用于步进电机的电荷泵驱动电路系统技术方案

本发明专利技术一种用于步进电机的电荷泵驱动电路系统，电荷泵转换电路其具体主要包括至少一对开关管、一对开关管、第一电容、第二电容以及四个开关管驱动器；反馈控制电路检测电容两极板的电压和输出电压大小，并根据检测结果，生成脉冲宽度调制信号，控制开关管的导通与截止，使得所述电荷泵电路分别工作于第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段，在不同的阶段完成对泵电容的充电与放电，对输出电容的充电，从而完成电荷泵所需要的升压功能。本发明专利技术在反馈控制电路的作用下，电荷泵电路将输入电压Vin升压为大小根据输入电压线性变化的输出电压Vout。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电荷升压电路
，具体涉及一种用于步进电机的电荷泵驱动电 路系统。
技术介绍
如图1所示，现有技术中的带有稳压装置的电荷泵电路的示意图。已知的电荷泵 电路主要由第一电容C1，第二电容C2以及开关电路组成。具体而言，开关组合电路由第一 开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4组成。第一开关S1耦合于输入电压 Vin与第一电容C1的第一电极NB之间。第二开关S2耦合于第一电容C1的第一电极NA与 地面参考地位之间。第三开关S3稱合于输入电压Vin与第一电容C1的第二电极NB之间。 第四开关S4耦合于第一电容C1的第二电极NB与输出端OUT之间。第二电容C2的第一电 极NC耦合于输出端0UT，因此也连带耦合于第四开关S4。第二电容C2的第二电极ND耦合 于输入端。 已知的电荷泵电路的操作方法由第一阶段与第二阶段所构成。在第一阶段中，第 一与第四开关S1和S4皆处于不导通状态并且第二与第三开关S2与S3皆处于导通状态， 使得第一电容C1的第一电极NA稱合于地面参考电位并且第一电容C1的第二电极NBf禹合 于输入电压Vin。因此在第一阶段中，第一电容C1被充电，使得第二与第一电极NB与NA间 的电位差升高至一个Vin。随后在第二阶段中，第一与第四开关S1与S4皆处于导通状态并 且第二与第三开关S2与S3皆处于不导通状态，使得第一电容C1的第一电极NA稱合于输 入电压Vin并且第一电容C1的第二电极NB稱合于输出端NC。结果，在第二阶段开始时，第 一电容C1的第二电极NB处的电压从原本的Vin被瞬间提高至2*Vin。经由已导通的第四 开关S4,此电压2*Vin施加输出端NC，使得已知的电荷泵电路得以有效地提供2*Vin的输 出电压Vol。 电荷泵电路在没有稳压装置的情况下仅能提供固定在2*Vin的输出电压Vol。为 了提供可在Vin与2*Vin之间任意调整的输出电压Vout，已知的电荷泵电路的第二电容C2 的第一电极NC与输出端OUT间必须额外设置线性电压调节器。根据驱动电路对电荷泵输 出电压的要求，线性电压调节器将与第二电容C2的第一电极NC上的泵电压Vol转换成介 于Vin与2*Vin之间的输出电压Vout。虽然线性电压调节器有效地将固定的泵电压Vo1转 换成介于Vin与2*Vin之间的可调整输出电压Vout，但是线性电压调节器造成转换效率下 降而浪费能源的缺点。 如图2所示，步进电机驱动芯片Η桥驱动电压与电源电压关系其电源电压范围变 化大，且要求Η桥驱动电压跟随输入电压线性变化，线性稳压器在高压环境下难以正常工 作，也不能保持输出电压跟随输入电压呈线性变化关系。因此，现有的电荷泵在不改变其拓 扑结构下很难满足这一要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种输出电压跟随输入电压线性变化的用于步进电机 的电荷驱动电路系统。 本专利技术用于电机的电荷驱动电路，至少包括电荷泵转换电路和反馈控制电路，其 中所述电荷泵转换电路至少包括由一对PM0S开关管和一对NM0S开关管以及第一电容构成 的Η桥拓扑结构、耦合于地面电位和输出端之间的第二电容，其中所述的一对PM0S开关管 和一对NM0S开关管分别各自连接第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器； 所述反馈控制电路，生成脉冲宽度信号，控制所述的PM0S开关管和NM0S开关管的 导通与关断，基于所述PM0S开关管和所述NM0S开关管的导通与关断控制所述电荷泵转换 电路分别处于第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段，其中，第一阶段，第一电容完成充 电，第二电容不断向外输出电流；电第二阶段，第一电容既不充电也不放电，第二电容继续 向外输出电流；第三阶段，第一电容放电，对第二电容进行充电，并且向输出负载提供电流； 第四阶段，第一电容处于浮置状态，第二电容向外输出电流，电荷泵完成一个周期的充放电 过程。 