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CN106094965B - 一种电机驱动电路 - Google Patents

一种电机驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机驱动电路，包括：第一低压驱动芯片、第二低压驱动芯片、第一开关电路及第二开关电路，第一开关电路的输出端与第二开关电路的控制端相连，作为驱动电路的输出端，第一开关电路的控制端接第一低压驱动芯片的输出端，第一开关电路的控制端接控制电压，第二开关电路的输出端接地；输入信号经过电平移位电路输入第一低压驱动芯片，然后输出到第一开关电路；输入信号还输入到第二低压驱动芯片，然后输出到第二开关电路；当第一低压驱动芯片的输入信号在高低电平之间切换时，第一开关电路在打开和关断之间切换，第二开关电路在关断和打开之间切换，驱动电路的输出端电压在供电电压和零之间切换。本发明电路结构简单，成本低。

Description

一种电机驱动电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种电机驱动电路。
背景技术
随着社会对环境的关注度越来越高，越来越多的应用领域采用电力来推动，以降低各种污染和排放。工业4.0和物联网的发展也推动了各种自动化的发展。这些都需要电机来实现。各种智能电机在日常的生活中也越来越普遍，比如各种电动工具，电动车等。而电机需要有驱动电路来驱动，包括半桥驱动，全桥驱动等等。
现在市场上在电机驱动芯片上有两个方案，一是采用国外昂贵的集成驱动芯片方案，如半桥驱动芯片集成IR2103，其电路原理图如图1所示，其是用于半桥驱动，驱动高端和低端两个MOS管，其虽然电路简单，但是芯片成本高；二是采用廉价的分立器件方案，其电路原理图如图2所示，其也是用于半桥驱动，驱动高端和低端两个MOS管，该方案的优点是价格便宜，但电路复杂，生产和系统可靠性低。
针对现有电机驱动电路的现状，继续提供一种电路结构简单且成本低的驱动方案。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种电机驱动电路，其将高端开关管驱动芯片和低端开关管驱动芯片分开设计，电路布局简单、方便，电路结构简单，且采用了低压芯片实现了对高端和低端开关管的驱动，降低了成本。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种电机驱动电路，其包括：包括：第一低压驱动芯片、第二低压驱动芯片、第一开关电路以及第二开关电路，其中，
所述第一开关电路包括输入端、输出端以及控制端，所述第二开关电路也包括：输入端、输出端以及控制端；
所述第一开关电路的输出端与所述第二开关电路的控制端相连，作为驱动电路的输出端，所述第一开关电路的控制端接控制电压，所述第二开关电路的输出端接地；
所述输入信号经过电平移位电路输入第一低压驱动芯片的输入信号脚，从所述第一低压驱动芯片的驱动输出脚输出，进而输入到所述第一开关电路的输入端；所述电平移位电路用于实现所述输入信号的电平从低到高或从高到低的移位；
所述输入信号还输入到所述第二低压驱动芯片的输入信号脚，从所述第二低压驱动芯片的驱动输出脚输出，进而输入到所述第二开关电路的输入端；
所述第一低压驱动芯片的供电脚和所述第二低压驱动芯片的供电脚接输入电压；
当所述第一驱动芯片输入信号为高电平，所述第二驱动芯片输入为低电平时，所述第一开关电路打开，所述第二开关电路关断，所述驱动电路的输出端的输出电压为控制电压；当所述第一驱动芯片的输入信号为低电平，所述第二低压驱动芯片的输入为高电平时，所述第一开关电路关断，所述第二开关电路打开，所述驱动电路的输出端的输出电压为零；或者，
