一種帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，包括與電機(jī)連接的H橋電路，H橋電路由光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路和半橋驅(qū)動控制電路控制，通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通與截止時序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向；一對互補(bǔ)的輸入信號經(jīng)雙路光電耦合器后輸出的兩路信號進(jìn)入死區(qū)延時控制電路中，分別經(jīng)兩路級連的與非門輸出兩路互補(bǔ)的控制信號；死區(qū)延時控制電路輸出的信號分別輸入至半橋驅(qū)動控制電路中的兩個對稱單元中。通過死區(qū)延時控制電路控制死區(qū)時間，防止同臂的兩個MOS管同時導(dǎo)通，死區(qū)時間可以靈活調(diào)整；光電隔離電路增加了抗干擾能力，減少了H橋瞬態(tài)輸出大電流或電機(jī)啟動時H橋控制信號對前級電路的干擾；可單電源供電工作。
【專利說明】—種帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種電機(jī)驅(qū)動電路，尤其涉及一種帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，屬于電路【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]電機(jī)的功率驅(qū)動電路通常采用H橋式結(jié)構(gòu)電路進(jìn)行驅(qū)動，H橋電路由四個功率開關(guān)MOS管構(gòu)成，通過一種控制結(jié)構(gòu)來控制四個開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或者停止。對H橋驅(qū)動電路上下橋臂功率開關(guān)MOS管加互補(bǔ)信號后，在帶載情況下，功率開關(guān)MOS管的關(guān)斷時間通常比開通時間長，這樣，當(dāng)下橋臂功率開關(guān)MOS管未及時關(guān)斷而上橋臂搶先開通時，就會出現(xiàn)所謂“橋臂直通”故障。這樣會使橋臂直通時電流迅速變大，從而造成功率開關(guān)損壞。所以設(shè)置導(dǎo)通延時及死區(qū)時間必不可少。當(dāng)前較多采用在控制器MCU中增加軟件延時的方法，這需要進(jìn)行大量的運(yùn)算和適時控制，消耗大量的計算時間和硬件資源，而且很難保證死區(qū)時間以及均勻調(diào)節(jié)電機(jī)速度的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:
本發(fā)明提供了一種死區(qū)時間可靈活調(diào)整、系統(tǒng)單電源供電、輸入控制信號與驅(qū)動控制電路進(jìn)行光電隔離的低成本電路結(jié)構(gòu)。目的是克服已有技術(shù)中存在雙電源供電、可能出現(xiàn)的上下橋臂直通、抗干擾能力低等缺陷。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
一種帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，包括與電機(jī)連接的H橋電路，H橋電路內(nèi)部具有四個功率開關(guān)MOS管構(gòu)成的上下橋臂，其特征是，H橋電路由光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路和半橋驅(qū)動控制電路控制，通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通與截止時序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向；
光電隔離電路米用雙路光電稱合器，輸出與輸入同相；
一對互補(bǔ)的輸入信號經(jīng)雙路光電耦合器后輸出的兩路信號進(jìn)入死區(qū)延時控制電路中，分別經(jīng)兩路級連的與非門輸出兩路互補(bǔ)的控制信號，其中每路級連的與非門中包括兩個級連的與非門，兩個與非門之間經(jīng)一電阻連接，后一個與非門經(jīng)一電容與電源電壓連接；死區(qū)延時控制電路輸出的信號分別輸入至半橋驅(qū)動控制電路中的兩個對稱單元中，每個對稱單兀中包含一半橋驅(qū)動芯片、一自舉二極管和一自舉電容，半橋驅(qū)動芯片工作電壓端與自舉二極管陽極連接，自舉二極管陰極與自舉電容一端連接，自舉電容另一端連接在H橋電路與電機(jī)相連的其中一端，即H橋電路上橋臂上的第一 MOS管的源極和下橋臂上的第四MOS管的漏極。
