本发明涉及电机
技术领域：
，特别涉及一种负电压检测电路及电机驱动装置。
背景技术：
：随着技术的进步和社会需求的扩展，电机越来越多地应用到工业生产和日常生活中。为保证对电机高效可靠的运行，要求相应的驱动和控制芯片能准确地对电机工作状态进行检测和反馈。由于集成电路中器件的物理特性和特殊的制造工艺，对输入的检测信号有着相应的电性要求。比如以h桥式电路驱动电机，在电机运转至换相阶段时，h桥的功率开关会同时关闭，h桥的线圈两端会由于此时功率开关的关闭而产生反冲负电压。对于正电源供电的集成电路，这个负的输入电压值会对其直接作用的功率开关管产生破坏，或引发闩锁效应，产生大电流，从而导致整个芯片失效或损坏。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种负电压检测电路及电机驱动装置，旨在解决电机线圈输入的负电压信号过大而对其直接作用的功率开关管产生破坏，或引发闩锁效应，产生的大电流导致整个功率模块失效或损坏的问题。为实现上述目的，本发明提出一种负电压检测电路，应用于电机驱动装置中，所述负电压检测电路包括电流镜像电路、负电压采样比较电路、信号整形电路、采样信号输入端及采样信号输出端，所述电流镜像电路的第一输入端和所述负电压采样比较电路的第一输入端分别接入驱动电源，所述电流镜像电路的第二输入端用于接入电流偏置电源，所述电流镜像电路的输出端与所述负电压采样比较电路的受控端连接；所述负电压采样比较电路的第二输入端经所述采样信号输入端接入电机线圈，所述负电压采样比较电路的输出端与所述信号整形电路的输入端连接；所述信号整形电路的输出端经所述采样信号输出端所述接入电机主控；其中，所述电流镜像电路，用于将接入的所述电流偏置电源镜像至所述负电压采样比较电路的受控端，以驱动所述负电压采样比较电路工作，并为所述负电压采样比较电路提供基准电流；所述负电压采样比较电路，用于根据所述基准电流设置预设电压阈值，并在接入的所述电机线圈的电压值低于所述预设电压阈值时，输出负电压检测信号；所述信号整形电路，用于在接收到所述负电压检测信号时触发，并输出相应的触发信号至所述电机主控。优选地，所述电流镜像电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管，所述第一开关管的第一导电端为所述电流镜像电路的第一输入端，并与所述第二开关管的第一导电端连接，所述第一开关管的第二导电端为所述电流镜像电路的第二输入端，并与所述第一开关管的受控端及所述第二开关管的受控端连接；所述第二开关管的第二导电端与所述第三开关管的第一导电端和受控端互连，所述第三开关管的第二导电端接地。优选地，所述电流镜像电路还包括第一电阻，所述第一电阻串联设置于所述第三开关管的第二导电端与地之间。优选地，所述负电压采样比较电路包括多个负电压采样比较支路，多个所述负电压采样比较支路并联设置，且多个所述负电压采样比较支路的第二输入端经多个所述采样信号输入端与所述电机的多个线圈一一对应连接。优选地，所述负电压采样比较支路包括第四开关管及第五开关管，所述第四开关管的第一导电端与所述驱动电源连接，所述第四开关管的第二导电端与所述第五开关管的第一导电端和所述信号整形电路的输入端连接，所述第四开关管的受控端与所述第一开关管的受控端连接；所述第五开关管的受控端与所述第三开关管的受控端连接，所述第五开关管的第二导电端为所述负电压采样比较支路的第二输入端。优选地，所述负电压采样比较支路还包括第二电阻，所述第二电阻串联设置于所述第五开关管的第二导通端与所述采样信号输入端之间。优选地，所述负电压采样比较支路还包括单向导通元件，所述单向导通元件的第一端与所述采样信号输入端连接，所述单向导通元件的第二端与所述第五开关管的第二导电端连接。优选地，所述第一开关管、第二开关管及所述第四开关管的尺寸相同，所述三开关管和所述第五开关管的尺寸相同。优选地，所述信号整形电路包括多个反相器，且多个所述反相器的数量对应多个所述负电压采样比较支路的数量设置，多个所述反相器的输入端为所述信号整形电路的输入端，多个所述反相器的输出端为所述信号整形电路的输出端。