PWM驱动器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种PWM驱动器，基准电压源电路获得负载供电电压Vs的分压电压Vx、Vy；占空比自适应的PWM发生电路包括参考输入模块、PWM信号发生模块和电压调整模块，参考输入模块引入了负载供电电压Vs的第一分压电压Vx或第二分压电压Vy，并通过一个稳压器件获得了PWM发生电路的一个控制参考电压Vref；PWM信号发生模块根据控制参考电压Vref及电压调整模块输出的反馈电压输出一定频率的PWM信号到电压调整模块，电压调整模块将PWM输出两种状态的电压值分别设置为Vx和Vy。本实用新型专利技术的PWM驱动器稳态工作时，施加到负载RL的平均电压与负载供电电压Vs无关，可保持基本恒定，并且仅使用硬件电路便可实现。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及直流电机,特别涉及一种PWM驱动器。
技术介绍
PWM(脉冲宽度调制)控制在直流电机驱动中被广泛使用，这种驱动方式具有连续调节、效率高等优点。在某些应用中，需要实现供电电压变化下，PWM驱动输出的电压平均值保持基本恒定的功能。例如，在汽车燃油控制中，某些工况下，允许供电电压在一定范围波动，但需要电机端平均的电压恒定，从而保证供油稳定。对于PWM控制的直流电机，当供电电压发生变化而负载保持不变时，如果可以根据输入的变化调节PWM占空比，保持输出电压的平均值基本恒定，那么就可以获得稳定的电机电流，从而保证稳定转矩输出能力。目前，实现以上功能的PWM驱动电路通常使用微控制器或专用的硬件集成芯片。针对微控制器实现的固定平均电压的PWM方案，可以使用复杂的算法，所以控制上可以做的非常灵活，但存在以下问题：首先，需要微控制器芯片，并对控制芯片硬件资源有一定的要求，例如需要具备A/D及定时器模块，因此，电路硬件成本较高；其次，需要软件开发，存在相应投入；此外，由于存在软件失效的风险，对于可靠性要求较高的情况，还需额外设计电路确保软件失效后的输出状态的可靠。对于专用的硬件集成芯片方案，通常是由硬件将输出电压作为反馈与基准进行比较，构成输出电压的闭环控制，例如常见的DC-DC开关电源电路。然而，考虑到闭环系统的稳定性，需要对电路每个部分建立传递函数，分析并确认环路的稳定性，所以整个电路设计起来比较复杂。此外，为了获得稳定的输出电压，电路中需要使用较大容值的输出电容，电路的成本也相应升高。汽车应用中，对于单向驱动的燃油油泵电机，可以使用微控制器，通过PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)控制调节其两端电压的平均值从而调整电机转速和转矩。智能化的微控制器芯片的应用，使得油泵电机的控制更将灵活。然而，由于微控制器在应用中都要涉及到软件的编写，并且随着芯片集成度的不断提高，内部功能模块数目的增多，其失效的形式也随之增多。为避免这些失效对系统功能的影响，对于一些安全性要求较高的油泵驱动器，就需要引入独立于微控制器外的监控电路，当监测到微控制器功能异常，将主动将输出切换到一个系统上认为安全的状态，与之对应的驱动路径可以称之为旁路驱动路径。对于PWM驱动路径和旁路驱动路径，硬件上存在两种结构。一种是硬件上共用一个驱动电路，但这种结构需要保证驱动电路在微控制器失效后功能保持正常，因此对驱动电路芯片的要求较高。另一种硬件结构是PWM驱动电路与旁路驱动电路在硬件上相对独立，分别由不同的驱动电路实现。这种结构可以针对两个路径的电路分别设计和优化，但两个驱动电路的输出存在相互影响的风险，同时器件利用率较低。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种PWM驱动器，当负载供电电压一定区间内变化时，仅使用硬件电路便可在负载侧得到平均值固定的PWM驱动电压。