一种串联电阻法相电流检测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的一种串联电阻法相电流检测电路，将采样电压信号放大，通过比较器电路将放大的信号与参考电压比较，实现相电流检测，进而实现斩波横流控制；通过数字信号控制放大的信号与采样电压信号的比值，实现不同的相电流值的检测，进而实现微步细分控制；采用由MOS管开关的电阻阵列，实现非线性可变增益放大器；由于比较器比较的是放大的信号，所以比较器随机失调误差对相电流控制精度的影响大大减小；同时由于是将采样电压信号放大，得到按正余弦变化的相电流值，因而放大倍数变化范围不大，电阻更容易选择，检测电路面积更小，并且检测精度提高。
【专利说明】—种串联电阻法相电流检测电路
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及应用于电机驱动芯片中的串联电阻法相电流检测电路。
【背景技术】
[0002]现有步进电机驱动芯片中普遍采用斩波横流技术和细分步进驱动技术。斩波横流技术可以使电机的输出转矩增大，整个系统功耗减小，电源效率提高；细分步进技术可以极大的改善电机运行的平稳性，提高匀速性，减轻甚至消除震荡。
[0003]要实现上述技术，需要检测电机绕组相电流大小，在非移动设备应用中常采用串联电阻法检测，即将电机绕组和一个电阻串联，将相电流值转换成采样电阻的电压值，并将该电压值与参考电压相比较，使输出绕组相电流稳定在设定值上，实现相电流的闭环控制；而按照正余弦波的形式改变参考电压的值，就得到了按正余弦波变化的阶梯波形式的两相相电流，从而实现电机的细分步进驱动。串联电阻法稳定、精确度高且可以降低芯片整体成本。
[0004]传统的串联电阻法相电流检测电路如图1所示，数-模转换模块输入参考电压Vkef和控制数字信号CTL，参考电压Vkef在CTL信号控制下，降压得到数-模转换模块的输出值Vdac, Vdac作为输入信号接到比较器的一个输入端；比较器的另一个输入端接到SEN引脚上，同时SEN引脚串联检测电阻Rsen接地，电机绕组LO上的电流通过H桥电路中的功率管、Rsen流向地，因此SEN引脚上的电压值Vsen与电机绕组LO电流成正比，比例系数为Rsen的电阻值。
[0005]如图2所示，在t0时刻之前，Vsen与绕组LO相电流Iui按比例上升，在t0时刻，Vsen达到VDAC，此时比较器输出信号Vtot变为高电平，使PWM控制电路产生一个固定时间的脉冲信号，该信号经逻辑及预驱动电路控制H桥电路，使绕组LO相电流进入固定时间的衰减模式(包括快衰减和慢衰减)，电流值降低；同样地，在tl、t2时刻,绕组LO相电流经历固定时间的衰减，相电流Iui波形如图2所示，围绕固定值1上下波动，因为波动幅度很小，可以认为相电流稳定在10。
[0006]如图3所示，当改变CTL信号使VDA。值按照正余弦曲线变化时，相电流同样的按照正余弦曲线变化，这样即实现了细分驱动控制。
[0007]因为比较器存在随机失调误差，当Vda。值很小的时，该失调误差将显著降低相电流控制精度；同时要得到按正余弦变化的VDA。值，相邻两个Vda。之间的台阶差值或很大或很小，数-模转换器内部电阻难以选择，且往往面积很大。
[0008]本领域技术人员致力于实现斩波横流控制和细分步进驱动控制的同时，降低比较器随机失调误差对相电流检测的精度影响，提闻步进电机的相电流检测精度，从而提闻步进电机的细分驱动控制精度。
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的是提高电机，特别是步进电机的相电流检测精度，降低比较器随机失调误差对相电流检测的影响，同时优化相电流检测电路的结构。
[0010]本实用新型提供一种新型的串联电阻法相电流检测电路，通过非线性可变增益放大器对采样电压信号放大，并与固定参考电压相比较实现斩波横流控制；通过数字编码控制非线性可变增益放大器的增益，实现细分步进驱动。该结构电路结构简单，精确度高，同时可以降低后级比较器随机失调误差对电路精度的影响。
[0011]本实用新型提供的串联电阻法相电流检测电路，非线性可变增益放大器，采用由MOS管开关的电阻阵列，以改变电路放大倍数，实现可变增益。
[0012]本实用新型提供一种串联电阻法相电流检测电路，包括输入端VB1、VSEN、Vkef和输出端Vqut，所述串联电阻法相电流检测电路包括多个P型MOS管MP0、MP2、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8、MP9，电阻m晶体管Ql、Q2和比较器，其中