本发明还提出一种电机驱动装置，包括如上所述的负电压检测电路，所述负电压检测电路包括电流镜像电路、负电压采样比较电路、信号整形电路、采样信号输入端及采样信号输出端，所述电流镜像电路的第一输入端和所述负电压采样比较电路的第一输入端分别接入驱动电源，所述电流镜像电路的第二输入端用于接入电流偏置电源，所述电流镜像电路的输出端与所述负电压采样比较电路的受控端连接；所述负电压采样比较电路的第二输入端经所述采样信号输入端接入电机线圈，所述负电压采样比较电路的输出端与所述信号整形电路的输入端连接；所述信号整形电路的输出端经所述采样信号输出端所述接入电机主控；其中，所述电流镜像电路，用于将接入的所述电流偏置电源镜像至所述负电压采样比较电路的受控端，以驱动所述负电压采样比较电路工作，并为所述负电压采样比较电路提供基准电流；所述负电压采样比较电路，用于根据所述基准电流设置预设电压阈值，并在接入的所述电机线圈的电压值大于所述预设电压阈值时，输出负电压检测信号；所述信号整形电路，用于在接收到所述负电压检测信号时触发，并输出相应的触发信号至所述电机主控。本发明通过设置所述电流镜像电路，并将接入的所述电流偏置电源镜像至所述负电压采样比较电路的受控端，以驱动所述负电压采样比较电路工作，并为所述负电压采样比较电路提供基准电流，以使负电压采样比较电路根据所述基准电流设置预设电压阈值，并在接入的所述电机线圈的电压值低于所述预设电压阈值时，输出负电压采样信号，从而使得信号整形电路在接收到所述负电压采样信号时触发，同时将该负电压采样信号进行反相，从而实现信号翻转，进而使得电机主控在检测到有效的检测信号时，对电机进行保护动作。本发明解决了电机线圈输入的负电压信号过大而对其直接作用的功率开关管产生破坏，或引发闩锁效应，产生的大电流导致整个功率模块失效或损坏的问题。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明负电压检测电路应用于电机驱动装置中一实施例的功能模块示意图；图2为本发明负电压检测电路第一实施例的电路结构示意图；图3为本发明负电压检测电路第二实施例的电路结构示意图；图4为本发明负电压检测电路第三实施例的电路结构示意图；图5为本发明负电压检测电路第四实施例的电路结构示意图；图6为本发明负电压检测电路第五实施例的电路结构示意图；图7为本发明负电压检测电路第六实施例的电路结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称10电流镜像电路21第一负电压采样比较支路20负电压采样比较电路22第二负电压采样比较支路30信号整形电路mpb0第一开关管40单向导通元件mpb1第二开关管r1第一电阻mnb1第三开关管r2第二电阻mp1第四开关管q1反相器mn1第五开关管本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种负电压检测电路，应用于电机驱动装置中。该电机驱动装置可以是功率模块，由于电机动大多数情况下其算法基本已经固化，为了节省体积、提高抗干扰能力、减轻外围电控板设计工作量，会将主控制器集成到一线路板上，形成功率模块。并且，在功率模块工作时，为了保证电机能够高效可靠的运行，要求功率模块中相应的驱动和控制芯片能准确地对电机工作状态进行检测和反馈。由于功率模块中器件的物理特性和特殊的制造工艺，对输入的检测信号有着相应的电性要求。例如将功率元件集成在功率模块中，以构成h桥式功率驱动电路来驱动电机的情况下，在电机运转至换相阶段时，h桥的功率开关会同时关闭，h桥的线圈两端会由于此时功率开关的关闭而产生反冲负电压。对于正电源供电的集成电路，这个负的输入电压值会对其直接作用的功率开关管产生破坏，或引发闩锁效应，产生大电流，从而导致整个功率模块失效或损坏。为了解决上述问题，参照图1，在本发明一实施例中，该负电压检测电路包括电流镜像电路10、负电压采样比较电路20、信号整形电路30、采样信号输入端in及采样信号输出端out，所述电流镜像电路10的第一输入端和所述负电压采样比较电路20的第一输入端分别接入驱动电源vdd，所述电流镜像电路10的第二输入端用于接入电流偏置电源ibs，所述电流镜像电路10的输出端与所述负电压采样比较电路20的受控端连接；所述负电压采样比较电路20的第二输入端经所述采样信号输入端in接入电机线圈，所述负电压采样比较电路20的输出端与所述信号整形电路30的输入端连接；所述信号整形电路30的输出端经所述采样信号输出端out接入电机主控；其中，所述电流镜像电路10，用于将接入的所述电流偏置电源ibs镜像至所述负电压采样比较电路20的受控端，以驱动所述负电压采样比较电路20工作，并为所述负电压采样比较电路20提供基准电流；所述负电压采样比较电路20，用于根据所述基准电流设置预设电压阈值，并在接入的所述电机线圈的电压值低于所述预设电压阈值时，输出负电压检测信号；所述信号整形电路30，用于在接收到所述负电压采样信号时触发，并输出相应的触发信号至所述电机主控。