功率驱动倒相装置及低端驱动转高端驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电气领域，尤其是功率驱动倒相装置及低端驱动转高端驱动电路。

背景技术：

在各种电气设备的控制电路中，常常设计成低端驱动，因为这样的电路结构实现起来比较容易，但这样会要求与控制设备配套的电气系统要设计成图1中所示的样子，即要求负载(用电设备)的一端接到电源，另一端与控制设备的开关管相连，开关管接到接地端，通过控制信号控制开关管的通断从而控制其与接地端的通断状态来控制负载是否通电。

这样的电路结构有一个不好的地方在于负载不工作时它是带电的，电气老化或操作者的疏忽常常会导致短路事故的发生，特别是用电设备比较多的情形更加难以把握；另一方面，负载两端都要接线到不同的地方，电线布局复杂。

相对的，在高端驱动的电路结构中，负载的一端和开关管相连，另一端直接接地，正常情况下，没有控制信号的时候，开关管不导通，负载中没有电流流过，即负载处于断电状态；反之，如果控制信号有效的时候，打开开关管，于是电流从电源正端经过高端的开关管，然后经过负载流出，负载进入通电状态，从而产生响应的动作，在高端控制中，即不存在上述低端控制的问题。

因此，将各种已经采用低端驱动的控制电路改变为高端驱动的控制电路以解决低端驱动存在的不足成为亟待解决的问题，但是，由于各种低端驱动的控制电路的用电部件多、电路结构复杂，在改变为高端驱动时，通常需要重新设计整个电路结构才能实现，这就增加了实现的难度和成本；

并且由于开关管正常工作时，其控制端和输出端之间的电平有较高要求，通常要求控制端电平比输出端电平高5-20v,在开关管输出端接地时，只要在控制端施加这个电压就可以，当时当开关管接电源时，控制端必须比电源电压还要高5-20v电压才能驱动，因此，低端控制的开关管控制信号与高端控制的开关管控制信号的差异，也进一步限制了采用低端驱动的控制设备的控制信号来实现高端驱动。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种功率驱动倒相装置及低端驱动转高端驱动电路。

功率驱动倒相装置，包括输入端,所述输入端连接假负载的一端，所述假负载的另一端接电源电压端，所述输入端还连接信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端接输出驱动电路的输入端，所述输出驱动电路的输出端连接功率开关的输入端，所述功率开关连接电源电压端并由所述输出驱动电路的信号驱动开关。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述假负载为阻值在10kω±1kω的电阻。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述信号调理电路是一个比较点可调的迟滞比较器电路。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，包括与输入端连接的第五电阻，所述第五电阻的另一端接运放器的正向输入端并与接地的第四电阻配合对输入信号进行分压，所述运放器的反向输入端连接第三电阻和第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端接电源电压端；所述运放器的输出端连接控制其回差范围的第二电阻及第九电阻。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述功率开关是导通阻抗在10-200毫欧之间的mosfet或高端智能开关。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述功率开关是高端智能开关，所述输出驱动电路包括与信号调理电路的输出端连接的第六电阻，所述第六电阻与接地的第八电阻串接并且将信号调理电路的输出信号分压得到控制高端智能开关的开关状态的电压范围值后输出给高端智能开关。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述功率开关为双路高端智能输出开关，其包括两路并联的开关，所述双路高端智能输出开关的电源端接电源，接地端接地，且两个输出端均连接并联的第一二极管和第二二极管的负极，所述第一二极管和第二二极管的正极接地。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述功率开关是p型mosfet,所述输出驱动电路包括与信号调理电路连接的第十二电阻，所述第十二电阻连接开关管的基极，所述开关管的集电极接地，所述开关管的发射极接第十一电阻的一端，所述第十一电阻的另一端连接稳压管的阴极及p型mosfet的门极，所述稳压管的阳极接电源及p型mosfet的漏极，所述p型mosfet的源极接输出端。

