具有过流保护功能的多级大电流MOSFET驱动电路的制作方法

本发明涉及低压大电流伺服驱动器领域，特别是一种具有过流保护功能的多级大电流mosfet驱动电路。

背景技术：

在伺服驱动器领域，目前应用较为广泛的多为大型、高压产品，然而，在机器人关节、军用设备等场合，受工作条件的限制和出于安全因素的考虑，对于可以通过较低电压的蓄电池进行供电的小型伺服驱动器有着强烈的需求。

在相同功率工作的条件下，小型低压伺服驱动器的输出电流是高压伺服驱动器的几倍甚至十几倍。为驱动大电流mosfet，对驱动电路的设计提出了更高的要求。驱动大电流mosfet，需要普通mosfet数倍甚至数十倍的栅极电流，同时需要进行过流保护。目前大电流mosfet的驱动ic集成度不高，多采用在驱动电路的外围用分立元件搭建过流保护电路的方式，这种方法虽然满足驱动和保护需求，但加大了设计难度，增大了驱动板的体积，降低了伺服驱动器的功率密度，越来越难以满足机器人关节、军用设备等特殊场合对空间、重量的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种体积小、功率密度高、具有过流保护功能的多级大电流mosfet驱动电路。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有电流保护功能的多级大电流mosfet驱动电路，包括一级驱动电路、过流检测电路、二级驱动电路和mosfet，其中mosfet包括并联设置的第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2；

所述一级驱动电路用于进行过流检测，一级驱动电路的端口in接收控制侧的pwm信号；端口cs与过流检测电路连接，进行过流判断；端口fault将过流信号反馈到控制侧，发出过流警报；

所述过流检测电路用于检测流过mosfet的电流大小，并将电流数据传输至一级驱动电路；

所述二极驱动电路输入侧与一级驱动电路连接，输出侧与mosfet的栅极连接，用于驱动mosfet。

进一步地，所述一级驱动电路包括第一电容c1、第四电容c4、第六电容c6、第七电容c7、第八电阻r8以及第一驱动芯片irs2127；

所述第一驱动芯片的vcc端、第四电容c4的第一端、第七电容c7的第一端均接入电源vcc，第七电容c7的第二端接地gnd；第四电容c4的第二端、第一驱动芯片的端口com接地gnd；第一电容c1串接于第一驱动芯片的端口vb、端口vs之间，第一驱动芯片的端口vb接入电源vcc；第六电容c6串接于第一驱动芯片的端口cs、端口vs之间；第八电阻r8的第一端与第一驱动芯片的端口ho连接，控制侧的pwm信号接入第一驱动芯片的端口in，第一驱动芯片的端口fault接入控制侧的fpga。

进一步地，所述二级驱动电路包括第二电容c2、第三电容c3、第五电容c5、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二二极管d2以及第二驱动芯片1edni60n12af；

所述一级驱动电路中第八电阻r8的第二端接入第二驱动芯片的端口in1；第二驱动芯片的端口in2、端口gnd与一级驱动电路中第一驱动芯片的端口vs连接后，公共端接入mosfet的源极；第五电容c5串接于第二驱动芯片的端口vcc1、端口gnd1之间，第三电容c3串接于第二驱动芯片的端口gnd1、端口gnd2之间，第二二极管d2的正极接入第二驱动芯片的端口gnd2、负极接入第二驱动芯片的端口gnd1；第二电容c2串接于第二驱动芯片的端口vcc2、端口gnd2之间，第二驱动芯片的端口vcc2接电源vcc；第二驱动芯片的端口out1分别接入第二电阻r2、第四电阻r4的第一端，第二驱动芯片的端口out2分别接入第一电阻r1、第三电阻r3的第一端；第一电阻r1、第二电阻r2的第二端均接入第五电阻r5的第一端，第五电阻r5的第一端接入第二大电流mosfetq2的栅极；第三电阻r3、第四电阻r4的第二端均接入第六电阻r6的第一端，第六电阻r6的第一端接入第一大电流mosfetq1的栅极。

