專利名稱：電機(jī)驅(qū)動裝置及使用該裝置的電氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制電機(jī)驅(qū)動的電機(jī)驅(qū)動裝置、以及使用該裝置的電氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
在對電機(jī)的驅(qū)動進(jìn)行控制的電機(jī)驅(qū)動裝置中，為了將電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度設(shè)定到所需 值，需要將施加至電機(jī)線圈一端的驅(qū)動電壓(由此將流經(jīng)電機(jī)線圈的驅(qū)動電流)控制在所
箭O因此，傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動裝置通常采用如圖10所示的配置，其中雙極型晶體管Trl到 Tr4用作H橋電路中的開關(guān)元件，并設(shè)置有根據(jù)從外部饋入的作為驅(qū)動電壓設(shè)定信號的控 制電壓Vref來控制上側(cè)晶體管Trl和Tr2的基極電流的裝置(晶體管Tra和Trb以及恒流 源Ia和Ib)，從而將施加至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū)動電壓(由此將流經(jīng)電機(jī)線圈L的驅(qū)動電 流)控制在所需值(所謂的壓降型穩(wěn)壓器配置)。圖中的控制電路CNT是根據(jù)從外部饋入 的操作模式控制信號FIN和RIN( 二值信號)的邏輯來控制晶體管Trl到Tr4的導(dǎo)通-截 止?fàn)顟B(tài)(即，電機(jī)的操作模式)的裝置。在如上配置的電機(jī)驅(qū)動裝置中，當(dāng)上側(cè)晶體管Trl (Tr2)保持導(dǎo)通時(shí)，向電機(jī)線圈 L的一端施加驅(qū)動電壓(與控制電壓Vref大約一樣高的電壓)，該驅(qū)動電壓是通過將控制 電壓Vref僅升高晶體管Tra (Trb)的IVf值、然后使控制電壓Vref僅下降晶體管Trl (Tr2) 的IVf值而獲得的。作為本發(fā)明的其他相關(guān)傳統(tǒng)技術(shù)，公開并提出了 電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其中場效應(yīng) 晶體管用作H橋電路中的開關(guān)元件，并通過脈寬調(diào)制控制(下文中稱作PWM(脈寬調(diào)制)控 制)來控制晶體管的柵極電壓(參見專利公開1)；以及一種技術(shù)，其中對于輸出電容器的 充電-放電電壓作為三角波的三角波產(chǎn)生電路，通過控制三角波的振幅隨著電源電壓的降 低而減小，并進(jìn)一步根據(jù)該振幅來減小對電容器充電和放電的電流值，將輸出三角波的頻 率保持在預(yù)定頻率(參見本申請的申請人提交的專利公開2)。專利公開1 JP-B-3665565專利公開2 JP-A-2002-22356
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題的確，對于具有圖10所示傳統(tǒng)配置的電機(jī)驅(qū)動裝置，不管電源電壓Vcc如何，通 過使用裝置外部設(shè)置的電阻分壓器電路等適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生控制電壓Vref，可以根據(jù)控制電壓 Vref將施加至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū)動電壓(由此將流經(jīng)電機(jī)線圈L的驅(qū)動電流)控制在所
箭O
但是，在上述傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動裝置中，為了確保晶體管Tra(Trb)正確操作，可以將 控制電壓Vref設(shè)定為僅高到通過從電源電壓Vcc中減去晶體管Tra (Trb)的IVf值而給出 的電壓值(實(shí)際上，甚至附加地考慮到恒流源Ia(Ib)中發(fā)生的電壓降而確定的甚至更低 的電壓)。由此，可以施加至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū)動電壓是比電源電壓Vcc至少低晶體管 Tra(Trb)的IVf值的電壓，這阻止了對電源電壓范圍的有效利用。此外，在上述傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動裝置中，因?yàn)殡p極型晶體管Trl到Tr4用作H橋電路的 開關(guān)元件，所以開關(guān)元件對導(dǎo)通-截止控制的響應(yīng)不一定很快。專利公開1只公開了一種技術(shù)，其中通過根據(jù)流經(jīng)電機(jī)線圈的驅(qū)動電流來PWM驅(qū) 動H橋電路的開關(guān)元件，從而選擇性地設(shè)定電機(jī)的操作模式。但是專利公開1沒有公開與 如下技術(shù)有關(guān)的內(nèi)容根據(jù)從外部施加的控制電壓將施加至電機(jī)線圈一端的驅(qū)動電壓設(shè)定 為所需值。專利公開2的傳統(tǒng)技術(shù)涉及開關(guān)穩(wěn)壓器，其受到使用由三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生的三 角波的PWM驅(qū)動，該技術(shù)的主要目的僅限于提供如下開關(guān)穩(wěn)壓器通過即使在電源電壓降 低時(shí)也防止PWM驅(qū)動能力劣化，并且即使在電源電壓降低時(shí)也確保預(yù)定的占空比，從而能 夠根據(jù)輸出電壓的變化可靠地執(zhí)行PWM驅(qū)動。