当所述第一低压驱动芯片的输入信号为高电平，所述第二低压驱动芯片的输入信号为低电平时，所述第一开关电路关断，所述第二开关电路打开，所述驱动电路的输出端的输出电压为零；当所述第一低压驱动芯片的输入信号为低电平，所述第二低压驱动芯片的输入信号为高电平时，所述第一开关电路打开，所述第二开关电路关断，所述驱动电路的输出端的输出电压为控制电压。
较佳地，所述电平移位电路包括：输入电阻、限流电阻、移位电阻以及三极管，其中，
所述输入信号通过所述输入电阻输入到所述三极管的基极，所述三极管的发射极通过所述限流电阻接地，所述三极管的集电极通过所述移位电阻接输入电压，所述三极管的集电极与所述移位电阻之间的某一点为所述电平移位电路的输出端，与所述第一低压驱动芯片的输入信号脚相连。
较佳地，所述第一低压驱动芯片和/或所述第二低压驱动芯片包括：电流检测单元，用于检测输入所述第一低压驱动芯片和/或所述第二低压驱动芯片的电流是否超过预设值，当超过时，对所述第一低压驱动芯片和/或所述第二低压驱动芯片进行关断。
较佳地，所述电流检测单元包括检测电阻以及比较器，所述电流通过所述检测电阻转换为检测电压，所述检测电压以及所述预设值分别输入所述比较器的两个输入端，当所述检测电压超过预设值时，拉低至预设值。
较佳地，所述第一低压驱动芯片的驱动输出脚与所述第一开关电路的输入端之间设置有第一电阻，用于调节所述第一开关电路的输入端的电压下降时间；所述第一低压驱动芯片的芯片供电脚和驱动供电脚之间设置有第三电阻，用于调节所述第一开关电路的输入单的电压上升时间；和/或，
所述第二低压驱动芯片的驱动输出脚与所述第二开关电路的输入端之间设置有第一电阻，用于调节所述第二开关电路的输入端的电压下降时间；所述第二低压驱动芯片的芯片供电脚和驱动供电脚之间设置有第四电阻，用于调节所述第二开关电路的输入端的电压上升时间。
较佳地，所述第一低压驱动芯片的芯片供电脚和芯片共地脚之间设置有第一输入电压滤波电容，用于稳定输入电压；和/或，
所述第二低压驱动芯片的芯片供电脚和芯片共地脚之间设置有第二输入电压滤波电容，用于稳定输入电压。
较佳地，所述输入信号为高电平和低电平相间的信号，所述高电平和所述低电平之间有死区时间。
较佳地，所述第一低压驱动芯片的输入电压先经过反向截止的二极管，再输入到所述第一低压驱动芯片。
较佳地，所述第一开关电路包括：一个或多个mos管，所述第二开关电路也包括：一个或多个mos管。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的电机驱动电路，其高端开关电路和低端开关电路的驱动都由低压芯片来完成，低压芯片相对于IR2103来说，成本低，且将高端驱动和低端驱动分开设计，简化了电路结构，制作容易，系统可靠性高；
(2)本发明的电机驱动电路，将高端驱动和低端驱动分开设计，方便了用户的布板布线，特别是大功率的驱动方案。
(3)可以采用低压(20V)的工艺制程来生产制造，工艺成熟，国内国外可选择的生产平台多，而类似IR2103/IR2003的产品需要200V和600V的工艺制程，工艺成本高，可选择的生产平台极少，导致这一领域长期被国外公司垄断，而本发明突破了工艺限制，用普通成熟的工艺即可实现，根据不同的耐压要求，在外部选用需要耐压规格的三极管(即图中的T1)即可实现高压驱动电路，高压三极管相当普遍以及廉价。
当然，实施本发明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
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为现有的采用半桥驱动芯片集成IR2103驱动的电路原理图；
图2为现有的采用分立器件的半桥驱动的电路原理图；
图3为本发明的实施例的电机驱动电路的原理图；