[0013]?型皿)5管1^0、]\^2、]\^2、]\^3、]\^4、]\^5组成共源共栅电流镜；
[0014]P型MOS管MPO、MP2、MP4的栅极连接在一起，P型MOS管MPO、MP2、MP4的源极与电源VDD连接，P型MOS管MPO的栅极与P型MOS管MPl的漏极连接；
[0015]P型MOS管MPO的漏极与P型MOS管MPl的源极连接，P型MOS管MP2的漏极与P型MOS管MP3的源极连接，P型MOS管MP4的漏极与P型MOS管MP5的源极连接；
[0016]P型MOS管MP1、MP3、MP5的栅极连接在一起，P型MOS管MPl的漏极经由电阻Rtl连接到输入端νΒΙ，P型MOS管MPl的栅极与输入端Vbi连接； [0017]P型MOS管MP3的漏极与晶体管Ql的集电极连接，晶体管Ql的发射极经由电阻R1与输入端Vsen连接；
[0018]P型MOS管MP5的漏极与晶体管Q2的集电极连接，晶体管Q2的发射极经由电阻R2与地连接；
[0019]晶体管Ql、Q2的基极连接；
[0020]N型MOS管MNO的漏极与电源VDD连接，N型MOS管MNO的栅极与P型MOS管MP3的漏极连接，N型MOS管MNO的源极与晶体管Ql的基极连接；
[0021]P型MOS管MP6与P型MOS管MP7组成反馈回路；
[0022]P型MOS管MP6的源极与电源VDD连接，P型MOS管MP6的漏极与P型MOS管MP7的源极连接，P型MOS管MP7的漏极与晶体管Q2的发射极连接，P型MOS管MP7的栅极晶体管Q2的集电极连接；
[0023]P型MOS管MP6和P型MOS管MP7，与P型MOS管MP8和P型MOS管MP9组成共源共栅电流镜；
[0024]P型MOS管MP8的源极与电源VDD连接，P型MOS管MP8与P型MOS管MP6的栅极连接，P型MOS管MP8的漏极与P型MOS管MP9的源极连接；
[0025]P型MOS管MP9的栅极与P型MOS管MP7的栅极连接；P型MOS管MP9的漏极连接与所述比较器的正相输入端连接；
[0026]所述输入端Vkef与所述比较器的反相输入端连接；
[0027]所述输出端Vott与所述比较器的输出连接；
[0028]串联电阻法相电流检测电路还包括由MOS管开关的电阻阵列，由MOS管开关的电阻阵列串联到P型MOS管MP9的漏极，以改变电路放大倍数，实现可变增益。
[0029]进一步地，由MOS管开关的电阻阵列包括电阻阵列和开关阵列。[0030]进一步地，电阻阵列包括串联的电阻R3、R4、…、Rn+2。
[0031]进一步地，开关阵列包括N型MOS管丽P MN2、…、MNn，其中
[0032]N型MOS管MN1的漏极连接到电阻R3与电阻R4连接点；
[0033]N型MOS管MN2的漏极连接到电阻R4与电阻R5连接点；
[0034]N型MOS管MNn的漏极连接到电阻RN+2 ；
[0035]N型MOS管MN。MN2,…、MNn的源极均连接到地；
[0036]N型MOS管MN1'MN2、…、MNn的栅极分别与数字信号Y。、Y1.....Y1^1连接，以控制
N型MOS管的导通与关闭。
[0037]与现有技术相比，本实用新型提供的串联电阻法相电流检测电路具有以下有益效果:
[0038](I)将采样电压信号放大，通过比较器电路将放大的信号与参考电压比较，实现相电流检测，进而实现斩波横流控制；
[0039](2)通过数字 信号控制放大的信号与采样电压信号的比值，实现不同的相电流值的检测，进而实现微步细分控制；
[0040](3)采用由MOS管开关的电阻阵列，实现非线性可变增益放大器；
[0041](4)由于比较器比较的是放大的信号，所以比较器随机失调误差对相电流控制精度的影响大大减小；同时由于是将采样电压信号放大，得到按正余弦变化的相电流值，因而放大倍数变化范围不大，电阻更容易选择，检测电路面积更小，并且检测精度提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是现有技术中串联电阻法相电流检测电路的具体电路；
[0043]图2是图1所示的串联电阻法相电流检测电路的波形图；
[0044]图3是图1所示的串联电阻法相电流检测电路随相电流^随乂.变化的曲线；
[0045]图4是本实用新型的一个实施例的串联电阻法相电流检测电路的具体电路；
[0046]图5是图4所示的串联电阻法相电流检测电路在电机驱动芯片中应用的具体实现；
[0047]图6是图4所示的串联电阻法相电流检测电路的波形图。
【具体实施方式】
