音圈电机力控驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电机驱动技术领域，更具体而言，涉及一种音圈电机力控驱动电路。

背景技术：

音圈电机作为能够直接驱动的执行原件，其具有结构简单，高速响应等特点。音圈电机常用的驱动方式包括线性驱动和脉冲宽度调制pwm驱动两种。线性驱动控制方式简单，但能耗大，输出效率低；pwm驱动的能耗小，但其输出端推力抖动且力的控制精度低，导致音圈电机的动态性能差。在一些对于力控要求很高的设备中，如自动贴片机，传统的驱动方式已无法满足其力控要求，因此需要更高精度的力控驱动电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供了一种音圈电机力控驱动电路，以解决传统的驱动方式力控精度低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种音圈电机力控驱动电路，包括控制模块、驱动桥模块、电源模块、电流采样模块和信号调理模块；所述驱动桥模块包括h桥驱动单元、及与所述h桥驱动单元连接的h桥开关单元，所述控制模块输出pwm驱动信号，所述h桥驱动单元用于放大所述pwm驱动信号；所述电源模块通过所述h桥开关单元为所述音圈电机提供电机电源；所述电流采样模块包括依次连接的电流采样单元、滤波单元以及信号双级放大单元，所述电流采样单元用于实时采集所述音圈电机的工作电流信号，所述信号双级放大单元包括放大器，所述放大器对经所述滤波单元滤波后的工作电流信号的放大倍数大于或等于50倍，所述放大器与所述控制模块连接；所述信号调理模块与所述控制模块连接，用于接收所述音圈电机驱动的运动信息。

优选的，所述放大器包括第一信号输入端、第二信号输入端、以及与所述第一信号输入端对应的第一信号输出端和与所述第二信号输入端对应的第二信号输出端，所述第一信号输入端与所述滤波单元连接，所述第二信号输入端与所述第一信号输出端连接，所述第二信号输出端与所述控制模块连接。

优选的，所述h桥驱动单元包括第一驱动芯片和第二驱动芯片，所述控制模块输出第一互补pwm驱动信号和第二互补pwm驱动信号，所述第一驱动芯片用于放大所述第一互补pwm驱动信号，所述第二驱动芯片用于放大所述第二互补pwm驱动信号。

优选的，所述h桥开关单元包括第一n沟道mos管、第二n沟道mos管、第三n沟道mos管、以及第四n沟道mos管，所述第一n沟道mos管的栅极与所述第一驱动芯片的第一输出端连接，所述第二n沟道mos管的栅极与所述第一驱动芯片的第二输出端连接，所述第一n沟道mos管和所述第二n沟道mos管串联在所述电源模块和接地之间，所述第一n沟道mos管和所述第二n沟道mos管的公共端与所述音圈电机的一端连接，所述第三n沟道mos管的栅极与所述第二驱动芯片的第一输出端连接，所述第四n沟道mos管的栅极与所述第二驱动芯片的第二输出端连接，所述第三n沟道mos管和所述第四n沟道mos管串联在所述电源模块和接地之间，所述第三n沟道mos管和所述第四n沟道mos管的公共端与所述音圈电机的另一端连接。

优选的，所述电流采样单元包括第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻串联在所述第二n沟道mos管和接地之间，所述第二采样电阻串联在所述第四n沟道mos管和接地之间。

优选的，所述滤波单元包括第一滤波电路和第二滤波电路；所述第一滤波电路包括依次连接形成环形滤波电路的第一滤波电阻、第一滤波电容、第二滤波电阻和所述第一采样电阻；所述第二滤波电路包括依次连接形成环形滤波电路的第三滤波电阻、第二滤波电容、第四滤波电阻和所述第二采样电阻。

优选的，所述电流采样模块还包括保护单元，所述保护单元包括第一保护电路和第二保护电路，所述第一保护电路分别与所述放大器和所述控制模块连接，所述第一保护电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第一开关二极管单元；所述第二保护电路分别与所述放大器和所述控制模块连接，所述第二保护电路包括第三电阻、第四电阻、第二电容和第二开关二极管单元。