优选的，所述的功率驱动倒相装置中，所述功率开关是n型mosfet,所述输出驱动电路包括与信号调理电路的输出端连接的升压电路及第十八电阻的一端，升压电路的输出端及第十八电阻的另一端均连接互锁式开关电路的输入端，所述互锁式开关电路的输出端连接所述n型mosfet的门极，所述n型mosfet的漏极接电源电压端，所述电源电压端通过第十七电阻接所述n型mosfet的门级，所述n型mosfet的源极接输出端。

低端驱动转高端驱动电路，包括控制设备及包括电源、负载的电气系统，所述控制设备通过上述的功率驱动倒相装置连接所述电气系统，所述功率驱动倒相装置将控制设备与电气系统的低端驱动电路切换为高端驱动电路。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：

本方案设计精巧，通过设计一种电路原理简单，结构简化，易于实现和安装的功率驱动倒相装置，为低端驱动转换为高端驱动创造了有利条件，只要将其连接在已有的控制设备和电气系统之间并对电路结构进行微调即可在控制设备的控制信号不变的前提下，将低端驱动的控制电路切换为高端驱动的控制电路，大大降低了走线的复杂程度和实现的难度，给整个电路系统的设计带来了极大的灵活性，并且极大的提高整个电路结构的安全性，降低了改装的成本。

通过对倒相装置中电路的主要元件进行筛选，能够有效的降低电路的功耗、减小电路的发热，保证了电路运行的安全性和低成本。

本方案的倒相装置具有多种实现形式，可以根据不同的应用场合选择最优的电路结构，应用范围广，灵活性好，便于推广应用。

附图说明

图1是背景技术中描述的低端驱动的控制电路示意图；

图2是本实用新型的低端驱动转高端驱动电路的电路示意图；

图3是本实用新型的倒相装置的原理图（附图中p+为电源电压）；

图4是本实用新型的假负载及信号调理电路的示意图（附图中p+为电源电压）；

图5是本实用新型的功率开关为高端智能开关及其输出驱动电路的示意图（附图中p+为电源电压）；

图6是本实用新型的功率开关为p型mosfet及其输出驱动电路的示意图（附图中p+为电源电压）；

图7是本实用新型的功率开关为n型mosfet及其输出驱动电路的示意图（附图中p+为电源电压）。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

下面结合附图对本实用新型揭示的低端驱动转高端驱动电路进行阐述，如附图2所示，其包括控制设备10及电气系统20，所述控制设备10包括开关管101及向其发送控制信号的控制单元（图中未示出），所述电气系统20包括电源201、负载202（可以是各种用电设备）及接地的机壳203，在如附图1所示的低端驱动的电路结构中，所述负载的一端连接电源的正极，所述负载的另一端接控制设备的开关管的漏极，所述开关管的源极及电源的负极均连接至机架，所述开关管的门极接控制单元，此时通过控制负载与接地端的通断状态来控制负载是否通电。

由低端驱动切换为高端驱动时，如附图2所示，本方案通过在所述控制设备10和电气系统20之间连接一功率驱动倒相装置30，从而可以通过所述功率驱动倒相装置30将控制设备10与电气系统20的低端驱动电路切换为高端驱动电路，主要是将负载201的一端调整为与功率驱动倒相装置30的输出端连接，另一端就近连接机架203，所述功率驱动倒相装置30连接电源201的正极及开关管101的信号输出端，并且电气系统20通过一组电源线连接所述控制设备10以为其供电。

具体来说，如附图2-附图4所示，所述控制设备10的开关管101的漏极连接所述功率驱动倒相装置的输入端1,所述输入端1连接假负载2的一端，所述假负载2的另一端接电源电压端p+（电源202的正极），所述输入端1还连接信号调理电路3的输入端，所述信号调理电路3的输出端接输出驱动电路4的输入端，所述输出驱动电路4的输出端连接功率开关5的输入端，所述功率开关5连接电源电压端p+（电源202的正极）并由所述输出驱动电路4的信号驱动开关，所述功率开关5的输出端连接所述负载201的一端。