本实施例中，电流偏置电源ibs可以通过电流偏置产生电路来产生，然后再输入至电流镜像电路10，以为电流镜像电路10提供电流偏置，并通过电流镜像电路10为负电压采样比较电路20提供一基准电流。负电压采样比较电路20根据电流镜像电路10提供的基准电流，以及负电压采样比较电路20的第二输入端与电机线圈之间的电阻来设定预设电压阈值uth，该预设电压阈值具体可根据公式(1)确定:uth＝-ibs*r(1)其中，ibs为电流镜像电路10提供的基准电流值，r为负电压采样比较电路20的第二输入端与电机线圈之间的电阻值。在电机工作过程中，负电压采样比较电路20第二输入端采样电机线圈上的电压值，将该电压值与预设预电压阈值进行比较，并根据比较的结果在输出端输出相应的电平到信号整形电路30的输入端，信号整形电路30对该电平进行反相输出到采样信号输出端out，电机主控根据检测到的电平执行保护操作或取消保护操作。具体地，电机在正常工作时，电机线圈的电压值高于预设阈值，负电压采样比较电路20的输出端保持高电平，信号整形电路30反馈给电机主控信号检测端的电平为低电平，而低电平信号不会触发电机主控执行保护操作；当负电压采样比较电路20的第二输入端的的电平被电机线圈输入的负电压拉低，而使得负电压采样比较电路20的输出端变为低电平，此时该低电平的负电压采样信号被信号整形电路30反相后，输出至电机主控的电平即为高电平，高电平信号会触发电机主控执行相应保护措施。当采样到的电机线圈的电压值恢复到预设电压阈值以上时，负电压采样比较电路20输出高电平至信号整形电路30，反相后的信号输出至电机主控检测端的电平为低电平，电机主控停止执行相应保护，电机恢复正常工作状态。本发明通过设置所述电流镜像电路10，并将接入的所述电流偏置电源ibs镜像至所述负电压采样比较电路20的受控端，以驱动所述负电压采样比较电路20工作，并为所述负电压采样比较电路20提供基准电流，以使负电压采样比较电路20根据所述基准电流设置预设电压阈值，并在接入的所述电机线圈的电压值低于所述预设电压阈值时，输出负电压采样信号，从而使得信号整形电路30在接收到所述负电压采样信号时触发，同时将该负电压采样信号进行反相，从而实现信号翻转，进而使得电机主控在检测到有效的检测信号时，对电机进行保护动作。本发明解决了电机线圈输入的负电压信号过大而对其直接作用的功率开关管产生破坏，或引发闩锁效应，产生的大电流导致整个功率模块失效或损坏的问题。可以理解的是，本发明负电压检测电路可以采用分立的元器件组成独立的电路单元，也可以采样晶圆等芯片集成于功率模块中，以减小电控pcb板的面积，有利于电控pcb板的布局。参照图1至图7，在一优选实施例中，所述电流镜像电路10包括第一开关管mpb0、第二开关管mpb1、第三开关管mnb1，所述第一开关管mpb0的第一导电端为所述电流镜像电路10的第一输入端，并与所述第二开关管mpb1的第一导电端连接，所述第一开关管mpb0的第二导电端为所述电流镜像电路10的第二输入端，并与所述第一开关管mpb0的受控端及所述第二开关管mpb1的受控端连接；所述第二开关管mpb1的第二导电端与所述第三开关管mnb1的第一导电端和受控端互连，所述第三开关管mnb1的第二导电端接地。本实施例中，第一开关管mpb0、第二开关管mpb1、第三开关管mnb1可以采用mos管、三极管，或者igbt等电子开关来实现，本实施例优选为mos管来实现，并且第一开关管mpb0、第二开关管mpb1为p-mos管，第三开关管mnb1为n-mos管。由第一开关管mpb0、第二开关管mpb1、第三开关管mnb1组成的电流镜像电路10将电流偏置电源ibs输入的电流镜像至负电压采样比较电路20。其中，流经第一开关管mpb0的电流等于流经第二开关管mpb1的电流，也等于流经第三开关管mnb1的电流。通过第一开关管mpb0、第二开关管mpb1、第三开关管mnb1组成的电流镜像电路10驱动负电压采样比较电路20工作，并且流经负电压采样比较电流的电流等于流经电流镜像电路10的电流，从而为负电压采样比较电路20提供一偏置电流，即基准电流。参照图2至图7，在一优选实施例中，负电压采样比较电路20的负电压采样比较支路可以是一个，也可以是多个。