恒流驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种恒流驱动电路，包括驱动模块、启动电阻、滤波器、采样电阻以及续流二极管，其中该驱动模块具有芯片电源端、电流检测端、逐周期保护端、内部MOS管源极端、内部MOS管漏极端以及芯片接地端，该启动电阻一端接入外部电源，另一端连接该芯片电源端，该电流检测端连接该滤波器一端，该滤波器另一端连接被驱动机构一端，该逐周期保护端和该内部MOS管源极端通过该采样电阻连接该被驱动机构一端，并且通过该续流二极管连接电路接地端，该被驱动机构另一端连接电路接地端，该内部MOS管漏极端连接外部电源，该驱动模块用于实现恒流驱动。
【专利说明】
恒流驱动电路
技术领域
[0001]本发明涉及集成电路领域，尤其是涉及一种恒流驱动电路。
【背景技术】
[0002]随着计算机技术迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术。
[0003]从机电一体化角度，目前一些传统的电驱动部件或机构存在耗电大、功能简单等问题，需要予以改进。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种恒流驱动电路，能够令被驱动机构以较低的总体功耗运行。
[0005]本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种恒流驱动电路，包括驱动模块、启动电阻、滤波器、采样电阻以及续流二极管，其中该驱动模块具有芯片电源端、电流检测端、逐周期保护端、内部MOS管源极端、内部MOS管漏极端以及芯片接地端，该启动电阻一端接入外部电源，另一端连接该芯片电源端，该电流检测端连接该滤波器一端，该滤波器另一端连接被驱动机构一端，该逐周期保护端和该内部MOS管源极端通过该采样电阻连接该被驱动机构一端，并且通过该续流二极管连接电路接地端，该被驱动机构另一端连接电路接地端，该内部MOS管漏极端连接外部电源，该驱动模块包含:加法器，该加法器的一个输入端输入对应第二内部基准电压的电流，另一个输入端输入偏置调节信号，该偏置调节信号将该加法器的输出端调节至对应第一内部基准电压的电流，该第一内部基准电压大于该第二内部基准电压;运算放大器，该运算放大器的正输入端连接该加法器的输出端，该运算放大器的负输入端连接该电源检测端;第一比较器，该第一比较器的正输入端连接斜坡信号，该第一比较器的负输入端连接该运算放大器的输出端;第二比较器，该第二比较器的正输入连接该逐周期保护端，该第二比较器的负输入端连接一基准电压;前沿消隐电路，该前沿消隐电路的输入端连接该第二比较器的输出端;或门，连接该第一比较器的输出端和该前沿消隐电路的输出端;驱动控制器，该驱动控制器的一输入端连接该或门，该驱动控制器的一输出端输出反馈信号，另一输出端输出驱动信号;偏置控制器，该偏置控制器的输入端输入该反馈信号，输出端输出该偏置调节信号；功率管，该功率管的栅极输入该驱动信号，源极连接该内部MOS管源极端，漏极连接该内部MOS管漏极端。
[0006]在本发明的一实施例中，上述的恒流驱动电路还包括低电压锁定比较器、内部偏置和基准电路以及低压差线性稳压器，该内部偏置和基准电路提供该驱动模块工作需要的基准电压和偏置电流，该低压差线性稳压器提供该驱动模块的内部电源，该低电压锁定比较器的正输入端连接该驱动模块的内部电压，该低电压锁定比较器的负输入端连接该芯片电源端，该低电压锁定比较器的输出端连接内部偏置和基准电路，该低压差线性稳压器连接该芯片电源端和该内部偏置和基准电路。
[0007]在本发明的一实施例中，上述的恒流驱动电路还包括稳压电容，该稳压电容连接在芯片电源端芯片接地端之间。
[0008]在本发明的一实施例中，该反馈信号为PffM信号，且该反馈信号与该驱动信号为不同幅度，相同频率和相位的信号。
[0009]在本发明的一实施例中，该驱动控制器还输入过压保护信号和过温保护信号。
[0010]在本发明的一实施例中，该恒流驱动电路的工作模式包括连续模式、临界模式和断续模式。
[0011 ]在本发明的一实施例中，该被驱动机构包括电磁阀、四通阀、膨胀阀和摄像机驱动机构。