因此，專利公開2的傳統(tǒng)技術(shù)沒有提供對上 述問題的解決方案。本發(fā)明的目的是提供一種電機(jī)驅(qū)動裝置及使用該裝置的電氣設(shè)備，該電機(jī)驅(qū)動裝 置能夠根據(jù)從外部饋入的控制電壓，容易并在較寬范圍中可變地控制施加至電機(jī)線圈一端 的驅(qū)動電壓。解決問題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種電機(jī)驅(qū)動裝置包括H橋電路， 其具有與電機(jī)中設(shè)置的電機(jī)線圈以H橋型連接的四個(gè)開關(guān)元件；控制電路，用于對所述開 關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通-截止控制；以及PWM信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生占空比與經(jīng)由所述H橋電路 施加至所述電機(jī)線圈的一端或另一端的電源電壓與從所述裝置外部饋入的控制電壓之比 相對應(yīng)的PWM信號。這里，所述控制電路根據(jù)從所述裝置外部饋入的操作模式控制信號，選 擇要導(dǎo)通的開關(guān)元件，并根據(jù)所述PWM信號，控制所述開關(guān)元件的占空比(第一配置)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地在具有第一配置的電機(jī)驅(qū)動裝置中，所述PWM信號產(chǎn)生電路 包括第一分壓器，用于以預(yù)定比率對所述電源電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生第一分壓電壓；第二 分壓器，用于以預(yù)定比率對所述控制電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生第二分壓電壓；振蕩器，用于產(chǎn) 生具有恒定頻率以及鋸齒或三角波形的振蕩電壓，所述振蕩電壓的振幅根據(jù)第一分壓電壓 而變化；以及PWM比較器，其輸出邏輯根據(jù)第二分壓電壓和振蕩電壓中哪一個(gè)更高而改變； 所述PWM信號產(chǎn)生電路向所述控制電路饋送所述PWM比較器的輸出信號，作為所述PWM信 號(第二配置)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地在具有第二配置的電機(jī)驅(qū)動裝置中，所述振蕩器包括電容 器，其端子電壓被引出作為所述振蕩電壓；充電電流提供部，用于向所述電容器提供充電電 流，所述充電電流與第一分壓電壓成比例；第一比較器，其輸出邏輯根據(jù)第一分壓電壓與所 述電容器的端子電壓中哪一個(gè)更高而改變；第二比較器，其輸出邏輯根據(jù)所述電容器的端 子電壓與預(yù)定基準(zhǔn)電壓中哪一個(gè)更高而改變；RS觸發(fā)器，第一比較器的輸出信號作為其置 位輸入，第二比較器的輸出信號作為其復(fù)位輸入；以及放電開關(guān)，其連接在所述電容器的一端與接地端子之間，并根據(jù)RS觸發(fā)器的輸出信號而受到導(dǎo)通_截止控制(第三配置)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，在具有第二配置的電機(jī)驅(qū)動裝置中，所述振蕩器包括計(jì)數(shù) 器，用于對時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的值轉(zhuǎn)換為模擬電壓； 所述振蕩器輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出，作為所述振蕩電壓；向數(shù)模轉(zhuǎn)換器施加第一分壓電壓 作為正電源電壓，并施加預(yù)定基準(zhǔn)電壓作為負(fù)電源電壓(第四配置)。根據(jù)本發(fā)明另一方面，電氣設(shè)備包括電機(jī)和用于控制電機(jī)驅(qū)動的電機(jī)驅(qū)動裝置。 這里，電氣設(shè)備具有上述第一到第四配置之一的電機(jī)驅(qū)動裝置，作為其電機(jī)驅(qū)動裝置(第 五配置)。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，可以根據(jù)從外部饋入的控制電壓，容易地并在較寬范圍內(nèi)可變地控 制施加至電機(jī)線圈一端的驅(qū)動電壓。


圖1是示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具有本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動裝置的電氣設(shè)備的框圖；圖2是示出了振蕩器OSC的配置示例的框圖；圖3是示出了振蕩器OSC的操作示例的波形圖；圖4是示出了根據(jù)操作模式控制信號FIN和RIN而執(zhí)行的柵極信號產(chǎn)生操作的 圖；圖5示出了不同操作模式(正向轉(zhuǎn)動、逆向轉(zhuǎn)動、制動和空轉(zhuǎn)模式)下的驅(qū)動電流 路徑的圖；圖6是示出了 PWM信號產(chǎn)生電路23的修改示例的電路圖；圖7是示出了 H橋電路21的修改示例的電路圖；圖8是示出了振蕩器OSC的修改示例的框圖；圖9是示出了振蕩器OSC的操作示例的波形圖；以及圖10是示出了傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動裝置的電路圖。附圖標(biāo)記列表1 電機(jī)2 電機(jī)驅(qū)動裝置21 H橋電路22 控制電路22a自舉輸出級23 PWM信號產(chǎn)生電路24 電荷泵電路QHl，QH2 P溝道場效應(yīng)晶體管(上側(cè)開關(guān)元件)QHl ’，QH2’ N溝道場效應(yīng)晶體管(上側(cè)開關(guān)元件)QLl，QL2 N溝道場效應(yīng)晶體管(下側(cè)開關(guān)元件)DHl, DH2, DLl, DL2 二極管D1，，D2，二極管C1，，C2，電容器