图4为本发明的实施例的低压驱动芯片的管脚图；
图5为本发明的实施例的高端驱动的波形图；
图6为本发明的实施例的低端驱动的波形图；
图7为本发明的实施例的电机驱动电路的波形图；
图8为本发明的较佳实施例的低压驱动芯片的管脚图；
图9为本发明的较佳实施例的电流检测单元的电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
结合图3-图6，对本发明的电机驱动电路进行详细描述，如图3所示为其电路原理图，其包括：第一低压驱动芯片U1、第二低压驱动芯片U2、第一开关电路以及第二开关电路，第一开关电路包括输入端、输出端以及控制端，所述第二开关电路也包括：输入端、输出端以及控制端；本实施例中，第一开关电路包括一个mos管Q1，第二开关电路也包括一个mos管Q2，第一开关电路的输入端即为mos管Q1的栅极G1，第一开关电路的输出端即为mos管Q1的源极，第一开关电路的控制端即为mos管的漏极，第二开关电路的输入端即为mos管Q2的栅极G2，第二开关电路的输出端即为mos管Q2的源极，第二开关电路的控制端即为mos管的漏极，mos管Q1的源极与mos管Q2的漏极相连，中间的某一段作为驱动电路的输出端OUT，mos管Q1的漏极接控制电压PVIN，mos管Q2的源极接地。
本实施例中，第一低压驱动芯片U1和第二低压驱动芯片U2为六个管脚的封装，其示意图如图4所述，管脚的定义如下：
VCC:芯片供电脚；
COM:芯片功率地脚；
SIN：输入信号脚；
VS：驱动信号地脚；
DRV：驱动输出脚；
VDR：驱动供电脚。
下面对高端驱动第一低压驱动以及低端驱动第二低压驱动进行分开描述。
输入信号HIN经过电平移位电路输入第一低压驱动芯片U1的输入信号脚SIN，从第一低压驱动芯片U1的驱动输出脚DRV输出，进而输入到mos管的栅极，第一低压驱动芯片U1的芯片供电脚VCC、芯片共地脚COM以及驱动供电脚VDR接输入电压VCC；电平移位电路用于实现输入信号的电平从低到高的移位。本实施例中，电平移位电路包括：输入电阻R7、限流电阻R9、移位电阻R8以及三极管T1，输入信号通过输入电阻R7输入到三极管T1的基极，三极管T1的发射极通过限流电阻R9接地，三极管T1的集电极通过移位电阻R8接输入电压VCC，三极管T1的集电极与移位电阻R8之间的某一点为电平移位电路的输出端，输出电平移位后的信号HIN_S，然后输入到第一低压驱动芯片U1的输入信号脚SIN。第一低压驱动芯片U1的芯片供电脚VCC以及芯片共地脚之间连接有第一输入电压滤波电容C1，用于稳定输入电压。第一低压驱动芯片U1的驱动输出脚DRV与mos管Q1的栅极之间连接有第一电阻R1，用于调节G1信号的下降时间tf；第一低压驱动芯片U1的芯片供电脚VCC与驱动供电脚VDR之间连接有第三电阻R3，用于调节G1信号的上升时间tr，如图5所示。增加R1，tf也增加，减小R1，tf也减小；增加R3，tr也增加，减小R3，tr也减小。第一低压驱动芯片U1的输入信号HIN波形、电平移位信号HIN_S波形以及mos管Q1的栅极G1波形如图5所示，当输入信号HIN为高(3.3V)时，电平移位信号HIN_S为低(0V)，mos管Q1的栅极G1为低(0V)；当输入信号HIN为低(0V)时，电平移位信号HIN_S为高(PVIN+VCC)，mos管Q1的栅极G1为高(PVIN+VCC)。其原理为：当G1变高时，Q1打开，OUT电压变成PVIN，由于VS和COM在芯片内部的连接关系，COM也等于PVIN、C1上极板的电压由原来的VCC变成PVIN+VCC，G1的电压等于C1上的电压，所以也变成了PVIN+VCC。
