CN114465221B - 耐压电路、总线驱动器和电源供应器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种耐压电路、总线驱动器和电源供应器。该耐压电路包括：第一单向导通元件，所述第一单向导通元件的阳极用于与外部电路连接；第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一单向导通元件的阴极连接，另一端与第一开关管的控制端连接；所述第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述第一单向导通元件的阴极连接；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的第二端连接，另一端与所述输出端口连接；耐压驱动模块，所述耐压驱动模块的一端与所述第一开关管的第二端连接，所述耐压驱动模块的另一端与所述输出端口连接。采用本申请的电路能够保证驱动电路的输出端口的驱动能力且实现耐压功能。

Description

耐压电路、总线驱动器和电源供应器

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤其是涉及一种耐压电路、总线驱动器和电源供应器。

背景技术

在驱动电路中，不仅要保证整个电路具有特定的驱动电平，还需要电路具有一定的耐压能力。传统的方式采用二极管进行限流，以防止在电路的输出端口所产生的高压影响电路的正常运行。然而，传统的耐压电路不能保证驱动电路的输出端口的驱动能力且实现耐压功能。

发明内容

基于此，有必要提供一种耐压电路、总线驱动器和电源供应器，能够保证驱动电路的输出端口的驱动能力且实现耐压功能。

一种耐压电路，包括：

第一单向导通元件，所述第一单向导通元件的阳极用于与外部电路连接；

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一单向导通元件的阴极连接，另一端与第一开关管的控制端连接；

所述第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述第一单向导通元件的阴极连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的第二端连接，另一端与所述输出端口连接；

耐压驱动模块，所述耐压驱动模块的一端与所述第一开关管的第二端连接，所述耐压驱动模块的另一端与所述输出端口连接。

一种总线驱动器，包括本申请各实施例所述的耐压电路。

一种电源供应器，包括本申请各实施例所述的耐压电路。

上述耐压电路、总线驱动器和电源供应器，通过第一单向导通元件、第一电阻、第一开关管、第二电阻和耐压驱动模块形成的链路，能够保证耐压驱动模块的驱动能力即保证电路的输出端口的驱动能力，同时防止输出端口所产生的正负高压对外部电路产生影响，并且成本低。

附图说明

图1为一个实施例中耐压电路的电路图；

图2为一个实施例中耐压驱动模块110的电路图；

图3为另一个实施例中耐压电路的电路图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或者数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

本申请实施例中的开关管可以是宽禁带场效应管、IGBT（Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或者MOSFET（Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，金属-氧化物-半导体形场效应管）。宽禁带场效应管可以是SiC场效应管或者GaN场效应管等。本申请实施例中的开关管的控制端是指开关管的栅极，第一端是源极和漏极中的一种，第二端不同于第一端。具体第一端可以是源极，第二端可以是漏极。单向导通元件是指在一条通路中具有单向导通功能的元件。单向导通元件具体可以是二极管。可以理解的是，单向导通元件也可以是以二极管的形式接入电路的开关管。该开关管可以实现单向导通的功能。

在一个实施例中，如图1所示，为一个实施例中耐压电路的电路图。其中包括第一单向导通元件D1、第一电阻R1、第一开关管M1、第二电阻R2、输出端口PAD、耐压驱动模块110以及外部电路120。第一单向导通元件D1的阳极用于与外部电路连接。第一电阻R1的一端与第一单向导通元件D1的阴极连接，另一端与第一开关管M1的控制端连接。第一开关管M1的第一端与第一单向导通元件D1的阴极连接。第二电阻R2的一端与第一开关管M1的第二端连接，另一端与输出端口PAD连接。耐压驱动模块110的一端与第一开关管M1的第二端连接，耐压驱动模块110的另一端与输出端口PAD连接。

其中，耐压驱动模块110包含驱动端，驱动端为耐压驱动模块110提供驱动电压，保证输出端口PAD的正常输出。耐压驱动模块110中包括相连的第二开关管和第三开关管，防止高压输入。

具体地，在正常工作的状态下，外部电路产生的电流流经第一单向导通元件D1和第一电阻R1，第一电阻R1上产生的压降使得耐压驱动模块110中的第二开关管导通。耐压驱动模块110工作时，向输出端口PAD输出低电平，且第二开关管的压降很小。