LRl 到 R4ElPCMPADJOSCClCMP1, CMP2VICIlFFDACCT
電機(jī)線圈 電阻器 直流電壓源 PWM比較器 阻抗轉(zhuǎn)換器 振蕩器 電容器 比較器
電壓_電流轉(zhuǎn)換器 可變電流源 RS觸發(fā)器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 計(jì)數(shù)器
具體實(shí)施例方式圖1是示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具有本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動裝置的電氣設(shè)備的圖(部分地包 括電路元件)。如圖所示，本實(shí)施例的電氣設(shè)備包括電機(jī)1和用于控制電機(jī)1的驅(qū)動的電機(jī)驅(qū)動 裝置2。電機(jī)1是單相DC電機(jī)，其沿與通過電機(jī)線圈L的電流相對應(yīng)的方向轉(zhuǎn)動，并且由 電機(jī)驅(qū)動裝置2將其操作在四個(gè)不同操作模式(正向轉(zhuǎn)動，逆向轉(zhuǎn)動，制動和空轉(zhuǎn)模式)之 間切換。具有可逆電機(jī)1的電氣設(shè)備中使用的機(jī)構(gòu)的示例是盤式CD播放器的盤開關(guān)機(jī)構(gòu)、 錄像機(jī)的帶盒彈出機(jī)構(gòu)、印刷機(jī)的自動裁紙機(jī)構(gòu)、照相機(jī)的聚焦機(jī)構(gòu)和空調(diào)的百葉窗開關(guān) 機(jī)構(gòu)，因此可逆電機(jī)1具有極其廣泛的應(yīng)用。電機(jī)驅(qū)動裝置2包括H橋電路21、控制電路22和PWM信號產(chǎn)生電路23。H橋電路21包括與電機(jī)1中設(shè)置的電機(jī)線圈L(電抗負(fù)載)以H橋形式連接的四 個(gè)開關(guān)元件(P溝道場效應(yīng)晶體管QHl和QH2以及N溝道場效應(yīng)晶體管QLl和QL2)?，F(xiàn)在將具體描述H橋電路21的內(nèi)部配置。用作上側(cè)開關(guān)元件的晶體管QHl和QH2的源極都與施加有電源電壓Vcc的電源輸 入端子連接。用作下側(cè)開關(guān)元件的晶體管QLl和QL2的源極都與接地端子連接。晶體管 QHl和QLl的漏極彼此連接，其連接節(jié)點(diǎn)與連接至電機(jī)線圈L 一端的第一輸出端子連接。晶 體管QH2和QL2的漏極彼此連接，其連接節(jié)點(diǎn)與連接至電機(jī)線圈L另一端的第二輸出端子 連接。晶體管QH1、QH2、QLl和QL2的柵極全部與控制電路22的柵極信號輸出端子連接。如圖1所示，二極管DH1、DH2、DL1和DL2沿圖示方向分別與晶體管QH1、QH2、QL1 和QL2并聯(lián)，并用作電機(jī)線圈L的反電動勢吸收元件。在晶體管QH1、QH2、QL1和QL2分別 伴有寄生二極管的情況下，寄生二極管可以用作反電動勢吸收元件?？刂齐娐?2主要控制晶體管QH1、QH2、QL1和QL2，是根據(jù)從裝置外部饋入的操作 模式控制信號FIN和RIN來選擇要導(dǎo)通的晶體管、并為了根據(jù)從PWM信號產(chǎn)生電路23饋入的PWM信號來控制所選晶體管的占空比的目的而根據(jù)操作信號FIN和RIN以及P麗信號來 產(chǎn)生晶體管QH1、QH2、QLl和QL2的柵極信號的裝置。稍后將詳細(xì)描述控制電路22的具體 操作。PWM信號產(chǎn)生電路23是用于產(chǎn)生占空比與經(jīng)由H橋電路21施加至電機(jī)線圈L的 一端或另一端的電源電壓Vcc和從裝置外部饋入的控制電壓Vref之間的比率相對應(yīng)的PWM 信號的裝置。現(xiàn)在將具體描述PWM信號產(chǎn)生電路23的內(nèi)部配置。如圖1所示，PWM信號產(chǎn)生電路23包括電阻器Rl到R4、阻抗轉(zhuǎn)換器ADJ、直流電 壓源El、振蕩器OSC和PWM比較器PCMP。電阻器Rl和R2在電源輸入端子與接地端子之間彼此串聯(lián)，其連接節(jié)點(diǎn)與振蕩器 OSC的一個(gè)輸入端子(上限設(shè)定端子)連接。電阻器Rl和R2之間的電阻比是m η。電 阻器Rl和R2用作以預(yù)定比率α ( = n/(m+n))對電源電壓Vcc進(jìn)行分壓以產(chǎn)生第一分壓 電壓VH( = α XVcc)的第一分壓器。直流電壓源El是用于產(chǎn)生預(yù)定基準(zhǔn)電壓VL的裝置。直流電壓源El的正端子與 振蕩器OSC的另一輸入端子(下限設(shè)定端子)連接，直流電壓源El的負(fù)端子與接地端子連 接。振蕩器OSC是用于產(chǎn)生振蕩電壓Vosc的裝置，振蕩電壓Vosc具有恒定頻率以及 鋸齒或三角波形，其振幅根據(jù)第一分壓電壓VH而變化。振蕩器OSC的輸出端子與PWM比較 器PCMP的反相端子(-)連接。