直流电机单向驱动器的制作方法

本发明涉及电子技术,特别涉及一种直流电机单向驱动器。

背景技术：

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(Pulse Width Modulation，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。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种直流电机单向驱动器，能在保证控制功能及电路可靠性的前提下，简化电路设计，提高PWM驱动芯片的利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供的直流电机单向驱动器，其包括微控制器芯片、PWM驱动芯片、微控制器监控电路、功率开关电路、旁路驱动电路；

所述旁路驱动电路，包括旁路开关控制电路、旁路供电电路、旁路功率开关管；

所述旁路开关控制电路，用于控制所述旁路供电电路开启和关闭；

所述旁路供电电路，用于为所述旁路功率开关管提供开启电压；

所述旁路功率开关管，输出端接直流电机；

所述功率开关电路，输出端接直流电机；

所述PWM驱动芯片，具有独立电荷泵模块；

所述独立电荷泵模块，电压输出端接所述旁路驱动电路的旁路供电电路；

所述微控制器芯片，控制所述PWM驱动芯片输出PWM驱动信号到所述功率开关电路，控制所述功率开关电路输出特定占空比的PWM驱动电压；

所述微控制器芯片，输出自身状态信号到所述微控制器监控电路；

所述微控制器监控电路，当所述微控制器芯片输出自身状态信号为有效状态时，输出使能有效信号到所述PWM驱动芯片及所述旁路驱动电路的旁路开关控制电路；当所述微控制器芯片输出自身状态信号为无效状态时，输出使能无效信号到所述PWM驱动芯片及所述旁路驱动电路的旁路开关控制电路；

所述PWM驱动芯片，当所述微控制器监控电路输出使能有效信号时，允许输出PWM驱动信号；当所述微控制器监控电路输出使能无效信号时，禁止输出PWM驱动信号，并允许其独立电荷泵模块工作，输出电压到所述旁路驱动电路的旁路供电电路；

所述旁路驱动电路的旁路开关控制电路，当所述微控制器监控电路输出使能无效信号时，控制旁路供电电路开启，为所述旁路功率开关管提供开启电压；当所述微控制器监控电路输出使能有效信号时，控制旁路供电电路关闭，禁止为所述旁路功率开关管提供开启电压。

较佳的，所述旁路功率开关管，采用具有过流及过温保护功能的MOSFET管。

较佳的，所述功率开关电路，为半桥功率开关电路。

较佳的，所述微控制器芯片，通过内部总线控制所述PWM驱动芯片输出驱动信号。

较佳的，所述PWM驱动芯片，采用多模高频PWM控制器UCC39421/2。

较佳的，所述旁路驱动电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第三功率管、二极管；

所述微控制器监控电路输出的使能信号，经第一电阻接第四三极管的基极；

所述第四三极管，发射极接地，集电极经第二电阻接第五三极管的基极；

所述第五三极管，发射极接所述PWM驱动芯片的独立电荷泵模块的电压输出端，集电极经第四电阻接所述第六三极管的基极；

所述第三功率管，为N型MOSFET管，栅极接所述第五三极管的发射极，漏极接驱动电源，源极接所述第五三极管的集电极及直流电机；

所述二极管，正端接所述第六三极管的基极，负端接所述第六三极管的集电极；

所述第三电阻，接在所述第五三极管的集电极同地之间；

所述第五电阻，接在所述第五三极管的发射极同基极之间。

本发明的直流电机单向驱动器，电机的PWM驱动和旁路驱动两个驱动路径的硬件电路相对独立，由微控制监控电路根据微控制器芯片S1的工作状态，对两个路径进行切换。由于共用了PWM驱动芯片的电荷泵模块的输出电压，旁路驱动电路可以使用成本低廉的N型MOSFET作为功率开关管。本发明的直流电机单向驱动器，可以保证在微控制器芯片S1正常工作时，PWM驱动芯片S2驱动功率开关电路工作，使旁路驱动电路旁路的旁路功率开关管可靠关闭；而在在微控制器芯片S1失效时，通过旁路驱动电路保持基本的驱动功能(电机的开关控制)不受到影响，在保证控制功能及电路可靠性的前提下，简化了电路设计，提高了PWM驱动芯片S2的利用率。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，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获得其他的附图。

图1是本发明的直流电机单向驱动器一实施例示意图；

图2是本发明的直流电机单向驱动器另一实施例示意图电路图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

直流电机单向驱动器，如图1所示，包括微控制器芯片S1、PWM驱动芯片S2、微控制器监控电路S3、功率开关电路、旁路驱动电路；

所述旁路驱动电路，包括旁路开关控制电路、旁路供电电路、旁路功率开关管；

所述旁路开关控制电路，用于控制旁路供电电路开启和关闭；

所述旁路供电电路，用于为所述旁路功率开关管提供开启电压；

所述旁路功率开关管，输出端接直流电机；

所述功率开关电路，输出端接直流电机；

所述PWM驱动芯片S2，具有独立电荷泵模块；

所述独立电荷泵模块，电压输出端VPUMP接所述旁路驱动电路的旁路供电电路；

微控制器芯片S1，控制所述PWM驱动芯片S2输出PWM驱动信号到所述功率开关电路，PWM驱动信号控制所述功率开关电路输出特定占空比的PWM驱动电压，从而控制直流电机实现不同转速和转矩；

