负载开关电路及其控制方法技术

本申请提供了一种负载开关电路包括功率晶体管，第一极配置为接收电源电压，其第二极即为负载开关电路的输出端并与外部电感负载耦合；钳位模块，至少包括彼此耦合的钳位单元和驱动单元；钳位单元，包括电压‑电流转换器和第一电阻，第一电阻耦合在电压‑电流转换器的输出端和功率晶体管的第二极之间，电压‑电流转换器的正输入端接收电源电压，负输入端耦合到功率晶体管的第二极；电压‑电流转换器输出的电流在第一电阻上产生参考压降；驱动单元的输出端耦合到功率晶体管的控制极；当电源电压与功率晶体管输出的电压之差大于等于预设钳位阈值时，钳位单元输出有效驱动控制信号给驱动单元；预设钳位阈值为参考压降与所述第一晶体管的阈值电压之和。

【技术实现步骤摘要】
负载开关电路及其控制方法
本申请属于电气控制领域，尤其涉及一种负载开关电路及其控制方法。
技术介绍
负载开关电路在汽车电子及燃气热水器等高压设备里有着广泛的应用。在驱动比较大的电感型负载时，在开关关断后，需要面对电感续流的问题。图1所示为一种现有的利用开关外电路结构实现电感续流的电路示意图。在功率晶体管断开以后，电感中会持续有电流流过，输出节点处的电位会被拉低到非常大的负电位，导致功率晶体管被击穿。因此，可以在开关的外部负载电感旁边增加一个阳极耦合到地电位的续流二极管D，用来防止输出节点电位被严重下拉的情况。但是，由于续流二极管正向导通时其上的压降只有约0.7V，对于负载电感来说起到的放电速度比较慢。图2所示为现有的利用负载开关内部电路结构实现电感续流的电路示意图，该电路提供了一种在负载开关电路内部对输出电压进行钳位的机制。但是如图所示，对负载开关电路的输出电压进行钳位是通过一个或多个串联的二极管实现的。因此，这种机制中对钳位电压进行调整的最小单位就是单个二极管的击穿电压，例如5V。
技术实现思路
针对上述问题，本申请提供了一种负载开关电路，包括功率晶体管(MN3)，其中所述功率晶体管的第一极配置为接收电源电压，其第二极即为所述负载开关电路的输出端并与外部电感负载耦合；钳位模块，至少包括彼此耦合的钳位单元和驱动单元；所述钳位单元，包括电压-电流转换器和第一电阻(R4)，所述第一电阻(R4)耦合在所述电压-电流转换器的输出端和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间，所述电压-电流转换器的正输入端配置为接收电源电压，负输入端耦合到所述功率晶体管(MN3)的第二极；其中，所述电压-电流转换器输出的电流在所述第一电阻(R4)上产生参考压降；所述驱动单元的输出端耦合到所述功率晶体管(MN3)的控制极；其中，当电源电压与所述功率晶体管(MN3)输出的电压之差大于等于预设钳位阈值时，所述钳位单元配置为输出有效驱动控制信号给所述驱动单元，所述驱动单元进而输出有效的驱动信号使所述功率晶体管导通；所述预设钳位阈值为所述参考压降与所述第一晶体管的阈值电压之和。特别的，所述驱动单元包括第一晶体管(MP4)，所述第一晶体管的控制极耦合到所述属电压-电流转换器的输出端，其第二极耦合到所述功率晶体管(MN3)的控制极，其第一极配置为接收电源电压；其中在所述第一晶体管(MP4)的第二极和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间设有第一电阻性支路，并且所述第一晶体管(MP4)与所述功率晶体管(MN3)类型互补。特别的，所钳位模块还包括触发单元，配置为接收所述功率晶体管(MN3)的输出电压，并且在所述输出电压低于地电位的时候，将电源电压提供给所述钳位单元。特别的，所述钳位单元还包括第一二极管(ZD3)，以及第二晶体管(MP2)；其中所述第一二极管(ZD3)的阴极配置为接收电源电压，阳极耦合到所述第二晶体管(MP2)的控制极，所述第二晶体管(MP2)的第一极配置为接收耦合到所述功率晶体管的第二极输出电压，其所述第二晶体管(MP2)的第二极耦合到所述电压-电流转换器的负输入端；所述电压-电流转换器的正输入端配置为接收电源电压；其中，在所述第二晶体管(MP2)的控制极和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间设置有第二电阻性支路并且所述第二晶体管(MP2)与所述第一晶体管(MP4)类型相同。特别的，所述钳位单元还第二电阻性支路包括第二电阻(R3)，其耦合在所述第二晶体管(MP2)控制极和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间。