优选的，所述控制模块包括脉冲宽度调制单元、模数转换单元和脉冲计数单元，所述脉冲宽度调制单元输出所述pwm驱动信号，所述模数转换单元分别与所述电流采样模块和所述脉冲宽度调制单元连接，所述脉冲计数单元分别与所述信号调理模块和所述脉冲宽度调制单元连接。

优选的，所述信号调理模块包括第三滤波电路和数字逻辑电路。

优选的，所述音圈电机力控驱动电路还包括与所述控制模块连接的显示模块、功能扩展模块，所述功能扩展模块包括人机交互和通信接口电路。

与现有技术相比，本实用新型提供的音圈电机力控驱动电路的电流采样模块包括依次连接的电流采样单元、滤波单元以及信号双级放大单元，所述电流采样单元用于实时采集所述音圈电机的工作电流信号，所述信号双级放大单元包括放大器，所述放大器对经所述滤波单元滤波后的工作电流信号的放大倍数大于或等于50倍，所述放大器与所述控制模块连接。通过上述的放大器对采集到的工作电流信号(即电流采样信号)进行高精度运算放大，保证了最终输出至控制模块的工作电流信号的精度，可以实现控制模块对音圈电机电流的精准控制，从而实现对音圈电机的出力控制，提高音圈电机的力控精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例音圈电机力控驱动电路的一种结构框图；

图2是本实用新型实施例中控制模块的结构框图；

图3是本实用新型实施例中电流采样模块的结构框图；

图4是本实用新型实施例中驱动桥模块的一部分结构原理图；

图5是本实用新型实施例中驱动桥模块的另一部分结构原理图；

图6是本实用新型实施例中电流采样模块的部分结构原理图；

图7是本实用新型实施例音圈电机力控驱动电路的另一种结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-6所示，本实用新型实施例提供了一种音圈电机力控驱动电路100，其中，音圈电机连接机械系统，用于驱动机械系统进行运动，机械系统上设有用于采集其运动信息的传感器。该音圈电机力控驱动电路100包括控制模块1、驱动桥模块2、电源模块3、电流采样模块4和信号调理模块5。

具体的，驱动桥模块2包括h桥驱动单元21及h桥开关单元22。h桥驱动单元21的输入端与控制模块1的输出端连接，h桥驱动单元21的输出端与h桥开关单元22的输入端连接。控制模块1输出pwm驱动信号，h桥驱动单元21用于放大该pwm驱动信号，经放大后的pwm驱动信号输至h桥开关单元22以控制h桥开关单元22的通断。电源模块3通过h桥开关单元22为音圈电机提供电机电源。电流采样模块4包括依次连接的电流采样单元41、滤波单元42以及信号双级放大单元43。电流采样单元41用于实时采集音圈电机的工作电流信号(即电流采样信号)，滤波单元42用于对该工作电流信号进行滤波，信号双级放大单元43用于放大经滤波后的工作电流信号。信号双级放大单元43包括放大器u3，该放大器u3对经滤波后的工作电流信号的放大倍数大于或等于50倍。信号调理模块5与控制模块1连接，用于接收音圈电机驱动的运动信息，即接收传感器采集的机械系统的运动信息，并将该运动信息反馈至控制模块1。

本实用新型通过上述的放大器u3对采集到的工作电流信号(即电流采样信号)进行高精度运算放大，保证了最终输出至控制模块1的工作电流信号的精度，可以实现控制模块1对音圈电机电流的精准控制，从而实现对音圈电机的出力控制，提高音圈电机的力控精度。

进一步地，该放大器u3包括第一信号输入端(vina-、vina+、vinb-、vinb+)、第二信号输入端(vind-、vind+、vinc-、vinc+)、以及与该第一信号输入端对应的第一信号输出端(vouta、voutb)和与该第二信号输入端对应的第二信号输出端(voutd、voutc)。第一信号输入端与滤波单元42的输出端连接，第二信号输入端与第一信号输出端连接，第二信号输出端与控制模块1连接。电流采样单元41采集的工作电流信号经滤波单元42滤波后从第一信号输入端进入放大器u3，再从第一信号输出端输出后通过第二信号输入端第二次进入放大器u3，最后从第二信号输出端输出至控制模块1。

