一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法，电路包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器。本发明专利技术采用对片外电容充放电产生三角波的方法同时生成50％占空比的方波，占空比可调的方波和单稳态触发脉冲。通过修改片外电容值可以同时设定连续时钟的频率和单稳态脉冲的宽度。通过可编程充放电电流调校实现了50％占空比和频率的准确输出。电路结构简单，频率设置简单方便，避免了分别多次设置。频率变化范围广，使用范围更宽广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法
本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法。
技术介绍
在电机控制与驱动领域中，常采用PWM时钟信号用于驱动直流电机。直流电机起动和调速性能好，调速范围广平滑，过载能力较强，受电磁干扰影响小，具有良好的启动特性和调速特性，维修比较便宜，比较节能环保。但是直流电机比较昂贵且寿命短。直流电机一般应用于反馈环路中闭环控制。系统通过传感器例如速度传感器，水位传感器等把输出的模拟量转化为电平信号，通过放大、转换形成的电平控制信号，并将其输入到电机驱动电路来控制输出时钟信号的占空比进而控制电机转速，从而使目标模拟量达到要求。对于步进式电机，其驱动电路多采用单稳态输出。步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度即步距角，因此可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的，同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进式电机不同于直流电机，是一种开环控制的方式。目前已有的电机驱动方案一般都是功能单一的，电路复杂，成本高，功耗大，而且支持电机的类型单一所以无法大范围的覆盖各种应用系统的要求，从而增加了系统设计的复杂度。这对于当前设备小型化，低成本化的趋势代价太大。所以目前急需找到一种低成本方式的驱动电路来减小系统硬件的个数，能够通过简单的设置，实现各种不同的功能和性能，适应并简化应用电路的设计，支持足够多的电机类型从而使系统低成本化，小型化和应用设计简单化。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法，电路结构简单，频率设置简单方便，避免了分别多次设置，频率变化范围广，使用范围更宽广。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器；所述50％占空比时钟发生器，用于根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将所述50％占空比的时钟信号输入所述输出选择器和所述单稳态触发器，将所述三角波电压Vtri输入所述占空比可调时钟发生器；所述占空比可调时钟发生器，用于根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比和最小占空比决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较所述三角波电压Vtri和所述占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将所述占空比可调时钟信号PWM输入所述输出选择器；所述单稳态触发器，用于根据外部控制输入的电平信号和所述50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与所述50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将所述单稳态触发信号Pulse输入所述输出选择器；所述输出选择器，用于根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合。进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述50％占空比时钟发生器，包括：充放电电容、电流源Iup、电流源Idn、串联开关SWP、串联开关SWN、第一比较器、第二比较器以及RS触发器；所述充放电电容的充放电节点与所述电流源Iup、所述电流源Idn和所述占空比可调时钟发生器连接，用于产生三角波电压Vtri；所述电流源Iup，通过所述串联开关SWP与vdd连接，用于对所述充放电电容进行充电；所述电流源Idn，通过所述串联开关SWN与gnd连接，用于对所述充放电电容进行放电；所述第一比较器，其正输入端接所述充放电电容的充放电节点，其负输入端接参考输入电压VH，用于判断所述三角波电压Vtri与所述参考输入参考VH的电压差极性；所述第二比较器，其负输入端接所述充放电电容的充放电节点，其正输入端接参考输入电压VL，用于判断所述三角波电压Vtri与所述参考输入电压VL的电压差极性；所述RS触发器由两个或非门组成，第一个或非门的R端连接所述第一比较器的输出端，第一个或非门的输出端连接所述50％占空比时钟发生器的CLK输出端、所述串联开关SWP的控制端以及第二个或非门的另一个输入端，第二个或非门的S端连接所述第二比较器的输出端，第二个或非门的CLK_B输出端连接所述串联开关SWN的控制端和第一个或非门的另一个输入端，所述RS触发器用于将所述第一比较器和所述第二比较器的输出逻辑转换为50％占空比的时钟信号CLK，并输入所述单稳态触发器。进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述50％占空比时钟发生器用于：当所述三角波电压Vtri为0且低于所述参考输入电压VL时，所述第二比较器输出为高电平，所述第一比较器输出为低电平，所述RS触发器输出为高电平，使所述串联开关SWN断开同时所述串联开关SWP闭合，通过所述电流源Iup对所述充放电电容进行充电；维持所述三角波电压Vtri上升，当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VL且低于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器和所述第二比较器的输出都为0，所述RS触发器维持输出不变；当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器输出1，所述第二比较器输出0，所述RS触发器输出为低电平，使所述串联开关SWP断开同时所述串联开关SWN闭合，通过所述电流源Idn对所述充放电电容进行放电；维持所述三角波电压Vtri下降，当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VL且低于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器和所述第二比较器的输出都为0，所述RS触发器维持输出不变；反复上述过程，实现周期性工作并输出50％占空比的时钟信号CLK，其方波频率Tclk50为：若所述电流源Idn与所述电流源Iup均复制于同一个参考电流源Isrc，则所述50％占空比的时钟信号CLK的方波频率Tclk50为：其中，C0为所述充放电电容的容值，VH为所述参考输入电压VH的电压值，VL为所述参考输入电压VL的电压值，Iup为所述电流源Iup的电流值，Idn为所述电流源Idn的电流值，Isrc为所述参考电流源Isrc的电流值。进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述占空比可调时钟发生器，包括：第一负反馈放大器、第二负反馈放大器、第一电阻、NFET、第二电阻和第三比较器；所述第一负反馈放大器的正输入端接参考电压Vduty_min，负输入端与输出端相连，输出端与第一电阻的一端连接；所述第二负反馈放大器的正输入端接外部控制电压Vctl的控制端，负输入端接所述NFET的源极，输出端与所述NFET的栅极连接；所述NFET的源极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述NFET的漏极与所述第一电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，其特征在于，包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器；/n所述50％占空比时钟发生器，用于根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将所述50％占空比的时钟信号输入所述输出选择器和所述单稳态触发器，将所述三角波电压Vtri输入所述占空比可调时钟发生器；/n所述占空比可调时钟发生器，用于根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比和最小占空比决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较所述三角波电压Vtri和所述占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将所述占空比可调时钟信号PWM输入所述输出选择器；/n所述单稳态触发器，用于根据外部控制输入的电平信号和所述50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与所述50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将所述单稳态触发信号Pulse输入所述输出选择器；/n所述输出选择器，用于根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，其特征在于，包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器；
所述50％占空比时钟发生器，用于根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将所述50％占空比的时钟信号输入所述输出选择器和所述单稳态触发器，将所述三角波电压Vtri输入所述占空比可调时钟发生器；
所述占空比可调时钟发生器，用于根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比和最小占空比决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较所述三角波电压Vtri和所述占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将所述占空比可调时钟信号PWM输入所述输出选择器；
所述单稳态触发器，用于根据外部控制输入的电平信号和所述50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与所述50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将所述单稳态触发信号Pulse输入所述输出选择器；
所述输出选择器，用于根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合。