[0006]死區(qū)延時控制電路中，包括第一路級連的與非門分別為第一與非門、第二與非門，第二路級連的與非門分別為第三與非門、第四與非門；第一與非門、第二與非門之間連接第三電阻，第二與非門兩個輸入端共連，并經(jīng)第二電容與電源電壓連接；第三與非門、第四與非門之間連接第四電阻，第四與非門兩個輸入端共連，并經(jīng)第三電容與電源電壓連接；雙路高速光電I禹合器輸出的兩路信號分別作為第一與非門、第三與非門的一路輸入信號，第三與非門的輸出端作為第一與非門的另一路輸入信號，第一與非門的輸出端作為第三與非門的另一路輸入信號；
第三電阻和第二電容、第四電阻和第三電容分別組成兩路RC延時控制電路，通過改變RC延時控制電路的時間常數(shù)控制死區(qū)時間。
[0007]還包括一電源轉(zhuǎn)換電路，電源轉(zhuǎn)換電路中包括一三級管，三極管基極連接穩(wěn)壓管的陰極，穩(wěn)壓管陽極接地，三極管的基極與集電極間跨接第五電阻；三極管的集電極接電機(jī)工作電壓，發(fā)射極作為光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路、半橋驅(qū)動控制電路的工作電壓。
[0008]電機(jī)工作電壓為40V，光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路、半橋驅(qū)動控制電路的工作電壓為12V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為13V。
[0009]半橋驅(qū)動芯片具有一死區(qū)時間，大小為10ns。
[0010]本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn)以及達(dá)到的有益效果:
1.本電路的可靠性高，利用電路各個點(diǎn)的電位特點(diǎn)，設(shè)計了死區(qū)延時電路，通過死區(qū)延時控制電路(RC延時電路)控制死區(qū)時間，減輕了控制器MCU的設(shè)計難度和負(fù)擔(dān)，防止同臂的兩個MOS管同時導(dǎo)通，同時死區(qū)時間可以靈活調(diào)整；
2.本電路抗干擾能力強(qiáng)。設(shè)計了光電隔離單元增加了抗干擾能力，減少了H橋瞬態(tài)輸出大電流或電機(jī)啟動時H橋控制信號對前級電路的干擾；
3.本電路可單電源供電工作。通過對光電隔離單元與驅(qū)動控制單元的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，H橋控制電源可采用電機(jī)工作電源進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了 H橋的控制和驅(qū)動各部分的單一電源工作方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1電機(jī)驅(qū)動電路原理框圖；
圖2電機(jī)驅(qū)動電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013]本發(fā)明帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路主要包括光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路、半橋驅(qū)動控制電路、H橋驅(qū)動電路及電源變換電路，其原理框圖如圖1所示。
[0014]各部分具體電路圖如圖2所示，圖中VinN，VinP為兩路輸入控制信號，端子Ml、M2分別接電機(jī)的兩端。各部分電路的原理如下:
A部分為光電隔離電路，米用雙路高速光電稱合器NI,輸出與輸入同相，隔離后級電路對前級電路的干擾。經(jīng)雙路高速光電耦合器NI后輸出的兩路信號進(jìn)入死區(qū)控制電路B中。
[0015]B部分為死區(qū)延時控制電路，包括第一路級連的與非門分別為第一與非門D1A、第二與非門D1B，第二路級連的與非門分別為第三與非門D1C、第四與非門DlD ;第一與非門D1A、第二與非門DlB之間連接第三電阻R3，第二與非門DlB兩個輸入端共連，并經(jīng)第二電容C2與電源電壓VCC連接；第三與非門D1C、第四與非門DID之間連接第四電阻R4，第四與非門DlD兩個輸入端共連，并經(jīng)第三電容C3與電源電壓VCC連接；
雙路高速光電I禹合器輸出的兩路信號分別作為第一與非門D1A、第三與非門DlC的一路輸入信號，第三與非門DlC的輸出端作為第一與非門的另一路輸入信號，第一與非門DlA的輸出端作為第三與非門DlC的另一路輸入信號；