[0012]本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，利用较大的内部基准电压提供较大的输出电流以及延时电路能够快速驱动被驱动机构开启；当被驱动机构可靠动作后，快速降低内部基准电压，能够保证产品低功耗长期稳定可靠工作。
【附图说明】
[0013]为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明，其中:
[0014]图1是本发明一实施例的恒流驱动电路的电路图。
[0015]图2是图1所示驱动芯片的内部功能框图。
[0016]图3A-31是本发明实施例的恒流驱动电路的固定开关频率调节占空比，调整峰值电流大小的波形示意图，图3A中延时驱动处于CCM、维持状态处于CCM，图3B中延时驱动处于CCM、维持状态处于BCM，图3C中延时驱动处于CCM、维持状态处于DCM，图3D中延时驱动处于BCM、维持状态处于BCM，图3E延时驱动处于BCM、维持状态处于CCM，图3F中延时驱动处于BCM、维持状态处于DCM，图3G中延时驱动处于DCM、维持状态处于DCM，图3H中延时驱动处于DCM、维持状态处于CCM，图31中延时驱动处于DCM、维持状态处于BCM。
[0017]图4A-4C是本发明实施例的恒流驱动电路的调节开关频率固定占空比，调整峰值电流大小的波形示意图，图4A中延时驱动处于CCM、维持状态处于CCM，图4B中延时驱动处于BCM、维持状态处于BCM，图4C中延时驱动处于DCM、维持状态处于DCM。
[0018]图5A-5E是本发明实施例的恒流驱动电路的开关频率、占空比同时调节，调整峰值电流大小的波形示意图，图5A中延时驱动处于CCM、维持状态处于CCM，图5B中延时驱动处于CCM、维持状态处于DCM，图5C中延时驱动处于BCM、维持状态处于CCM，图5D中延时驱动处于BCM、维持状态处于DCM，图5E中延时驱动处于DCM、维持状态处于CCM。
[0019 ]图6A-6D是本发明实施例的恒流驱动电路的调节开关频率、占空比，保持峰值电流大小不变的波形示意图，图6A中延时驱动处于CCM、维持状态处于BCM，图6B中延时驱动处于CCM、维持状态处于DCM，图6C中延时驱动处于BCM、维持状态处于DCM，图6D中延时驱动处于DCM、维持状态处于DCM。
[0020]图7是本发明实施例的恒流驱动电路用于驱动电磁阀的示意图。
【具体实施方式】
[0021]图1是本发明一实施例的恒流驱动电路的电路图。参考图1所示，本实施例的恒流驱动电路可包括驱动芯片11、启动电阻R1、稳压电容Cl、电阻R2和电容C2组成的RC滤波器、采样电阻R3和续流二极管D。驱动芯片11具有芯片电源端VDD，电流检测端CS，逐周期保护端Movp，内部MOS管源极端Source，内部MOS管漏极端DRA，以及芯片接地端GND。启动电阻Rl —端接入电源，例如经整流后的直流电源，启动电阻Rl另一端连接芯片电源端VDD。稳压电容Cl连接在芯片电源端VDD和芯片接地端GND之间。电流检测端CS连接RC滤波器一端，RC滤波器另一端连接被驱动机构12—端。逐周期保护端MovP和内部MOS管源极端Source也通过采样电阻R3连接被驱动机构一端，并且通过续流二极管D连接电路接地端。被驱动机构12另一端连接电路接地端。内部MOS管漏极端DRA接入电源。
[0022]在本发明的实施例中，被驱动机构12是具有阻尼特性的机构件。举例来说，被驱动机构12包括但不限于，电磁阀、四通阀、膨胀阀和摄像头驱动机构。
[0023]在本实施例中，被驱动机构12等效为电感L和电阻Rser。
[0024]图2是图1所示驱动芯片的内部功能框图。参考图2所示，驱动芯片可包括加法器201、运算放大器202、第一比较器203、第二比较器204、前沿消隐(LEB)电路205、或门206、驱动控制器207、偏置控制器208、低电压锁定(UVLO)比较器209、内部偏置和基准电路210、低压差线性稳压器(LD0)211以及功率管Ml。