图1示出了负电压采样比较电路20包括一个负电压采样比较支路的实施例。图2至图4示出了负电压采样比较电路20包括两个负电压采样比较支路的实施例。图5和图6示出了所述负电压采样比较电路20包括n个负电压采样比较支路的实施例，其中，n大于等于3。参照图5和图6，多个所述负电压采样比较支路并联设置，且多个所述负电压采样比较支路的第二输入端经多个所述采样信号输入端in与所述电机的多个线圈一一对应连接。本实施例中，负电压采样比较电路20中设置有多个负电压采样比较支路，负电压采样比较支路的数量可以根据电机线圈的数量来设定，同时也可以根据电机的数量来设定，例如在单相电机中，单向电机的线圈数量为一个，此时负电压采样支路的数量对应的也为一个。在三相电机中，三相电机线圈的数量为三个，此时负电压采样支路的数量对应的也为三个，且在同一三相电机中，负电压采样比较电路20的预设电压阈值也相同，均可根据上述公式(1)来设定。当负电压检测电路应用在四轴驱动、六轴驱动等驱动设备中时，对应的电机中的线圈数量也为多个，此时负电压采样比较支路对应多个电机及多个电机总的线圈数量设定，且负电压采样比较电路20的预设电压阈值根据不同电机的型号、类型等参数而定，具体可根据上述公式(1)来设定，此处不做限制。负电压采样比较支路的第二输入端对应连接电机线圈，并采样电机线圈的电压。可以理解的是，对应负电压采样比较支路的数量，电流镜像电路10的输出端的数量也为多个，电流镜像电路10输出多路电流值相等的控制信号，从而控制各负电压采样比较支路工作，同时为各负电压采样比较支路提供一电流值相等的基准电流，以实现在采样到电机线圈上的负电压信号后，能够准确的对个该负电压信号进行比较，从而提高负电压检测电路的精准度。参照图2至图4，图2至图4示出了负电压采样比较电路20具有两路负电压采样比较支路的实施例，且分别为第一负电压采样比较支路21和第二负电压采样比较支路22。具体地，第一负电压采样比较支路21包括第四开关管mp1及第五开关管mn1，所述第四开关管mp1的第一导电端与所述驱动电源vdd连接，所述第四开关管mp1的第二导电端与所述第五开关管mn1的第一导电端和所述信号整形电路30的输入端连接，所述第四开关管mp1的受控端与所述第一开关管mpb0的受控端连接；所述第五开关管mn1的受控端与所述第三开关管mnb1的受控端连接，所述第五开关管mn1的第二导电端为所述负电压采样比较支路的第二输入端。本实施例中，第四开关管mp1和第五开关管mn1可以采用mos管、三极管，或者igbt等电子开关来实现，本实施例优选为mos管来实现，并且第四开关管mp1为p-mos管，第五开关管mn1为n-mos管。其中，p-mos管的源极为第四开关管mp1的第一导电端，p-mos管的漏极为第四开关管mp1的第二导电端，p-mos管的栅极为第四开关管mp1的受控端。n-mos管的漏极为第五开关管mn1的第一导电端，n-mos管的源极为第五开关管mn1的第二导电端，n-mos管的栅极为第五开关管mn1的受控端。本实施例中，当电机正常工作时，第五开关管mn1的源极电压大于第三开关管mnb1对应的n-mos管源极电压，从而第五开关管mn1处于截止状态，负电压采样比较电路20输出高电平信号，经信号整形电路30反相后，输出至电机主控的电平即为低电平，该低电平不触发电机主控的保护操作。当出现反冲负电压，因采样信号输端接入的电机线圈的电压值下降，第五开关管mn1的源极电压也相应下降；而反冲负电压信号过大导致采样信号输端in接入的电机线圈的负电压值低于预设电压阈值时，所述第五开关管mn1的源极电压过低使得第五开关管mn1开始导通，第五开关管mn1漏极电压变低，即负电压采样比较电路20输出低电平信号，该低电平的负电压采样信号被信号整形电路30反相后，输出至电机主控的电平即为高电平，该翻转的信号到达电机主控的检测端后，触发电机主控的相应保护操作。进一步地，所述负电压采样比较支路还包括第二电阻r2，所述第二电阻r2串联设置于所述第五开关管mn1的第二导通端与所述采样信号输入端in之间。可以理解的是，本实施例在电流镜像电路10输出的偏置电流，也即参考电流一定时，根据上述公式(1)可知，通过调节第二电阻r2的阻值即可调整预设电压阈值的电压值。并且当负电压采样比较支路设置为多个时，通过调节对应的第二电阻r2的阻值即可实现对对应的负电压采样比较支路预设电压阈值的调整。