一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法与流程

文档序号:22803539发布日期:2020-11-04 04:05阅读:来源:国知局

技术特征:

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的另一端连接,所述nfet的漏极将由外部控制电压vctl转化得到的占空比参考电压vduty输入所述第三比较器的负输入端;

所述第三比较器,其正输入端接所述三角波电压vtri,其负输入端接所述nfet的漏极,其输出端与所述占空比可调时钟发生器的pwm输出端连接,用于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。

5.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,所述第三比较器用于:

当所述三角波电压vtri大于所述占空比参考电压vduty时,输出为1;

当所述三角波电压vtri小于所述占空比参考电压vduty时,输出为0。

6.根据权利要求5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,所述占空比参考电压vduty为:

vduty=(vh-(vh-vl)*min_duty)-vctl*r1/r2;

所述占空比参考电压vduty的占空比duty与所述外部控制电压vctl之间的关系为:

当vctl=0时,duty=min_duty,vduty=vduty_min,vduty_min=vh-(vh-vl)*min_duty;

当vctl=1时,duty=max_duty,vduty=vduty_max,vduty_max=vl+(vh-vl)*(1-max_duty);

其中,vduty为所述占空比参考电压vduty的电压值,duty为所述占空比参考电压vduty的占空比,vctl为外部控制电压vctl的电压值,r1为第一电阻的阻值,r2为第二电阻的阻值,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,vduty_min为所述参考电压vduty_min的电压值,min_duty为设定的最小占空比,max_duty为最大占空比,vctl的范围为0-1v,vduty在vduty_max和vduty_min电压范围内变化。

7.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,所述单稳态触发电路,包括:第一d触发器、第二d触发器和与门;

所述第一d触发器的d端接外部控制输入,ck端接所述clk_b输出端,q端连接所述第二d触发器的d端和所述与门的第一输入端;

所述第二d触发器的d端接所述第一d触发器的q端,ck端接所述clk输出端,端连接所述与门的第二输入端;

所述与门的输出端与所述单稳态触发器的pulse输出端连接。

8.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,所述电机驱动电路包括两个工作模式:

当所述模式选择输入为高电平时,选择驱动步进式电机的模式,所述第一脉冲输出端输出所述50%占空比的时钟信号clk,所述第二脉冲输出端输出所述单稳态触发信号pulse;

当所述模式选择输入为低电平时,选择驱动直流式电机的模式,所述第一脉冲输出端输出所述占空比可调时钟信号pwm,所述第二脉冲输出端输出所述50%占空比的时钟信号clk;

9.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,所述输出选择器,包括:用于接收所述50%占空比的时钟信号clk的clk输入端口,用于接收所述单稳态触发信号pulse的pulse输入端口,用于接收所述占空比可调时钟信号pwm的pwm输入端口,以及用于接收片外输入的模式选择输入端口。

10.一种基于电容充放电结构的电机驱动方法,应用于权利要求1-9任一项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,包括:

(1)50%占空比时钟发生器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输出选择器和单稳态触发器,将所述三角波电压vtri输入占空比可调时钟发生器;

(2)所述占空比可调时钟发生器根据外部控制电压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;

(3)所述单稳态触发器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;

(4)所述输出选择器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。


技术总结
本发明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。

技术研发人员:沈强;冯光涛
受保护的技术使用者:芯创智(北京)微电子有限公司
技术研发日:2020.06.15
技术公布日:2020.11.03
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