为解决上述区别技术特征，本技术提供的PWM驱动器，其包含基准电压源电路、占空比自适应的PWM发生电路、功率开关驱动模块及功率开关电路；所述基准电压源电路，输入端接负载供电电压Vs，输出第一分压电压Vx、第二分压电压Vy；Vx＝K1Vs,Vy＝K2Vs，K1Vs-K2Vs>2VZD,K1、K2为分压系数，VZD为稳压电压值；所述占空比自适应的PWM发生电路，包括参考输入模块、PWM信号发生模块和电压调整模块；所述参考输入模块，输出控制参考电压Vref到PWM信号发生模块，Vref＝Vx-VZD或者Vref＝Vy+VZD；所述PWM信号发生模块，第一输入端接控制参考电压Vref，第二输入端接所述电压调整模块输出的反馈电压，并根据控制参考电压Vref及所述电压调整模块输出的反馈电压，输出一定频率的PWM信号到所述电压调整模块的输入端；当Vref＝Vx-VZD：Ton＝P/(Vx-VZD-Vy)，Toff＝P/VZD；当Vref＝Vy+VZD：Ton＝P/VZ，Toff＝P/(Vx-VZD-Vy)；Ton为所述PWM信号的高电平持续时间，Toff为所述PWM信号的低电平持续时间，P为电路传递系数；所述电压调整模块，将PWM信号的高电平值调整到Vx，低电平值调整到Vy，输出到所述功率开关驱动模块，并作为反馈电压接到所述PWM信号发生模块的第二输入端；所述功率开关驱动模块，驱动所述功率开关电路中的负载功率开关接通或断开；所述负载功率开关和负载串接在负载供电电压Vs同地之间。较佳的，所述PWM信号发生模块，包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、第二比较器、第一电容；所述第一运算放大器，正输入端作为PWM信号发生模块的第一输入端接控制参考电压Vref，负输入端作为PWM信号发生模块的第二输入端经第二电阻接所述电压调整模块的输出端；所述第一电容，接在所述第一运算放大器的负输入端及其输出端之间；所述第三电阻，接在所述第一运算放大器的输出端同第二比较器正输入端之间；所述第四电阻，接在比较电压Vz同第二比较器负输入端之间，Vx>Vz>Vy；所述第二比较器的正输入端，并经第五电阻接所述电压调整模块的输出端；所述电压调整模块，包括第六电阻、第七电阻、第一NPN三极管、第二NPN三极管；所述第六电阻，接在负载供电电压Vs同所述第二比较器的输出端之间；所述第七电阻，接在所述第二比较器的输出端同第一NPN三极管及第二PNP三极管的基极之间；所述第一NPN三极管，集电极接第一分压电压Vx；所述第二PNP三极管，集电极接第二分压电压Vy；所述第一NPN三极管的发射极同第二PNP三极管的发射极相接并作为所述电压调整模块的输出端。较佳的，所述第七电阻两端并联有第二二极管；第二二极管的正端接所述第二比较器的输出端。较佳的，所述基准电压源电路，包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第四运算放大器、第五运算放大器；第十电阻、第十一电阻、第十二电阻依次串接在负载供电电压Vs同地之间；所述第四运算放大器，其正输入端接在第十电阻同第十一电阻的串接点，其负输入端同其输出端短接；所述第五运算放大器，其正输入端接在第十一电阻同第十二电阻的串接点，其负输入端同其输出端短接；第十三电阻、第十四电阻串接在第四运算放大器的输出端同第五运算放大器的输出端之间；第四运算放大器的输出端输出第一分压电压Vx；第五运算放大器的输出端输出第二分压电压Vy。...

【技术保护点】
一种PWM驱动器，其特征在于，包含基准电压源电路、占空比自适应的PWM发生电路、功率开关驱动模块及功率开关电路；所述基准电压源电路，输入端接负载供电电压Vs，输出第一分压电压Vx、第二分压电压Vy；Vx＝K1Vs,Vy＝K2Vs，K1Vs‑K2Vs>2VZD,K1、K2为分压系数，VZD为稳压电压值；所述占空比自适应的PWM发生电路，包括参考输入模块、PWM信号发生模块和电压调整模块；所述参考输入模块，输出控制参考电压Vref到PWM信号发生模块，Vref＝Vx‑VZD或者Vref＝Vy+VZD；所述PWM信号发生模块，第一输入端接控制参考电压Vref，第二输入端接所述电压调整模块输出的反馈电压，并根据控制参考电压Vref及所述电压调整模块输出的反馈电压，输出一定频率的PWM信号到所述电压调整模块的输入端；当Vref＝Vx‑VZD：Ton＝P/(Vx‑VZD‑Vy)，Toff＝P/VZD；当Vref＝Vy+VZD：Ton＝P/VZ，Toff＝P/(Vx‑VZD‑Vy)；Ton为所述PWM信号的高电平持续时间，Toff为所述PWM信号的低电平持续时间，P为电路传递系数；所述电压调整模块，将PWM信号的高电平值调整到Vx，低电平值调整到Vy，输出到所述功率开关驱动模块，并作为反馈电压接到所述PWM信号发生模块的第二输入端；所述功率开关驱动模块，驱动所述功率开关电路中的负载功率开关接通或断开；所述负载功率开关和负载串接在负载供电电压Vs同地之间。...

