PMOS管快速开关的驱动电路、驱动电路基板及扫地机器人的制作方法

pmos管快速开关的驱动电路、驱动电路基板及扫地机器人
技术领域
1.本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及pmos管快速开关的驱动电路、驱动电路基板及扫地机器人。


背景技术：

2.随着机器人和扫地机器人技术的发展，越来越多的大功率器件(如：电机、电磁铁、加热模块)需要驱动。在功率开关领域，pmos管具有天然优势，一方面，其较低的导通阻抗能有效的降低大电流通过时的发热情况，另一方面，相较于nmos管驱动需要的复杂的升压或电压自举电路，pmos管的控制更简单，对输入电压进行简单的电阻分压后即可实现控制。
3.机器人越来越精细化的控制方式，使得大功率器件产生了功率控制的需求，其中pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)技术在开关控制方面应用非常普遍。使用pwm信号控制pmos管的栅极即可控制pmos管的通断，但是由于pmos管的源极和栅极之间存在的结电容，会导致控制pmos管开关的pwm信号的频率不能很高，一般都在10khz以下，控制pmos管开关的频率太高时由于结电容的作用会出现控制失效的问题，进而造成输出电压波形失真，控制pmos管开关的频率太低时，例如，目前多数控制pmos管开关的频率在10khz以内，会导致负载器件(如：电磁铁等)产生人耳可以听见的异音，影响用户体验，目前的pmos管快速开关的驱动电路，电路结构复杂且成本较高。
4.因此，如何提高pmos管的开关频率成为需要解决的重要问题。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的在于提供一种pmos管快速开关的驱动电路、驱动电路基板及扫地机器人，以实现提高pmos管的开关频率。具体技术方案如下：
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种pmos管快速开关的驱动电路，所述驱动电路包括：
7.输入模块、稳压模块、开关模块、控制模块、输出模块，所述输入模块的输入端连接所述驱动电路的输入端，所述输入模块的输出端连接所述开关模块的输入端，所述开关模块的输出端连接所述输出模块的输入端，所述输出模块的输出端连接所述驱动电路的输出端，所述驱动电路的控制端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述稳压模块的输入端，所述稳压模块的输出端连接所述开关模块的控制端；
8.所述输入模块，被设置为在自身输入端接收到第一电压值的电压信号时，通过自身输出端输出所述第一电压值的电压信号；
9.所述控制模块，被设置为在自身输入端接收到第一控制电压时，所述控制模块的输出端与地导通；在自身输入端接收到第二控制电压时，所述控制模块断开；
10.所述稳压模块，被设置为在所述稳压模块的输入端与地导通时，使所述稳压模块的输出端的电压稳定至第二电压值，其中，所述第二电压值与所述第一电压值的差值小于或等于预设开关阈值；
11.所述开关模块，被设置为在自身控制端接收到电压信号的电压值与自身输入端接收到的电压信号的电压值的差值小于或等于预设开关阈值时，通过自身输出端输出自身输入端接收到的电压信号；在自身控制端接收到电压信号的电压值与自身输入端接收到的电压信号的电压值的差值大于预设开关阈值时，所述开关模块断开；
12.所述输出模块，被设置为在自身输入端接收到电压信号时，通过自身输出端输出自身输入端接收到的电压信号。
13.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述稳压模块包括：稳压二极管；
14.所述稳压二极管的第一端与所述稳压模块的输出端连接，所述稳压二极管的第二端与所述稳压模块的输入端连接。
15.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述开关模块包括：第一电阻、第三电容、pmos管；
16.所述第一电阻的第一端分别与所述开关模块的输入端、所述第三电容的第一端、所述pmos管的源极连接，所述第一电阻的第二端分别与所述pmos管的栅极、所述第三电容的第二端连接；
17.所述pmos管的漏极与所述开关模块的输出端连接，所述pmos管的栅极与所述开关模块的控制端连接。
