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电机驱动电路发明专利

更新时间:2024-07-01
电机驱动电路发明专利 专利申请类型:发明专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:电机驱动电路

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202011538311.5

专利申请(专利权)人:圣邦微电子(北京)股份有限公司
权利人地址:北京市海淀区西三环北路87号13层3-1301

专利发明(设计)人:李森,宫志超

专利摘要:本发明公开了一种电机驱动电路,包括H桥电路,包括多个高侧晶体管和低侧晶体管,每个高侧晶体管和对应的低侧晶体管连接于供电端和地之间,二者的中间节点用于提供输出端连接电机;开关驱动电路,用于提供多个高侧晶体管和低侧晶体管的开关信号;以及续流保护电路,用于在H桥电路处于关断状态时根据采样电压产生续流保护信号,采样电压通过对高侧晶体管的体二极管的管压降采样获得,其中,若采样电压大于预设参考电压,续流保护信号提供脉冲信号,开关驱动电路根据脉冲信号导通对应的高侧晶体管,可在H桥电路处于关断状态时避免电路中出现的大电流通过高侧晶体管的体二极管续流,降低寄生三极管漏电的风险,提高了芯片的安全性。

主权利要求:
1.一种电机驱动电路,包括:
H桥电路,包括多个高侧晶体管和低侧晶体管,每个所述高侧晶体管和对应的低侧晶体管连接于供电端和地之间,二者的中间节点用于提供输出端连接电机,其中所述H桥电路包括串联连接于所述供电端和地之间的第一晶体管和第三晶体管,以及串联连接于所述供电端和地之间的第二晶体管和第四晶体管,其中所述第一晶体管和所述第二晶体管为高侧晶体管,所述第三晶体管和所述第四晶体管为低侧晶体管,所述第一晶体管和所述第三晶体管之间具有第一节点,所述第二晶体管和所述第四晶体管之间具有第二节点,所述第一节点和所述第二节点用于提供输出端连接所述电机;
开关驱动电路,用于提供所述多个高侧晶体管和低侧晶体管的开关信号;以及续流保护电路,用于在所述H桥电路处于关断状态时根据采样电压产生续流保护信号,所述采样电压通过对所述高侧晶体管的体二极管的管压降采样获得,其中,若所述采样电压大于预设参考电压,所述续流保护信号提供脉冲信号,所述开关驱动电路根据所述脉冲信号导通对应的高侧晶体管,其中,所述续流保护电路包括:
电压采样模块,分别检测所述第一晶体管和所述第二晶体管的体二极管以生成第一采样电压和第二采样电压;以及逻辑控制模块,用于将所述第一采样电压或所述第二采样电压与预设参考电压进行比较,以生成所述续流保护信号,其中,所述逻辑控制模块包括:
比较单元,用于在高侧晶体管处于关断状态时,将所述采样电压与所述预设参考电压进行比较,并输出结果信号,当所述采样电压大于所述预设参考电压时,所述结果信号翻转为高电平;
计时单元,当所述结果信号翻转为高电平时,所述计时单元提供计时脉冲;以及逻辑单元,根据所述计时脉冲和所述结果信号提供所述续流保护信号,其中,当所述结果信号翻转为高电平时,所述续流保护信号由无效电平翻转为有效电平,当所述计时脉冲结束时,所述续流保护信号复位至所述无效电平。
2.根据权利要求1所述的电机驱动电路,其中,所述开关驱动电路响应于一组所述脉冲信号,每组所述脉冲信号包括依次间隔出现的多个脉冲信号,从而周期地导通和关断所述高侧晶体管。
3.根据权利要求1所述的电机驱动电路,其中,每个所述脉冲信号包括有效电平和无效电平,所述开关驱动电路响应于所述脉冲信号的有效电平使得对应的高侧晶体管处于导通状态,以及响应所述脉冲信号的无效电平使得对应的高侧晶体管处于关断状态。
4.根据权利要求1所述的电机驱动电路,其中,所述电压采样模块包括:
第一比较器,正相输入端连接至所述第一节点,反相输入端连接至所述供电端,输出端用于输出所述第一采样电压;以及第二比较器,正相输入端连接至所述第二节点,反相输入端连接至所述供电端,输出端用于输出所述第二采样电压。 说明书 : 电机驱动电路技术领域[0001] 本发明涉及电机控制技术领域,更具体地涉及一种电机驱动电路。背景技术[0002] 直流电机是在直流电压驱动下运转的旋转电磁机械,用于实现电能和机械能之间的转换。直流电机采用直流电作为电源,控制电路简单,调速方式简单且平滑,因此广泛应用于家用电器和工业控制领域中。在家用电器中,直流电机例如用于收录机驱动电机、计算机中的散热风扇等。在工业控制领域中,直流电机例如用作伺服电机。[0003] 图1是根据现有技术的一种电机驱动电路的示意性电路图。如图1所示,电机驱动电路100包括连接成H桥电路的晶体管T1‑T4和开关驱动电路110。晶体管T1和晶体管T3依次串联连接在供电端VCC和接地端之间,二者的中间节点为第一节点DP,晶体管T2和晶体管T4依次串联连接在供电端VCC和接地端之间,二者的中间节点为第二节点DN,直流电机M连接在第一节点DP和第二节点DN之间。其中,晶体管T1和晶体管T2为高侧晶体管,晶体管T3和晶体管T4为低侧晶体管。[0004] 开关驱动电路110用于控制晶体管T1‑T4的导通和关断。其中,晶体管T1‑T4分别为N型场效应晶体管。晶体管T1和晶体管T4同时导通和关断,晶体管T2和晶体管T3同时导通和关断。当晶体管T1和晶体管T4同时导通,晶体管T2和晶体管T3同时关断时,驱动电流从供电端VCC经由晶体管T1、电机M和晶体管T4流至接地端,驱动电机M正转。反之,当晶体管T1和晶体管T4同时关断,晶体管T2和晶体管T3同时导通时,驱动电流从供电端VCC经由晶体管T2、电机M和晶体管T3流至接地端,驱动电机M反转。[0005] 现有的电机驱动电路100在工作过程中会出现反向电流导致高侧晶体管的体二极管续流导通的情形。如图1所示,当开关驱动电路110的输出为高阻状态时,会直接将晶体管T1‑T4关断,由于直流电机是感性的,其将产生反向电流,一部分电流通过高侧晶体管的体二极管流向供电端,另一部分电流通过高侧晶体管的体二极管和寄生二极管流向地。若反向电流过大,则会对驱动电路产生破坏性的作用,导致芯片烧毁。[0006] 因此,期望在电机驱动电路的工作过程中确保H桥中所有的晶体管的体二极管中均无电流通过,以保护电机驱动电路。发明内容[0007] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种电机驱动电路,可在H桥电路处于关断状态时避免电路中出现的大电流通过高侧晶体管的体二极管续流,降低寄生三极管漏电的风险,提高了芯片的安全性。[0008] 根据本发明提供了一种电机驱动电路,包括:H桥电路,包括多个高侧晶体管和低侧晶体管,每个所述高侧晶体管和对应的低侧晶体管连接于供电端和地之间,二者的中间节点用于提供输出端连接电机;开关驱动电路,用于提供所述多个高侧晶体管和低侧晶体管的开关信号;以及续流保护电路,用于在所述H桥电路处于关断状态时根据采样电压产生续流保护信号,所述采样电压通过对所述高侧晶体管的体二极管的管压降采样获得,其中,若所述采样电压大于预设参考电压,所述续流保护信号提供脉冲信号,所述开关驱动电路根据所述脉冲信号导通对应的高侧晶体管。[0009] 可选的,所述开关驱动电路响应于一组所述脉冲信号,每组所述脉冲信号包括依次间隔出现的多个脉冲信号,从而周期地导通和关断所述高侧晶体管。[0010] 可选的,每个所述脉冲信号包括有效电平和无效电平,所述开关驱动电路响应于所述脉冲信号的有效电平使得对应的高侧晶体管处于导通状态,以及响应所述脉冲信号的无效电平使得对应的高侧晶体管处于关断状态。[0011] 可选的,所述H桥电路包括:串联连接于所述供电端和地之间的第一晶体管和第三晶体管,所述第一晶体管和所述第三晶体管之间具有第一节点;以及串联连接于所述供电端和地之间的第二晶体管和第四晶体管,所述第二晶体管和所述第四晶体管之间具有第二节点,其中,所述第一晶体管和所述第二晶体管为高侧晶体管,所述第三晶体管和所述第四晶体管为低侧晶体管,所述第一节点和所述第二节点用于提供输出端连接所述电机。[0012] 可选的,所述续流保护电路包括:电压采样模块,分别检测所述第一晶体管和所述第二晶体管的体二极管以生成第一采样电压和第二采样电压;以及逻辑控制模块,用于将所述第一采样电压或所述第二采样电压与预设参考电压进行比较,以生成所述续流保护信号。[0013] 可选的,所述电压采样模块包括:第一比较器,正相输入端连接至所述第一节点,反相输入端连接至所述供电端,输出端用于输出所述第一采样电压;以及第二比较器,正相输入端连接至所述第二节点,反相输入端连接至所述供电端,输出端用于输出所述第二采样电压。