当输出端口PAD有正高压输入时，由于耐压驱动模块110具有耐压功能，电流无法流经耐压驱动模块110，电流从第二电阻R2流经第一开关管M1。由于第一单向导通元件D1的限流作用，电流无法进入外部电路，电流流经第一电阻R1。第一电阻R1可以接地，因此输出端口PAD所产生的高压不会流入该外部电路。

当输出端口PAD有负高压输入时，电流无法流经耐压驱动模块110，该链路可以耐负压。此时第一开关管M1不导通，负高压无法流入外部电路，可以耐负高压。

上述耐压电路，通过第一单向导通元件、第一电阻、第一开关管、第二电阻和耐压驱动模块形成的链路，能够保证耐压驱动模块的驱动能力即保证电路的输出端口的驱动能力，同时防止输出端口所产生的正负高压对外部电路产生影响，并且成本低。

在一个实施例中，耐压驱动模块110包括第二开关管M2和第三开关管M3；第二开关管M2的控制端与第一开关管M1的第二端连接，第二开关管M2的第一端与输出端口连接；第三开关管M3的第二端与第二开关管M2的第二端连接，第三开关管M3的控制端为驱动端。

具体地，如图2所示，为一个实施例中耐压驱动模块110的电路图。其中包括第二开关管M2第二开关管M2的类型可以与第三开关管M3的类型相同。如第三开关管M3为NMOS管，第二开关管M2也为NMOS管。

本实施例中，第三开关管M3作为驱动管，能够产生驱动电平，再通过设置第二开关管M2，能够达到不降低驱动电平且使得电路具有耐正负高压的性能的效果。

在一个实施例中，第一开关管M1为PMOS管；第二开关管M2为NMOS管；第三开关管M3为NMOS管。

具体地，PMOS管在Vgs小于某个值时导通，NMOS管在Vgs大于某个值时导通。在正常状态下，由于第三开关管M3为NMOS管，则第三开关管M3的控制端为N型驱动端，那么VDRN为高输入，使得第三开关管M3导通。又由于第二开关管M2为NMOS管，通过第一电阻R1产生合适的压降，使得第一开关管M1（PMOS管）工作在线性区。即第一电阻R1到第一开关管M1之间的①为低电平，第一开关管M1到第二开关管M2之间的②的电压即第二开关管M2的栅极电压，等于第一单向导通元件D1到第一开关管M1之间的③的电压，且等于外部电路120输入的VDD减去第一单向导通元件D1的阈值。因此，第二开关管M2可以导通，同时第二开关管M2产生的Vds压降很低，保证正常驱动时输出端口的电压可以很低。

本实施例中，第三开关管M3为NMOS管，因此驱动端为N型驱动端；通过PMOS管和NMOS管的配合，使得输出端口的输出电平更低，并且电路成本低。

在一个实施例中，第一开关管M1包含第一寄生二极管，第一寄生二极管的阳极与第二开关管M2的控制端连接，第一寄生二极管的阴极与第一单向导通元件D1的阴极连接；

第二开关管M2包含第二寄生二极管，第二寄生二极管的阳极与输出端口连接，第二寄生二极管的阴极与第三开关管M3的第二端连接；

第三开关管M3包含第三寄生二极管，第三寄生二极管的阳极与第三开关管M3的第一端连接，第三寄生二极管的阴极与第二开关管M2的第二端连接。

其中，在第三开关管M3无输入的驱动电平的情况下，输出端口可能出现高压。第一电阻R1的该另一端可接地，还可以通过第三电阻R3接地。

具体地，在正常状态下，第一开关管M1导通，第二开关管M2的栅极为高电平，使得第二开关管M2导通，因此在耐压驱动模块工作时，第一开关管M2向输出端口PAD输出低电平。

在输出端口出现正高压的情况下，即第三开关管M3无驱动电平的情况下，由于第二开关管M2的阴极与第三开关管M3的第二端连接，因此电流可以经过第二开关管M2流向第三开关管M3。又由于第三开关管M3的阴极与该第二开关管M2的第二端连接，因此电流无法流经第三开关管M3，因此该输出端口到第三开关管M3的链路可以耐高压。此外，在输出端口出现高压的情况下，电流可流经第二电阻R2以及第一开关管M1。由于第一单向导通元件D1的限制，电流流经第一电阻R1后不输入外部电路120，因此上述链路也可以耐高压。

