基极用于接芯片的第一控制端，第一三极管q2的集电极分别与运算放大器u1a的栅极和负载电源输入电连接，第一三极管q2的发射极接地，第二三极管q3的发射极与电压比较器u2a的输出端相连，第二三极管q3的集电极与第一三极管q2的基极电连接，第二三极管q3的基极用于接芯片的第二控制端。24.如图1所示，作为一种可选的实施方式，在本实施例的技术方案中，mosfet为pmos。运算放大器u1a的第一输入端为同向输入端，运算放大器u1a的第二输入端为反向输入端。作为其他的可选的实施方式，mosfet的类型，以及运算放大器u1a的第一输入端、运算放大器u1a的第二输入端的设置，可以根据上述原理以及实际需要设置，这都是本领域的技术人员容易等同实现的。25.可选的，如图1所示，在本实施例的技术方案中，电压比较器u2a的第一输入端为反向输入端，电压比较器u2a的第二输入端为同向输入端。作为其他的可选的实施方式，电压比较器u2a的第一输入端、电压比较器u2a的第二输入端的设置，可以根据上述原理以及实际需要设置，这都是本领域的技术人员容易等同实现的。26.应用本发明的技术方案，第一分压电路、第二分压电路的可以保证运算放大器u1a和电压比较器u2a的输入电压不超过其供电电压。其中，运算放大器u1a的放大方式为差分放大，放大倍数可调。本发明巧妙运用mosfet-q1导通内阻作为采样电阻，通过采集mosfet-q1两端电压计算mosfet-q1的电流。运算放大器u1a的输出端接电压比较器u2a的反向输入端，同向输入端接芯片供电电压，基准电压可调，当电压比较器u2a的反向输入电压低于基准电压时，电压比较器u2a的输出端输出高电平，当电压比较器u2a的反向输入电压高于基准电压时，电压比较器u2a的输出端输出低电平。电压比较器u2a的输出端接到第二三极管q3的发射极，第二三极管q3的基极由芯片的控制，第二三极管q3的集电极接到第一三极管q2的基极，第一三极管q2的基极由芯片的第一控制端j1-1控制，第一三极管q2用于控制mosfet-q1的导通与关断。第二三极管q3的基极由芯片的第二控制端j2-2控制。27.正常工作时，负载输出接至o1-1，用于输出电流，芯片的第一控制端j1-1输出高电平，此时第一三极管q2打开，使得mosfet-q1打开，此时工作在正常状态，电流较小，mosfet-q1的漏极和源极两端压降较小，经过分压与运算放大器u1a放大后，使得电压比较器u2a反向输入电压小于同向端基准电压，电压比较器u2a输出高电平，此时芯片的第二控制端j2-2打开第二三极管q3，由于q3的集电极电压小于发射极电压，此时三极管并不导通，电路正常工作。当o1-1短路到地时，电流迅速增大，由于mosfet-q1具有内阻，使得mosfet-q1漏源的压降迅速增大，经过分压放大后输入电压比较器u2a的反向输入端电压高于基准电压，导致电压比较器u2a输出低电平，此时第二三极管q3的集电极电压高于发射极电压，第二三极管q3导通，使得第一三极管q2的基极电压低于阈值电压，第一三极管q2关闭，从而导致mosfet-q1关闭，此时mosfet-q1漏源电压差始终为电源电压，所以运放输出的电压为供电电压，高于电压比较器u2a基准电压，电压比较器u2a始终输出低电平，电路始终处于关断状态，相当于过流自锁，需要确认安全后通过软件重新解锁电路，实现电路的安全可靠性。28.由此可知，本发明的技术方案可以稳定且高精度的实现对于高边驱动电路的过流保护。本发明的方案实现过流硬件自锁保护，无需软件干预，可以解决现有技术中过流不能自锁且相应时间长的技术问题，适用于各种功率的过流保护电路，只需调节电压比较器u2a的基准电压或运算放大器u1a的放大倍数即可。29.可选的，在负载输出接至o1-1处，还并联有接地的二极管d2和电容c10，该支路可以用于感性负载续流和静电防护。30.可选的，在本实施的技术方案中，第一分压电路主要由电阻r5和电阻r6组成，第二分压电路主要由电阻r11和电阻r12组成。更为优选的，在第一分压电路上和第二分压电路上分别设置有滤波电路，在第一分压电路上滤波电路由c3、r3、c5、r4接地组成，在第二分压电路上滤波电路由c7、r13、c9组成。31.作为一种更为优选的实施方式，在本实施例的技术方案中，第一三极管q2的集电极通过第三分压电路与负载电源输入电连接，mosfet-q1的源级和mosfet-q1的栅极与分压电路的部分电阻并联，通过第三分压电路可以保证mosfet-q1在阈值电压内运行。具体的，第一三极管q2的集电极通过电阻r9和电阻r2串接在负载电源输入上，mosfet-q1的源级和mosfet-q1的栅极与电阻r2并联。更为优选的，电阻r2还并联有稳压二极管d1。32.