[0014] 可选的,所述逻辑控制模块包括:比较单元,用于在高侧晶体管处于关断状态时,将所述采样电压与所述预设参考电压进行比较,并输出结果信号,当所述采样电压大于所述预设参考电压时,所述结果信号翻转为高电平;计时单元,当所述结果信号翻转为高电平时,所述计时单元提供计时脉冲;以及逻辑单元,根据所述计时脉冲和所述结果信号提供所述续流保护信号,其中,当所述结果信号翻转为高电平时,所述续流保护信号由无效电平翻转为有效电平,当所述计时脉冲结束时,所述续流保护信号复位至所述无效电平。[0015] 本发明提供的电机驱动电路包括续流保护电路,用于在H桥电路处于关断状态时根据高侧晶体管的体二极管采样获得采样电压,并根据采样电压产生续流保护信号,若采样电压大于预设参考电压,续流保护信号提供脉冲信号,开关驱动电路根据脉冲信号导通对应的高侧晶体管,从而使得H桥电路中的电流通过高侧晶体管的沟道释放,避免电路中出现的大电流通过高侧晶体管的体二极管续流,降低寄生三极管漏电的风险,提高了芯片的安全性。[0016] 进一步的,续流保护电路在采样电压大于预设参考电压时提供间隔分布的多个脉冲信号,从而使得高侧晶体管周期性地导通和关断,通过高侧晶体管的沟道不断释放电路中的电流,直至电路中的电流降低至零,可进一步避免电机驱动电路中出现大电流对电路的损害,提高电路的稳定性。[0017] 同时,上述实施例的电机驱动电路不需要增加额外的器件即可实现续流保护,电机驱动电路的面积更小、成本更低,可以广泛应用于低成本的芯片方案中。附图说明[0018] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。[0019] 图1是根据现有技术的一种电机驱动电路的示意性电路图;[0020] 图2是根据本发明实施例的一种带续流保护的电机驱动电路的示意性电路图;[0021] 图3是根据本发明实施例的续流保护电路中的逻辑控制模块的示意性结构图;[0022] 图4示出根据本发明实施例的续流保护电路的逻辑控制模块的工作时序图;[0023] 图5示出根据本发明实施例的续流保护电路的控制流程示意图。具体实施方式[0024] 以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,在图中可能未示出某些公知的部分。[0025] 在下文中描述了本发明的许多特定的细节,例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术,以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样,可以不按照这些特定的细节来实现本发明。[0026] 应当理解,在以下的描述中,“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时,它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件,元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反,当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时,意味着两者不存在中间元件。[0027] 图2是根据本发明实施例的一种带续流保护的电机驱动电路的示意性电路图。如图2所示,电机驱动电路200包括连接成H桥电路的晶体管T1‑T4、开关驱动电路210和续流保护电路220。晶体管T1和晶体管T3依次串联连接在供电端VCC和接地端之间,二者的中间节点为第一节点DP,晶体管T2和晶体管T4依次串联连接在供电端VCC和接地端之间,二者的中间节点为第二节点DN,直流电机M连接在第一节点DP和第二节点DN之间。[0028] 其中,晶体管T1和晶体管T2为高侧晶体管,晶体管T3和晶体管T4为低侧晶体管。二极管D1‑D4分别为晶体管T1‑T4的体二极管,二极管D5和D6分别为高侧晶体管T1和T2的寄生二极管。[0029] 开关驱动电路210用于提供晶体管T1‑T4的开关信号,以控制晶体管T1‑T4的导通和关断。其中,晶体管T1‑T4分别为N型场效应晶体管。