CN1681194A - 提供可控制驱动电压的马达控制电路 - Google Patents
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Abstract
H桥式电路由第一与第二线性单元以及第一与第二开关单元所构成,用以施加驱动电压至马达。误差放大器产生误差信号,代表由电压检测电路所测得的驱动电压与命令电压信号间的差异。状态控制电路同步控制第一与第二开关单元以及反馈电路。误差信号经由反馈电路选择性地施加至第一或第二线性单元,使得一个操作于线性模式而另一个操作于不导通模式,从而控制驱动电压正比于命令电压信号。状态控制电路还控制制动电路,使得误差信号转换成制动信号以同时使第一与第二线性单元操作于导通模式。
Description
【技术领域】
本发明关于一种马达控制电路,尤其关于一种提供可控制驱动电压至马达的控制电路。
【背景技术】
一般而言,由四个开关晶体管所建构成的H桥式电路可应用于提供驱动电压至马达,例如直流马达、步进马达、以及音圈马达等等,从而控制马达的转动方向、转速、以及其他操作特征。
图1显示现有技术的用于驱动马达M的H桥式电路10的电路图。参照图1,马达M经由H桥式电路10耦合于供应电压源Vm与地面电位间。虽然马达M实际上由众多机械性与电路性的元件所构成的复杂***,但是驱动电压基本上施加至马达M中的线圈,从而产生磁场。因此,在下文中「马达」一词主要是指马达的线圈,可简化地视为一电感性负载,并且附图也特别强调此点而以线圈来描绘马达M。
H桥式电路10包括四个N通道MOSFET(金属氧化物半导体场效应,NMOS)晶体管Q1至Q4。NMOS晶体管Q1的漏极耦合于供应电压源Vm,且其源极耦合于马达M的端点A。NMOS晶体管Q2的漏极耦合于供应电压源Vm,且其源极耦合于马达M的端点B。NMOS晶体管Q3的漏极耦合于马达M的端点A,且其源极耦合于地面电位。NMOS晶体管Q4的漏极耦合于马达M的端点B,且其源极耦合于地面电位。
由于NMOS晶体管Q1至Q4分别具有寄生二极管D1至D4,故H桥式电路10无须额外设置飞轮(Flywheel)二极管。倘若H桥式电路10的四个开关晶体管是由双极接型晶体管(BJT)所实施,则如图1所示的二极管D1至D4必须额外设置。
NMOS晶体管Q1至Q4的门极分别由控制信号G1至G4所控制。当控制信号G1与G4处于逻辑高电平且控制信号G2与G3处于逻辑低电平时,NMOS晶体管Q1与Q4导通且NMOS晶体管Q2与Q3不导通,使得端点A经由导通的NMOS晶体管Q1耦合于供应电压源Vm,且端点B经由导通的NMOS晶体管Q4耦合于地面电位。结果,供应电压源Vm施加一驱动电压至马达M,使得驱动电流I1以从端点A至端点B的方向流经马达M。当控制信号G1与G4处于逻辑低电平且控制信号G2与G3处于逻辑高电平时,NMOS晶体管Q1与Q4不导通且NMOS晶体管Q2与Q3导通,使得端点B经由导通的NMOS晶体管Q2耦合于供应电压源Vm,且端点A经由导通的NMOS晶体管Q3耦合于地面电位。结果,供应电压源Vm施加另一驱动电压至马达M,使得驱动电流I2以从端点B至端点A的方向流经马达M。
在使用马达M的广泛应用中,施加于端点A与B间的驱动电压决定马达M的实际操作特征,因而典型上需要满足若干应用要求。首先,驱动电压的极性与绝对值大小必须为可控制的物理量,因为驱动电压的极性决定由马达M的线圈所产生的磁场的方向且驱动电压的绝对值大小决定由马达M的线圈所产生的磁场的强度。尤其当马达M需要操作于定压驱动的情况下时,驱动电压的绝对值大小必须维持固定。
现有技术上,脉宽调制(PWM)技术经常用于控制施加至马达的驱动电压的绝对值大小。具体而言,在NMOS晶体管Q4导通且NMOS晶体管Q2与Q3不导通的情况下,控制信号G1得由一PWM信号所实施,使得NMOS晶体管Q1的导通时间由控制信号G1的工作循环所决定,进而控制驱动电压的平均值。然而,PWM技术造成供应电压源Vm以及施加至马达M的驱动电压的过度扰动。对于需要精确控制马达的应用而言,现有技术的PWM技术可能造成若干不良影响。因而,期望一种可提供低杂讯的驱动电压至马达M的控制电路。
【发明内容】
本发明的一目的在于提供一种马达控制电路,可控制用于马达的驱动电压的极性与绝对值大小。