圖中D1A、D1B、D1C、D1D為CMOS與非門，可以增加電路的輸出驅(qū)動能力，第三電阻R3和第二電容C2、第四電阻R4和第三電容C3分別組成兩路RC延時控制電路，輸入信號經(jīng)過此部分電路時，輸出電壓有個上升的過程，通過改變RC延時控制電路的時間常數(shù)可以控制死區(qū)時間，防止橋臂直通故障。
[0016]C部分為電源轉(zhuǎn)換電路，電源轉(zhuǎn)換電路中包括一三級管V3，三極管V3基極連接穩(wěn)壓管V4的陰極，穩(wěn)壓管V4陽極接地，三極管V3的基極與集電極間跨接第五電阻R5 ;三極管V3的集電極接電機(jī)工作電壓VDD，發(fā)射極作為光電隔離電路A、死區(qū)延時控制電路B、半橋驅(qū)動控制電路D的工作電源電壓VCC。由于電機(jī)工作電壓為40V，而光耦和橋路驅(qū)動芯片等的工作電壓為12V，所以首先要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到12V電源，如圖2中C部分所示，圖中穩(wěn)壓管V4的穩(wěn)定電壓為13V。
[0017]D部分半橋驅(qū)動控制電路，由兩個對稱單元組成。圖中N2、N3為半橋驅(qū)動芯片V5、V8為自舉二極管，C7、C8為自舉電容。
[0018]半橋驅(qū)動芯片N2、N3依據(jù)自舉原理工作，驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè)兩個器件時，不需要獨(dú)立的驅(qū)動電源，因而使電路得到簡化。它們具有一定的死區(qū)時間，其大小為IOns且不可外調(diào)，而實(shí)際使用中，功率開關(guān)MOS管的關(guān)斷時間比開通時間有時比IOns還要大，此時就需要外加延時電路來加大死區(qū)時間，以防止電路直通。半橋驅(qū)動芯片中HIN引腳為高端驅(qū)動輸出的信號輸入端，LIN引腳為低端驅(qū)動輸出的信號輸入端，HIN引腳和LIN引腳分別與B部分的兩路輸出連接，HO引腳為高端驅(qū)動輸出端，分別經(jīng)過一電阻R6、R7分別與M0SFETV15、V17的柵極連接，半橋驅(qū)動芯片N2和N3的HO端輸出時序相同，一起控制MOS管V15、V17的導(dǎo)通關(guān)斷，以驅(qū)動電機(jī)向一個方向運(yùn)轉(zhuǎn)，LO引腳為低端驅(qū)動輸出端，連接方式與HO引腳類似，用來驅(qū)動電機(jī)向反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，VB引腳為高端懸浮電源端，分別與自舉二極管V5、V8的陰極和自舉電容C7、C8 一端連接，VS引腳為高端懸浮地端，與自舉電容C7、C8的另一端及一側(cè)橋臂的兩個MOS管V15、V16或者M(jìn)OS管V17、V18連接。VCC引腳、VDD引腳接電源，VSS、COM引腳接電源地，SD引腳為芯片關(guān)斷端，在此應(yīng)用中接地。
[0019]圖中半橋驅(qū)動的工作原理如下，假定在MOS管V15關(guān)斷期間電容C7已經(jīng)充到足夠高的電壓，當(dāng)VinN為高電平，VinP為低電平時，半橋驅(qū)動芯片N2的HIN引腳為高電平，HO引腳為高電平，LIN引腳為低電平，LO引腳為低電平，由于自舉二極管和自舉電容的作用使VB引腳與VS引腳壓差約為電源電壓，電源電壓VCC (+12V)加到MOS管V15的柵極和源極之間，電容C7通過電阻R6和MOS管V15柵極和源極形成回路放電，此時，電容C7就相當(dāng)于一個電壓源，從而使MOS管V15導(dǎo)通。由于VinP與VinN是一對互補(bǔ)輸入信號，所以此時VinP為低電平，這時聚集在MOS管V16柵極和源極的電荷在芯片內(nèi)部通過電阻R8迅速對地放電，由于死區(qū)時間影響使MOS管V16在MOS管V15開通之前迅速關(guān)斷。
[0020]同理，當(dāng)VinN為低電平，VinP為高電平時，半橋驅(qū)動芯片N2的LIN引腳為高電平，LO引腳為高電平，HIN引腳為高電平，HO引腳為高電平，聚集在MOS管V15柵極和源極之間的電荷在芯片內(nèi)部通過電阻R6迅速放電使MOS管V15關(guān)斷。經(jīng)過短暫的死區(qū)時間VinP為高電平，使電源電壓(+12V )經(jīng)過電阻R8，MOS管V16的柵極和源極形成回路，使MOS管V16導(dǎo)通，在此同時電源電壓VCC (+12V)經(jīng)自舉二極管、電容C8、開關(guān)管V16形成回路，對電容C8進(jìn)行充電，迅速為電容C8補(bǔ)充能量，如此循環(huán)反復(fù)。
