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CN105743475B - 负载驱动电路 - Google Patents

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CN105743475B CN201510940215.6A CN201510940215A CN105743475B CN 105743475 B CN105743475 B CN 105743475B CN 201510940215 A CN201510940215 A CN 201510940215A CN 105743475 B CN105743475 B CN 105743475B
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Abstract

负载驱动电路，具有：开关元件(Q1)、比较比输入到电源端子的电压(E)低的第1基准电压(V1)和输出端子(OUT)的电压来检测开关元件处于断开状态且输出端子未连接负载(20)的负载开路状态的第1比较器、比较比电压E低且比箝位电压高的第2基准电压(V2)和输出端子的电压来检测输出端误连接电源状态的第2比较器、在负载开路状态下将输出端子的电压箝位在比第1基准电压高且比电压(E)低的箝位电压的箝位电路(14)、电容器(C1)、利用基于电源电压(E)生成的恒定电压将充电电流提供给(amp)端子的自举电路(10)、在第1比较器检测到负载开路状态时抑制箝位电路的箝位电压上升的箝位电压上升抑制电路(16)。

Description

负载驱动电路
技术领域
本发明涉及使用开关元件对螺线管等负载进行驱动的负载驱动电路。
背景技术
作为现有的负载驱动电路公知有专利文献1记载的负载驱动电路。该负载驱动电路检测由于连接输出端子和负载的配线被切断等原因而导致负载没有与输出端子连接的负载开路状态。
如图5所示，负载驱动电路具有由MOSFET构成的开关元件Q1、第1比较器CP1、第2比较器CP2和箝位电路14。第1比较器CP1比较比输入到电源端子Vcc的电源E的电压低的第1基准电压V1和输出端子OUT的输出电压Vout，在输出电压Vout为第1基准电压V1以上时输出H电平(高电平)而检测到负载开路状态。
第2比较器CP2比较比电源E的电压低并且比Vclamp电压高的第2基准电压V2和输出端子OUT的输出电压Vout，在输出电压Vout为第2基准电压V2以上时，输出H电平而检测到输出端误连接电源状态。
在开关元件Q1处于断开状态、并且是负载20没有被连接到输出端子OUT的负载开路状态的情况下，箝位电路14将输出端子OUT的电压箝位在比第1基准电压V1高并且比电源E的电压低的箝位电压。
在以上的结构中，在负载成为负载开路状态的情况下，开关元件Q1成为断开状态时，利用箝位电路将输出电压Vout箝位在箝位电压。
因为第1比较器CP1的第1基准电压V1被设定为GND＜V1＜Vclamp，所以能够利用第1比较器CP1来检测负载开路状态。此外，因为第2比较器CP2的第2基准电压V2被设定为Vclamp＜V2＜E，所以第2比较器CP2未检测到输出端误连接电源。输出端误连接电源是指由于某些原因而导致输出端子OUT被误连接到电源E的状态。
另一方面，在成为输出端误连接电源状态的情况下，即使开关元件Q1处于断开状态，输出端子OUT的电压也会上升到电源E的电压。此时，因为第1比较器CP1的第1基准电压V1被设定为GND＜V1＜Vclamp，所以利用第1比较器CP1，检测为负载开路状态。因为第2基准电压V2被设定为Vclamp＜V2＜E，所以能够利用第2比较器CP2检测为输出端误连接电源状态。