可选的，该放大器u3为高精度运算放大器mcp6294。

具体的，请参阅图4和图5所示，h桥驱动单元21包括第一驱动芯片u1和第二驱动芯片u2。控制模块1经过逻辑运算输出第一互补pwm驱动信号和第二互补pwm驱动信号，第一驱动芯片u1用于放大该第一互补pwm驱动信号，第二驱动芯片u2用于放大该第二互补pwm驱动信号。

可选的，该第一驱动芯片的型号为lm5109bmax。

可选的，该第二驱动芯片的型号为lm5109bmax。

具体的，继续参阅图4和图5所示，h桥开关单元22主要包括第一n沟道mos管q1、第二n沟道mos管q2、第三n沟道mos管q3、以及第四n沟道mos管q4。第一n沟道mos管q1的栅极与第一驱动芯片u1的第一输出端(对应引脚7)连接，第二n沟道mos管q2的栅极与第一驱动芯片u1的第二输出端(对应引脚5)连接。第一n沟道mos管q1和第二n沟道mos管q2串联在电源模块3(vcc_bus)和接地之间，第一n沟道mos管q1和第二n沟道mos管q2的公共端与音圈电机的一端连接。第三n沟道mos管q3的栅极与第二驱动芯片u2的第一输出端(对应引脚7)连接，第四n沟道mos管q4的栅极与第二驱动芯片u2的第二输出端(对应引脚5)连接，第三n沟道mos管q3和第四n沟道mos管q4串联在电源模块3(vcc_bus)和接地之间，第三n沟道mos管q3和第四n沟道mos管q4的公共端与音圈电机的另一端连接。其中电源模块3为直流线性稳压电源，经过电压转换、稳压等处理后从vcc_bus端输出电机电源。

其中第一互补pwm驱动信号包括两路互补pwm驱动信号l1+和l1-，第二互补pwm驱动信号包括两路互补pwm驱动信号l2+和l2-。信号l1+和l1-经过第一驱动芯片u1放大后输入至第一n沟道mos管q1和第二n沟道mos管q2，以分别控制第一n沟道mos管q1和第二n沟道mos管q2的通断。信号l2+和l2-经过第二驱动芯片u2放大后输入至第三n沟道mos管q3和第四n沟道mos管q4，以分别控制第三n沟道mos管q3和第四n沟道mos管q4的通断。当第一n沟道mos管q1和第四n沟道mos管q4导通时，电机电流(vcc_bus)依次流经第一n沟道mos管q1、音圈电机和第四n沟道mos管q4，向音圈电机输出驱动电源l1。当第二n沟道mos管q2和第三n沟道mos管q3导通时，电机电流(vcc_bus)依次流经第三n沟道mos管q3、音圈电机和第二n沟道mos管q2，向音圈电机输出驱动电源l2。

可选的，第一n沟道mos管q1的型号为irfr120ntrpbf。

可选的，第二n沟道mos管q2的型号为irfr120ntrpbf。

可选的，第三n沟道mos管q3的型号为irfr120ntrpbf。

可选的，第四n沟道mos管q4的型号为irfr120ntrpbf。

具体地，继续参阅图4和图5所示，电流采样单元41包括第一采样电阻r9和第二采样电阻r18。第一采样电阻r9串联在第二n沟道mos管q2和接地之间，第二采样电阻r18串联在第四n沟道mos管q4和接地之间。承前所述，当电机电流(vcc_bus)依次流经第一n沟道mos管q1、音圈电机和第四n沟道mos管q4时，通过第二采样电阻r18输出驱动音圈电机电源回路中的电流采样信号pl2+和pl2-。当电机电流(vcc_bus)依次流经第三n沟道mos管q3、音圈电机和第二n沟道mos管q2时，通过第一采样电阻r9输出驱动音圈电机电源回路中的电流采样信号pl1+和pl1-。

