一种基于PWM控制的限流保护电路的制作方法

一种基于pwm控制的限流保护电路
技术领域
1.本实用新型涉及微电子集成技术领域，具体为一种基于pwm控制的限流保护电路。


背景技术：

2.目前在马达驱动和风扇驱动芯片中，经常采用h桥的输出结构来驱动电感性负载，由于感性负载的特性以及工艺的偏差，在芯片处于特定的工作环境如高温、低压状态时，芯片会进入保护或者重启状态，可能会导致输出电流变大或者突变的情况，甚至在某些极限的情况下突变电流会远超出输出管的最大电流能力，如果没有专门的限流保护结构对输出电流加以限制，芯片很容易因驱动管烧毁而无法正常工作。
3.在传统的限流保护结构中，通常以电阻采样的方式在输出管与地线之间串联小电阻来接收输出电流值的大小，当输出电流过大时，电流通过采样电阻产生一个较大的采样电平，当采样电压达到设定电压值时，由采样控制电路产生控制信号，限制输出电流的增大或者使输出管处于关断状态，然而，由于在输出结构中引入小电阻的缘故，会导致h桥驱动管本身的导通电阻进一步增大，限制了该结构在正常工作情况下的工作性能，影响该结构在大电流工作状态下的使用。
4.同时，传统结构受工艺和封装影响，当芯片工作温度发生变化时，由于工艺偏移和封装误差，往往导致限流值不受控制，在输出电流尚未超出最大工作电流时就已经进入限流保护模式，影响正常情况下的使用；或者当输出电流已经超过输出管的最大工作能力还未进入限流保护，从而导致输出管烧毁；另外，由于控制信号的单一性，导致芯片在进入限流保护后牺牲了太多输出管的电流驱动能力，导致芯片的工作效率大打折扣甚至停止工作，削弱了芯片的实用性能，因此，亟需一种高效的限流保护结构来应对综上所述的各种问题。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.本实用新型的目的在于提供一种基于pwm控制的限流保护电路，以解决上述背景技术中提出由于控制信号的单一性，导致芯片在进入限流保护后牺牲了太多输出管的电流驱动能力，导致芯片的工作效率大打折扣甚至停止工作，削弱了芯片的实用性能的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于pwm控制的限流保护电路，所述包括h桥电路，主要包括上管驱动电路、上部输出驱动pmos管mp21和pmos管mp22，以及下管驱动电路、下部输出驱动nmos管mn23和nmos管mn24，上、下输出驱动相连分别形成输出端voutp与输出端voutn；vpn1与vsn2在正常工作情况下为同相的高低电平序列，vpn2与vsn1是与上述逻辑相反的同相高低电平序列。
9.优选的，所述输出电流采样电路包括nmos管mn25和nmos管mn26，两个nmos管的漏端分别与输出端voutp与voutn相连接，两个nmos管的栅端与分别下部输出驱动nmos管mn23
和nmos管mn24相连接，两管的源端连接在一起作为采样电压vsp，当输出端voutn处于工作状态时，输出端voutp的电压voutp＝imn23*rmn23,rmn23为nmos管mn23的导通电阻，输出驱动信号vsn1控制采样nmos管mn25打开，从而将voutp的输出采样电平传送至pwm比较器的反向输出端，输出驱动信号vsn2控制采样nmos管mn26关闭，阻止voutn采样电压进入比较器；同理，当输出端voutp处于工作状态时，输出端voutn的电压voutn＝imn24*rmn24,rmn24为nmos管mn24的导通电阻，输出驱动信号vsn2控制采样nmos管mn26打开，从而将voutn的输出采样电平传送至pwm比较器的反向输出端，输出驱动信号vsn1控制采样nmos管mn25关闭，阻止voutp采样电压进入比较器；从而得到持续的输出采样电平不断地进行限流保护检测。
10.优选的，所述当输出电流采样电路产生采样电压后会立即送入比较器的反向端，比较器的正向端是由振荡器产生的锯齿波，该锯齿波的振荡电压范围为vmin～vmax，振荡频率由实际应用决定，osc振荡频率决定了限流保护中电流缓慢上升的幅度，同时也影响其的一个最大限流值，当振荡频率较低时，输出限流幅度变化较大，限流值较高；反之，当振荡频率较高时，输出限流幅度变化较小，限流值较低，对于输出电流的抑制能力越强。
11.优选的，所述比较器通过比较采样电压与锯齿波得到不同情况下的pwm信号：
12.(1)正常工作电流下，输出采样电平低于vmin，比较器输出恒为低电平，nmos管mn27和nmos管mn28处于关断状态，输出端voutp与voutn为相反逻辑的持续高低电平序列的正常工作状态；
13.(2)当工作电流逐渐加大进入限流保护后，采样电压逐渐增大，当vmin《vsp《vmax时，比较器输出为持续的高低电平序列，且采样电压vsp在vmim～vmax区间内不断升高，比较器输出的pwm占空比将不断减小。
14.(3)当采样电压vsp高于vmax电压时，比较器输出占空比恒定，输出电流达到最大限定值。
15.优选的，所述将比较器输出的pwm信号通过逻辑处理得到两组高电平为pwm占空比的输出信号分别控制nmos管mn27与nmos管mn28的打开与关断，逻辑处理电路可以采用简单的与非门逻辑结构加以控制，两组与非门一端接入从比较器出来的pwm信号，另一端则分别是h桥下管所对应的输出驱动信号vsn1和vsn2，从而控制vpn1与vpn2驱动控制信号也转换成高电平为pwm占空比的形式进行输出，最后输出端voutp和voutn的输出结构。