[0025]内部偏置和基准电路210提供芯片工作需要的基准电压Vref和偏置电流。低压差线性稳压器211则提供芯片内部电源AVDD和DVDD，前者为模拟电源，后者为数字电源。UVLO比较器209的正输入端连接芯片内部电压UVLO 0N/0FF，UVL0比较器209的负输入端连接芯片电源端VDD，UVL0比较器209的输出端连接内部偏置和基准电路210。低压差线性稳压器211连接芯片电源端VDD和内部偏置和基准电路210。当芯片电源端VDD电压超过芯片内部电压UVLO ON时，驱动芯片开始工作，内部偏置和基准电路210产生芯片内部模块需要的基准电压和偏置电流。低压差线性稳压器211会产生芯片工作电源电压AVDD/DVDD。当芯片电源端VDD电压低于芯片内部电压UVLO OFF时，芯片停止工作。
[0026]加法器201的一个输入端输入对应芯片内部基准电压Vref 2的电流，另一个输入端连接偏置控制器208。加法器202的输出连接运算放大器202的正输入端。偏置控制器208根据驱动控制器207输出的PWM信号来调节输入到加法器201的另一个输入端的电流。加法器202输出的电流在运算放大器202的正输入端转化为基准电压Vref I或者Vref2。
[0027]运算放大器202的负输入端连接电源检测端CS，运算放大器202的输出端连接第一比较器203的负输入端，第一比较器203的正输入端连接斜坡信号。
[0028]另一方面，第二比较器204的正输入连接逐周期保护端Movp，第二比较器204的负输入连接基准电压Vref。第二比较器204的输出端连接前沿消隐(LEB)电路205。第一比较器203和前沿消隐电路205的输出端连接或门的两个输入端，或门206的输出端连接驱动控制器207的输入端。驱动控制器207的一个输出端为驱动输出端，输出Gate信号至功率管Ml的栅极。功率管Ml的源极连接内部MOS管源极端Source，漏极连接该内部MOS管漏极端DRA。驱动控制器207的另一个输出端为反馈输出端，输出PWM信号至偏置控制器208 WWM信号与Gate信号是幅度不同、频率相位相同的信号。Gate信号可由PffM信号经电平偏移得到。PffM信号则可由或门206的输出经过延时得到。
[0029]驱动控制器207还可输入过压保护信号(OVP)和过温保护信号(OTP)，用以在过压或者过温时停止输出，即令Gate信号为低电平。
[0030]当芯片开始工作时，电源检测端CS上的电压比芯片内部基准电压Vrefl低，运算放大器202输出高电平。在第一比较器203处，运算放大器202输出高于振荡器产生的斜坡信号，经过驱动控制器207处理之后，输出驱动信号Gate为高电平。随着功率管Ml导通，电源检测端CS上的电压不断增加。当电压增加到一定程度时，足以驱动被驱动机构改变其初始状态，例如阀门打开。
[0031]本实施例中包含前沿消隐电路205用作延时控制，保证被驱动机构12快速可靠动作，该过程为延时驱动状态；当被驱动机构12可靠动作后，芯片内部由基准Vref I转变为Vref2，电源检测端CS电容上的电压高，运算放大器202的输出变低。在第一比较器203处，运算放大器202的输出低于芯片内部振荡器产生的斜坡信号，驱动控制器207输出的驱动信号Gate为低电平，功率管Ml关断。此时被驱动机构12中的电流通过二极管D续流，能够维持阀门打开状态；当电源检测端CS电容上的电压比芯片内部基准Vref2电压低，运算放大器202的输出高于振荡器产生的斜坡信号，驱动控制器207输出的驱动信号Gate为高电平，功率管Ml导通。当芯片内部基准为Vref 2时，被驱动机构12的电流减小，功耗降低，但仍能开启并稳定在维持状态。稳定状态下，电源检测端CS的电压与芯片内部基准Vref2电压达到平衡状态，保证被驱动机构12的可靠维持。
[0032]本实施例中驱动电流及功率分别为:
[0033]IL = Vref/R2
[0034]Pstart= 1/2.I Lstart * L * f
[0035]Pdelay= 1/2.l\l.L.f
[0036]Prefl = 1/2.I2l2.L.f
[0037]Prefl>Pref2
[0038]由上述公式显然可知，Il为流过电感上的电流值，VrefI大于Vref 2，ILstart、Ili均比In大，从而使被驱动机构12在通电时能够提供有较大的能量使其快速可靠动作，维持时的能量明显小于驱动的能量。
[0039]因此本实施例能够保证被驱动机构12的快速动作，响应动作可靠，同时被驱动机构12在工作中能够保持低功耗，保证长期工作的可靠性。