特别的，所述钳位单元还包括第三晶体管(MP3)，其控制极耦合到所述第二晶体管(MP2)的控制极，其第一极通过所述第一电阻(R4)耦合到所述功率晶体管(MN3)的第二极，其第二极耦合到所述电压-电流转换器的输出端；其中所述第三晶体管(MP3)与所述第二晶体管(MP2)的类型相同。特别的，所述触发单元包括第四晶体管(MN2)、第五晶体管(MN1)和第六晶体管(MP1)；其中所述第四晶体管(MN2)控制极配置接收钳位控制信号，其第一极耦合到所述第五晶体管(MN1)控制极，其第二极配置为接收地电位；所述第五晶体管(MN1)第一极耦合到所述第六晶体管(MP1)控制极，其第二极耦合到所述功率晶体管(MN3)的第二极，其中在所述第五晶体管(MN1)与所述功率晶体管(MN3)的第二极之间设置有第三电阻性支路；以及所述第六晶体管(MP1)第一极耦合到所述钳位单元电压-电流转换器的正输入端，第二极配置为接收电源电压。特别的，所述触发单元还包括第二二极管(ZD1)，其阴极配置为接收电源电压，其阳极耦合到所述第六晶体管(MP1)的控制极。特别的，所述触发单元还包括第三电阻(R1)，其耦合在所述第六晶体管(MP1)的控制极和第二极之间。特别的，所述触发单元还包括第三二极管(ZD2)，其阴耦合到所述第五晶体管(MN1)的控制极，其阳极耦合到所述第五晶体管(MN1)的第二极。特别的，所述触发单元还第三电阻性支路包括第四电阻(R2),其耦合在所述第五晶体管的第二极和所述功率晶体管的第二极之间。特别的，所述驱动单元还第一电阻性支路包括第五电阻(R5)，其耦合在所述功率晶体管(MN3)的控制极和第二极之间。本申请还提供了一种电子设备，包括如前任一所述的开关电路本申请还提供了一种开关电路的控制方法，包括设置所述开关电路内部的电压-电流转换器的等效电阻以产生参考电流；至少基于所述参考电流在参考电阻上产生的参考电压生成预设钳位阈值；以及当电源电压与所述开关电路的输出电压之差大于等于所述预设钳位阈值时，使所述开关电路内部的与所述负载耦合的功率晶体管导通，从而为所述电感负载续流。特别的，所述方法还包括当所述开关电路的输出电压低于地电平时，将电源电压提供给所述电压-电流转换器。本申请所提供的负载开关电路提供了位于开关电路内部的钳位模块，通过对开关电路中功率晶体管的复用实现了对电感负载的续流。同时，由于利用了电压-电流转换器在参考电阻上产生参考电压，用来组成钳位阈值，实现了对钳位阈值进行零活调整的可能性。另外，本申请中还提供了当开关电路的输出电压低于地电平时自动触发钳位功能的机制，从而使钳位模块在输出电压没有被拉到负值时处在断电状态，降低了电路的整体功耗。附图说明参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。图1所示为一种现有的利用开关外电路结构实现电感续流的电路示意图；图2所示为现有的利用负载开关内部电路结构实现电感续流的电路示意图；图3所示为根据本申请一个实施例的负载开关模块示意图；图4所示为根据本申请一个实施例的负载开关的局部模块示意图；图5所示为根据本申请一个实施例的负载开关的局部电路示意图；以及图6所示为根据本申请一个实施例的负载开关工作时序图。具体实施方式在以下优选的实施例的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载开关电路，包括/n功率晶体管(MN3)，其中所述功率晶体管的第一极配置为接收电源电压，其第二极即为所述负载开关电路的输出端并与外部电感负载耦合；/n钳位模块，至少包括彼此耦合的钳位单元和驱动单元；/n所述钳位单元，包括电压-电流转换器和第一电阻(R4)，所述第一电阻(R4)耦合在所述电压-电流转换器的输出端和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间，所述电压-电流转换器的正输入端配置为接收电源电压，负输入端耦合到所述功率晶体管(MN3)的第二极；其中，所述电压-电流转换器输出的电流在所述第一电阻(R4)上产生参考压降；/n所述驱动单元的输出端耦合到所述功率晶体管(MN3)的控制极；/n其中，当电源电压与所述功率晶体管(MN3)输出的电压之差大于等于预设钳位阈值时，所述钳位单元配置为输出有效驱动控制信号给所述驱动单元，所述驱动单元进而输出有效的驱动信号使所述功率晶体管导通；所述预设钳位阈值为所述参考压降与所述第一晶体管的阈值电压之和。/n