在输出端口出现负高压的情况下，即第三开关管M3无驱动电平的情况下，由于第二寄生二极管和第三寄生二极管的连接方向相反，因此，耐压驱动模块110可以耐负高压。

本实施例中，通过寄生二极管的设置方向，控制电流流经方向，使得驱动电路能够耐正负高压。

在一个实施例中，耐压电路还包括第四开关管M4；第四开关管M4的第一端与第一电阻R1的一端连接，第四开关管M4的第二端与第一开关管M1的控制端连接，第四开关管M4的控制端为使能端。

具体地，第四开关管M4接入第一单向导通元件D1和第一开关管M1之间，并且第四开关管M4的控制端为使能端，通过使能端能够控制第四开关管M4的通断。第四开关管M4的第二端还可以接地。

那么，在使能开启状态下，在输出端口输入正高压的情况下，由于耐压驱动模块110具有耐高压的功能，因此该链路可以耐高压。此时第四开关管M4和第一开关管M1均导通，第一单向导通元件D1不导通，因此该链路可以耐高压。由于第一电阻R1和第二电阻R2的阻值均较大，因此高电压流经两个电阻后只有较小的电流流到地，可以耐正高压并限制到地的电流大小。

在使能关闭状态下，第一开关管M1断开，那么第二电阻R2、第一开关管M1、第一电阻R1所组成的链路处于断路状态，不会形成到地负载，也能够耐高压。那么，通过增加第四开关管M4，能够减少输出端口出现正高压时的到地负载。

在一个实施例中，耐压电路还包括第三电阻R3；第三电阻R3的一端与第四开关管M4的第二端连接，第三电阻R3的另一端与地连接。

本实施例中，接入第三电阻R3，使得在输出端口出现正高压或者负高压的情况下能够减小到地电流。

在一个实施例中，耐压电路还包括第二单向导通元件D2；第二单向导通元件D2的阳极用于通过耐压模块与外部电路120连接，第二单向导通元件D2的阴极与输出端口连接。

具体地，在输出端口出现正高压的情况下，电流无法流经第二单向导通元件D2。

第二单向导通元件D2的阳极通过耐压模块与外部电路120连接，第二单向导通元件D2的阴极与输出端口连接，则在输出端口出现负高压的情况下，外部电路120的输入电平无法通过该耐压模块，从而耐压模块和第二单向导通元件D2所组成的链路可以耐负高压。第二单向导通元件D2还可以通过第四电阻R4与输出端口连接。

本实施例中，通过接入第二单向导通元件D2，当在外部电路120有多于一个接口时，也可以同时实现耐正负高压。

在一个实施例中，耐压模块包括第三单向导通元件D3和第四单向导通元件D4；

第三单向导通元件D3的阳极与第二单向单通元件的阳极连接；第三单向导通元件D3的阴极用于与外部电路120连接；

第四单向导通元件D4的阳极与第二单向单通元件的阳极连接；第四单向导通元件D4的阴极用于与外部电路120连接。

本实施例中，通过第二单向导通元件D2、第三单向导通元件D3和第四单向导通元件D4，可以耐正负高压，且电路的成本低。

在一个实施例中，如图3所示，图3为另一个实施例中耐压电路的电路图。图中虚线框部分的电路为外部电路120。图中第一开关管M1为PMOS管、第二开关管M2为NMOS管、第三开关管M3为N型LDMOS（Laterally-diffused metal-oxide semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体）驱动管、第四开关管M4为N型LDMOS管。开关管M5为N型LDMOS管。开关管M6为P型LDMOS管。第四开关管M4为使能管。采用N型LDMOS能过满足耐高压、实现功率控制的要求。IB为偏置电流流入。VSW为第四开关管M4的使能端输入。VDRN为第三开关管M3的驱动端输入。当驱动端VDRN有电压输入时，使能端VSW也有电压输入。

在正常工作状态时，IB为偏置电流输入，此时D3所在的MOS管导通，

电流流经第四单向导通元件D4，使得链路④电压高于开关管M5的阈值电压，M5管导通，链路⑤被拉低，则开关管M6导通，第一单向导通元件D1导通，电流流经第一电阻R1和第三电阻R3，其中R1的阻值远大于R3，产生合适压降使得第一开关管M1工作在线性区，即链路①为低电平，链路②的电压等于链路③的电压，且等于VDD减去第一单向导通元件D1的阈值。从而第二开关管M2导通且产生的VDS压降很低，保证正常工驱动时输出端口PAD的电压可以很低。