18.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述控制模块包括：第二电阻、第六电容、第三电阻、三极管；
19.所述第二电阻的第一端连接所述控制模块的输入端，所述第二电阻的第二端分别与所述第六电容的第一端、所述第三电阻的第一端、所述三极管的基极连接；
20.所述三极管的集电极与所述控制模块的输出端连接；
21.所述第六电容的第二端、所述第三电阻的第二端、所述三极管的发射极均接地。
22.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述输入模块包括：第一电容、第二电容；
23.所述第一电容的第一端分别与所述第二电容的第一端、所述输入模块的输入端连接；
24.所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端均接地。
25.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述输出模块包括：第四电容、第五电容；
26.所述第四电容的第一端分别与所述第五电容的第一端、所述输出模块的输出端连接；
27.所述第四电容的第二端、所述第五电容的第二端均接地。
28.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述三极管为npn型三极管。
29.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述驱动电路的控制端接入pwm电压信号，所述pwm电压信号的频率不小于20khz。
30.第二方面，本实用新型实施例提供了一种pmos管快速开关的驱动电路基板，包括：
31.如上述第一方面中任一所述的pmos管快速开关的驱动电路。
32.第三方面，本实用新型实施例提供了一种扫地机器人，所述扫地机器人包括：
33.如上述第二方面中所述的pmos管快速开关的驱动电路基板。
34.本实用新型实施例提供的pmos管快速开关的驱动电路、驱动电路基板及扫地机器人中，所述驱动电路包括：输入模块、稳压模块、开关模块、控制模块、输出模块，所述输入模块的输入端连接所述驱动电路的输入端，所述输入模块的输出端连接所述开关模块的输入端，所述开关模块的输出端连接所述输出模块的输入端，所述输出模块的输出端连接所述驱动电路的输出端，所述驱动电路的控制端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述稳压模块的输入端，所述稳压模块的输出端连接所述开关模块的控制端；所述输入模块，被设置为在自身输入端接收到第一电压值的电压信号时，通过自身输出端输出所述第一电压值的电压信号；所述控制模块，被设置为在自身输入端接收到第一控制电压时，所述控制模块的输出端与地导通；在自身输入端接收到第二控制电压时，所述控制模块断开；所述稳压模块，被设置为在所述稳压模块的输入端与地导通时，使所述稳压模块的输出端的电压稳定至第二电压值，其中，所述第二电压值与所述第一电压值的差值小于或等于预设开关阈值；所述开关模块，被设置为在自身控制端接收到电压信号的电压值与自身输入端接收到的电压信号的电压值的差值小于或等于预设开关阈值时，通过自身输出端输出自身输入端接收到的电压信号；在自身控制端接收到电压信号的电压值与自身输入端接收到的电压信号的电压值的差值大于预设开关阈值时，所述开关模块断开；所述输出模块，被设置为在自身输入端接收到电压信号时，通过自身输出端输出自身输入端接收到的电压信号。可以通过稳压模块将稳压模块的输出端的电压稳定至第二电压值，使得开关模块的控制端与输入端的压差变小，减少了开关模块的充放电时间，提高了pmos管的开关频率。当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本实用新型实施例的pmos管快速开关的驱动电路的第一种示意图；
37.图2为本实用新型实施例的稳压模块的一种示意图；
38.图3为本实用新型实施例的开关模块的一种示意图；
39.图4为本实用新型实施例的控制模块的一种示意图；
40.图5为本实用新型实施例的输入模块的一种示意图；
41.图6为本实用新型实施例的输出模块的一种示意图；
42.图7为本实用新型实施例的pmos管快速开关的驱动电路的第二种示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.为了提高了pmos管的开关频率，本实用新型提供了一种pmos管快速开关的驱动电