[0040]本实施例通过基准调节方式来改变输出电流，从而实现被驱动机构12的状态转换达到低功耗的目标。值得注意的针对线性可调类型的被驱动机构12，利用本实施例的基准调节方式可以实现η等级基准电压(Vref1、Vref2、Vref3.....)的调节，从而改变被驱动机构12的开合程度。
[0041 ]本实施例恒流驱动主要包括CCM(连续模式)、BCM(临界模式)和DCM(断续模式)，具体实现方式包括:1、固定开关频率调节占空比，调整峰值电流大小;2、调节开关频率固定占空比，调整峰值电流大小;3、同一种控制模式下，既固定开关频率调节占空比又调节开关频率，调整峰值电流大小;4、调节开关频率、占空比，保持峰值不变等。下面列举一些实际的工作模式。
[0042]第一种方式是固定开关频率调节占空比，调整峰值电流大小。
[0043]图3A-31是本发明实施例的恒流驱动电路的固定开关频率调节占空比，调整峰值电流大小的波形示意图。图3A-3C为延时驱动处于CCM时的波形示意图，其中图3A中延时驱动处于CCM、维持状态处于CCM，图3B中延时驱动处于CCM、维持状态处于BCM，图3C中延时驱动处于CCM、维持状态处于DCM。
[0044]图3D-3F为延时驱动处于BCM时的波形示意图，其中图3D中延时驱动处于BCM、维持状态处于BCM，图3E延时驱动处于BCM、维持状态处于CCM，图3F中延时驱动处于BCM、维持状态处于DCM。
[0045]图3G-3I为延时驱动处于DCM时的波形示意图，其中图3G中延时驱动处于DCM、维持状态处于DCM，图3H中延时驱动处于DCM、维持状态处于CCM，图31中延时驱动处于DCM、维持状态处于BCM。
[0046]第二种方式是调节开关频率固定占空比，调整峰值电流大小。
[0047]图4A-4C是本发明实施例的恒流驱动电路的调节开关频率固定占空比，调整峰值电流大小的波形示意图，图4A中延时驱动处于CCM、维持状态处于CCM，图4B中延时驱动处于BCM、维持状态处于BCM，图4C中延时驱动处于DCM、维持状态处于DCM。
[0048]第三种方式是开关频率、占空比同时调节，调整峰值电流大小。
[0049]图5A-5E是本发明实施例的恒流驱动电路的开关频率、占空比同时调节，调整峰值电流大小的波形示意图，图5A中延时驱动处于CCM、维持状态处于CCM，图5B中延时驱动处于CCM、维持状态处于DCM，图5C中延时驱动处于BCM、维持状态处于CCM，图5D中延时驱动处于BCM、维持状态处于DCM，图5E中延时驱动处于DCM、维持状态处于CCM。第四种方式是调节开关频率、占空比，保持峰值不变。
[0050]图6A-6D是本发明实施例的恒流驱动电路的调节开关频率和占空比，保持峰值电流大小不变的波形示意图，图6A中延时驱动处于CCM、维持状态处于BCM，图6B中延时驱动处于CCM、维持状态处于DCM，图6C中延时驱动处于BCM、维持状态处于DCM，图6D中延时驱动处于DCM、维持状态处于DCM。
[0051]以上方案的工作模式通过调节频率、占空比、改变峰值大小，附图所展示的各种工作方式组合并非穷举，其他的变化依然在本发明的实施范围内。
[0052]本发明上述实施例的恒流驱动电路可用于驱动电磁阀。举例来说，电磁阀是用来控制流/气体的自动化基础元件。通电时，电磁线圈产生电磁力克服弹力把关闭件从阀座上提起，阀门打开;断电时，电磁力消失，弹簧弹力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。电磁阀的传统驱动的方式主要是直/交流直接加在电磁线圈两端，从而电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开，能量由电能量转化为机械动作。控制方式上主要使用电气隔离器件作为驱动控制部分。
[0053]传统上，交/直流电源加在电磁线圈两端直接驱动，电磁阀功耗大，发热严重，不能保证长时间的可靠性；电磁线圈感量需要很大，导致电磁阀体积大、成本高，同时工作中存在噪音以及振动现象比较明显。直流电源驱动方式需要由变压器匝比来提供电源，增加了系统设计额外成本和复杂性;交流电源驱动方式当电源电压到达谷底的时候电磁力减弱，从而带来电磁阀振动及异音。