本发明的另一目的在于提供一种马达控制电路,可使用于马达的驱动电压的绝对值维持固定。
本发明的又一目的在于提供一种马达控制电路,可抑制用于马达的驱动电压的杂讯。
依据本发明,提供一种马达控制电路,用于供应一驱动电压至一马达。驱动电压被施加于马达的第一端点与第二端点间。该马达控制电路包括:一H桥式电路、一电压检测电路、一误差放大器、一反馈电路、以及一状态控制电路。
H桥式电路具有第一与第二线性单元以及第一与第二开关单元。第一线性单元与第一开关单元共同耦合至第一端点。第二线性单元与第二开关单元共同耦合至第二端点。电压检测电路产生至少一电压检测信号,其代表马达的驱动电压。误差放大器产生至少一误差信号,其代表至少一电压检测信号与一命令电压信号间的差异。至少一误差信号电性分离于第一与第二开关单元。反馈电路耦合于误差放大器以接收至少一误差信号,以选择性施加至少一误差信号至第一或第二线性单元。状态控制电路同步控制第一与第二开关单元以及反馈电路。
在第一操作期间中,第一开关单元操作于一不导通模式、第二开关单元操作于一导通模式、反馈电路允许至少一误差信号中的一个被施加至第一线性单元,导致第一线性单元操作于一线性模式、并且反馈电路防止至少一误差信号施加至第二线性单元。因而,驱动电压被控制成实质上正比于命令电压信号。此时,驱动电压使得一电流以从第一端点至第二端点的方向流经马达。
在第二操作期间中,第一开关单元操作于导通模式、第二开关单元操作于不导通模式、反馈电路防止至少一误差信号施加至第一线性单元、并且反馈电路允许至少一误差信号的另一个施加至第二线性单元,导致第二线性单元操作于线性模式。因而,驱动电压被控制成实质上正比于命令电压信号。此时,驱动电压使得一电流以从第二端点至第一端点的方向流经马达。
电压检测电路包含第一与第二分压器。第一分压器串联于第一端点与地面电位间,用以输出第一端点分压信号,作为至少一电压检测信号中的一个。第二分压器串联于第二端点与地面电位间,用以输出第二端点分压信号,作为至少一电压检测信号中的另一个。
误差放大器包含第一至第三NMOS晶体管以及第一至第三电流镜。第一NMOS晶体管的门极由第一端点分压信号所控制且其源极耦合于一固定电流源。第二NMOS晶体管的门极由第二端点分压信号所控制且其源极耦合于固定电流源。第三NMOS晶体管的门极由命令电压信号所控制且其源极耦合于固定电流源。第一电流镜的原始电流分支耦合于第一NMOS晶体管的漏极与第二NMOS晶体管的漏极。第二电流镜的原始电流分支耦合于第三NMOS晶体管的漏极。第三电流镜的原始电流分支耦合于第一电流镜的镜像电流分支。第一输出端耦合于第二电流镜的镜像电流分支与第三电流镜的镜像电流分支,用以供应至少一误差信号中的一个。
第二电流镜还具有一平行镜像电流分支,并联耦合于第二电流镜的镜像电流分支。第三电流镜还具有一平行镜像电流分支,并联耦合于第三电流镜的镜像电流分支。误差放大器更包含一第二输出端,耦合于第二电流镜的平行镜像电流分支与第三电流镜的平行镜像电流分支,用以供应至少一误差信号的另一个。
反馈电路包括第一与第二开关装置。第一开关装置耦合于该第一线性单元,并且由状态控制电路所控制。在第一操作期间中,第一开关装置允许至少一误差信号中的一个施加至第一线性单元。在第二操作期间中,第一开关装置防止至少一误差信号施加至第一线性单元。第二开关装置耦合于第二线性单元,并且由状态控制电路所控制。在第一操作期间中,第二开关装置防止至少一误差信号施加至第二线性单元。在第二操作期间中,第二开关装置允许至少一误差信号的另一个施加至第二线性单元。
状态控制电路同步输出第一至第四状态控制信号,用以分别控制反馈电路的第一与第二开关装置以及H桥式电路的第一与第二开关单元。第一至第四状态控制信号的每一个是一数字逻辑信号,具有一逻辑高电平与一逻辑低电平。在第一操作期间中,第一与第三状态控制信号处于逻辑低电平而第二与第四状态控制信号处于逻辑高电平。在第二操作期间中,第一与第三状态控制信号处于逻辑高电平而第二与第四状态控制信号处于逻辑低电平。
马达控制电路还包括一制动电路,由该状态控制电路所控制。在第三操作期间中,制动电路转换至少一误差信号成为至少一制动信号,并且经由反馈电路同时施加至少一制动信号至第一与第二线性单元,导致第一与第二线性单元同时操作于导通模式。在第三操作期间中,状态控制电路控制第一与第二开关单元操作于不导通模式。