此外，如图5所示，在输出用开关元件Q1的高压侧晶体管使用N型MOSFET的情况下，追加自举电路BS。
专利文献1：日本特开2013－16959号公报
不过，在追加自举电路BS并且负载成为负载开路状态的情况下，会发生以下问题。参照图6说明该问题。在图6中，Q1接通/断开表示开关元件Q1的接通/断开信号，OUT表示输出电压，CP1表示第1比较器CP1的输出，CP2表示第2比较器CP2的输出，C1i表示流过电容器C1的充电电流。
在期间T1中，负载成为负载开路状态的情况下，电流从自举电路BS经由电容器C1流到箝位电路14内的电阻。因此，由箝位电路14的电阻导致的电压降变大，箝位电压Vclamp即输出电压OUT上升，在时刻t14处，输出电压OUT成为第2基准电压V2。因此，第2比较器CP2输出H电平。即，即使不是输出端误连接电源状态，也被误检测成输出端误连接电源状态。
发明内容
本发明的课题是提供一种能够在连接自举电路的情况下防止输出端误连接电源状态的误检测的负载驱动电路。
本发明的负载驱动电路的特征在于，其具有：第1端子，该第1端子与电源连接；第2端子，该第2端子与负载连接；开关元件，该开关元件连接在所述第1端子和所述第2端子之间；第1比较器，该第1比较器比较比输入到所述第1端子的输入电压低的第1基准电压和所述第2端子的电压来检测所述开关元件处于断开状态并且所述第2端子没有连接所述负载的负载开路状态；箝位电路，在处于所述负载开路状态的情况下，该箝位电路将所述第2端子的电压箝位在比所述第1基准电压高并且比所述输入电压低的箝位电压；第2比较器，该第2比较器比较比所述输入电压低并且比所述箝位电压高的第2基准电压和所述第2端子的电压来检测所述开关元件处于断开状态并且所述第2端子连接到所述电源的输出端误连接电源状态；电容器，该电容器的一端与所述第2端子连接，另一端与第3端子连接；自举电路，该自举电路根据所述第1端子的电源的电压生成恒定电压，利用恒定电压将充电电流提供给所述第3端子；以及箝位电压上升抑制电路，在所述第1比较器检测到负载开路状态的情况下，该箝位电压上升抑制电路抑制所述箝位电路的箝位电压的上升。
此外，本发明的负载驱动电路的特征在于，其具有：第1端子，该第1端子与电源连接；第2端子，该第2端子与负载连接；开关元件，该开关元件连接在所述第1端子和所述第2端子之间；第1比较器，该第1比较器比较比输入到所述第1端子的输入电压低的第1基准电压和所述第2端子的电压来检测所述开关元件处于断开状态并且所述第2端子没有连接所述负载的负载开路状态；箝位电路，在处于所述负载开路状态的情况下，该箝位电路将所述第2端子的电压箝位在比所述第1基准电压高并且比所述输入电压低的箝位电压；第2比较器，该第2比较器比较比所述输入电压低并且比所述箝位电压高的第2基准电压和所述第2端子的电压来检测输出端误连接电源状态；电容器，该电容器的一端与所述第2端子连接，另一端与第3端子连接；以及自举电路，该自举电路根据所述第1端子的电源的电压生成恒定电压，利用恒定电压将充电电流提供给所述第3端子；其中，在所述第1比较器检测到负载开路状态的情况下，所述第2比较器将所述第2基准电压设定成比如下电流所产生的电压高并且比所述输入电压低的电压，该电流包含从所述自举电路经由所述第3端子和所述电容器而流到所述箝位电路的电流。
根据本发明，在第1比较器检测到负载开路状态的情况下，箝位电压上升抑制电路抑制箝位电路的箝位电压的上升。此外，在第1比较器检测到负载开路状态的情况下，将第2基准电压设定成比如下电流所产生的电压高并且比所述输入电压低的电压，该电流包含从所述自举电路经由所述第3端子和所述电容器而流到所述箝位电路的电流。因此，根据本发明，能够防止输出端误连接电源状态的误检测。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的负载驱动电路的电路结构的图。