路，参见图1，所述驱动电路包括：
45.输入模块11、稳压模块12、开关模块13、控制模块14、输出模块15，所述输入模块11的输入端连接所述驱动电路的输入端，所述输入模块11的输出端连接所述开关模块13的输入端，所述开关模块13的输出端连接所述输出模块15的输入端，所述输出模块15的输出端连接所述驱动电路的输出端，所述驱动电路的控制端连接所述控制模块14的输入端，所述控制模块14的输出端连接所述稳压模块12的输入端，所述稳压模块12的输出端连接所述开关模块13的控制端；
46.所述输入模块11，被设置为在自身输入端接收到第一电压值的电压信号时，通过自身输出端输出所述第一电压值的电压信号；
47.所述控制模块14，被设置为在自身输入端接收到第一控制电压时，所述控制模块的输出端与地导通；在自身输入端接收到第二控制电压时，所述控制模块断开；
48.所述稳压模块12，被设置为在所述稳压模块的输入端与地导通时，使所述稳压模块的输出端的电压稳定至第二电压值，其中，所述第二电压值与所述第一电压值的差值小于或等于预设开关阈值；
49.所述开关模块13，被设置为在自身控制端接收到电压信号的电压值与自身输入端接收到的电压信号的电压值的差值小于或等于预设开关阈值时，通过自身输出端输出自身输入端接收到的电压信号；在自身控制端接收到电压信号的电压值与自身输入端接收到的电压信号的电压值的差值大于预设开关阈值时，所述开关模块断开；
50.所述输出模块15，被设置为在自身输入端接收到电压信号时，通过自身输出端输出自身输入端接收到的电压信号。
51.在本实用新型实施例中，在控制模块接收到第一控制电压时，使稳压模块的输出端的电压稳定至第二电压值，在第二电压值与第一电压值的差值小于或等于预设开关阈值时，开关模块将从输入模块接收到的电压信号输出至输出模块。实现提高pmos管的开关频率的目的。
52.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，参见图2，所述稳压模块12包括：稳压二极管d1；
53.所述稳压二极管d1的第一端与所述稳压模块的输出端连接，所述稳压二极管d1的第二端与所述稳压模块的输入端连接。
54.稳压二极管d1工作在反向击穿状态下，在电路中起到稳定电压的作用，将电压稳定在其工作电压vd。稳压二极管可根据设计需要自行选择不同的工作电压vd，例如，工作电压vd＝3v的稳压二极管，工作电压vd＝5v的稳压二极管。
55.稳压模块在稳压模块的输入端与地导通时，使稳压模块的输出端的电压稳定至第二电压值。在一个例子中，参见图2，稳压二极管d1的正极与地导通，稳压二极管d1的负极的电压稳定至工作电压vd。
56.在本实用新型实施例中，通过稳压二极管电压稳定至第二电压值，能够减少第二电压值与第一电压值的电压变化幅度。
57.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，参见图3，所述开关模块13包括：第一电阻r1、第三电容c3、pmos管q1；
58.所述第一电阻r1的第一端分别与所述开关模块的输入端、所述第三电容c3的第一
端、所述pmos管q1的源极连接，所述第一电阻r1的第二端分别与所述pmos管q1的栅极、所述第三电容c3的第二端连接；
59.所述pmos管q1的漏极与所述开关模块的输出端连接，所述pmos管q1的栅极与所述开关模块的控制端连接。
60.pmos管q1通过栅源电压(栅极与源极的电压差)vgs控制pmos管的导通或截止。第一电阻r1为限流电阻。
61.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，参见图4，所述控制模块14包括：第二电阻r2、第六电容c6、第三电阻r3、三极管q2；
62.所述第二电阻r2的第一端连接所述控制模块的输入端，所述第二电阻r2的第二端分别与所述第六电容c6的第一端、所述第三电阻r3的第一端、所述三极管q2的基极连接；
63.所述三极管q2的集电极与所述控制模块的输出端连接；
64.所述第六电容c6的第二端、所述第三电阻r3的第二端、所述三极管q2的发射极均接地。
65.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，参见图5，所述输入模块11包括：第一电容c1、第二电容c2；
66.所述第一电容c1的第一端分别与所述第二电容c2的第一端、所述输入模块的输入端连接；