【技术特征摘要】
1.一种负载开关电路，包括
功率晶体管(MN3)，其中所述功率晶体管的第一极配置为接收电源电压，其第二极即为所述负载开关电路的输出端并与外部电感负载耦合；
钳位模块，至少包括彼此耦合的钳位单元和驱动单元；
所述钳位单元，包括电压-电流转换器和第一电阻(R4)，所述第一电阻(R4)耦合在所述电压-电流转换器的输出端和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间，所述电压-电流转换器的正输入端配置为接收电源电压，负输入端耦合到所述功率晶体管(MN3)的第二极；其中，所述电压-电流转换器输出的电流在所述第一电阻(R4)上产生参考压降；
所述驱动单元的输出端耦合到所述功率晶体管(MN3)的控制极；
其中，当电源电压与所述功率晶体管(MN3)输出的电压之差大于等于预设钳位阈值时，所述钳位单元配置为输出有效驱动控制信号给所述驱动单元，所述驱动单元进而输出有效的驱动信号使所述功率晶体管导通；所述预设钳位阈值为所述参考压降与所述第一晶体管的阈值电压之和。


2.如权利要求1所述的电路，其中所述驱动单元包括第一晶体管(MP4)，所述第一晶体管的控制极耦合到所述电压-电流转换器的输出端，其第二极耦合到所述功率晶体管(MN3)的控制极，其第一极配置为接收电源电压；其中在所述第一晶体管(MP4)的第二极和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间设有第一电阻性支路，并且所述第一晶体管(MP4)与所述功率晶体管(MN3)类型互补。


3.如权利要求1所述的电路，其中所钳位模块还包括触发单元，配置为接收所述功率晶体管(MN3)的输出电压，并且在所述输出电压低于地电位的时候，将电源电压提供给所述钳位单元。


4.如权利要求2所述的电路，其中所述钳位单元还包括第一二极管(ZD3)，以及第二晶体管(MP2)；其中所述第一二极管(ZD3)的阴极配置为接收电源电压，阳极耦合到所述第二晶体管(MP2)的控制极，所述第二晶体管(MP2)的第一极耦合到所述功率晶体管的第二极，所述第二晶体管(MP2)的第二极耦合到所述电压-电流转换器的负输入端；所述电压-电流转换器的正输入端配置为接收电源电压；其中，在所述第二晶体管(MP2)的控制极和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间设置有第二电阻性支路并且所述第二晶体管(MP2)与所述第一晶体管(MP4)类型相同。


5.如权利要求4所述的电路，其中所述第二电阻性支路包括第二电阻(R3)，其耦合在所述第二晶体管(MP2)控制极和所述功率晶体管(MN3)的第二极之间。


6.如权利要求5所述的电路，其中所述钳位...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦松，
申请(专利权)人：瓴芯电子科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32