[0054]图7是本发明实施例的恒流驱动电路用于驱动电磁阀的示意图。参考图7所示，恒流驱动电路70设置在整流器和电磁阀之间。相对于传统的驱动方法，本发明利用内部基准Vrefl提供较大的输出电流以及延时电路能够快速驱动电磁阀；当电磁阀可靠动作低功耗能，快速降低内部基准Vref 2，能够保证产品低功耗长期稳定可靠工作。
[0055]因而使用本阀门实施例的恒流驱动电路之后，电磁阀能够使在上电过程中快速吸合，保证电磁阀可靠动作。电磁阀动作之后可以降低流过电磁阀的电流，该电流相对于吸合动作电流较小，只需保证电磁阀维持吸合状态即可。同时针对市场上直流电磁阀供电方式也可以直接利用交流电源，无需额外供电系统。另外，高频信号去除噪音，电感的感量可以减小，电磁阀体积和成本均有所降低并减缓电磁阀运行中的机械振动。
[0056]虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
【主权项】
1.一种恒流驱动电路，包括驱动模块、启动电阻、滤波器、采样电阻以及续流二极管，其中该驱动模块具有芯片电源端、电流检测端、逐周期保护端、内部MOS管源极端、内部MOS管漏极端以及芯片接地端，该启动电阻一端接入外部电源，另一端连接该芯片电源端，该电流检测端连接该滤波器一端，该滤波器另一端连接被驱动机构一端，该逐周期保护端和该内部MOS管源极端通过该采样电阻连接该被驱动机构一端，并且通过该续流二极管连接电路接地端，该被驱动机构另一端连接电路接地端，该内部MOS管漏极端连接外部电源，该驱动模块包含: 加法器，该加法器的一个输入端输入对应第二内部基准电压的电流，另一个输入端输入偏置调节信号，该偏置调节信号将该加法器的输出端调节至对应第一内部基准电压的电流，该第一内部基准电压大于该第二内部基准电压； 运算放大器，该运算放大器的正输入端连接该加法器的输出端，该运算放大器的负输入端连接该电源检测端； 第一比较器，该第一比较器的正输入端连接斜坡信号，该第一比较器的负输入端连接该运算放大器的输出端； 第二比较器，该第二比较器的正输入连接该逐周期保护端，该第二比较器的负输入端连接一基准电压； 前沿消隐电路，该前沿消隐电路的输入端连接该第二比较器的输出端； 或门，连接该第一比较器的输出端和该前沿消隐电路的输出端； 驱动控制器，该驱动控制器的一输入端连接该或门，该驱动控制器的一输出端输出反馈信号，另一输出端输出驱动信号； 偏置控制器，该偏置控制器的输入端输入该反馈信号，输出端输出该偏置调节信号；功率管，该功率管的栅极输入该驱动信号，源极连接该内部MOS管源极端，漏极连接该内部MOS管漏极端。2.如权利要求1所述的恒流驱动电路，还包括低电压锁定比较器、内部偏置和基准电路以及低压差线性稳压器，该内部偏置和基准电路提供该驱动模块工作需要的基准电压和偏置电流，该低压差线性稳压器提供该驱动模块的内部电源，该低电压锁定比较器的正输入端连接该驱动模块的内部电压，该低电压锁定比较器的负输入端连接该芯片电源端，该低电压锁定比较器的输出端连接内部偏置和基准电路，该低压差线性稳压器连接该芯片电源端和该内部偏置和基准电路。3.如权利要求1所述的恒流驱动电路，还包括稳压电容，该稳压电容连接在芯片电源端芯片接地端之间。4.如权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，该反馈信号为PffM信号，且该反馈信号与该驱动信号为不同幅度，相同频率和相位的信号。5.如权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，该驱动控制器还输入过压保护信号和过温保护信号。6.如权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，该恒流驱动电路的工作模式包括连续模式、临界模式和断续模式。7.如权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，该被驱动机构包括电磁阀、四通阀、膨胀阀和摄像机驱动机构。
【文档编号】G05F1/565GK106020314SQ201610141203
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】谢军, 刘慧明, 卢鹏飞, 李振华, 朱臻
【申请人】浙江盾安人工环境股份有限公司, 上海莱狮半导体科技有限公司