可选的，第一采样电阻r9和第二采样电阻r18的阻值为0.01ω。

具体的，请参阅图6所示，滤波单元42包括第一滤波电路和第二滤波电路。其中第一滤波电路包括依次连接形成环形滤波电路的第一滤波电阻r19、第一滤波电容c5、第二滤波电阻r20和第一采样电阻r9。第二滤波电路包括依次连接形成环形滤波电路的第三滤波电阻r25、第二滤波电容c8、第四滤波电阻r26和第二采样电阻r18。承前所述，电流采样信号pl1+和pl1-经过第一滤波电路滤波后分别通过第一信号输入端vina-和第一信号输入端vina+输入放大器u3，再从第一信号输出端vouta输出后通过第二信号输入端vind-和第二信号输入端vind+第二次输入放大器u3，最后从第二信号输出端voutd输出。同理，电流采样信号pl2+和pl2-经过第二滤波电路滤波后分别通过第一信号输入端vinb-和第一信号输入端vinb+输入放大器u3，再从第一信号输出端voutb输出后通过第二信号输入端vinc-和第二信号输入端vinc+第二次输入放大器u3，最后从第二信号输出端voutc输出。

具体的，继续参阅图3和6所示，电流采样模块4还包括保护单元44，该保护单元44包括第一保护电路和第二保护电路。其中，第一保护电路主要包括第一电阻r38、第二电阻r37、第一电容c13和第一开关二极管单元d7。电流采样信号pl1+和pl1-经第一滤波电路滤波后输入放大器u3，经放大器u3放大后从第二信号输出端voutd输出，并通过第一电阻r38输入第一保护电路，经过第一保护电路后输出最终的电流采样信号dsp_adcl1至控制模块1。第二保护电路主要包括第三电阻r40、第四电阻r39、第二电容c14和第二开关二极管单元d8。电流采样信号pl2+和pl2-经第二滤波电路滤波后输入放大器u3，经放大器u3放大后从第二信号输出端voutc输出，并通过第三电阻r40输入第二保护电路，经过第二保护电路后输出最终的电流采样信号dsp_adcl2至控制模块1。

具体的，请参阅图2所示，控制模块1包括脉冲宽度调制单元11、输出端与该脉冲宽度调制单元11的输入端连接的模数转换单元12及脉冲计数单元13。该脉冲宽度调制单元11的输出端与h桥驱动单元21的输入端连接，用于输出pwm驱动信号。模数转换单元12的输入端与电流采样模块4的输出端连接，脉冲计数单元13的输入端与信号调理模块5的输出端连接。

具体的，信号调理模块5包括第三滤波电路和数字逻辑电路(未图示)。

请参阅图7所示，为本实用新型另一实施例提供的音圈电机力控驱动电路的结构框图，该音圈电机力控驱动电路主要包括dsp控制器模块(对应图1中的控制模块1)、由h桥驱动芯片(对应图1中的h桥驱动单元21)和h桥(对应图1中的h桥开关单元22)组成的驱动桥模块(对应图1中的驱动桥模块2)、直流电源模块(对应图1中的电源模块3)、电流采样电路模块(对应图1中的电流采样模块4)、信号调理模块(对应图1中的信号调理模块5)。dsp控制器模块为驱动桥模块提供pwm驱动信号，直流电源模块通过h桥的开关为音圈电机提供电源，电流采样电路模块将音圈电机实时工作电流进行采集并反馈给dsp控制器模块的adc(模数转换电路)，信号调理模块是将传感器采集到的运动信息反馈给dsp控制器模块的qep(脉冲计数电路)。在本实施例中，各个模块具备的功能及对应的连接关系与前述实施例中各个模块具备的功能及对应的连接关系相同，为简约起见，在此不再赘述。

继续参阅图7所示，该音圈电机力控驱动电路还包括与dsp控制器模块连接的显示模块和功能扩展模块，该功能扩展模块包括人机交互和通信接口电路。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。