本實(shí)用新型涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路及電機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
電機(jī)控制器通過集成電路的主動(dòng)工作來控制電機(jī)按照設(shè)定的方向、速度、角度、響應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行工作，可使得電機(jī)應(yīng)用范圍更為廣泛，輸出效率更高，噪音更小等優(yōu)點(diǎn)。
目前電機(jī)控制器對(duì)外輸出的DO(數(shù)字量輸出)電路中，大多采用MOSFET進(jìn)行功率的通斷控制。對(duì)MOSFET的驅(qū)動(dòng)有兩種方式：低邊驅(qū)動(dòng)和高邊驅(qū)動(dòng)，分別對(duì)應(yīng)輸出電源的低電平有效和高電平有效。其中高邊驅(qū)動(dòng)型的輸出電源很容易發(fā)生對(duì)地短路，從而導(dǎo)致MOSFET或電路中其他器件的損壞。
目前常見的高邊驅(qū)動(dòng)短路保護(hù)方案有：在電路中串聯(lián)可恢復(fù)保險(xiǎn)絲。然而，上述可恢復(fù)保險(xiǎn)絲的動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，無法及時(shí)切斷電路，且在短路工況下，電路中的平均電流將超出MOSFET的安全工作區(qū)域，因此對(duì)MOSFET的選型要求留取較大的功率降額，這就大大增加了電路成本和體積。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)上述高邊驅(qū)動(dòng)短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)、成本和體積大的問題，提供一種具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路及電機(jī)控制器。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路，包括主開關(guān)管、驅(qū)動(dòng)單元以及短路保護(hù)單元，其中：所述驅(qū)動(dòng)單元包括第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管串接在驅(qū)動(dòng)回路中并根據(jù)控制端的信號(hào)使驅(qū)動(dòng)回路導(dǎo)通或斷開；所述主開關(guān)管接入供電回路，且該主開關(guān)管的控制端連接到驅(qū)動(dòng)回路并在所述驅(qū)動(dòng)回路導(dǎo)通時(shí)輸出電源；所述短路保護(hù)單元包括采樣電阻和第二開關(guān)管，所述采樣電阻串接在供電回路中，所述第二開關(guān)管的兩端分別連接第一開關(guān)管的控制端和參考地并在采樣電阻兩端電壓超過設(shè)定閾值時(shí)導(dǎo)通。
在本實(shí)用新型所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路中，所述驅(qū)動(dòng)單元包括第一電阻、第二電阻及第三電阻，其中：所述第一開關(guān)管的控制端經(jīng)由第一電阻連接來自主控芯片的控制信號(hào)；所述供電電源依次經(jīng)由第二電阻和第三電阻連接到第一開關(guān)管的一端，所述第一開關(guān)管的另一端連接參考地，所述主開關(guān)管的控制端連接到第二電阻和第三電阻的中點(diǎn)。
在本實(shí)用新型所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路中，所述采樣電阻串接在供電電源與主開關(guān)管之間。
在本實(shí)用新型所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路中，所述短路保護(hù)單元包括第三開關(guān)管，且該第三開關(guān)管在采樣電阻兩端電壓超過設(shè)定閾值時(shí)使第二開關(guān)管導(dǎo)通。
在本實(shí)用新型所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路中，所述短路保護(hù)單元包括第一電容、第二電容、第四電阻、第五電阻及第六電阻，其中：所述第三開關(guān)管的第一端連接到采樣電阻的第一端，該第三開關(guān)管的控制端經(jīng)由第四電阻連接到采樣電阻的第二端，且該第三開關(guān)管的第二端經(jīng)由第五電阻和第六電阻連接參考地；所述第一電容的兩端分別連接第三開關(guān)管的第一端和第二端；所述第二開關(guān)管的控制端連接在第五電阻和第六電阻的中點(diǎn)，該第二開關(guān)管的第一端連接到第一開關(guān)管的控制端，且該第二開關(guān)管的第二端接地；所述第二電容的兩端分別連接到第一開關(guān)管的控制端以及參考地。
在本實(shí)用新型所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路中，所述主開關(guān)管為P溝道MOSFET，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管為NPN型三極管。
在本實(shí)用新型所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路中，所述第三開關(guān)管為PNP型三極管。
本實(shí)用新型還提供一種電機(jī)控制器，包括主控芯片和驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路采用如上所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路。
本實(shí)用新型的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路具有以下有益效果：通過短路保護(hù)單元中的第二開關(guān)管控制驅(qū)動(dòng)單元中的第一開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)對(duì)主開關(guān)管的通斷控制，可以在發(fā)生對(duì)地短路過流時(shí)迅速切斷主開關(guān)管。本實(shí)用新型還便于調(diào)整保護(hù)恢復(fù)時(shí)間，以降低短路時(shí)的平均電流，從而達(dá)到保護(hù)主開關(guān)管的作用。由于短路保護(hù)及時(shí)，短路電流小，也減少了對(duì)電路的功率過設(shè)計(jì)。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路實(shí)施例的示意圖。