进一步地，所述过流检测电路包括第七电阻r7、第九电阻r9和第一二极管d1；

所述一级驱动电路cs端口的b点与第七电阻r7、第九电阻r9的第一端连接，所述第九电阻r9的第二端与第一二极管d1正极连接，所述第一二极管d1的负极与第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2的漏极连接；

当所述第一大电流mosfetq1或第二大电流mosfetq2发生短路，导致一级驱动电路中第一驱动芯片的端口cs的b点电压升高，端口cs通过内部比较电路判断是否发生过流现象，如果发生过流现象则通过第一驱动芯片的端口fault将过流信息反馈到控制侧，发出过流警报。

进一步地，所述二极驱动电路最大栅极驱动电流为10a，用于开通和关断第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用两级驱动的方式，将大电流驱动和过流保护功能集成在一起，外围电路简单，集成度高，减小了驱动电路的体积，提升了伺服驱动器的功率密度；(2)具有过流保护功能，提高了mosfet驱动电路的安全性。

附图说明

图1是本发明一种具有过流保护的多级大电流mosfet驱动电路的结构框图。

图2是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

本发明具有电流保护功能的多级大电流mosfet驱动电路，包括一级驱动电路、过流检测电路、二级驱动电路和mosfet，其中mosfet包括并联设置的第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2；

所述一级驱动电路用于进行过流检测，一级驱动电路的端口in接收控制侧的pwm信号；端口cs与过流检测电路连接，进行过流判断；端口fault将过流信号反馈到控制侧，发出过流警报；

所述过流检测电路用于检测流过mosfet的电流大小，并将电流数据传输至一级驱动电路；

所述二极驱动电路输入侧与一级驱动电路连接，输出侧与mosfet的栅极连接，用于驱动mosfet。

进一步地，所述一级驱动电路包括第一电容c1、第四电容c4、第六电容c6、第七电容c7、第八电阻r8以及第一驱动芯片irs2127；

所述第一驱动芯片的vcc端、第四电容c4的第一端、第七电容c7的第一端均接入电源vcc，第七电容c7的第二端接地gnd；第四电容c4的第二端、第一驱动芯片的端口com接地gnd；第一电容c1串接于第一驱动芯片的端口vb、端口vs之间，第一驱动芯片的端口vb接入电源vcc；第六电容c6串接于第一驱动芯片的端口cs、端口vs之间；第八电阻r8的第一端与第一驱动芯片的端口ho连接，控制侧的pwm信号接入第一驱动芯片的端口in，第一驱动芯片的端口fault接入控制侧的fpga。

进一步地，所述二级驱动电路包括第二电容c2、第三电容c3、第五电容c5、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二二极管d2以及第二驱动芯片1edni60n12af；

所述一级驱动电路中第八电阻r8的第二端接入第二驱动芯片的端口in1；第二驱动芯片的端口in2、端口gnd与一级驱动电路中第一驱动芯片的端口vs连接后，公共端接入mosfet的源极；第五电容c5串接于第二驱动芯片的端口vcc1、端口gnd1之间，第三电容c3串接于第二驱动芯片的端口gnd1、端口gnd2之间，第二二极管d2的正极接入第二驱动芯片的端口gnd2、负极接入第二驱动芯片的端口gnd1；第二电容c2串接于第二驱动芯片的端口vcc2、端口gnd2之间，第二驱动芯片的端口vcc2接电源vcc；第二驱动芯片的端口out1分别接入第二电阻r2、第四电阻r4的第一端，第二驱动芯片的端口out2分别接入第一电阻r1、第三电阻r3的第一端；第一电阻r1、第二电阻r2的第二端均接入第五电阻r5的第一端，第五电阻r5的第一端接入第二大电流mosfetq2的栅极；第三电阻r3、第四电阻r4的第二端均接入第六电阻r6的第一端，第六电阻r6的第一端接入第一大电流mosfetq1的栅极。