在本实施例的技术方案中，负载电源输入为24v，基准电压vcc为12v。33.如图1所示，作为一种可选的实施方式，在本实施例的技术方案中，运算放大器u1a的输出端还用于与芯片的第一模拟量采集口j4-1相连。更为优选的，运算放大器u1a的输出端还用于与芯片的第二模拟量采集口j3-1相连。在使用时，第一模拟量采集口j4-1可通过模拟量采集的方式实时监测高边输出电流，第二模拟量采集口j3-1可通过模拟量采集的方式检测电压比较器u2a输出电平情况，二者配合用于故障诊断，如果出现故障，能够及时通知客户进行检修。34.在本实施例的技术方案中，运算放大器u1a的输出端与运算放大器u1a的第二输入端电连接，运算放大器u1a的正电源端接芯片供电电压，运算放大器u1a的负电源端接地。可选的，运算放大器u1a的输出端与运算放大器u1a的第二输入端之间串接有电阻r16，在运算放大器u1a的正电源端还接有接地的电容c2。35.如图1所示，在本实施例的技术方案中，电压比较器u2a的输出端与电压比较器u2a的正电源端连接，电压比较器u2a的正电源端接芯片供电电压，电压比较器u2a的负电源端接地。可选的，电压比较器u2a的输出端与电压比较器u2a的正电源端之间串接有电阻r17，在电压比较器u2a的正电源端还接有接地的电容c1。可选的，电压比较器u2a的正电源端通过电阻r8接基准电压。更为优选的，电压比较器u2a的正电源端接有滤波电路，该滤波电路由电阻r1和电容c4组成。36.如图1所示，在电压比较器u2a的输出端还接有电阻r7和电容c6，电阻r7的与3.3v的电压相连，电容c6接地。电压比较器u2a为开漏输出，需接上拉电阻r7，c6用于滤波。37.可选的，在本实施例的技术方案中，第一控制端j1-1处接有电阻r14，在电阻r14和第一三极管q2的基极之间还接有接地电阻r15，以用于限流分压。38.可选的，第二控制端j2-1处接有电阻r18，在电阻r18和第二三极管q3的基极之间还接有接地电阻r19，以用于限流分压。39.在本实施例的技术方案中，芯片为单片机，作为其他的可选的实施方式，也可以是其他种类的集成芯片。40.具体的，从上述内容可知，在本发明的技术方案中，mosfet-q1的源极经过r5与r3分压后接到运算放大器u1a的同向输入端，同理mosfet-q1的漏极经过r11与r13分压后接到运算放大器u1a的反向输入端，分压的目的是保证运放的输入电压不超过其供电电压，放大方式为差分放大，放大倍数可调。本设计巧妙运用mosfet-q1导通内阻作为采样电阻，通过采集mosfet-q1两端电压计算mosfet-q1的电流。芯片的第一控制端j1-1输出高电平，此时第一三极管q2打开，由于电阻r2和r9的分压，使得mosfet-q1打开，此时工作在正常状态，电流较小，mosfet-q1的漏极和源极两端压降较小，经过分压与运算放大器u1a放大后，使得电压比较器u2a反向输入电压小于同向端基准电压，电压比较器u2a输出高电平，此时芯片的第二控制端j2-1打开第二三极管q3，由于第二三极管q3的集电极电压小于发射极电压，此时第二三极管q3并不导通，电路正常工作。当o1-1短路到地时，电流迅速增大，由于mosfet-q1具有内阻，使得mosfet-q1漏源的压降迅速增大，经过分压放大后输入电压比较器u2a的反向输入端电压高于基准电压，导致电压比较器u2a输出低电平，此时第二三极管q3的集电极电压高于发射极电压，第二三极管q3导通，使得第一三极管q2的基极电压低于阈值电压，第一三极管q2关闭，从而导致mosfet-q1关闭，此时mosfet-q1漏源电压差始终为电源电压，所以运放输出的电压为供电电压，高于电压比较器u2a基准电压，电压比较器u2a始终输出低电平，电路始终处于关断状态，相当于过流自锁，需要确认安全后通过软件重新解锁电路，实现电路的安全可靠性。41.本发明的技术方案应用在实际产品上，正常工作时，高边驱动能够稳定输出3-4a电流，在驱动发生过流时，电路可在很短时间内关闭驱动输出，实现产品自身的保护功能。能够在高边驱动输出过流的情况下自动关闭高边驱动，并且及时上报短路故障，不会对控制器及驱动电路造成损伤，降低风险且成本较低。42.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。43.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。44.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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