通过给前端的控制设备10提供假负载2，将控制设备10的输入信号转换成信号调理电路3的输入，所述信号调理电路3对输入信号进行整形，变成标准的从电源到地的满幅方波信号供后级的输出驱动电路4使用，输出驱动电路4控制功率开关5的开关，从而成为最终驱动负载201，此时，所述负载201通过功率驱动倒相装置30与电源202连接，而不再直接连接，负载201的驱动由原先的接地端的控制切换为供电端的控制。

其中，所述假负载2采用阻抗远大于用电设备（负载201）的阻抗，优选所述假负载为阻值在10kω±1kω的电阻r7，因此功率消耗极小，避免了太多发热情况；另一方面，由于假负载2阻抗大，输入到信号调理电路的信号波形不太可能是从电源到地的满幅信号，通常为三角波或不规则的梯形波，因此需要通过信号调理电路对信号进行整形。

所述信号调理电路3优选是一个比较点可调整的迟滞比较器电路，具体的，如附图4所示，其包括与输入端input1连接的第五电阻r5，所述第五电阻r5的另一端接运放器u2a的正向输入端及第四电阻r4的一端，所述第四电阻r4的另一端接地gnd,所述运放器u2a的反向输入端连接第三电阻r3和第十电阻r10的一端，所述第十电阻r10的另一端接地，所述第三电阻r3的另一端接电源电压端p+；所述运放器u2a的输出端连接第二电阻r2及第九电阻r9的一端，所述第二电阻r2的另一端通过第一电阻r1接地gnd,所述第九电阻的另一端接所述运放器u2a的反向输入端。

其中，所述第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第九电阻r9、第十电阻r10与运放器u2一起构成迟滞比较器作为信号调理电路。其中第四电阻r4和第五电阻r5又对输入信号分压使信号适合运放u2的输入范围；所述第三电阻r3和第十电阻r10对电源电压端p+的输入电压进行分压从而对迟滞比较器的比较点进行调整；所述第二电阻r2和第九电阻r9控制迟滞比较器的回差范围。

为了减小模块的发热量，所述功率开关5选择导通阻抗为10-200毫欧级别的mosfet器件（n型或p型）或高端智能开关；所述输出驱动电路4根据功率开关5的器件要求，将调理电路的输出转换成功率开关5‘打开-关断’所需要的‘开启-关断’电压范围。

如附图5所示，当所述功率开关5是高端智能开关时，所述输出驱动电路4包括与信号调理电路3的输出端连接的第六电阻r6，所述第六电阻r6与接地的第八电阻r8串接并且将信号调理电路的输出信号分压得到高端智能开关u2导通或关断的电压范围值后输出给高端智能开关u2；当所述输出驱动电路4输出的电压范围在+4v到+5v时,所述高端智能开关u2开启，当所述输出驱动电路4输出的电压范围在0v到+1v时，所述高端智能开关u2关断。

进一步，如附图5所示，所述功率开关5为双路高端智能输出开关，其包括两路并联的开关，从而可以增加负载201的驱动能力；所述双路高端智能输出开关u2的电源端（vbb端）接电源电压端p+，接地端通过二极管d3接地，且两个输出端均连接并联的第一二极管d1和第二二极管d2的负极，所述第一二极管d1和第二二极管d2的正极接地gnd，所述第一二极管d1和第二二极管d2作为输出保护及快恢复的二极管，一方面其作为开关关断时感性负载电流的续流通道，另一方面作为电源反接时对输出开关进行保护。

