驱动控制电路及控制方法以及电荷泵电路

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种驱动电路，尤其涉及一种驱动控制电路及控制方法以及电荷泵电路。

背景技术

在电机驱动中，随着技术的发展，在驱动芯片内部集成功率管和电荷泵已经成为趋势。用来驱动N型功率管的电荷泵的性能直接影响了电机驱动的效率和整体成本。

现有电荷泵电路的方案如图1所示，在第一个相位，第一开关S1和第三开关S3闭合，第一电容C1由5V LDO(稳压器)充电。在第二个相位，第二开关S2和第四开关S4闭合，第一电容C1下极板连接到输入电源VM，由于第一电容C1两端电压不能突变，第一电容C1上极板电压等于VM+5V，从而得到电荷泵电压VCP＝VM+5V。

现有技术需要两个电容，并且由于开关不断的切换，会导致比较大的功耗，电机驱动整体效率降低。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的驱动电路，以便克服现有驱动电路存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种驱动控制电路及控制方法以及电荷泵电路，可降低电路能耗，提升电路效率。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种驱动控制电路，所述驱动控制电路用于驱动开关管，所述驱动控制电路包括第一电容，所述驱动控制电路能耦接第一电源和第二电源；

在所述驱动控制电路处于第一工作状态下，所述驱动控制电路控制所述第一电容耦接所述第一电源，控制所述第一电源为所述第一电容充电；

在所述驱动控制电路处于第二工作状态下，所述驱动控制电路控制所述开关管的控制端耦接所述第二电源，控制所述第二电源为所述开关管供电；

在所述驱动控制电路处于第三工作状态下，所述驱动控制电路控制所述第一电容耦接所述开关管的控制端，控制所述第一电容为所述开关管供电。

作为本发明的一种实施方式，在所述开关管的源极电压大于等于预设阈值时，所述驱动控制电路处于第三工作状态，所述驱动控制电路控制所述第一电容为所述开关管的栅极供电。

作为本发明的一种实施方式，所述设定阈值与所述第二电源之差的绝对值小于等于预设差值。

作为本发明的一种实施方式，所述驱动控制电路包括：

电荷泵电路，包括所述第一电容及开关组件，所述开关组件连接所述第一电容；

驱动电路，其输入端耦接所述电荷泵电路的输出端，所述驱动电路的输出端耦接所述开关管的控制端；所述驱动电路用以根据控制信号选择性地使所述电荷泵电路为所述开关管供电。

作为本发明的一种实施方式，所述第一电源为稳压器，所述开关组件分别耦接稳压器的输出端及第二电源；

所述开关组件处于第一状态下，稳压器输出电压为第一电容充电；

所述开关组件处于第二状态下，第二电源为开关管的栅极供电；

所述开关组件处于第三状态下，第一电容为开关管的栅极供电。

作为本发明的一种实施方式，所述开关组件包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关及第二开关；

所述第一电容的第一端分别耦接第一二极管的负极及第二二极管的正极，所述第一电容的第二端分别耦接第一开关的第一端及第二开关的第一端；

所述第一二极管的正极耦接稳压器的输出端，所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端耦接第三二极管的正极和第二电源的输出端，所述第二二极管的负极耦接第三二极管的负极并形成电荷泵电路的输出端。

作为本发明的一种实施方式，所述驱动控制电路进一步包括：

源极检测电路，其输入端耦接所述开关管的源极，用以检测所述开关管的源极电压；所述源极检测电路的输出端耦接一开关控制电路；

开关控制电路，其输入端接收所述控制信号和所述源极检测电路的输出端，其输出端耦接所述电荷泵电路；所述开关控制电路用以向所述电荷泵电路的开关组件发送开关控制信号。

作为本发明的一种实施方式，所述电荷泵电路包括第一开关及第二开关；所述开关控制电路接收所述控制信号，所述开关控制电路根据所述控制信号和所述源极检测电路的输出信号控制所述第一开关、第二开关的断开及闭合；