状态控制电路还输出一制动控制信号,其是一数字逻辑信号,具有一逻辑高电平与一逻辑低电平。制动控制信号输入该制动电路,使得该制动电路转换该至少一误差信号成为该至少一制动信号。在第三操作期间中,第一至第四状态控制信号处于逻辑低电平并且制动控制信号处于逻辑高电平。
【附图说明】
下文中的说明与附图将使本发明的前述与其他目的、特征、与优点更明显。现将参照附图详细说明依据本发明的较佳实施例。
图1显示现有技术的用于驱动马达的H桥式电路的电路图。
图2显示依据本发明的马达控制电路的一例子的电路图。
图3显示依据本发明的误差放大器与制动电路的一例子的详细电路图。
图4显示依据本发明的马达控制电路的三种操作状态的时序图。
【具体实施方式】
图2显示依据本发明的马达控制电路20的一例子的电路图。参照图2,马达控制电路20包括一H桥式电路21、一电压检测电路22、一误差放大器23、一反馈电路24、以及一状态控制电路25。
H桥式电路21包括两个线性单元LQ1与LQ2以及两个开关单元SQ1与SQ2。线性单元LQ1与LQ2用以耦合供应电压源Vm与马达M,而开关单元SQ1与SQ2则用以耦合马达M与地面电位。线性单元LQ1与LQ2的操作状态包括线性模式、导通模式、与不导通模式,而开关单元SQ1与SQ2的操作状态则包括导通模式与不导通模式。「线性模式」一词是指等效电阻值随着控制信号实质上线性地变化的操作状态。「导通模式」一词是指等效电阻值可忽略而视为实质上短路的操作状态。「不导通模式」一词是指等效电阻值甚高而视为实质上开路的操作状态。
电压检测电路22是用以检测马达M的驱动电压,即施加于马达M的端点A与端点B间的电压,并且输出至少一代表马达驱动电压的电压检测信号Vd至误差放大器23的反相输入端(-)。误差放大器23的非反相输入端(+)接收有一命令电压(Command Voltage)信号Vcom,用以指示依据本发明的马达控制电路20产生所期望的马达驱动电压。命令电压信号Vcom由使用者决定、依据应用需求而调整、或者由其他电路依据马达的操作特征而反馈决定。在误差放大器23中,至少一电压检测信号Vd与命令电压信号Vcom相互比较,因而产生至少一代表两者差值的误差信号Ve。
基于状态控制电路25所产生的状态控制信号S1与S2,反馈电路24使由误差放大器23所产生的至少一误差信号Ve选择性施加至线性单元LQ1或LQ2。具体而言,当状态控制信号S1与S2指示反馈电路24:线性单元LQ1操作于线性模式且线性单元LQ2操作于不导通模式时,反馈电路24允许至少一误差信号Ve施加于线性单元LQ1但防止至少一误差信号Ve施加于线性单元LQ2。在此情况下,线性单元LQ1的等效电阻值随着至少一误差信号Ve实质上线性地变化。当状态控制信号S1与S2指示反馈电路24:线性单元LQ1操作于不导通模式且线性单元LQ2操作于线性模式时,反馈电路24防止至少一误差信号Vc施加于线性单元LQ1但允许至少一误差信号Ve施加于线性单元LQ2。在此情况下,线性单元LQ2的等效电阻值随着至少一误差信号Ve实质上线性地变化。
状态控制电路25还产生另外两个状态控制信号S3与S4,用以控制H桥式电路21的开关单元SQ1与SQ2,使其操作于导通模式或不导通模式。状态控制电路25所同步产生的状态控制信号S1至S4相互配合,以实现依据本发明的马达控制电路20的操作状态控制。
具体而言,当状态控制信号S1使反馈电路24选择性地施加至少一误差信号Ve至线性单元LQ1时,状态控制信号S4使开关单元SQ2操作于导通模式。此时,状态控制信号S2与S3分别使线性单元LQ2与开关单元SQ1操作于不导通模式。结果,马达M的端点A经由操作于线性模式的线性单元LQ1耦合于供应电压源Vm,而马达M的端点B则短路于地面电位。由于端点B的电压实质上为零,故端点A的电压即为马达驱动电压。在此情况下,驱动电流以从端点A至端点B的方向流经马达M。如前所述,马达驱动电压的变动经由电压检测电路22、误差放大器23、以及反馈电路24所构成的回路反馈至线性单元LQ1,从而利用线性单元LQ1的等效电阻值的变化而控制马达驱动电压实质上正比于命令电压信号Vcom。