稍后將詳細(xì)描述振蕩器OSC的具體配置和操作。電阻器R3和R4經(jīng)由阻抗轉(zhuǎn)換器ADJ在控制電壓輸入端子與接地端子之間彼此串 聯(lián)，其連接節(jié)點(diǎn)與PWM比較器PCMP的非反相端子⑴連接。電阻器R3和R4之間的電阻比 是m η。電阻器R3和R4用作以預(yù)定比率α ( = n/(m+n))對控制電壓Vref進(jìn)行分壓以 產(chǎn)生第二分壓電壓VR( = α XVref)的第二分壓器。阻抗轉(zhuǎn)換器ADJ是用于匹配其輸入與輸出之間的阻抗的裝置(即，緩沖裝置)。PWM比較器PCMP是比較裝置，其輸出邏輯根據(jù)第二分壓電壓VR和振蕩電壓Vosc 中哪一個(gè)更高而變化，其輸出信號作為PWM信號饋送至控制電路22。PWM信號是二值信號， 當(dāng)?shù)诙謮弘妷篤R高于振蕩電壓Vosc時(shí)，該二值信號為高電平，而當(dāng)?shù)诙謮弘妷篤R低 于振蕩電壓Vosc時(shí)，該二值信號為低電平。接著，參照圖2和3，詳細(xì)描述振蕩器OSC的具體配置和操作。圖2是示出了振蕩器OSC的配置示例的框圖(部分地包括電路元件)，圖3是示出 了振蕩器OSC的操作示例的波形圖。圖3上部標(biāo)記有“Vosc”的實(shí)線表示在將電壓Va饋入作為第一分壓電壓VH的情 況下的振蕩電壓Vosc，圖3上部標(biāo)記有“Vosc”的虛線表示在將電壓Vb ( > Va)饋入作為第 一分壓電壓VH的情況下的振蕩電壓Vosc。在圖3下部，分別用“PWM”和“PWM’”標(biāo)記在上 述情況下產(chǎn)生的PWM信號。如圖2所示，本實(shí)施例的振蕩器OSC包括電容器Cl、電壓-電流轉(zhuǎn)換器VIC、可變 電流源II、第一比較器CMP1、第二比較器CMP2、RS觸發(fā)器FF和N溝道場效應(yīng)晶體管附。電容器Cl的一個(gè)端子與可變電流源Il的輸出端子連接，并作為振蕩器OSC的輸 出端子與PWM比較器PCMP的反相輸入端子㈠連接。即，在本實(shí)施例的振蕩器OSC中，將電容器Cl的端子電壓作為振蕩電壓Vosc而引出。電容器Cl的另一端子接地。電壓-電流轉(zhuǎn)換器VIC和可變電流源Il是用于向電容器Cl提供與第一分壓電壓 VH成比例的充電電流“ i，，的裝置。第一比較器CMPl是比較裝置，其輸出邏輯根據(jù)第一分壓電壓VH和電容器Cl的端 子電壓(振蕩電壓Vosc)中哪一個(gè)更高而改變。第一比較器CMPl的輸出信號是二值信號， 當(dāng)?shù)谝环謮弘妷篤H高于電容器Cl的端子電壓時(shí)，該二值信號為高電平，而當(dāng)?shù)谝环謮弘妷?VH低于電容器Cl的端子電壓時(shí)，該二值信號為低電平。第二比較器CMP2是比較裝置，其輸出邏輯根據(jù)電容器Cl的端子電壓(振蕩電壓 Vosc)與預(yù)定基準(zhǔn)電壓VL中哪一個(gè)更高而改變。第二比較器CMP2的輸出信號是二值信號， 當(dāng)電容器Cl的端子電壓高于預(yù)定基準(zhǔn)電壓VL時(shí)，該二值信號為高電平，而當(dāng)電容器Cl的 端子電壓低于預(yù)定基準(zhǔn)電壓VL時(shí)，該二值信號為低電平。RS觸發(fā)器FF是根據(jù)饋入其反相置位端子(SB)的第一比較器CMPl的輸出信號和 饋入其反相復(fù)位端子(RB)的第二比較器CMP2的輸出信號來從其輸出端子(Q)輸出晶體管 Nl的柵極信號的裝置。具體而言，RS觸發(fā)器FF的輸出邏輯以如下方式連續(xù)改變當(dāng)振蕩電 壓Vosc達(dá)到第一分壓電壓VH時(shí)，該輸出邏輯變?yōu)楦唠娖?，然后?dāng)振蕩電壓Vosc達(dá)到基準(zhǔn) 電壓VL時(shí)，該輸出邏輯返回低電平。晶體管m連接在電容器Cl的一端與接地端子之間，并用作根據(jù)RS觸發(fā)器FF的 輸出信號而受到導(dǎo)通-截止控制的放電開關(guān)。具體而言，晶體管附的導(dǎo)通_截止?fàn)顟B(tài)以如 下方式連續(xù)改變當(dāng)振蕩電壓Vosc達(dá)到第一分壓電壓VH時(shí)，晶體管m導(dǎo)通；然后當(dāng)振蕩電 壓Vosc達(dá)到基準(zhǔn)電壓VL時(shí)，晶體管m截止。通過上述充電-放電控制，如圖3上部所示，振蕩電壓Vosc的上限是根據(jù)第一分 壓電壓VH而可變地設(shè)定的，振蕩電壓Vosc的下限是根據(jù)預(yù)定基準(zhǔn)電壓VL而固定設(shè)定的。如上所述，電容器Cl的充電電流“i”的電流值(電容器Cl的充電速度)與第一 分壓電壓VH成比例地增大或減小。具體而言，對于本實(shí)施例的振蕩器0SC，第一分壓電壓 VH (由此電源電壓Vcc)越高，電容器Cl的充電速度越快；第一分壓電壓VH越低，電容器Cl 的充電速度越慢。通過上述充電電流控制，無論第一分壓電壓VH(由此電源電壓Vcc)如何，振蕩器 OSC的振蕩周期(振蕩頻率)都保持恒定。如上所述，在本實(shí)施例的PWM信號產(chǎn)生電路23中，第一和第二分壓器的分壓比都 設(shè)定成相同值(a =n/(m+n))。因此，在PWM比較器PCMP處，通過比較第二分壓電壓VR和振蕩電壓Vosc，可以獲 得占空比與第一分壓電壓VH(電源電壓Vcc)和第二分壓電壓VR(控制電壓Vref)之比相 對應(yīng)的PWM信號，從而可以根據(jù)用戶自由饋送的控制電壓，容易且在較寬范圍內(nèi)可變地控 制施加至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū)動電壓(見圖3下部)。在產(chǎn)生控制電壓Vref時(shí)，不需要特別考慮與電源電壓Vcc的相互關(guān)系(即，PWM信 號的占空比)，并且可以使用裝置外部設(shè)置的電阻分壓器電路等，在必要時(shí)產(chǎn)生值與要施加 至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū)動電壓相同的電壓。例如，在應(yīng)該施加至電機(jī)線圈一端的驅(qū)動電壓是3V的情況下，無論電源電壓Vcc 是5V還是12V，均可以施加所需的3V電壓，作為控制電壓Vref。