进一步地，所述过流检测电路包括第七电阻r7、第九电阻r9和第一二极管d1；

所述一级驱动电路cs端口的b点与第七电阻r7、第九电阻r9的第一端连接，所述第九电阻r9的第二端与第一二极管d1正极连接，所述第一二极管d1的负极与第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2的漏极连接；

当所述第一大电流mosfetq1或第二大电流mosfetq2发生短路，导致一级驱动电路中第一驱动芯片的端口cs的b点电压升高，端口cs通过内部比较电路判断是否发生过流现象，如果发生过流现象则通过第一驱动芯片的端口fault将过流信息反馈到控制侧，发出过流警报。

进一步地，所述二极驱动电路最大栅极驱动电流为10a，用于开通和关断第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2。

以下结合附图和实施案例对本发明作进行进一步的详细说明。

实施例

结合图1，本发明一种具有电流保护功能的多级大电流mosfet驱动电路，其特征在于，包括一级驱动电路、过流检测电路、二级驱动电路和mosfet，其中mosfet包括并联设置的第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2；

所述一级驱动电路用于进行过流检测，其端口\in接收控制侧的pwm信号，端口cs与过流检测电路连接，进行过流判断，端口\fault将过流信号反馈到控制侧，发出过流警报；

所述过流检测电路用于检测电流大小，并将电流数据传输至一级驱动电路；

所述二极驱动电路输入侧与一级驱动电路连接，输出侧与mosfet的栅极连接，用于驱动mosfet。

结合图2，所述一级驱动电路包括第一fpga、第一电容c1、第四电容c4、第六电容c6、第七电容c7、第八电阻r8；所述过流检测电路包括第七电阻r7、第九电阻r9和第一二极管d1；所述二级驱动电路包括第二fpga、第二电容c2、第三电容c3、第五电容c5、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二二极管d2；

所述一级驱动电路cs端口的b点与第七电阻r7、第九电阻r9的第一端连接，所述第九电阻r9的第二端与第一二极管d1的第一端连接，所述第一二极管d1的第二端与第一大电流mosfetq1和第二大电流mosfetq2的漏极连接，当所述第一大电流mosfetq1或第二大电流mosfetq2发生短路，导致一级驱动电路cs端口的b点电压升高，所述一级驱动电路cs端口通过内部比较电路判断是否发生过流现象，如果发生过流现象则通过一级驱动电路的\fault端口将过流信息反馈到控制侧，发出过流警报。

以图2中的第一大电流mosfetq1为例进行分析，所述第一大电流mosfetq1漏极d1与源极s1间的电压用ud1s1表示，第一二极管d1两端的压降用ud表示，b点的电压用ub表示，则b点处的电压有如下表示：

所述一级驱动电路过流保护功能具体工作过程：当第一大电流mosfetq1正常工作，b点电压ub在cs端口阈值电压范围内，未发生过流报警；当第一大电流mosfetq1短路，在所述过流检测电路中，漏极d1电流变大，导致漏极d1与源极s1间电压ud1s1增大，所述b点电压通过第七电阻r7和第九电阻r9分压得到，导致b点电压ub也增大，b点电压超过cs端口的阈值电压，所述二极驱动电路通过out1和out2端口经过第三电阻r3和第四电阻r4关断q1，并将过流信息通过所述一级驱动电路的\fault引脚反馈到控制侧，发出过流报警信号。

进一步地，所述二极驱动电路最大栅极驱动电流为10a，二极驱动电路端口in1与第八电阻r8的第一端连接，所述第八电阻r8的第二端与一级驱动电路的ho端口连接，所述二极驱动电路端口out1和out2与第三电阻r3、第四电阻r4的第一端连接，第三电阻r3、第四电阻r4的第二端与第一大电流mosfetq1的栅极g1连接；所述二极驱动电路端口out1和out2与第一电阻r1、第二电阻r2的第一端连接，第一电阻r1、第一电阻r2的第二端与第二大电流mosfetq2的栅极g2连接。

最后应当说明的是：以上实施案例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施案例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。