【技术特征摘要】
1.一种PWM驱动器，其特征在于，包含基准电压源电路、占空比自适应的PWM发生
电路、功率开关驱动模块及功率开关电路；
所述基准电压源电路，输入端接负载供电电压Vs，输出第一分压电压Vx、第二分压
电压Vy；Vx＝K1Vs,Vy＝K2Vs，K1Vs-K2Vs>2VZD,K1、K2为分压系数，VZD为稳压电压值；
所述占空比自适应的PWM发生电路，包括参考输入模块、PWM信号发生模块和电压
调整模块；
所述参考输入模块，输出控制参考电压Vref到PWM信号发生模块，Vref＝Vx-VZD或
者Vref＝Vy+VZD；
所述PWM信号发生模块，第一输入端接控制参考电压Vref，第二输入端接所述电压
调整模块输出的反馈电压，并根据控制参考电压Vref及所述电压调整模块输出的反馈
电压，输出一定频率的PWM信号到所述电压调整模块的输入端；
当Vref＝Vx-VZD：Ton＝P/(Vx-VZD-Vy)，Toff＝P/VZD；
当Vref＝Vy+VZD：Ton＝P/VZ，Toff＝P/(Vx-VZD-Vy)；
Ton为所述PWM信号的高电平持续时间，Toff为所述PWM信号的低电平持续时间，P
为电路传递系数；
所述电压调整模块，将PWM信号的高电平值调整到Vx，低电平值调整到Vy，输出到
所述功率开关驱动模块，并作为反馈电压接到所述PWM信号发生模块的第二输入端；
所述功率开关驱动模块，驱动所述功率开关电路中的负载功率开关接通或断开；
所述负载功率开关和负载串接在负载供电电压Vs同地之间。
2.根据权利要求1所述的PWM驱动器，其特征在于，
所述PWM信号发生模块，包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运
算放大器、第二比较器、第一电容；
所述第一运算放大器，正输入端作为PWM信号发生模块的第一输入端接控制参考电
压Vref，负输入端作为PWM信号发生模块的第二输入端经第二电阻接所述电压调整模块
的输出端；
所述第一电容，接在所述第一运算放大器的负输入端及其输出端之间；
所述第三电阻，接在所述第一运算放大器的输出端同第二比较器正输入端之间；
所述第四电阻，接在比较电压Vz同第二比较器负输入端之间，Vx>Vz>Vy；
所述第二比较器的正输入端，并经第五电阻接所述电压调整模块的输出端；
所述电压调整模块，包括第六电阻、第七电阻、第一NPN三极管、第二NPN三极管；
所述第六电阻，接在负载供电电压Vs同所述第二比较器的输出端之间；
所述第七电阻，接在所述第二比较器的输出端同第一NPN三极管及第二PNP三极管
的基极之间；
所述第一NPN三极管，集电极接第一分压电压Vx；
所述第二PNP三极管，集电极接第二分压电压Vy；
所述第一NPN三极管的发射极同第二PNP三极管的发射极相接并作为所述电压调整
模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的PWM驱动器，其特征在于，
所述第七电阻两端并联有第二二极管；
第二二极管的正端接所述第二比较器的输出端。
4.根据权利要求1所述的PWM驱动器，其特征在于，
所述基准电压源电路，包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第
十四电阻、第四运算放大器、第五运算放大器；
第十电阻、第十一电阻、第十二电阻依次串接在负载供电电压Vs同地之间；
所述第四运算放大器，其正输入端接在第十电阻同第十一电阻的串接点，其负输入
端同其输出端短接；
所述第五运算放大器，其正输入端接在第十一电阻同第十二电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：于垂顺，潘文，姚伟，余志洋，
申请(专利权)人：联合汽车电子有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31