在所述源极电压低于预设阈值时，所述驱动控制电路处于第一工作状态；在所述控制信号为第二状态且所述源极电压低于预设阈值时，所述驱动控制电路处于第二工作状态。

作为本发明的一种实施方式，所述开关组件包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关及第二开关；

所述第一电容的第一端分别耦接第一二极管的负极及第二二极管的正极，所述第一电容的第二端分别耦接第一开关的第一端及第二开关的第一端；

所述第一二极管的正极耦接稳压器输出电压，所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端耦接第三二极管的正极和第二电源，所述第二二极管的负极耦接第三二极管的负极并形成电荷泵电路的输出端；

在控制信号为第一状态时，开关管处于关闭状态，第一开关闭合，第二开关断开，稳压器输出电压经过第一二极管为第一电容充电；在控制信号切换为第二状态时，第二电源通过第三二极管为开关管的栅极供电，所述开关管的栅极的电压上升带动开关管的源极上升；

在所述源极检测电路检测到开关管源极电压上升到所述预设阈值时，第一开关断开，第二开关导通；所述第一电容的第二端耦接第二电源，所述第一电容的第一端电压上升，所述第一电容为所述开关管的栅极供电，能使所述开关管的栅极电压达到设置值。

作为本发明的一种实施方式，在驱动控制电路进入第三工作状态后，每间隔设定时间或当第一电容一端的电压低于第二预设阈值时，为第一电容充电。

作为本发明的一种实施方式，预设阈值为第二电源或接近第二电源；所述接近第二电源指预设阈值与第二电源之差的绝对值小于等于预设差值。

作为本发明的一种实施方式，所述驱动控制电路包括所述开关管。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关及第二开关；

所述第一电容的第一端分别耦接第一二极管的负极及第二二极管的正极，所述第一电容的第二端分别耦接第一开关的第一端及第二开关的第一端；

所述第一二极管的正极耦接第一电源，所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端耦接第三二极管的正极和第二电源，所述第二二极管的负极耦接第三二极管的负极并形成电荷泵电路的输出端；

在第一时间阶段，第一开关导通，第二开关关断，所述第一电容耦接所述第一电源，控制所述第一电源为所述第一电容充电，所述第二电源耦接电荷泵电路的输出端；

在第二时间阶段，第一开关关断，第二开关导通，所述第一电容的第二端耦接所电荷泵电路的输出端。。

根据本发明的又一个方面，采用如下技术方案：一种驱动控制方法，所述驱动控制方法包括：

在驱动控制电路处于第一工作状态下，控制第一电源为第一电容充电；

在驱动控制电路处于第二工作状态下，控制第二电源为开关管供电；

在驱动控制电路处于第三工作状态下，控制第一电源停止为第一电容充电并抬升所述第一电容电压，抬升量等于所述第二电源的电压值，所述第一电容为开关管供电。

作为本发明的一种实施方式，在所述开关管的源极电压大于等于预设阈值时，控制所述第一电容为所述开关管的栅极供电。

作为本发明的一种实施方式，在控制信号为第一状态时，开关管处于关闭状态，控制第一开关闭合，稳压器输出电压经过第一二极管为第一电容充电；

在控制信号为第二状态且所述开关管的源极电压小于预设阈值时，控制第二电源通过第三二极管为开关管的栅极供电，所述开关管的栅极的电压上升带动开关管的源极上升；

在检测到开关管源极电压上升到预设阈值时，控制所述第一开关断开、第二开关导通；所述第一电容的第二端耦接第二电源，所述第一电容的第一端电压上升，控制第一电容为开关管的栅极供电，能使开关管的栅极电压达到设置值。

作为本发明的一种实施方式，所述方法进一步包括：在驱动控制电路进入第三工作状态后，每间隔设定时间或第一电容一端的电压低于预设阈值时，间歇性切换第一开关和第二开关的状态用于为第一电容充电。