在應(yīng)該將電源電壓Vcc本身施加至電機(jī)線圈L 一端的情況下，可以將控制電壓輸 入端子與電源輸入端子短路。接著，將參照圖4和5，詳細(xì)描述控制電路22對H橋電路21的控制操作。圖4是示出了根據(jù)操作模式控制信號FIN和RIN的柵極信號產(chǎn)生操作的圖，圖5 示出了不同操作模式(正向轉(zhuǎn)動、逆向轉(zhuǎn)動、制動和空轉(zhuǎn)模式)下驅(qū)動電流路徑的圖。在圖4中，在圖左側(cè)，符號“FIN”和“RIN”分別指示從裝置外部饋入的操作模式控 制信號FIN和RIN的邏輯狀態(tài)，符號“0!11”、“0!12”、“01^”和“01^2”分別指示!1橋電路21中 設(shè)置的晶體管QH1、QH2、QLl和QL2的柵極信號邏輯狀態(tài)。符號“模式”指示電機(jī)1的操作 模式。在操作模式控制信號FIN和RIN分別為高電平和低電平的情況下，控制電路22產(chǎn) 生晶體管的柵極信號，以使晶體管QHl和QL2導(dǎo)通并且晶體管QH2和QLl截止，從而將電機(jī) 1切換到“正向轉(zhuǎn)動模式”。通過這樣產(chǎn)生柵極信號，驅(qū)動電流沿圖5(a)所示的路徑，經(jīng)由 H橋電路21而通過電機(jī)1中設(shè)置的電機(jī)線圈L，驅(qū)動電機(jī)1正向轉(zhuǎn)動。另一方面，在操作模式控制信號FIN和RIN分別為低電平和高電平的情況下，控制 電路22產(chǎn)生晶體管的柵極信號，以使晶體管QH2和QLl導(dǎo)通并且晶體管QHl和QL2截止， 從而將電機(jī)1切換到“逆向轉(zhuǎn)動模式”。通過這樣產(chǎn)生柵極信號，驅(qū)動電流沿圖5(b)所示的 路徑，經(jīng)由H橋電路21而通過電機(jī)1中設(shè)置的電機(jī)線圈L，驅(qū)動電機(jī)1逆向轉(zhuǎn)動。在選擇上述兩種操作模式的情況下，上側(cè)晶體管QHl和QH2的占空比是根據(jù)從PWM 信號產(chǎn)生電路23饋送的PWM信號而控制的。采用這種PWM驅(qū)動，反復(fù)地向電機(jī)線圈L充入 和從其放出驅(qū)動電流，從而控制電機(jī)線圈L的驅(qū)動電壓。因此，對于本實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動裝置，無論電源電壓Vcc如何，均可以根據(jù)用戶設(shè) 定的控制電壓Vref將施加至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū)動電流(從而將流經(jīng)電機(jī)線圈L的驅(qū)動 電流)控制在所需值。在操作模式控制信號FIN和RIN都為高電平的情況下，控制電路22產(chǎn)生晶體管的 柵極信號，以使晶體管QLl和QL2導(dǎo)通并且晶體管QHl和QH2截止，從而將電機(jī)1切換到 “制動模式”。通過這樣產(chǎn)生柵極信號，驅(qū)動電流沿圖5(c)所示的路徑，經(jīng)由H橋電路21從 電機(jī)1中設(shè)置的電機(jī)線圈L轉(zhuǎn)移到接地端子，將電機(jī)1制動。在操作模式控制信號FIN和RIN都為低電平的情況下，控制電路22產(chǎn)生晶體管的 柵極信號，以使晶體管QL1、QL2、QH1和QH2全部截止，從而將電機(jī)1切換到“空轉(zhuǎn)模式”。通 過這樣產(chǎn)生柵極信號，根據(jù)電機(jī)1中設(shè)置的電機(jī)線圈L的反電動勢，電流沿圖5(d)所示的 路徑流經(jīng)H橋電路21，使電機(jī)1空轉(zhuǎn)。如上所述，通過本實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動裝置，可以根據(jù)從外部饋入的控制電壓Vref， 在較寬范圍內(nèi)容易地并可變地控制施加至電機(jī)線圈L一端的驅(qū)動電壓(從而控制流經(jīng)電機(jī) 線圈L的驅(qū)動電流)，從而可以有效地利用該裝置的電源電壓范圍。此外，利用通過PWM驅(qū)動H橋電路21的開關(guān)元件來將施加至電機(jī)線圈L 一端的驅(qū) 動電壓控制在所需值的配置，可以使用來自電機(jī)1的再生電流，因此可以在關(guān)期間切斷電 源，以使裝置節(jié)電。此外，利用本實(shí)施例中將場效應(yīng)晶體管用作H橋電路21的開關(guān)元件的電機(jī)驅(qū)動裝 置，相比于使用雙極型晶體管的傳統(tǒng)配置，可以增強(qiáng)開關(guān)元件對導(dǎo)通-截止控制的響應(yīng)。但是，即使將雙極型晶體管用作開關(guān)元件，也可以利用本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)，因此，場效應(yīng)晶體 管的使用對于實(shí)施本發(fā)明并不是必不可少的。在上述實(shí)施例中，假設(shè)設(shè)置并驅(qū)動單相DC電機(jī)，但是這并不是要以任何方式來限 制本發(fā)明的配置。