本实施例中，还设置有反向截止二极管D1，输入电压VCC先经过反向截止的二极管D1，再输入第一低压驱动芯片U1，因为第一低压驱动芯片U1是浮地工作的，就是芯片的COM和VS脚，当第二开关打开时，OUT脚为地，COM和VS也为地，电容C1通过反向截止二极管D1被充电至VCC电压，当第一开关打开时，COM和VS电压等于PVIN，电容C1的上极板电压变成PVIN+VCC，就是说会比VCC高，这样D1就阻止了电容C1对VCC放电，反向截止二极管D1反向不导通，所以VBS这端的电压变成PVIN+VCC，而电容C1上下极板之间的电压还是VCC。
输入信号LIN输入到第二低压驱动芯片U2的输入信号脚SIN，从第二低压驱动芯片U2的驱动输出脚VS输出，进而输入到mos管Q2的栅极G2；第一低压驱动芯片U2的供电脚VCC和第二低压驱动芯片U2的芯片供电脚VCC、芯片共地脚COM以及驱动供电脚VDR接输入电压VCC，第一低压驱动芯片U1的芯片供电脚VCC以及芯片共地脚之间连接有第二输入电压滤波电容C2，用于稳定输入电压。第二低压驱动芯片U2的驱动输出脚DRV与mos管Q2的栅极之间连接有第二电阻R2，用于调节G2信号的下降时间tf；第二低压驱动芯片U2的芯片供电脚VCC与驱动供电脚VDR之间连接有第四电阻R4，用于调节G2信号的上升时间tr，如图6所示。增加R2，tf也增加，减小R2，tf也减小；增加R4，tr也增加，减小R4，tr也减小。第二低压驱动芯片U2的输入信号LIN波形、以及mos管Q2的栅极G2波形如图6所示，
在电机驱动电路中，高端驱动的输入信号HIN与低端驱动的输入信号LIN为相同的输入信号HIN/LIN，此时对应的mos管Q2的栅极G2波形、mos管Q1的栅极G1波形以及输出OUT的波形如图7所示。当HIN/LIN为低时，G1为高，G2为低，此时Q1打开，Q2关断，所以输出OUT等于PVIN；当HIN/LIN为高时，G1为低，G2为高，此时Q1关断，Q2打开，所以输出OUT等于0V，这样就实现了输入信号HIN/LIN对输出OUT的驱动控制。
较佳实施例中，可在输入信号的高电平和低电平之间加入死区时间，以防止Q1和Q2同时打开。
较佳实施例中，在第一低压驱动芯片U1和第二低压驱动芯片U2中加入电流检测单元，增加了管脚CS和FAULT，管脚图如图8所示。电流检测单元的电路图如图9所示，当管脚CS上输入的信号超过内部预设值VTH时，比较器COMP的输出为高，把mos管N1的漏极输出FAULT拉低，电流检测功能通过应用电路上的检测电阻把电流检测出来，即Vcs＝I*Rcs，当系统电流I超过预设值时，FAULT信号拉低传给系统控制电路，当系统控制电路接收到这个拉低信号后，它就知道驱动芯片这里发生了过流错误，它就会通过HIN/LIN把功率MOS管关断，这样就保护了系统，等错误排除后再恢复工作。
上述实施例中，第一开关电路和第二开关电路都包括一个mos管，不同实施例中，也可由多个mos管组合而成。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种电机驱动电路，其特征在于，包括：第一低压驱动芯片、第二低压驱动芯片、第一开关电路以及第二开关电路，其中，
所述第一开关电路包括输入端、输出端以及控制端，所述第二开关电路也包括：输入端、输出端以及控制端；所述第一开关电路包括：一个或多个功率mos管，所述第二开关电路也包括：一个或多个功率mos管，其中，所述第一开关电路的输入端为mos管Q1的栅极G1，所述第一开关电路的输出端为mos管Q1的源极，所述第一开关电路的控制端为mos管的漏极，所述第二开关电路的输入端为mos管Q2的栅极G2，所述第二开关电路的输出端为mos管Q2的源极，所述第二开关电路的控制端为mos管Q2的漏极，mos管Q1的源极与mos管Q2的漏极相连，中间的某一段作为驱动电路的输出端OUT，mos管Q1的漏极接控制电压PVIN，mos管Q2的源极接地；