图2是示出本发明的实施例1的负载驱动电路的各个部分的工作波形的图。
图3是示出本发明的实施例2的负载驱动电路的电路结构的图。
图4是示出本发明的实施例3的负载驱动电路的电路结构的图。
图5是示出现有的负载驱动电路的电路结构的图。
图6是示出现有的负载驱动电路的各个部分的工作波形的图。
标号说明
11…升压电路
12…缓冲电路
13…控制电路
14…箝位电路
15…恒流源
16…充电电流停止电路
17…放电停止电路
20…负载
BS…自举电路
Q1…开关元件
E…电源
C1…电容器
Vcc…电源端子
OUT…输出端子
CP1…第1比较器
CP2…第2比较器
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式的负载驱动电路。另外，针对与图5所示的现有的负载驱动电路相同的结构，使用与现有技术中使用的标号相同的标号。
实施例1
图1是示出本发明的实施例1的负载驱动电路的电路结构的图。图1所示的负载驱动电路具有电源端子Vcc、开关元件Q1、升压电路11、缓冲电路12、控制电路13、输出端子OUT、箝位电路14、恒流电路15、第1比较器CP1、第2比较器CP2、自举电路BS、以及充电电流停止电路16，该负载驱动电路使用从与电源端子Vcc连接的电源E输入的电力来驱动与输出端子OUT连接的负载20。
开关元件Q1使得从电源端子Vcc到输出端子OUT的电力供给路径接通/断开，利用接通/断开来控制流过负载20的电流。开关元件Q1使用MOSFET作为高压侧开关，开关元件Q1的漏极与电源端子Vcc连接，源极与输出端子OUT连接。另外，也可以使用双极晶体管作为开关元件Q1。
此外，在开关元件Q1的栅极/源极之间并联连接有电阻R1和栅极保护用恒压二极管ZD1。开关元件Q1、电阻R1、栅极保护用恒压二极管ZD1、缓冲电路12以及箝位电路14构成高压侧驱动电路。
控制电路13经由缓冲电路12与升压电路11连接，输出对开关元件Q1的接通/断开动作进行控制的控制信号。控制电路13利用对电压E进行升压的升压电路11将控制信号升压到比电压E高的电压，施加到开关元件Q1的栅极，控制开关元件Q1的接通/断开动作。
恒流电路15与开关元件Q1并联地连接在电源端子Vcc和输出端子OUT之间，流过不会驱动负载20的程度(例如，几十μA～100μA)的恒定电流I。
箝位电路14具有负载20的阻抗的10倍以上、优选100倍以上的阻抗，与负载20并联连接。在开关元件Q1断开并且是负载开路状态时，流过恒流电路15的恒定电流I只流过箝位电路14。
因此，箝位电压由流过恒流电路15的恒定电流I和箝位电路14的阻抗决定，成为比地电位高并且比电压E低的值。另外，在开关元件Q1断开并且不是负载开路状态时，恒流电路15流出的恒定电流I几乎都流过负载20，输出端子OUT的电压Vout大致成为地电位。
第1比较器CP1、第2比较器CP2的功能与图5所示的相同，因此省略相关说明。
电容器C1是自举电容器，其一端与输出端子OUT连接，另一端与amp端子连接。自举电路BS具有根据电源端子Vcc的电源的电压E生成恒定电压的恒压电路，利用恒定电压将充电电流提供给amp端子。另外，在实施例中，由自举电路BS和电容器C1构成自举电路。
此外，在自举电路BS和amp端子之间设有充电电流停止电路16。该充电电流停止电路16由开关构成，该充电电流停止电路16构成在第1比较器CP1检测到负载开路状态的情况下，抑制箝位电路14的箝位电压的上升的箝位电压上升抑制电路。
接下来，参照图2来详细说明这样构成的实施例1的负载驱动电路的动作。