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于對其他類型的電機(jī)(例如，音圈電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)) 進(jìn)行驅(qū)動的電機(jī)驅(qū)動裝置。本發(fā)明可以采用除上述作為實(shí)施例而具體描述的方式之外的其他方式實(shí)現(xiàn)，并且 在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)可以進(jìn)行多種修改和變型。例如，在上述實(shí)施中，假設(shè)設(shè)置在H橋電路21中的所有開關(guān)元件的上側(cè)晶體管QHl 和QH2是PWM驅(qū)動的，但是這并不是要以任何方式來限制本發(fā)明的配置，下側(cè)晶體管QLl和 QL2可以是PWM驅(qū)動的。在上述實(shí)施中，假設(shè)對電源電壓Vcc和控制電壓Vref進(jìn)行分壓以分別產(chǎn)生第一分 壓電壓VH和第二分壓電壓VR，并且使用這些分壓電壓來產(chǎn)生PWM信號，但是這并不是要以 任何方式來限制本發(fā)明的配置；只要使用能夠在電源和GND之間的整個(gè)擺幅上工作的PWM 比較器PCMP，則可以如圖6所示直接使用電源電壓Vcc和控制電壓Vref，而不是第一分壓 電壓VH和第二分壓電壓VR。圖1所示的阻抗轉(zhuǎn)換器ADJ不是必不可少的組件，而可以如圖 6所示將其省略。在上述實(shí)施中，假設(shè)使用P溝道場效應(yīng)晶體管QHl和QH2作為H橋電路21中的上 側(cè)開關(guān)元件，但是這并不是要以任何方式來限制本發(fā)明的配置。如圖7(a)和7(b)所示，可 以使用N溝道場效應(yīng)晶體管QH1’和QH2’作為上側(cè)開關(guān)元件。在這種情況下，可以使用對 電源電壓Vcc進(jìn)行升壓的電荷泵電路24來作為產(chǎn)生晶體管QH1’和QH2’的柵極電壓的裝 置；或者如圖7(b)所示，可以使用自舉輸出級22a，以相對于晶體管QH1’和QH2’各自的源 極電壓對它們的柵極電壓進(jìn)行自舉操作。在上述實(shí)施中，假設(shè)在振蕩器OSC中以模擬形式產(chǎn)生振蕩電壓Vosc，但是這并不 是要以任何方式來限制本發(fā)明的配置，可以按照數(shù)字形式來產(chǎn)生振蕩電壓Vosc。圖8是示出了振蕩器OSC的修改示例的框圖，圖9是示出了振蕩器OSC的操作示 例的波形圖。圖9上部標(biāo)記有“Vosc”的實(shí)線表示在將電壓Va饋入作為第一分壓電壓VH的情 況下的振蕩電壓Vosc，圖9上部標(biāo)記有“Vosc”的虛線表示在將電壓Vb ( > Va)饋入作為第 一分壓電壓VH的情況下的振蕩電壓Vosc。在圖9下部，分別用“PWM”和“PWM’ ”標(biāo)記在上 述情況下產(chǎn)生的PWM信號。如圖8所示，本修改示例的振蕩器OSC包括對時(shí)鐘信號CLK計(jì)數(shù)的自由運(yùn)轉(zhuǎn) (free-running)計(jì)數(shù)器CT、以及將計(jì)數(shù)器CT計(jì)數(shù)的值轉(zhuǎn)換為模擬電壓的η比特?cái)?shù)模轉(zhuǎn)換 器DAC (例如，6比特R-2R電路)，振蕩器OSC將數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出作為振蕩電壓Vosc 饋送至后面的PWM比較器PCMP。向數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC施加第一分壓電壓VH作為正電源電壓(對應(yīng)于振蕩電壓Vosc 的設(shè)定上限電壓)，并施加基準(zhǔn)電壓VL作為負(fù)電源電壓(對應(yīng)于振蕩電壓Vosc的設(shè)定下限 電壓)。當(dāng)計(jì)數(shù)器CT計(jì)數(shù)時(shí)，如上配置的振蕩器OSC中產(chǎn)生的振蕩電壓Vosc開始從基準(zhǔn) 電壓VL的水平步進(jìn)上升“η”級，到達(dá)第一分壓電壓VH的水平，然后，在下一次計(jì)數(shù)器CT計(jì)數(shù)時(shí)，振蕩電壓Vosc回落至基準(zhǔn)電壓VL的水平。這種狀態(tài)改變重復(fù)進(jìn)行，因此振蕩電壓 Vosc具有鋸齒波形。即，根據(jù)第一分壓電壓VH可變地設(shè)定振蕩電壓Vosc的上限值，根據(jù)基準(zhǔn)電壓VL 固定地設(shè)定振蕩電壓Vosc的下限值。如圖9下部所示，由于是根據(jù)時(shí)鐘信號CLK的振蕩頻 率和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的比特分辨率確定的，所以無論第一分壓電壓VH (從而無論電源電壓 Vcc)是多少，振蕩電壓Vosc的振蕩周期(振蕩頻率)保持恒定。因此，利用本修改示例的振蕩器0SC，可以比圖2所示的配置更加容易和準(zhǔn)確地控 制振蕩電壓Vosc的振蕩周期。尤其在控制多個(gè)電機(jī)的驅(qū)動時(shí)，從外部饋入時(shí)鐘信號CLK的 配置使多個(gè)電機(jī)的同步容易進(jìn)行。另一種可能配置是通過簡單比較振蕩電壓Vosc與從外部饋入的要用于對開關(guān)元 件進(jìn)行PWM驅(qū)動的控制電壓Vref來產(chǎn)生PWM信號，其中振蕩電壓Vosc具有與電源電壓Vcc 無關(guān)的預(yù)定振幅。