本发明的有益效果在于：本发明提出的驱动控制电路及控制方法以及电荷泵电路，可降低电路能耗，提升电路效率。

在本发明的一种使用场景下，本发明只需要一个电容即可完成电荷泵的功能，节省了器件面积，并且由于不需要开关一直切换，降低了功耗。现有技术方案，当NM1导通时，栅极电压从0上升到VM+5V的电荷由电荷泵的电容C2提供，当VM值越大时，所需要的电容值越大。本发明通过检测源极电压控制电荷泵的启动时间，有效减小了需要的电容面积。当NM1导通时，首先由VM给NM1栅极充电，即NM1栅极电压从0上升到接近VM值的电荷由电源提供，而不是由电荷泵电容提供。电荷泵仅需提供栅极电压从VM到VM+5V的电荷，从而减小了所需要的电荷泵的电容值，节省了芯片面积。

附图说明

图1为现有电机驱动电路的电路示意图。

图2为本发明一实施例中驱动控制电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。

本发明揭示了一种驱动控制电路，图2为本发明一实施例中驱动控制电路的电路示意图；请参阅图2，所述驱动控制电路用于驱动开关管，所述驱动控制电路包括第一电容C3，所述驱动控制电路耦接第一电源和第二电源。

在一实施例中，所述驱动控制电路可以包括所述开关管。所述开关管可以为功率管，如N型功率管，当然也可以是其他开关管。

在所述驱动控制电路处于第一工作状态下，所述驱动控制电路控制所述第一电容C3耦接第一电源，控制所述第一电源为所述第一电容C3充电。

在所述驱动控制电路处于第二工作状态下，所述驱动控制电路控制所述开关管NM1的控制端耦接所述第二电源，控制所述第二电源为所述开关管NM1供电。在一实施例中，在所述驱动控制电路处于第二工作状态下，在控制第二电源为所述开关管NM1供电的同时，还可以控制所述第一电源为所述第一电容C3充电。在另一实施例中，在所述驱动控制电路处于第二工作状态下，在控制第二电源为所述开关管NM1供电时，所述第一电源不为所述第一电容C3充电。

在所述驱动控制电路处于第三工作状态下，所述驱动控制电路控制所述第一电容C3耦接所述开关管的控制端，控制所述第一电容C3为所述开关管NM1供电。在一实施例中，在驱动控制电路进入第三工作状态后，每间隔设定时间或当第一电容C3一端的电压低于第二预设阈值时，为第一电容充电。

其中，所述第一电源/第二电源可以为电压源，也可以为电流源。所述第一电源与第二电源可以为同一个电源，所述第一电源与第二电源也可以为不同的电源。

在本发明的一实施例中，所述驱动控制电路包括电荷泵电路100、驱动电路200。所述电荷泵电路100包括所述第一电容C3及开关组件，所述开关组件连接所述第一电容C3。所述驱动电路200的输入端耦接所述电荷泵电路100的输出端，所述驱动电路200的输出端耦接所述开关管NM1的控制端；所述驱动电路200用以根据控制信号HS_ON选择性地使所述电荷泵电路100为所述开关管NM1供电。当控制信号HS_ON为第一状态如低电平时，电荷泵电路100的输出端与开关管NM1的栅极断开，当控制信号HS_ON为第二状态如高电平时，电荷泵电路100的输出端耦接至开关管NM1的栅极。

请继续参阅图2，在本发明的一实施例中，所述第一电源为第一电压源，第一电压源可以为稳压器(如可以为线性稳压器LDO)，所述第二电源可以为第二电压源。所述开关组件分别耦接稳压器的输出端及第二电压源VM。所述开关组件处于第一状态下，稳压器为第一电容C3充电；所述开关组件处于第二状态下，第二电压源VM为开关管NM1的栅极供电；所述开关组件处于第三状态下，第一电容C3为开关管NM1的栅极供电。

如图2所示，在本发明的一实施例中，所述开关组件包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一开关S5及第二开关S6。所述第一电容C3的第一端分别耦接第一二极管D1的负极及第二二极管D2的正极，所述第一电容C3的第二端分别耦接第一开关S5的第一端及第二开关S6的第一端。所述第一二极管D1的正极耦接稳压器的输出端，所述第一开关S5的第二端接地，所述第二开关S6的第二端耦接第三二极管D3的正极和第二电压源的输出端，所述第二二极管D2的负极耦接第三二极管D3的负极并形成电荷泵电路的输出端。