[0048]如图4所示，本实用新型的一个实施例的串联电阻法相电流检测电路，将采样电压Vsen信号放大得到Vtca信号，再通过比较器电路将Vtca与参考电压Vkef相比较，输出Vqut信号，实现相电流检测，进而实现斩波横流控制；并且通过数字信号YpYp…、Yim控制Vtca与Vsen的比值，实现不同的相电流值的检测，进而实现微步细分控制。
[0049]MPO、MP2与MP2、MP3和MP4、MP5构成共源共栅电流镜，并且Idmp3 = Idmp5。共源共栅结构可以抑制沟道长度调制效应的影响，增加电流源的阻抗，此后分析中将其当做理想电流源处理。
[0050]MP4、MP5、Q2、R2、MP6、MP7 构成一个反馈系统，MP4、MP5、Q2 构成前置放大器，MP6、MP7构成反馈网络；MP2、MP3、Ql、R1构成升压电路；R3、R4、...RN+1、RN+2构成电阻阵列，MN”MN2.....MNn构成开关阵列；参考电压Vkef与Vtca连接到比较器的输入端，比较器输出端Vtot是相电流检测号。
[0051]当输入电压Vsen升高Λ Vin，此时A点电压同样升高Λ VIN;由于通过Q2的电流恒定，C点电压在很小误差范围内也同样升高AVin，则通过R2电阻的电流增量从
【权利要求】
1.一种串联电阻法相电流检测电路，其特征在于，包括输入端VB1、Vsen, Vkef和输出端Vout,所述串联电阻法相电流检测电路包括多个P型MOS管MP0、MP2、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8、MP9，N型MOS管ΜΝ0,电阻R0, R1' R2,晶体管Ql、Q2和比较器，其中 所述P型MOS管MPO、MP2、MP2、MP3、MP4、MP5组成共源共栅电流镜； 所述P型MOS管MP0、MP2、MP4的栅极连接在一起，所述P型MOS管MP0、MP2、MP4的源极与电源VDD连接，所述P型MOS管MPO的栅极与所述P型MOS管MPl的漏极连接； 所述P型MOS管MPO的漏极与所述P型MOS管MPl的源极连接，所述P型MOS管MP2的漏极与所述P型MOS管MP3的源极连接，所述P型MOS管MP4的漏极与所述P型MOS管MP5的源极连接； 所述P型MOS管MP1、MP3、MP5的栅极连接在一起，所述P型MOS管MPl的漏极经由所述电阻Rtl连接到所述输入端VBI，所述P型MOS管MPl的栅极与所述输入端Vbi连接； 所述P型MOS管MP3的漏极与所述晶体管Ql的集电极连接，所述晶体管Ql的发射极经由电阻R1与所述输入端Vsen连接； 所述P型MOS管MP5的漏极与所述晶体管Q2的集电极连接，所述晶体管Q2的发射极经由电阻R2与地连接； 所述晶体管Ql、Q2的基极连接； 所述N型MOS管MNO的漏极与所述电源VDD连接，所述N型MOS管MNO的栅极与所述P型MOS管MP3的漏极连接， 所述N型MOS管MNO的源极与所述晶体管Ql的基极连接；所述P型MOS管MP6与所述P型MOS管MP7组成反馈回路； 所述P型MOS管MP6的源极与所述电源VDD连接，所述P型MOS管MP6的漏极与所述P型MOS管MP7的源极连接，所述P型MOS管MP7的漏极与所述晶体管Q2的发射极连接，所述P型MOS管MP7的栅极所述晶体管Q2的集电极连接； 所述P型MOS管MP6和所述P型MOS管MP7，与所述P型MOS管MP8和所述P型MOS管MP9组成共源共栅电流镜； 所述P型MOS管MP8的源极与所述电源VDD连接，所述P型MOS管MP8与所述P型MOS管MP6的栅极连接，所述P型MOS管MP8的漏极与所述P型MOS管MP9的源极连接； 所述P型MOS管MP9的栅极与所述P型MOS管MP7的栅极连接；所述P型MOS管MP9的漏极连接与所述比较器的正相输入端连接； 所述输入端Vkef与所述比较器的反相输入端连接； 所述输出端Vtot与所述比较器的输出连接； 所述串联电阻法相电流检测电路还包括由MOS管开关的电阻阵列，所述由MOS管开关的电阻阵列串联到所述P型MOS管MP9的漏极。
2.如权利要求1所述的串联电阻法相电流检测电路，其特征在于，所述由MOS管开关的电阻阵列包括电阻阵列和开关阵列。
3.如权利要求2所述的串联电阻法相电流检测电路，其特征在于，所述电阻阵列包括串联的电阻r3、r4、…、rn+2。
【文档编号】H02P8/12GK203827233SQ201320837817
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】张明星, 王良坤, 朱铁柱, 夏存宝, 陈路鹏, 黄武康 申请人:嘉兴中润微电子有限公司