进一步地，所述反馈控制电路至少包括0SC震荡器、电压比较器以及脉冲宽度调 制器，其中所述电压比较器用于检测电容两极板的电压和输出电压的大小，根据检测结构 生成脉冲宽度调制信号，控制所述的开关管的导通与截止。 本专利技术有益效果： 本专利技术实现了一种能够用于步进电机的电荷泵升压电路，该电荷泵电路的输出电 压跟随输入电压线性变化，可以作为步进电机的高压DM0S管的驱动电路，具有较高的转换 效率和比较简单的结构。【附图说明】 图1现有技术中的带有稳压装置的电荷泵电路的示意图； 图2是步进电机驱动芯片Η桥驱动电压与电源电压关系； 图3是本专利技术用于步进电机的电荷泵驱动电路系统的电路示意图； 图4是本专利技术用于步进电机的电荷泵驱动电路系统输出电压VCP检测电路示意 图； 图5是本专利技术用于步进电机的电荷泵驱动电路系统第一电容左极板电压CP1检测 电路不意图； 图6是本专利技术用于步进电机的电荷泵驱动电路系统驱动器2电路图； 图7是本专利技术用于步进电机的电荷泵驱动电路系统电荷泵工作时钟信号与脉冲 信号电路图。【具体实施方式】 下面结合说明书附图对本专利技术做进一步的描述。 如图3所示，本实施例用于步进电机的电荷泵驱动电路系统，升压电荷泵电路具 有电荷泵转换电路和反馈控制电路。反馈控制电路控制PM0S开关管和NM0S开关管的导通 与关断，使得所述电荷泵电路分别工作于第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段，在不 同的阶段完成对泵电容的充电与放电，对输出电容的充电，从而完成电荷泵所需要的升压 功能。在双反馈控制电路的作用下，电荷泵电路将输入电压Vin升压为步进电机驱动芯片 所需要的跟随输入电压线性变化的电压Vout。 本实施例，所描述的升压电荷泵电路，其具有输出端、电荷泵转换电路以及反馈控 制电路。该输出端口分别接第二电容Cout和输出负载，第二电容向负载提供输出电流。该 电荷泵转换电路具有第一电容Cpump、第二电容Cout、一对NM0S开关电路和PM0S开关电 路。第二电容Cout耦合于该输出端与地面参考电位之间。反馈控制电路控制NM0S开关 电路和PM0S开关电路的导通与关断，使电荷泵转换电路分别工作于第一阶段、第二阶段、 第三阶段以及第四阶段。在第一阶段中，MN1导通，MN2截止，MP1截止，MP2导通，第一电容 Cpump稱合于地信号与输入电压之间，第二电容Cout稱合于输出负载和地之间；在该第二 阶段中，MN1截止，MN2截止，MP1截止，MP2导通，第一电容Cpump左极板悬空，右极板接电 源，第二电容Cout耦合于输出负载和地之间；在第三阶段，丽1截止，丽2导通，MP1导通， MP2截止，第一电容Cpumpf禹合于输入电压与输出端之间，第二电容f禹合于输出端与地之 间；在第四阶段中，MN1截止，MN2截止，MP1截止，MP2截止，第一电容Cpump的左极板与右 极板皆处于浮置状态，第二电容Cout稱合于输出端与地之间。电荷泵工作于第一阶段时， 第一电容Cpump完成充电，第二电容不断向外输出电流；电荷泵工作于第二阶段时，第一电 容Cpump既不充电也不放电，第二电容Cout继续向外输出电流；电荷泵工作于第三阶段时， 第一电容Cpump放电，对第二电容Cout进行充电，并且向输出负载提供电流；电荷泵工作于 第四阶段时，第一电容Cpump处于浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于步进电机的电荷泵驱动电路系统，其特征在于：至少包括电荷泵转换电路和反馈控制电路，其中所述电荷泵转换电路至少包括由一对PMOS开关管和一对NMOS开关管以及第一电容构成的H桥拓扑结构、耦合于地面电位和输出端之间的第二电容，其中所述的一对PMOS开关管和一对NMOS开关管分别各自连接第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器；所述反馈控制电路，生成脉冲宽度信号，控制所述的PMOS开关管和NMOS开关管的导通与关断，基于所述PMOS开关管和所述NMOS开关管的导通与关断控制所述电荷泵转换电路分别处于第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段，其中，第一阶段，第一电容完成充电，第二电容不断向外输出电流；电第二阶段，第一电容既不充电也不放电，第二电容继续向外输出电流；第三阶段，第一电容放电，对第二电容进行充电，并且向输出负载提供电流；第四阶段，第一电容处于浮置状态，第二电容向外输出电流，电荷泵完成一个周期的充放电过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱铁柱，
申请(专利权)人：嘉兴禾润电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33