首先，正常时，即不是负载开路状态以及输出端误连接电源状态的情况下，如果开关元件Q1成为接通状态，则在负载20中流过电流，输出端子OUT的电压Vout成为输入电压E。正常时，如果开关元件Q1成为断开状态，则恒流电路15流出的恒定电流I几乎流过负载20。
因此，开关元件Q1处于断开状态时的输出端子OUT的电压Vout大致成为地电位，低于基准电压V1以及基准电压V2两者。由此，第1比较器CP1以及第2比较器CP2的输出都成为L电平(低电平)，未检测到负载开路状态以及输出端误连接电源状态。
在处于负载开路状态的情况下，如果开关元件Q1成为接通状态，则输出端子OUT的电压Vout成为电压E。
接着，在处于负载开路状态的情况下，如果开关元件Q1成为断开状态，则恒流电路15流出的恒定电流I流过箝位电路14，利用箝位电路14将输出端子OUT的电压Vout箝位在箝位电压。因此，开关元件Q1处于断开状态时的输出端子OUT的电压Vout高于基准电压V1。由此，第1比较器CP1的输出成为H电平，因此检测到负载开路状态。
当从第1比较器CP1向充电电流停止电路16输出了负载开路状态检测信号时，充电电流停止电路16的开关断开，因此，停止从自举电路10向电容器C1提供充电电流。因此，箝位电路14的箝位电压Vclamp不会由于来自自举电路10的充电电流而上升。
因此，箝位电压Vclamp不会超过第2基准电压V2，所以第2比较器CP2输出L电平。由此，能够防止输出端误连接电源状态的误检测。
此外，在处于输出端误连接电源状态的情况下，箝位电压成为电压E，所以电压E输入到第2比较器CP2的同相端子，第2基准电压V2输入到比较器CP2的反相端子，因此，第2比较器CP2输出H电平。由此，能够检测到输出端误连接电源状态。
图2是示出本发明的实施例1的负载驱动电路的各个部分的工作波形的图。如图2所示，通常，在时刻t0～t1，停止向电容器C1的充电电流(充电电流停止区间T2)，在时刻t1～t2，向电容器C1流入充电电流。
但是，在包含应该向电容器C1流入充电电流的时刻t3～t4的区间T1中，在成为负载开路状态的情况下，在时刻t3～t4，断开充电电流停止电路16的开关，由此停止来自自举电路10的充电电流。由此可知，能够将输出端子OUT的电压即箝位电压维持为恒定电压。
实施例2
图3是示出本发明的实施例2的负载驱动电路的电路结构的图。图3所示的实施例2的负载驱动电路的特征在于，取代图1所示的实施例1的负载驱动电路的充电电流停止电路16，而设有放电停止电路17。
另外，其它结构与实施例1的负载驱动电路的结构相同，因此省略它们的说明。
放电停止电路17由连接在自举电路BS与地之间的开关构成，在第1比较器CP1检测到负载开路状态的情况下，通过断开开关来停止从电容器C1经由自举电路BS流向地的电流的放电。
对这样构成的实施例2的负载驱动电路的动作进行说明。正常时的动作以及负载开路状态时的动作与实施例1的负载驱动电路的动作相同，因此，这里说明开关元件Q1是处于断开状态并且第1比较器CP1检测到负载开路状态时的动作。
首先，开始从电容器C1向地放电，amp端子的输出降低。这样，自举电路BS的恒压电路欲向amp端子流入电流以输出恒定电压。
但是，当经由amp端子向电容器C1流入电流时，箝位电路14的电压就会上升。因此，箝位电路14的电压成为第1基准电压V1以上，因此，第1比较器CP1将H电平输出到放电停止电路17的开关。
因此，放电停止电路17的开关断开，停止从电容器C1经由自举电路BS流向地的放电电流。
由此，箝位电路14的电压不再上升，因此箝位电压Vclamp不会超过第2基准电压V2，所以第2比较器CP2输出L电平。由此，能够防止输出端误连接电源状态的误检测。
此外，在处于输出端误连接电源状态的情况下，箝位电压成为电压E，因此，电压E输入到第2比较器CP2的同相端子，第2基准电压V2输入比较器CP2的反相端子，因此第2比较器CP2输出H电平。由此，能够检测到输出端误连接电源状态。