但是，如果采用這種配置，用戶必須考慮電源電壓Vcc與所需驅(qū)動電壓之 間的相互關(guān)系，自己預(yù)先計(jì)算PWM信號的占空比，然后輸入與計(jì)算結(jié)果相對應(yīng)的控制電壓 Vref。相反，利用上述實(shí)施例的配置，用戶只需要輸入值與所需驅(qū)動電壓相同的控制電壓 Vref。因此，在增強(qiáng)用戶友好性方面，優(yōu)選地采用上述實(shí)施例的配置。另一可能配置是對操作模式控制信號FIN和RIN本身進(jìn)行PWM控制，并使用它們 對開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制。但是，如果采用這種配置，需要替換用于產(chǎn)生操作模式控制信號 FIN和RIN的產(chǎn)生裝置(例如，更新微型計(jì)算機(jī)固件)，因而這強(qiáng)迫用戶大幅度改變系統(tǒng)。相 反，利用上述實(shí)施例的配置，用戶只需要用該實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動裝置來替換電機(jī)驅(qū)動裝置， 而對于操作模式控制信號FIN和RIN，用戶只需要輸入常規(guī)使用的信號。因此，在避免對系 統(tǒng)進(jìn)行大幅度改變的情況下，優(yōu)選地采用上述實(shí)施例的配置。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明提供了一種用于在對電機(jī)的驅(qū)動進(jìn)行控制的電機(jī)驅(qū)動裝置以及使用該裝 置的電氣設(shè)備中容易地并在較寬范圍上設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速的技術(shù)。
權(quán)利要求
一種電機(jī)驅(qū)動裝置，包括H橋電路，其具有與電機(jī)中設(shè)置的電機(jī)線圈以H橋型連接的四個(gè)開關(guān)元件；PWM信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生占空比與經(jīng)由所述H橋電路施加至所述電機(jī)線圈的一端或另一端的電源電壓與從所述裝置外部饋入的控制電壓之比相對應(yīng)的PWM信號；以及控制電路，根據(jù)所述PWM信號，進(jìn)行所述開關(guān)元件的導(dǎo)通 截止控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中 所述PWM信號產(chǎn)生電路包括第一分壓器，用于以第一預(yù)定比率對所述電源電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生第一分壓電壓； 第二分壓器，用于以第二預(yù)定比率對所述控制電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生第二分壓電壓； 振蕩器，用于產(chǎn)生具有恒定頻率以及鋸齒或三角波形的振蕩電壓，所述振蕩電壓的振 幅根據(jù)第一分壓電壓而變化；以及PWM比較器，其輸出邏輯根據(jù)第二分壓電壓和所述振蕩電壓中哪一個(gè)更高而改變， 所述PWM信號產(chǎn)生電路向所述控制電路饋送所述PWM比較器的輸出信號，作為所述PWM 信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中 所述振蕩器包括電容器，其端子電壓被引出作為所述振蕩電壓；用于向所述電容器提供充電電流的裝置，所述充電電流與第一分壓電壓成比例； 第一比較器，其輸出邏輯根據(jù)第一分壓電壓與所述電容器的端子電壓中哪一個(gè)更高而 改變；第二比較器，其輸出邏輯根據(jù)所述電容器的端子電壓與預(yù)定基準(zhǔn)電壓中哪一個(gè)更高而 改變；RS觸發(fā)器，第一比較器的輸出信號作為其置位輸入，第二比較器的輸出信號作為其復(fù) 位輸入；以及放電開關(guān)，其連接在所述電容器的一端與接地端子之間，并根據(jù)所述RS觸發(fā)器的輸出 信號而受到導(dǎo)通-截止控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中 所述振蕩器包括計(jì)數(shù)器，用于對時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的值轉(zhuǎn)換為模擬電壓，構(gòu)成為將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出作為所述振蕩電壓進(jìn)行輸出，并且向數(shù)模轉(zhuǎn)換器施加 第一分壓電壓作為正電源電壓，并施加預(yù)定基準(zhǔn)電壓作為負(fù)電源電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中所述PWM信號產(chǎn)生電路還具有緩沖器電路，輸入所述控制電壓，對所述第二分壓器進(jìn) 行輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中 所述H橋電路具有第一 N溝道場效應(yīng)晶體管及第二 N溝道場效應(yīng)晶體管，串聯(lián)連接在電源電壓與接地電 位之間；以及第三N溝道場效應(yīng)晶體管及第四N溝道場效應(yīng)晶體管，串聯(lián)連接在電源電壓與接地電 位之間；利用來自對所述電源電壓進(jìn)行升壓的電荷泵電路的輸出電壓，控制所述第一 N溝道場 