晶体管T1和晶体管T4同时导通和关断,晶体管T2和晶体管T3同时导通和关断。当晶体管T1和晶体管T4同时导通,晶体管T2和晶体管T3同时关断时,驱动电流从供电端VCC经由晶体管T1、电机M和晶体管T4流至接地端,驱动电机M正转。反之,当晶体管T1和晶体管T4同时关断,晶体管T2和晶体管T3同时导通时,驱动电流从供电端VCC经由晶体管T2、电机M和晶体管T3流至接地端,驱动电机M反转。[0030] 续流保护电路220用于在H桥电路处于关断状态时根据高侧晶体管T1或T2的体二极管的压降生成采样电压,并根据采样电压产生续流保护信号Vpro。若所述采样电压大于预设参考电压,则判定高侧晶体管T1或T2的体二极管中存在电流续流,所述续流保护信号Vpro提供脉冲信号,开关驱动电路210根据该脉冲信号导通对应的高侧晶体管,使得H桥电路中的电流通过高侧晶体管T1或T2的沟道进行释放,避免H桥中电流长时间流过高侧晶体管的体二极管,降低寄生三极管漏电的风险。[0031] 其中,续流保护电路220包括电压采样模块221和逻辑控制模块222。电压采样模块221用于检测高侧晶体管T1和T2的体二极管的压降,以生成采样电压Vs1和Vs2。进一步的,电压采样模块221包括比较器U1和U2。比较器U1的正相输入端与第一节点DP连接,正相输入端与供电端VCC连接,比较器U1用于检测高侧晶体管T1的体二极管D1的管压降,以在输出端输出采样电压Vs1。比较器U2的正相输入端与第二节点DN连接,正相输入端与供电端VCC连接,比较器U2用于检测高侧晶体管T2的体二极管D2的管压降,以在输出端输出采样电压Vs2。[0032] 逻辑控制模块222接收采样电压Vs1和Vs2,并将采样电压Vs1或Vs2与预设参考电压进行比较。若所述采样电压Vs1或Vs2大于预设参考电压,则所述续流保护信号Vpro提供脉冲信号,所述开关驱动电路210根据所述脉冲信号导通高侧晶体管T1或T2。进一步的,所述开关驱动电路210响应于一组脉冲信号,每组脉冲信号包括依次间隔出现的多个脉冲信号,从而周期性导通高侧晶体管T1或T2,使得H桥电路中的电流通过高侧晶体管T1或T2的沟道不断进行释放,直至高侧晶体管的体二极管中的续流电流降低至零之后再彻底关断高侧晶体管,避免了H桥电路中的电流长时间流过高侧晶体管的体二极管,降低寄生三极管漏电的风险。[0033] 图3是根据本发明实施例的续流保护电路中的逻辑控制模块的示意性结构图。如图3所示,逻辑控制模块222包括比较单元201、计时单元202和逻辑单元203。比较单元201用于在高侧晶体管T1或T2处于关断状态时将所述采样电压Vs1或Vs2与预设参考电压进行比较,并输出结果信号Vcomp,所述结果信号Vcomp表征采样电压Vs1或Vs2是否小于所述预设参考电压。计时单元202用于在所述结果信号翻转为高电平时提供计时脉冲Vj,并在高侧晶体管T1或T2的导通持续时间达到预设时间(例如几十μs)时停止计时。逻辑单元203用于根据所述结果信号Vcomp和所述计时脉冲Vj提供续流保护信号Vpro。其中,所述结果信号Vcomp包括上升沿和下降沿,所述逻辑单元203在结果信号Vcomp的上升沿触发下将续流保护信号Vpro由无效电平转换为有效电平,同时计时单元202根据结果信号Vcomp的上升沿开始触发计时,输出计时脉冲Vj,当计时脉冲Vj结束时,续流保护信号Vpro再次翻转为无效电平。[0034] 图4示出根据本发明实施例的续流保护电路的逻辑控制模块的工作时序图,为了方便说明,在图4中以采样电压Vs1的检测为例进行说明,采样电压Vs2的检测过程与采样电压Vs1的检测过程相同,不再赘述。在图4中,由上至下分别示出了采样电压Vs1、结果信号Vcomp、计时脉冲Vj和续流保护信号Vpro的电压时序图。下面结合图3和图4对本发明实施例的逻辑控制模块的工作原理进行详细说明。[0035] 在时刻t1,比较单元201将采样电压Vs1与预设参考电压Vref进行比较,且采样电压Vs1大于预设参考电压Vref,比较单元201输出结果信号Vcomp由低电平翻转为高电平,逻辑单元203在结果信号Vcomp的上升沿的触发下将续流保护信号Vpro由无效电平转换为有效电平(例如由低电平转换为高电平),开关驱动电路210根据续流保护信号Vpro的有效电平导通高侧晶体管T1,同时计时单元202开始计时,计时脉冲Vj由低电平翻转为高电平。