67.所述第一电容c1的第二端、所述第二电容c2的第二端均接地。
68.输入模块的输入端与输入模块的输出端连接。
69.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，参见图6，所述输出模块15包括：第四电容c4、第五电容c5；
70.所述第四电容c4的第一端分别与所述第五电容c5的第一端、所述输出模块的输出端连接；
71.所述第四电容c4的第二端、所述第五电容c5的第二端均接地。
72.输出模块的输入端与输出模块的输出端连接。
73.预设开关阈值是pmos管q1能够导通的栅源电压(栅极与源极的电压差)vgs，通常情况下，大功率pmos管的栅源电压vgs在-2v以下，在实际应用中，当第二电压值vd与第一电压值vin的差值为-5v时，能够保证pmos管q1导通，同时也能够保证pmos管q1快速导通的能力。
74.通过将第二电压值vd与第一电压值vin的差值控制在-5v左右，能够有效的降低pmos管q1在导通或截止的电压变化幅度，提高pmos管的开关频率。
75.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述三极管为npn型三极管。
76.控制模块输入pwm电压信号,第一控制电压是pwm电压信号中的高电平，第二控制电压是pwm电压信号中的低电平，pwm电压信号用于控制npn型三极管的导通或截止。
77.三极管q2为npn型三极管，在控制模块中用于将输入的pwm电压信号进行信号反向，同时增强输出信号的驱动能力。
78.可选的，在本实用新型实施例的驱动电路中，所述驱动电路的控制端接入pwm电压信号，所述pwm电压信号的频率不小于20khz。
79.在本实用新型实施例中，pwm电压信号的频率不小于20khz，能够有效避开人耳
20hz-20khz的听力范围，超过人耳的听力上限，从而避免机器产生异音，优化用户体验。同时本实用新型的驱动电路简单稳定，成本低廉。
80.在一个例子中，参见图7，驱动电路的输入端输入第一电压值的电压信号vin，驱动电路的输出端输出电压信号vout，驱动电路的控制端接入pwm电压信号。在实际应用中，为了驱动大功率器件，vin一般大于10v以上，vout用于驱动大功率器件(比如：电磁铁)，pmos管q1为大功率pmos管，在驱动电路中用于控制vout的通断。
81.参见图7，本实用新型实施例的驱动电路的工作过程为：控制模块输入pwm电压信号,在第一控制电压为高电平时，q1导通，d1的第二端与地导通，d1工作，d1的第一端电压稳定至第二电压值vd，在第二电压值vd与第一电压值vin的差值小于预设开关阈值时，c3充电，q2导通，并将vin输出至vout。在第一控制电压为低电平时，q1截止，d1不工作，c3放电(从vin放电至vd)，q2截止，vout无输出。
82.参见图7，本实用新型实施例的驱动电路，利用稳压二极管的稳压特性及稳压二极管在驱动电路中的连接位置，使得pmos管q1在快速开关时，栅源电压vgs的压差变化幅度减小，减小了pmos管q1结电容和限流电阻r1的充放电幅度，从而减少了充放电时间，提高了pmos管的开关频率。同时，通过稳压二极管d1减小栅源电压vgs，使得限流电阻r1可选功率范围变大，可以选取较小的电阻值和功率值，进而可以进一步的缩短pmos管q1的栅源电压vgs的充放电时间，提升开关频率。限流电阻r1可以选取较小的电阻值和功率值，有利于选择小封装的电阻和小型化的设计。
83.在本实用新型实施例中，通过稳压二极管的位置和工作电压的选择，可以有效的提高pmos管的开关频率，在开关频率达到20khz以上时，超过人耳的听力上限，从而避免机器产生异音，优化用户体验。同时本实用新型的驱动电路通过添加稳压二极管减小了栅源电压vgs的压差变化幅度，与相关技术中的复杂的pmos管快速开关的驱动电路相比，电路拓扑结构更加简单、性能稳定、成本更加低廉。
84.本实用新型提供了一种pmos管快速开关的驱动电路基板，包括：上述任一所述的pmos管快速开关的驱动电路。
85.本实用新型提供了一种扫地机器人，包括：上述pmos管快速开关的驱动电路基板。
86.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
87.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。