效應(yīng)晶體管及所述第三N溝道場效應(yīng)晶體管的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中 所述H橋電路具有第一 N溝道場效應(yīng)晶體管及第二 N溝道場效應(yīng)晶體管，串聯(lián)連接在電源電壓與接地電 位之間；第三N溝道場效應(yīng)晶體管及第四N溝道場效應(yīng)晶體管，串聯(lián)連接在電源電壓與接地電 位之間；第一二極管及第一電容器，串聯(lián)連接在所述電源電壓與所述第一 N溝道場效應(yīng)晶體管 及所述第二 N溝道場效應(yīng)晶體管的連接節(jié)點(diǎn)之間；以及第二二極管及第二電容器，串聯(lián)連接在所述電源電壓與所述第三N溝道場效應(yīng)晶體管 及所述第四N溝道場效應(yīng)晶體管的連接節(jié)點(diǎn)之間，所述控制電路，通過對第一二極管及第一電容器的連接節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行自舉控制，從而 控制所述第一 N溝道場效應(yīng)晶體管的柵極電壓，并且通過對第二二極管及第二電容器的連 接節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行自舉控制，從而控制所述第三N溝道場效應(yīng)晶體管的柵極電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中 所述H橋電路還具有第三二極管，與所述第一 N溝道場效應(yīng)管并聯(lián)連接； 第四二極管，與所述第二 N溝道場效應(yīng)管并聯(lián)連接； 第五二極管，與所述第三N溝道場效應(yīng)管并聯(lián)連接； 第六二極管，與所述第四N溝道場效應(yīng)管并聯(lián)連接。
9.一種電機(jī)驅(qū)動裝置， 具有H橋電路，其具有與電機(jī)中設(shè)置的電機(jī)線圈以H橋型連接的四個(gè)開關(guān)元件； 控制電路，進(jìn)行所述開關(guān)元件的導(dǎo)通-截止控制；以及PWM信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生占空比與經(jīng)由所述H橋電路施加至所述電機(jī)線圈的一端 或另一端的電源電壓與從所述裝置外部饋入的控制電壓之比相對應(yīng)的PWM信號， 所述H橋電路具有第一晶體管及第二晶體管，串聯(lián)連接在電源電壓與接地電位之間；以及 第三晶體管及第四晶體管，串聯(lián)連接在電源電壓與接地電位之間， 所述控制電路，根據(jù)從所述裝置外部饋入的操作模式控制信號，選擇要導(dǎo)通的開關(guān)元 件，并且根據(jù)所述PWM信號，控制其占空比。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中所述控制電路在使所述電機(jī)正向轉(zhuǎn)動時(shí)，使所述第一晶體管和第四晶體管導(dǎo)通，使所 述第二晶體管和所述第三晶體管截止。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中所述控制電路在使所述電機(jī)逆向轉(zhuǎn)動時(shí)，使所述第二晶體管和第三晶體管導(dǎo)通，使所述第一晶體管和所述第四晶體管截止。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中所述控制電路在使所述電機(jī)制動時(shí)，使所述第二晶體管和第四晶體管導(dǎo)通，使所述第 一晶體管和所述第三晶體管截止。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)驅(qū)動裝置，其中所述控制電路在使所述電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，使所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶 體管及所述第四晶體管截止。
14.一種電氣設(shè)備，包括 電機(jī)；以及電機(jī)驅(qū)動裝置，進(jìn)行所述電機(jī)的驅(qū)動控制，其中所述電機(jī)驅(qū)動裝置是權(quán)利要求1或9所述的電機(jī)驅(qū)動裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動裝置(2)包括H橋電路(21)，其具有與電機(jī)線圈L以H橋形式連接的四個(gè)開關(guān)元件(QH1，QH2，DL1，DL2)；控制電路(22)，用于對每個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通-截止控制；以及PWM信號產(chǎn)生電路(23)，用于產(chǎn)生具有根據(jù)電源電壓Vcc與控制電壓Vref之比的占空比的PWM信號，其中控制電路(22)構(gòu)成為根據(jù)操作模式控制信號FIN和RIN，選擇要導(dǎo)通的開關(guān)元件，并根據(jù)PWM信號控制開關(guān)元件的占空比。這種結(jié)構(gòu)可以根據(jù)從外部輸入的控制電壓Vref，在較寬范圍上容易并可變地控制施加至電機(jī)線圈L一端的驅(qū)動電壓。
文檔編號H02P7/29GK101931355SQ20101026787
公開日2010年12月29日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者平田茂 申請人:羅姆股份有限公司