[0036] 在时刻t2,计时单元202计时结束,计时脉冲Vj翻转为低电平,逻辑单元203在计时脉冲Vj的下降沿的触发下将续流保护信号Vpro由有效电平转换为无效电平(例如由高电平转换为低电平),开关驱动电路210根据续流保护信号Vpro的无效电平关断高侧晶体管T1。[0037] 在时刻t3,比较单元201再次将采样电压Vs1与预设参考电压Vref进行比较,且在采样电压Vs1大于预设参考电压Vref时输出结果信号Vcomp由低电平翻转为高电平,重复上述时间段t1‑t2的过程。[0038] 在时刻t5,采样电压Vs1小于预设参考电压Vref,比较单元201输出结果信号Vcomp为低电平,续流保护信号Vpro保持为无效电平,开关驱动电路210根据续流保护信号Vpro的无效电平彻底关断高侧晶体管T1和T2。[0039] 图5示出根据本发明实施例的续流保护电路的控制流程示意图。如图5所示,本实施例的续流保护电路的控制方法包括步骤S101‑S105。[0040] 在步骤S101中,检测高侧晶体管的体二极管的压降以获得采样电压。例如,通过比较器检测晶体管T1或T2的体二极管的管压降以获得对应的采样电压。[0041] 在步骤S102中,判断该采样电压是否大于预设参考电压。若该采样电压大于预设参考电压,则继续步骤S103;若该采样电压小于等于预设参考电压,则继续步骤S105。[0042] 在步骤S103中,导通对应的高侧晶体管。示例的,当采样电压大于预设参考电压时,比较单元输出结果信号由低电平翻转为高电平,逻辑单元在结果信号的上升沿的触发下将续流保护信号由无效电平转换为有效电平(例如由低电平转换为高电平),开关驱动电路根据续流保护信号的有效电平导通高侧晶体管。[0043] 在步骤S104中,计时脉冲结束,关断该高侧晶体管,并返回步骤S102。示例的,计时单元在高侧晶体管导通的同时启动计时,经过预设时间之后,例如几十μs,计时脉冲结束,逻辑单元将续流保护信号翻转为无效电平,开关驱动电路根据续流保护信号的无效电平关断对应的高侧晶体管。[0044] 在步骤S105中,关断该高侧晶体管。示例的,当采样电压小于预设参考电压时,比较单元输出结果信号为低电平,续流保护信号保持为无效电平,开关驱动电路根据续流保护信号的无效电平彻底关断高侧晶体管。[0045] 综上所述,本发明提供的电机驱动电路包括续流保护电路,用于在H桥电路处于关断状态时根据高侧晶体管的体二极管采样获得采样电压,并根据采样电压产生续流保护信号,若采样电压大于预设参考电压,续流保护信号提供脉冲信号,开关驱动电路根据脉冲信号导通对应的高侧晶体管,从而使得H桥电路中的电流通过高侧晶体管的沟道释放,避免电路中出现的大电流通过高侧晶体管的体二极管续流,降低寄生三极管漏电的风险,提高了芯片的安全性。[0046] 进一步的,续流保护电路在采样电压大于预设参考电压时提供间隔分布的多个脉冲信号,从而使得高侧晶体管周期性地导通和关断,通过高侧晶体管的沟道不断释放电路中的电流,直至电路中的电流降低至零,可进一步避免电机驱动电路中出现大电流对电路的损害,提高电路的稳定性。[0047] 同时,上述实施例的电机驱动电路不需要增加额外的器件即可实现续流保护,电机驱动电路的面积更小、成本更低,可以广泛应用于低成本的芯片方案中。[0048] 应当说明的是,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。[0049] 依照本发明的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。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,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

专利地区:北京

专利申请日期:2020-12-23

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114665707B

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