如附图6所示，当所述功率开关5是p型mosfet,所述输出驱动电路4包括与信号调理电路3的输出端连接的第十二电阻r12，所述第十二电阻r12连接开关管q3的基极，所述开关管q3的集电极接地gnd，所述开关管q3的发射极接第十一电阻r11的一端，所述第十一电阻r11的另一端连接稳压管v4的阴极及p型mosfet的门极，所述稳压管v4是4.7-15v稳压管，优选是7.5v稳压管，所述稳压管v4的阳极接电源电压端p+及p型mosfet的漏极，所述p型mosfet的源极接输出端output。

当所述输出驱动电路4输出的电压范围为p+15v到p+-4.5v时,所述p型mosfetq2开启，当所述输出驱动电路4输出的电压范围在p+-1v到p+时，所述p型mosfetq2关断。

本实施例中，所述输出驱动电路4具体工作时，从所述信号调理电路3过来的控制信号通过第十二电阻r12控制开关管q3的通断，当输入信号为低时，所述开关管q3打开，所述稳压管d4和第十一电阻r11形成分压，所述p型mosfetq2的g极（门极）电压为p+-7.5v，p型mosfetq2打开；当输入信号为高时，所述开关管q3关断，所述稳压管d4和第十一电阻r11未形成分压，所述p型mosfetq2的g极电压为p+，p型mosfetq2关断。

如附图7所示，当所述功率开关是n型mosfet,所述输出驱动电路4包括与信号调理电路的输出端连接的升压电路及第十八电阻r18的一端，升压电路的输出端及第十八电阻r18的另一端均连接互锁式开关电路的输入端，所述互锁式开关电路的输出端连接所述n型mosfetq1的门极，所述n型mosfetq1的漏极接电源电压端，所述电源电压端通过第十七电阻r17接所述n型mosfetq1的门级，所述n型mosfetq1的源极接输出端。

其中，如附图7所示，所述升压电路41包括并接在所述信号调理电路3的输出端的电容c3和第十四电阻r14，所述电容c3的另一端接地及通过第十五电阻r15接mos管n1的门级，所述第十四电阻r14的另一端接电感l1的一端，所述电感l1的另一端接mos管n1的漏极及电容c1的一端，所述mos管n1的源极接地，所述电容c1的另一端接在两个串联的二极管d5和d7的连接线上，所述二极管d7的阳极接电源电压端p+及地端gnd,所述二极管d5的阴极接所述互锁式开关电路，所述电源电压端p+还连接稳压二极管d6的阳极及第十三电阻r13的一端，所述稳压二极管d6的阴极及第十三电阻r13的另一端接所述互锁式式开关电路。

如附图7所示，所述互锁式开关电路42包括第一三极管q4和第二三极管q5，所述第二三极管q5的基极连接所述第十八电阻r18，所述第二三极管q5的发射极接地，所述第二三极管q5的集电极接所述第一三极管q4的基极，所述第一三极管q4的基极还通过第十六电阻r16连接所述升压电路的输出端，所述第一三极管q4的集电极连接所述升压电路的输出端，所述第一三极管q4的发射极连接所述n型mosfet的门极。

在本实施例中，当所述输出驱动电路4输出的电压范围为p++4.5v到p++15v时，所述n型mosfet开启；当所述输出驱动电路4输出的电压范围≤（小于等于）p++1v时，所述n型mosfetq1关断。

详细的，本实施例中，所述输出驱动电路4具体工作时，从信号调理电路3过来的控制信号分为两路，一路通过所述升压电路将电压提升到p++7.5v；另一路通过第十八电阻r18控制第二三极管q5的通断，进而控制第一三极管q4的通断。

当输入信号为高时，所述第二三极管q5打开，所述第一三极管q4的基极电压为低，第一三极管q4断开，电源电压端p+的电压通过第十七电阻r17施加到所述n型mosfetq1的g极，n型mosfetq1断开；

输入信号为低时，第二三极管q5关断，第一三极管q4的基极电压为高，第一三极管q4打开，升压电压p++7.5v通过第一三极管q4施加到n型mosfetq1的g极，所述n型mosfetq1打开输出。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。