此外，在一实施例中，所述驱动控制电路还可以进一步包括：源极检测电路300及开关控制电路400。源极检测电路300的输入端耦接所述开关管NM1的源极，用以检测所述开关管NM1的源极电压；所述源极检测电路300的输出端耦接所述开关控制电路400。开关控制电路400的输入端耦接控制信号HS_ON；开关控制电路400的输入端接收所述控制信号和所述源极检测电路的输出端，开关控制电路400的输出端耦接所述电荷泵电路100。所述开关控制电路400用以根据所述控制信号HS_ON向所述电荷泵电路100的开关组件(如可以包括第一开关S5及第二开关S6)发送开关控制信号。

在本发明的一实施例中，在所述控制信号HS_ON为第一状态(如控制信号HS_ON为低)时，所述驱动控制电路处于第一工作状态；在所述控制信号由第一状态切换为第二状态(如控制信号HS_ON为高)时，所述驱动控制电路由第一工作状态切换至第二工作状态。在所述开关管NM1的源极电压大于等于预设阈值时，所述驱动控制电路处于第三工作状态，所述驱动控制电路200控制所述第一电容C3为所述开关管NM1的栅极供电。在一实施例中，预设阈值为第二电压源VM或接近第二电压源VM；所述接近第二电压源指预设阈值与第二电压源之差的绝对值小于等于预设差值。在一个实施例中，在第一工作状态和第二工作状态，第一开关S5闭合，第二开关S6断开，电荷泵电路100的输出端电压反映第二电压源VM的电压(VM-Vdiode)，第一工作状态和第二工作状态可合称为第一时间阶段；在第三工作状态中，第一开关S5断开，第二开关S6闭合，电荷泵电路100的输出端电压反映第一电容C3上极板的电压(VM+6V-2Vdiode)，可称为电荷泵电路的第二时间阶段。

在本发明的一种使用场景中，如图2所示，当控制信号HS_ON为低时，开关管NM1处于关闭状态，第一开关S5闭合，稳压器输出电压(如可以为6V)经过第一二极管D1为第一电容C3充电。当控制信号HS_ON为高时，开关管NM1的栅极由第二电压源VM通过第三二极管D3供电，开关管NM1的栅极电压上升并带动源极电压上升。源极检测电路300(sourcedetection)实时检测开关管NM1的源极电压，当源极电压上升到等于或接近于第二电压源VM值时，第一开关S5断开，第二开关S6导通。第一电容C3的下极板连接到第二电压源VM，第一电容C3的上极板电压上升到VM+6V-Vdiode，开关管NM1的栅极由第一电容C3供电，开关管NM1的栅极电压可以达到VM+6V-2Vdiode。由于驱动电路200(Driver)等电路会消耗电能，第一电容C3上极板电压会缓慢的下降，每间隔一段时间可以用开关控制电路控制第一开关S5和第二开关S6，给第一电容C3充电。

在本发明的一实施例中，所述开关管NM1含有寄生电容CGS。由于在设定状态下第一电容C3上极板电压会缓慢的下降，可以每间隔设定时间或在第一电容C3一端的电压低于预设阈值时，将第一开关S5导通和第二开关S6关断，通过稳压器的输出电压6V(或第二电压源)为第一电容C3充电，此时开关管NM1的栅极电压通过所述寄生电容CGS保持，第二二极管D2防止寄生电容CGS的电荷逆灌到第一电容C3。给第一电容C3充电后，再切换回第一开关S5关断，第二开关S6导通，继续通过第一电容C3给开关管NM1的栅极电压供电。