输入信号经过电平移位电路输入第一低压驱动芯片的输入信号脚，从所述第一低压驱动芯片的驱动输出脚输出，进而输入到所述第一开关电路的输入端；所述电平移位电路用于实现所述输入信号的电平从低到高或从高到低的移位；所述电平移位电路包括：输入电阻、限流电阻、移位电阻以及三极管，其中，
所述输入信号通过所述输入电阻输入到所述三极管的基极，所述三极管的发射极通过所述限流电阻接地，所述三极管的集电极通过所述移位电阻接输入电压，所述三极管的集电极与所述移位电阻之间的某一点为所述电平移位电路的输出端，与所述第一低压驱动芯片的输入信号脚相连；
所述输入信号还输入到所述第二低压驱动芯片的输入信号脚，从所述第二低压驱动芯片的驱动输出脚输出，进而输入到所述第二开关电路的输入端；
所述第一低压驱动芯片的供电脚和所述第二低压驱动芯片的供电脚接输入电压；
所述第一低压驱动芯片的驱动输出脚与所述第一开关电路的输入端之间设置有第一电阻，用于调节所述第一开关电路的输入端的电压下降时间；所述第一低压驱动芯片的芯片供电脚和驱动供电脚之间设置有第三电阻，用于调节所述第一开关电路的输入端的电压上升时间；和/或，
所述第二低压驱动芯片的驱动输出脚与所述第二开关电路的输入端之间设置有第一电阻，用于调节所述第二开关电路的输入端的电压下降时间；所述第二低压驱动芯片的芯片供电脚和驱动供电脚之间设置有第四电阻，用于调节所述第二开关电路的输入端的电压上升时间；
当所述第一低压驱动芯片输入信号为高电平，所述第二低压驱动芯片输入为低电平时，所述第一开关电路打开，所述第二开关电路关断，所述驱动电路的输出端的输出电压为控制电压；当所述第一低压驱动芯片的输入信号为低电平，所述第二低压驱动芯片的输入为高电平时，所述第一开关电路关断，所述第二开关电路打开，所述驱动电路的输出端的输出电压为零；或者，
当所述第一低压驱动芯片的输入信号为高电平，所述第二低压驱动芯片的输入信号为低电平时，所述第一开关电路关断，所述第二开关电路打开，所述驱动电路的输出端的输出电压为零；当所述第一低压驱动芯片的输入信号为低电平，所述第二低压驱动芯片的输入信号为高电平时，所述第一开关电路打开，所述第二开关电路关断，所述驱动电路的输出端的输出电压为控制电压。
2.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一低压驱动芯片和/或所述第二低压驱动芯片包括：电流检测单元，用于检测输入所述第一低压驱动芯片和/或所述第二低压驱动芯片的电流是否超过预设值，当超过时，对所述第一低压驱动芯片和/或所述第二低压驱动芯片进行关断。
3.根据权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电流检测单元包括检测电阻以及比较器，所述电流通过所述检测电阻转换为检测电压，所述检测电压以及所述预设值分别输入所述比较器的两个输入端，当所述检测电压超过预设值时，拉低至预设值。
4.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一低压驱动芯片的芯片供电脚和芯片共地脚之间设置有第一输入电压滤波电容，用于稳定输入电压；和/或，
所述第二低压驱动芯片的芯片供电脚和芯片共地脚之间设置有第二输入电压滤波电容，用于稳定输入电压。
5.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述输入信号为高电平和低电平相间的信号，所述高电平和所述低电平之间有死区时间。
6.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一低压驱动芯片的输入电压先经过反向截止的二极管，再输入到所述第一低压驱动芯片。
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