耐正高压：在使能开启状态下，即第四开关管M4导通的情况下，当输出端口PAD有一个40V高压，第二开关管M2导通。在第三开关管M3无驱动的情况下，第三开关管M3的漏极到衬底的PN结不导通，因此该链路可以耐高压。第二单向导通元件D2同样不导通，该链路也能耐高压。此时第一开关管M1（其漏极可以耐高压）和第四开关管M4（其漏极可以耐高压）均导通。链路⑥和链路②同样为高电压（分别为第一电阻R1与第二电阻R2的分压），第一单向导通元件D1不导通，该通路可以耐高压。由于第一电阻R1和第二电阻R2的阻值均较大，高电压流经两个电阻后只有比较小的电流流到地，可以耐高压并限制电流大小。

耐正高压：使能关闭状态下，即第四开关管M4不导通的情况下，输出端口PAD有一个高压，第四开关管M4不导通，第二开关管M2导通，⑥与②同为高压，第一单向导通元件D1和第二单向导通元件D2均不导通，该链路可以耐高压。第二开关管M2的第二寄生二极管导通，第三开关管M3的第三寄生二极管不导通，该通路也能耐高压。第二电阻R2降低到地的电流以及保护第二开关管M2的Vgs不被击穿。

耐负高压：使能开启状态下，当输出端口PAD有一个-40V电压，第二开关管M2衬底到漏极的PN结不导通，可以耐负压。第三开关管M3的漏极到衬底端的PN结不导通，可以耐负压。此时第三单向导通元件D3所在的MOS管的电流全部流经第二单向导通元件D2，链路⑥为低电压，且无法经第三单向导通元件D3所在的MOS管的PN结导通到电源。并且第四单向导通元件D4不导通，第四电阻R4可以起到限流作用，可以耐负压。

耐负高压：使能关闭状态下，当输出端口PAD有一个-40V电压，第二开关管M2衬底到漏极的PN结不导通，可以耐负压。第三开关管M3的漏极到衬底端的PN结不导通，可以耐负压。链路⑥为低电压，第四单向导通元件D4不导通，可以耐负压。

上述耐压电路，通过第一单向导通元件、第一电阻、第一开关管、第二电阻和耐压驱动模块形成的链路，能够保证耐压驱动模块的驱动能力即保证电路的输出端口的驱动能力，同时防止输出端口所产生的正负高压对外部电路产生影响，并且成本低。

上述耐压电路可以应用于总线驱动器、电源供应器中。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种耐压电路，其特征在于，包括：

第一单向导通元件，所述第一单向导通元件的阳极用于与外部电路连接；

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一单向导通元件的阴极连接，另一端与第一开关管的控制端连接；

所述第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述第一单向导通元件的阴极连接；所述第一开关管包含第一寄生二极管，所述第一寄生二极管的阳极与第二开关管的控制端连接，所述第一寄生二极管的阴极与所述第一单向导通元件的阴极连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一开关管的第二端连接，另一端与输出端口连接；

耐压驱动模块，包括所述第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的控制端与所述第一开关管的第二端连接，所述第二开关管的第一端与所述输出端口连接；所述第二开关管包含第二寄生二极管，所述第二寄生二极管的阳极与所述输出端口连接，所述第二寄生二极管的阴极与所述第三开关管的第二端连接；

所述第三开关管的第二端与所述第二开关管的第二端连接，所述第三开关管的控制端为驱动端；所述第三开关管包含第三寄生二极管，所述第三寄生二极管的阳极与所述第三开关管的第一端连接，所述第三寄生二极管的阴极与所述第二开关管的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关管为PMOS管；所述第二开关管为NMOS管；所述第三开关管为NMOS管。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第四开关管；所述第四开关管的第一端与所述第一电阻的一端连接，所述第四开关管的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第四开关管的控制端为使能端。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第三电阻；所述第三电阻的一端与所述第四开关管的第二端连接，所述第三电阻的另一端与地连接。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第二单向导通元件；

所述第二单向导通元件的阳极用于通过耐压模块与所述外部电路连接，所述第二单向导通元件的阴极与所述输出端口连接。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述耐压模块包括第三单向导通元件和第四单向导通元件；

所述第三单向导通元件的阳极与所述第二单向单通元件的阳极连接；所述第三单向导通元件的阴极用于与所述外部电路连接；

所述第四单向导通元件的阳极与所述第二单向单通元件的阳极连接；所述第四单向导通元件的阴极用于与所述外部电路连接。

7.一种总线驱动器，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的耐压电路。

8.一种电源供应器，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的耐压电路。