2.根据权利要求1所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，其特征在于，所述50％占空比时钟发生器，包括：充放电电容、电流源Iup、电流源Idn、串联开关SWP、串联开关SWN、第一比较器、第二比较器以及RS触发器；
所述充放电电容的充放电节点与所述电流源Iup、所述电流源Idn和所述占空比可调时钟发生器连接，用于产生三角波电压Vtri；
所述电流源Iup，通过所述串联开关SWP与vdd连接，用于对所述充放电电容进行充电；
所述电流源Idn，通过所述串联开关SWN与gnd连接，用于对所述充放电电容进行放电；
所述第一比较器，其正输入端接所述充放电电容的充放电节点，其负输入端接参考输入电压VH，用于判断所述三角波电压Vtri与所述参考输入参考VH的电压差极性；
所述第二比较器，其负输入端接所述充放电电容的充放电节点，其正输入端接参考输入电压VL，用于判断所述三角波电压Vtri与所述参考输入电压VL的电压差极性；
所述RS触发器由两个或非门组成，第一个或非门的R端连接所述第一比较器的输出端，第一个或非门的输出端连接所述50％占空比时钟发生器的CLK输出端、所述串联开关SWP的控制端以及第二个或非门的另一个输入端，第二个或非门的S端连接所述第二比较器的输出端，第二个或非门的CLK_B输出端连接所述串联开关SWN的控制端和第一个或非门的另一个输入端，所述RS触发器用于将所述第一比较器和所述第二比较器的输出逻辑转换为50％占空比的时钟信号CLK，并输入所述单稳态触发器。


3.根据权利要求2所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，其特征在于，所述50％占空比时钟发生器用于：
当所述三角波电压Vtri为0且低于所述参考输入电压VL时，所述第二比较器输出为高电平，所述第一比较器输出为低电平，所述RS触发器输出为高电平，使所述串联开关SWN断开同时所述串联开关SWP闭合，通过所述电流源Iup对所述充放电电容进行充电；
维持所述三角波电压Vtri上升，当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VL且低于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器和所述第二比较器的输出都为0，所述RS触发器维持输出不变；
当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器输出1，所述第二比较器输出0，所述RS触发器输出为低电平，使所述串联开关SWP断开同时所述串联开关SWN闭合，通过所述电流源Idn对所述充放电电容进行放电；
维持所述三角波电压Vtri下降，当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VL且低于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器和所述第二比较器的输出都为0，所述RS触发器维持输出不变；
反复上述过程，实现周期性工作并输出50％占空比的时钟信号CLK，其方波频率Tclk50为：



若所述电流源Idn与所述电流源Iup均复制于同一个参考电流源Isrc，则所述50％占空比的时钟信号CLK的方波频率Tclk50为：



其中，C0为所述充放电电容的容值，VH为所述参考输入电压VH的电压值，VL为所述参考输入电压VL的电压值，Iup为所述电流源Iup的电流值，Idn为所述电流源Idn的电流值，Isrc为所述参考电流源Isrc的电流值。


4.根据权利要求1所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，其特征在于，所述占空比可调时钟发生器，包括：第一负反馈放大器、第二负反馈放大器、第一电阻、NFET、第二电阻和第三比较器；
所述第一负反馈放大器的正输入端接参考电压Vduty_min，负输入端与输出端相连，输出端与第一电阻的一端连接；
所述第二负反馈放大器的正输入端接外部控制电压Vct...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈强，冯光涛，
申请(专利权)人：芯创智北京微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11