在一实施例中，所述驱动控制电路可以作为电机的驱动控制电路，用来驱动控制电机的工作。

本发明还揭示一种电荷泵电路，所述电荷泵连接驱动控制电路，请参阅图2，所述电荷泵电路100包括：第一电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一开关S5及第二开关S6。所述第一电容C3的第一端分别耦接第一二极管D1的负极及第二二极管D2的正极，所述第一电容C3的第二端分别耦接第一开关S5的第一端及第二开关S6的第一端。所述第一二极管D1的正极耦接第一电压源，所述第一开关S5的第一端耦接稳压器的输出电压，所述第一开关S5的第二端接地，所述第二开关S6的第二端耦接第三二极管D3的正极和第二电压源，所述第二二极管D2的负极耦接第三二极管D3的负极并形成电荷泵电路的输出端。

在第一时间阶段，第一开关S5导通，第二开关S6关断，所述第一电容C3耦接所述第一电压源，控制所述第一电压源为所述第一电容C3充电，所述第二电压源耦接电荷泵电路的输出端。在第二时间阶段，第一开关S5关断，第二开关S6导通，所述第一电容C3的第二端耦接所电荷泵电路的输出端。在一个实施例中，第一时间阶段包括第一工作状态期间和第二工作状态期间，第二时间阶段包括第三工作状态期间。

本发明进一步揭示一种驱动控制方法，所述驱动控制方法包括：在驱动控制电路处于第一工作状态下，控制第一电压源为第一电容充电；在驱动控制电路处于第二工作状态下，控制第二电压源为开关管供电；在驱动控制电路处于第三工作状态下，控制第一电压源停止为第一电容充电并抬升所述第一电容电压，抬升量等于所述第二电压源的电压值，所述第一电容为开关管供电。在一实施例中，在所述开关管的源极电压大于等于预设阈值时，控制所述第一电容为所述开关管的栅极供电。

在本发明的一种使用场景中，请参阅图2，当控制信号HS_ON为低时，开关管NM1处于关闭状态，控制第一开关S5闭合，控制稳压器LDO的输出电压(如可以为6V)经过第一二极管D1给第一电容C3充电。当控制信号HS_ON为高时，开关管NM1的栅极由第二电压源VM通过第三二极管D3供电，开关管NM1的栅极电压上升并带动源极电压上升。源极检测电路300(source detection)实时检测开关管NM1的源极电压，当源极电压上升到等于或接近于第二电压源VM的电压值时，第一开关S5断开，第二开关S6导通。第一电容C3的下极板连接到第二电压源VM，第一电容C3的上极板电压上升到VM+6V-Vdiode，开关管NM1的栅极由第一电容C3供电，开关管NM1的栅极电压可以达到VM+6V-2Vdiode。由于驱动电路200存在电量消耗，第一电容C3上极板电压会缓慢的下降，每间隔一段时间可以用开关控制电路控制第一开关S5和第二开关S6，给第一电容C3充电。

此外，所述方法还可以包括：每间隔设定时间或第一电容一端的电压低于预设阈值时，通过第一电压源为第一电容充电，开关管的栅极电压通过寄生电容CGS保持。第一电容C3充电时，开关管NM1的栅极电压由寄生电容CGS保持住，第二二极管D2防止寄生电容CGS的电荷逆灌到第一电容C3。

综上所述，本发明提出的驱动控制电路及控制方法以及电荷泵电路，可降低电路能耗，提升电路效率。

在本发明的一种使用场景下，本发明只需要一个电容即可完成电荷泵的功能，节省了器件面积，并且由于不需要开关一直切换，降低了功耗。现有技术方案，当NM1导通时，栅极电压从0上升到VM+5V的电荷由电荷泵的电容C2提供，当VM值越大时，所需要的电容值越大。本发明通过检测源极电压控制电荷泵的启动时间，有效减小了需要的电容面积。当NM1导通时，首先由VM给NM1栅极供电，即NM1栅极电压从0上升到接近VM值的电荷由电源提供，而不是由电荷泵电容提供。电荷泵仅需提供栅极电压从VM到VM+5V的电荷，从而减小了所需要的电荷泵的电容值，节省了芯片面积。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。