所述微控制器芯片S1，输出自身状态信号到所述微控制器监控电路S3；

所述微控制器监控电路S3，当所述微控制器S1输出自身状态信号为有效状态时，输出使能有效信号到所述PWM驱动芯片S2及所述旁路驱动电路的旁路开关控制电路；当所述微控制器芯片S1输出自身状态信号为无效状态时，输出使能无效信号到所述PWM驱动芯片S2及所述旁路驱动电路的旁路开关控制电路；

所述PWM驱动芯片S2，当所述微控制器监控电路S3输出使能有效信号时，允许输出PWM驱动信号；当所述微控制器监控电路S3输出使能无效信号时，禁止输出PWM驱动信号，并允许其独立电荷泵模块工作，输出电压到所述旁路驱动电路的旁路供电电路；

所述旁路驱动电路的旁路开关控制电路，当所述微控制器监控电路S3输出使能无效信号时，控制旁路供电电路开启，为所述旁路功率开关管提供开启电压；当所述微控制器监控电路S3输出使能有效信号时，控制旁路供电电路关闭，禁止为所述旁路功率开关管提供开启电压。

实施例一的直流电机单向驱动器，微控制器芯片S1正常工作时，微控制器监控电路S3监测到微控制器S1的自身状态信号为有效状态，使能PWM驱动芯片S2，同时关闭旁路驱动电路。微控制器芯片S1工作异常或损坏时，微控制器监控电路S3监测到微控制器S1的自身状态信号为无效状态，则禁止PWM驱动芯片S2输出PWM驱动信号，同时开启旁路驱动电路，此时功率开关电路处于关闭状态，而旁路驱动电路直接驱动直流电机。

实施例一的直流电机单向驱动器，电机的PWM驱动和旁路驱动两个驱动路径的硬件电路相对独立，由微控制监控电路根据微控制器芯片S1的工作状态，对两个路径进行切换。由于共用了PWM驱动芯片的电荷泵模块的输出电压，旁路驱动电路可以使用成本低廉的N型MOSFET作为功率开关管。实施例一的直流电机单向驱动器，可以保证在微控制器芯片S1正常工作时，PWM驱动芯片S2驱动功率开关电路工作，使旁路驱动电路旁路的旁路功率开关管可靠关闭；而在在微控制器芯片S1失效时，通过旁路驱动电路保持基本的驱动功能(电机的开关控制)不受到影响，在保证控制功能及电路可靠性的前提下，简化了电路设计，提高了PWM驱动芯片S2的利用率。

实施例二

基于实施例一的直流电机单向驱动器，所述旁路功率开关管，采用具有过流及过温保护功能的MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)。

较佳的，所述功率开关电路，为半桥功率开关电路。

较佳的，所述微控制器芯片S1，通过内部总线控制所述PWM驱动芯片S2输出驱动信号。

较佳的，所述PWM驱动芯片S2，采用多模高频PWM控制器UCC39421/2。

实施例二的直流电机单向驱动器，旁路驱动电路的旁路功率开关管采用具有过流和过温保护功能的MOSFET，即使在旁路驱动模式下，仍具备输出的抗短路和过流功能。

实施例三

基于实施例一的直流电机单向驱动器，如图2所示，所述旁路驱动电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第四三极管T4、第五三极管T5、第六三极管T6、第三功率管T3、二极管D1；

所述微控制器监控电路S3输出的使能信号，经第一电阻R1接第四三极管T4的基极；

所述第四三极管T4，发射极接地，集电极经第二电阻R2接第五三极管T5的基极；

所述第五三极管T5，发射极接所述PWM驱动芯片S2的独立电荷泵模块的电压输出端VPUMP；集电极经第四电阻R4接所述第六三极管T6的基极；

所述第三功率管T3，为N型MOSFET管，栅极接所述第五三极管T5的发射极，漏极接驱动电源，源极接所述第五三极管T5的集电极及直流电机；

所述二极管D1，正端接所述第六三极管T6的基极，负端接所述第六三极管T6的集电极；

所述第三电阻R3，接在所述第五三极管T5的集电极同地之间；

所述第五电阻R5，接在所述第五三极管T5的发射极同基极之间。

所述功率开关电路，包括第一功率管T1、第二功率管T2、第六电阻R6、第七电阻R7。

实施例三的直流电机单向驱动器，微控制器芯片S1正常工作时，微控制器监控电路S3监测到微控制器S1的自身状态信号为有效状态，使能PWM驱动芯片S2，同时关闭第四三极管T4，使得第五三极管T5进入截止状态，第三电阻R3与第四电阻R4串联后为第六三极管T6的基极提供下拉，从而保证第六三极管T6的集射电压Vec小于第三功率管T3的开启电压，第三功率管T3可靠关闭。微控制器芯片S1正常工作时，通过内部 总线控制PWM驱动芯片S2输出驱动信号，控制半桥功率开关电路中的第一功率管T1和第二功率管T2按照需要输出特定占空比的PWM驱动电压，从而控制电机实现不同转速和转矩。微控制器芯片S1工作异常或损坏时，微控制器监控电路S3监测到微控制器S1的自身状态信号为无效状态，则禁止PWM驱动芯片S2输出PWM驱动信号，同时开启旁路驱动电路，此时半桥功率开关电路中的第一功率管T1和第二功率管T2同时处于关闭状态，微控制器监控电路S3输出使能无效信号，控制第四三极管T4导通，则第五三极管T5开启，所述PWM驱动芯片S2的独立电荷泵模块的电压输出端VPUMP通过第五三极管T5、第四电阻R4(限流)、二极管D1(防反)为第三功率管T3提供高电平驱动电压，使得第三功率管T3开通，电机在100％电源电压下驱动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。