圖2是本實(shí)用新型具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路實(shí)施例的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
如圖1、2所示，是本實(shí)用新型具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路實(shí)施例的示意。該具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路包括主開關(guān)管30、驅(qū)動(dòng)單元10以及短路保護(hù)單元20，其中：驅(qū)動(dòng)單元10包括第一開關(guān)管Q1，該第一開關(guān)管Q1串接在驅(qū)動(dòng)回路(本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)回路連接供電電源VBAT+與參考地)中，并根據(jù)控制端的信號(hào)OX使驅(qū)動(dòng)回路導(dǎo)通或斷開；主開關(guān)管30接入供電回路，且該主開關(guān)管30的控制端連接到驅(qū)動(dòng)回路并在驅(qū)動(dòng)回路導(dǎo)通時(shí)輸出電源DO+；短路保護(hù)單元20包括采樣電阻R7和第二開關(guān)管Q2，采樣電阻R7串接在供電回路中(具體地，該采樣電阻R7串接在供電電源VBAT+與主開關(guān)管30之間)，第二開關(guān)管Q2的兩端分別連接第一開關(guān)管Q1的控制端和參考地并在采樣電阻R7兩端電壓超過設(shè)定閾值時(shí)導(dǎo)通，將第一開關(guān)管Q1的控制端(即圖2中的A點(diǎn))電壓拉低，使驅(qū)動(dòng)回路斷開。
上述驅(qū)動(dòng)單元10還可包括第一電阻R1、第二電阻R2及第三電阻R3，其中：第一開關(guān)管Q1的控制端經(jīng)由第一電阻R1連接來自主控芯片40的控制信號(hào)；供電電源VBAT+依次經(jīng)由第二電阻R2和第三電阻R3連接到第一開關(guān)管Q1的一端，且該第一開關(guān)管Q1的另一端連接參考地(構(gòu)成驅(qū)動(dòng)回路)，主開關(guān)管30的控制端連接到第二電阻R2和第三電阻R3的中點(diǎn)(即第二電阻R2和第三電阻R3的連接點(diǎn))。
短路保護(hù)單元20包括第三開關(guān)管Q3，且該第三開關(guān)管Q3在采樣電阻R7兩端電壓超過設(shè)定閾值時(shí)使第二開關(guān)管Q2導(dǎo)通。該短路保護(hù)單元包括第一電容C1、第二電容C2、第四電阻R4、第五電阻R5及第六電阻R6，其中：第三開關(guān)管Q3的第一端連接到采樣電阻R7的第一端，該第三開關(guān)管Q3的控制端經(jīng)由第四電阻R4連接到采樣電阻R7的第二端，且該第三開關(guān)管Q3的第二端經(jīng)由第五電阻R5和第六電阻R6連接參考地；第一電容C1的兩端分別連接第三開關(guān)管Q3的第一端和第二端；第二開關(guān)管Q2的控制端連接在第五電阻R5和第六電阻R6的中點(diǎn)(即圖2中的B點(diǎn))，該第二開關(guān)管Q2的第一端連接到第一開關(guān)管Q1的控制端，且該第二開關(guān)管Q2的第二端接地；第二電容C2的兩端分別連接到第一開關(guān)管Q1的控制端以及參考地。
特別地，上述主開關(guān)管30采用P溝道MOSFET Q4，第一開關(guān)管Q1和第二開關(guān)管Q2采用NPN型三極管，而第三開關(guān)管Q3則采用PNP型三極管。
上述具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路在正常工作時(shí)，主控芯片40發(fā)出控制信號(hào)OX為高電平時(shí)(控制信號(hào)OX高電平有效)，第一三極管Q1導(dǎo)通，第一三極管Q1的柵源極電壓開啟，則主開關(guān)管30開通，對(duì)負(fù)載50輸出電源DO+；控制信號(hào)OX為低電平時(shí)，第一三極管Q1截止，主開關(guān)管30關(guān)斷，對(duì)外不輸出電源，此狀態(tài)下第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3一直處于截止?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)輸出電源DO+發(fā)生對(duì)地短路或過流時(shí)，流過采樣電阻R7的電流增大，直至采樣電阻R7的壓降大于第三開關(guān)管Q3的be結(jié)開啟電壓閾值，此時(shí)第三開關(guān)管Q3迅速導(dǎo)通，第六電阻R6上的壓降迅速達(dá)到第二開關(guān)管Q2的開啟電壓，第二開關(guān)管Q2導(dǎo)通的飽和壓降將A點(diǎn)電位拉低至第一開關(guān)管Q1的be結(jié)關(guān)斷閾值之下，使第一開關(guān)管Q1截止，從而關(guān)斷主開關(guān)管30(從過流到主開關(guān)管30關(guān)斷的時(shí)間稱為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t1)。主開關(guān)管30關(guān)斷過程中流過采樣電阻R7的電流下降，則第三開關(guān)管Q3的be電壓下降使其截止，但第一電容C1兩端電壓不能突變，第一電容C1和第五電阻R5的充電過程使得流經(jīng)B點(diǎn)的電流逐漸下降直至第二開關(guān)管Q2截止，同樣，第二三極管Q2的ce電壓不能突變，控制信號(hào)OX通過第一電阻R1給第二電容C2充電直至A點(diǎn)電壓重新達(dá)到第一三極管Q1的be開啟閾值，從而主開關(guān)管30重新打開(從主開關(guān)管30關(guān)斷至重新打開的這段時(shí)間稱為保護(hù)恢復(fù)時(shí)間t2)。
由分析可知，通過設(shè)置采樣電阻R7的阻值，可以改變過流保護(hù)限值，通過合理設(shè)置第五電阻R5、第六電阻R6、第一電容C1和第二電容C2的值，可以使短路時(shí)間t2>>t1，以此降低流過開關(guān)管的平均電流。
本實(shí)用新型還提供一種電機(jī)控制器，包括主控芯片和驅(qū)動(dòng)電路，上述驅(qū)動(dòng)電路采用如上所述的具有短路保護(hù)功能的高邊驅(qū)動(dòng)輸出電路。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。