16.优选的，所述由于输出管电流驱动能力相对固定，当输出高电压为高频率电平切换状态时，输出大电流无法短时间完全流过输出管，从而使输出管电流在不断进行高频切换的过程中缓慢上升，由于感性负载在大电流情况下输出频率明显增加，因此当进入限流保护时，输出电流在有效工作电平内始终无法达到其最大值且一直处于缓慢上升状态，从而抑制最大电流的输出，保护输出驱动部分不被烧毁。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.1、该基于pwm控制的限流保护电路，采样电压与锯齿波通过比较器形成pwm方波对输出进行适当调速，从而抑制输出端电流，避免输出管由于输出电流过大而发生烧毁现象，此外，最大限度地保存了输出结构自身工作效率，在进入限流保护时同样可以使芯片处于正常工作状态；
19.2、该基于pwm控制的限流保护电路，当工作电流逐渐加大进入限流保护后，采样电压逐渐增大，当vmin《vsp《vmax时，比较器输出为持续的高低电平序列，且采样电压vsp在
vmim～vmax区间内不断升高，比较器输出的pwm占空比将不断减小，当采样电压vsp高于vmax电压时，比较器输出占空比恒定，输出电流达到最大限定值；
20.3、该基于pwm控制的限流保护电路，当进入限流保护时，输出电流在有效工作电平内始终无法达到其最大值且一直处于缓慢上升状态，从而抑制最大电流的输出，保护输出驱动部分不被烧毁。
附图说明
21.图1为本实用新型保护电路示意图；
22.图2为本实用新型比较器输出序列示意图；
23.图3为本实用新型逻辑处理电路示意图；
24.图4为本实用新型voutp输出结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
26.请参阅图1-图4，本实用新型提供一种技术方案：一种基于pwm控制的限流保护电路，所述包括h桥电路，主要包括上管驱动电路、上部输出驱动pmos管mp21和pmos管mp22，以及下管驱动电路、下部输出驱动nmos管mn23和nmos管mn24，上、下输出驱动相连分别形成输出端voutp与输出端voutn；vpn1与vsn2在正常工作情况下为同相的高低电平序列，vpn2与vsn1是与上述逻辑相反的同相高低电平序列。
27.输出电流采样电路包括nmos管mn25和nmos管mn26，两个nmos管的漏端分别与输出端voutp与voutn相连接，两个nmos管的栅端与分别下部输出驱动nmos管mn23和nmos管mn24相连接，两管的源端连接在一起作为采样电压vsp，当输出端voutn处于工作状态时，输出端voutp的电压voutp＝imn23*rmn23,rmn23为nmos管mn23的导通电阻，输出驱动信号vsn1控制采样nmos管mn25打开，从而将voutp的输出采样电平传送至pwm比较器的反向输出端，输出驱动信号vsn2控制采样nmos管mn26关闭，阻止voutn采样电压进入比较器；同理，当输出端voutp处于工作状态时，输出端voutn的电压voutn＝imn24*rmn24,rmn24为nmos管mn24的导通电阻，输出驱动信号vsn2控制采样nmos管mn26打开，从而将voutn的输出采样电平传送至pwm比较器的反向输出端，输出驱动信号vsn1控制采样nmos管mn25关闭，阻止voutp采样电压进入比较器；从而得到持续的输出采样电平不断地进行限流保护检测。
28.当输出电流采样电路产生采样电压后会立即送入比较器的反向端，比较器的正向端是由振荡器产生的锯齿波，该锯齿波的振荡电压范围为vmin～vmax,振荡频率由实际应用决定，osc振荡频率决定了限流保护中电流缓慢上升的幅度，同时也影响其的一个最大限流值，当振荡频率较低时，输出限流幅度变化较大，限流值较高；反之，当振荡频率较高时，输出限流幅度变化较小，限流值较低，对于输出电流的抑制能力越强。
29.比较器通过比较采样电压与锯齿波得到不同情况下的pwm信号：
30.(1)正常工作电流下，输出采样电平低于vmin，比较器输出恒为低电平，nmos管
mn27和nmos管mn28处于关断状态，输出端voutp与voutn为相反逻辑的持续高低电平序列的正常工作状态；
31.(2)当工作电流逐渐加大进入限流保护后，采样电压逐渐增大，当vmin《vsp《vmax时，如图2所示：比较器输出为持续的高低电平序列，且采样电压vsp在vmim～vmax区间内不断升高，比较器输出的pwm占空比将不断减小。
32.(3)当采样电压vsp高于vmax电压时，比较器输出占空比恒定，输出电流达到最大限定值。
33.将比较器输出的pwm信号通过逻辑处理得到两组高电平为pwm占空比的输出信号分别控制nmos管mn27与nmos管mn28的打开与关断，如图3所示：逻辑处理电路可以采用简单的与非门逻辑结构加以控制，两组与非门一端接入从比较器出来的pwm信号，另一端则分别是h桥下管所对应的输出驱动信号vsn1和vsn2，从而控制vpn1与vpn2驱动控制信号也转换成高电平为pwm占空比的形式进行输出，最后输出端voutp和voutn的输出结构。
34.由于输出管电流驱动能力相对固定，当输出高电压为高频率电平切换状态时，输出大电流无法短时间完全流过输出管，从而使输出管电流在不断进行高频切换的过程中缓慢上升，由于感性负载在大电流情况下输出频率明显增加，因此当进入限流保护时，输出电流在有效工作电平内始终无法达到其最大值且一直处于缓慢上升状态，从而抑制最大电流的输出，保护输出驱动部分不被烧毁。
35.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。