[0021 ] E部分為H橋驅(qū)動電路，H橋驅(qū)動單元由4個N溝道功率開關(guān)MOS管V15、V16、V17、V18構(gòu)成，構(gòu)成兩個對稱單元，當(dāng)MOS管V15、V18導(dǎo)通時，電流從電源正極經(jīng)端子Ml從左至右穿過電機(jī)，經(jīng)端子M2回電源負(fù)極；iM0S管V16、V17導(dǎo)通時，電流從電源正極經(jīng)端子M2從右至左穿過電機(jī)，經(jīng)端子Ml回電源負(fù)極。因此，通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通與截止時序可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，通過調(diào)整流過電機(jī)的電流大小可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0022] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，包括與電機(jī)連接的H橋電路，H橋電路內(nèi)部具有四個功率開關(guān)MOS管構(gòu)成的上下橋臂，其特征是，H橋電路由光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路和半橋驅(qū)動控制電路控制，通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通與截止時序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向； 光電隔離電路米用雙路光電稱合器，輸出與輸入同相； 一對互補(bǔ)的輸入信號經(jīng)雙路光電耦合器后輸出的兩路信號進(jìn)入死區(qū)延時控制電路中，分別經(jīng)兩路級連的與非門輸出兩路互補(bǔ)的控制信號，其中每路級連的與非門中包括兩個級連的與非門，兩個與非門之間經(jīng)一電阻連接，后一個與非門經(jīng)一電容與電源電壓連接； 死區(qū)延時控制電路輸出的信號分別輸入至半橋驅(qū)動控制電路中的兩個對稱單元中，每個對稱單兀中包含一半橋驅(qū)動芯片、一自舉二極管和一自舉電容，半橋驅(qū)動芯片工作電壓端與自舉二極管陽極連接，自舉二極管陰極與自舉電容一端連接，自舉電容另一端連接在H橋電路與電機(jī)相連的其中一端，即H橋電路上橋臂上的第一 MOS管的源極和下橋臂上的第四MOS管的漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，其特征是，死區(qū)延時控制電路中，包括第一路級連的與非門分別為第一與非門、第二與非門，第二路級連的與非門分別為第三與非門、第四與非門；第一與非門、第二與非門之間連接第三電阻，第二與非門兩個輸入端共連，并經(jīng)第二電容與電源電壓連接；第三與非門、第四與非門之間連接第四電阻，第四與非門兩個輸入端共連，并經(jīng)第三電容與電源電壓連接； 雙路高速光電I禹合器輸出的兩路信號分別作為第一與非門、第三與非門的一路輸入信號，第三與非門的輸出端作為第一與非門的另一路輸入信號，第一與非門的輸出端作為第三與非門的另一路輸入信號； 第三電阻和第二電容、第四電阻和第三電容分別組成兩路RC延時控制電路，通過改變RC延時控制電路的時間常數(shù)控制死區(qū)時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，其特征是，還包括一電源轉(zhuǎn)換電路，電源轉(zhuǎn)換電路中包括一三級管，三極管基極連接穩(wěn)壓管的陰極，穩(wěn)壓管陽極接地，三極管的基極與集電極間跨接第五電阻；三極管的集電極接電機(jī)工作電壓，發(fā)射極作為光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路、半橋驅(qū)動控制電路的工作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，其特征是，電機(jī)工作電壓為40V,光電隔離電路、死區(qū)延時控制電路、半橋驅(qū)動控制電路的工作電壓為12V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為13V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶死區(qū)延時的電機(jī)驅(qū)動電路，其特征是，半橋驅(qū)動芯片具有一死區(qū)時間，大小為10ns。
【文檔編號】H02P7/28GK103560728SQ201310569879
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】黃艷輝, 于春香, 房建峰, 董冀, 楊侃 申請人:中國兵器工業(yè)集團(tuán)第二一四研究所蘇州研發(fā)中心