实施例3
图4是示出本发明的实施例3的负载驱动电路的电路结构的图。实施例3的负载驱动电路的特征在于，取代图1所示的实施例1的负载驱动电路的充电电流停止电路16，而在第1比较器CP1检测到负载开路状态的情况下，第2比较器CP2将第2基准电压V2设定成比如下电流所产生的电压高并且比电压E低的电压，该电流包含从自举电路BS经由amp端子和电容器C1流入箝位电路14的电流。
另外，其它结构与实施例1的负载驱动电路的结构相同，因此它们的省略说明。
对这样构成的实施例3的负载驱动电路的动作进行说明。正常时的动作以及负载开路状态时的动作与实施例1的负载驱动电路的动作相同，因此，这里说明开关元件Q1处于断开状态并且第1比较器CP1检测到负载开路状态时的动作。
首先，当第1比较器CP1检测到负载开路状态时，从第1比较器CP1向第2比较器CP2的第2基准电压V2发送负载开路状态检测信号。根据负载开路状态检测信号，将第2基准电压V2设定成比由于包含从自举电路BS经由amp端子和电容器C1流入箝位电路14的电流I1的电流I2而产生的电压Vclamp2高并且比电压E低的电压。优选根据电压E设定第2基准电压V2。
这里，电流I2是从自举电路BS经由amp端子和电容器C1流向箝位电路14的电流I1与来自恒流电路15的电流I的合计电流。电流I2所产生的电压Vclamp2比来自恒流电路15的电流I所产生的电压Vclamp大。
因为第2基准电压V2是比电压Vclamp2高并且比电压E低的电压，所以在不是输出端误连接电源状态的情况下，箝位电压Vclamp2不会超过第2基准电压V2，所以第2比较器CP2输出L电平。由此，能够防止输出端误连接电源状态的误检测。
此外，在处于输出端误连接电源状态的情况下，箝位电压成为电压E，因此，电压E输入到第2比较器CP2的同相端子，比电压Vclamp2高并且比电压E低的电压输入到比较器CP2的反相端子，因此，第2比较器CP2输出H电平。由此，能够检测到输出端误连接电源状态。

Claims (1)

1.一种负载驱动电路，其特征在于，
该负载驱动电路具有：
第1端子，该第1端子与电源连接；
第2端子，该第2端子与负载连接；
开关元件，该开关元件连接在所述第1端子和所述第2端子之间；
第1比较器，该第1比较器比较比输入到所述第1端子的输入电压低的第1基准电压和所述第2端子的电压来检测所述开关元件处于断开状态并且所述第2端子没有连接所述负载的负载开路状态；
箝位电路，在处于所述负载开路状态的情况下，该箝位电路将所述第2端子的电压箝位在比所述第1基准电压高并且比所述输入电压低的箝位电压；
第2比较器，该第2比较器比较比所述输入电压低并且比所述箝位电压高的第2基准电压和所述第2端子的电压来检测所述开关元件处于断开状态并且所述第2端子连接到所述电源的输出端误连接电源状态；
电容器，该电容器的一端与所述第2端子连接，另一端与第3端子连接；
自举电路，该自举电路根据所述第1端子的电源的电压生成恒定电压，利用恒定电压将充电电流提供给所述第3端子；以及
箝位电压上升抑制电路，在所述第1比较器检测到负载开路状态的情况下，该箝位电压上升抑制电路基于来自所述第1比较器的负载开路状态检测信号，抑制所述箝位电路的箝位电压的上升，
所述箝位电压上升抑制电路由充电电流停止电路构成，在所述第1比较器检测到负载开路状态的情况下，所述充电电流停止电路停止从所述自举电路流入所述第3端子和所述电容器的充电电流，
所述充电电流停止电路包括开关，所述开关电连接于所述自举电路与所述第3端子之间，当所述第1比较器检测到负载开路状态的情况下，所述开关被断开。
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