其中，各负电压采样比较支路中的第二电阻r2的阻值可以相同，也可以不同，此处不做限制。上述实施例中，所述电流镜像电路10还包括第一电阻r1，所述第一电阻r1串联设置于所述第三开关管mnb1的第二导电端与地之间。本实施例中，第一电阻r1和第二电阻r2并联设置，通过调节第一电阻r1可以抬高第五开关管mn1漏极电压值，有利于进一步提高负电压采样比较电路20的采样精度，例如当采样信号输入端in的电压值为0v，0.01v或者接近于0v时，负电压采样比较电路20即可获取该信号为负电压采样信号，从而触发信号整形电路30翻转，提高负电压检测电路的保护速度。可以理解的是，本发明负电压检测电路仅用简单的三极管、mos管等开关管组成的负电压采样比较电路即实现了对输入的电机线圈负电压的采样和比较，无需要独立的电压比较器，就实现了对负电压的检测功能，并且只需增加一个p-mos晶体管、一个n-mos管和一个电阻即可扩展出一路采样通道，有效简化了设计，降低了集成电路的生产成本。需要说明的是，由于第二负电压采样比较支路22与第一负电压采样比较支路21的结构相同，故工作原理相同且达到的技术效果也相同，具体可参照第一负电压采样比较支路21，在此不再赘述。参照图1至图7在一优选实施例中，所述负电压采样比较支路还包括单向导通元件40，所述单向导通元件40的第一端与所述采样信号输入端in连接，所述单向导通元件40的第二端与所述第五开关管mn1的第二导电端连接。本实施例中，单向导通元件40为二极管，根据二极管的单向导通性，当采样信号输入端in输入的电压极性为正时，二极管不导通，而当采样信号输入端in输入的电压为负，或者达到二极管的导通阈值时，二极管导通从而将负电压采样信号经开关管输出至信号整形电路30的输入端。本实施例通过设置二极管，可以避免在电机正常工作时，电压倒灌至负电压采样比较电路20，而影响负电压采样比较电路20正常工作。参照图1至图7，上述实施例中，所述第一开关管mpb0、第二开关管mpb1及所述第四开关管mp1的尺寸相同，所述三开关管和所述第五开关管mn1的尺寸相同。可以理解的是，当上述各开关管均采样mos管来实现时，所述第一开关管mpb0、第二开关管mpb1及所述第四开关管mp1均为p-mos管，且各p-mos管的尺寸相同，所述三开关管和所述第五开关管mn1均为n-mos管，且尺寸相同。如此设置，使得开关管均工作在饱和状态时，各开关管的工作参数均相同，从而避免因由于开关管自身的原因影响采样精度，有利于进一步提高负电压检测电路的负电压检测的灵敏度。参照图1至图7，在一优选实施例中，所述信号整形电路30包括多个反相器(图未标示)，且多个所述反相器的数量对应多个所述负电压采样比较支路的数量设置，多个所述反相器q1的输入端为所述信号整形电路30的输入端，多个所述反相器q1的输出端为所述信号整形电路30的输出端。如图2所示，图2示出了信号整形电路30对应负电压采样比较电路20设置两个负电压采样比较支路的实施例，信号整形电路30包括两个反相器q1且分别记为第一反相器q1和第二反相器q2。本实施例中，信号整形电路30优选采用反相器q1来实现，并在负电压采样比较电路20在检测到采样信号输入端in输入的负电压采样信号低于预设电压阈值时触发，从而输出高电平的触发信号至电机主控，从而使电机主控做出电机保护动作。参照图1至图7，当然在其他实施例中，对应负电压比较支路的数量，第四开关管mp1的数量和第五开关管mn1的数量均可以设置为多个，且对应地，多个第四开关管分别记为mp1、mp2、……、mpn；第五开关管分别记为mn1、mn2、……、mnn。多个采样信号输入端分别记为in1、in2……、in；多个二极管分别记为d1、d2、……、dn；多个第二电阻r2分别记为r21、r22……、r2n；多个反相器分别记为q1、q2、……、qn；多个采样信号输出端分别记为out1、out2……、outn。本发明还提出一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括如上所述的负电压检测电路。该负电压检测电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明电机驱动装置中使用了上述负电压检测电路，因此，本发明电机驱动装置的实施例包括上述负电压检测电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12