另一方面,当状态控制信号S2使反馈电路24选择性地施加至少一误差信号Ve至线性单元LQ2时,状态控制信号S3使开关单元SQ1操作于导通模式。此时,状态控制信号S1与S4分别使线性单元LQ1与开关单元SQ2操作于不导通模式。结果,马达M的端点B经由操作于线性模式的线性单元LQ2耦合于供应电压源Vm而马达M的端点A则短路于地面电位。由于端点A的电压实质上为零,故端点B的电压即为马达驱动电压。在此情况下,驱动电流以从端点B至端点A的方向流经马达M。如前所述,马达驱动电压的变动经由电压检测电路22、误差放大器23、以及反馈电路24所构成的回路反馈至线性单元LQ2,从而利用线性单元LQ2的等效电阻值的变化而控制马达驱动电压实质上正比于命令电压信号Vcom。
因此,依据本发明的马达控制电路20可控制用于马达的驱动电压的极性与绝对值大小。倘若命令电压信号Vcom设定为一固定值,则依据本发明的马达控制电路20可使用于马达的驱动电压的绝对值维持固定。由于依据本发明的马达控制电路20是利用线性单元LQ1与LQ2的线性模式而获得所期望的马达驱动电压,故有效地抑制驱动电压的杂讯。
应注意在依据本发明的马达控制电路20中,开关单元SQ1与SQ2由状态控制电路25所产生的状态控制信号S3与S4控制,而非至少一误差信号Ve。尤其,至少一误差信号Ve电性分离于开关单元SQ1与SQ2。至少一误差信号Ve主要经由反馈电路24选择性反馈控制线性单元LQ1或LQ2,使其操作于线性模式。
在图2所示的实施例中,线性单元LQ1与LQ2得由NMOS晶体管所实施。线性单元LQ1的漏极耦合于供应电压源Vm,且其源极耦合于马达M的端点A。线性单元LQ2的漏极耦合于供应电压源Vm,且其源极耦合于马达M的端点B。开关单元SQ1与SQ2得由NMOS晶体管所实施。开关单元SQ1的漏极耦合于马达M的端点A,且其源极耦合于地面电位。开关单元SQ2的漏极耦合于马达M的端点B,且其源极耦合于地面电位。
应注意由于NMOS晶体管具有寄生二极管D1至D4,故图2所示的H桥式电路21无须额外设置飞轮二极管。倘若H桥式电路21的线性单元LQ1与LQ2以及开关单元SQ1与SQ2由双极接型晶体管所实施,则如图2所示的二极管D1至D4必须额外设置。
电压检测电路22由两个分压器221与222所构成,分别检测马达M的端点A处的电压与端点B处的电压。分压器221由串联于端点A与地面电位间的电阻R1与R3所实施。电压检测信号Vd1从电阻R1与R3的耦合点取出,其与端点A处的电压间的分压比为R3/(R1+R3)。分压器222由串联于端点B与地面电位间的电阻R2与R4所实施。电压检测信号Vd2从电阻R2与R4的耦合点取出,其与端点B处的电压间的分压比为R4/(R2+R4)。电阻R1至R4被设计成使得R3/(R1+R3)等于R4/(R2+R4)。在图2所示的实施例中,电压检测信号Vd1与Vd2构成前文所述的至少一电压检测信号Vd,用以代表马达驱动电压。
应注意虽然在图2所示的实施例中,电压检测电路22输出两个电压检测信号Vd1与Vd2,但本发明不限于此而得应用至电压检测电路22还包括一模拟比较器,用以获得端点A与端点B处的电压间的差值而产生单一电压检测信号Vd,代表马达驱动电压。
误差放大器23具有两个反相输入端,用以分别接收电压检测信号Vd1与Vd2如前所述,当马达M操作于驱动电流从端点A流向端点B的情况下时,马达驱动电压实质上等于端点A的电压且端点B短路于地面电位,所以电压检测信号Vd1代表马达驱动电压且电压检测信号Vd2实质上为零。结果,误差放大器23实质上仅比较电压检测信号Vd1与命令电压信号Vcom间的差异。另一方面,当马达M操作于驱动电流从端点B流向端点A的情况下时,马达驱动电压实质上等于端点B的电压且端点A短路于地面电位,所以电压检测信号Vd2代表马达驱动电压且电压检测信号Vd1实质上为零。结果,误差放大器23实质上仅比较电压检测信号Vd2与命令电压信号Vcom间的差异。
误差放大器23具有两个彼此相同的输出端O1与O2,用于产生彼此相同的误差信号Ve1与Ve2,作为前文所述的至少一误差信号Ve。输出端O1耦合于线性单元LQ1,而输出端O2则耦合于线性单元LQ2。反馈电路24设有两个开关装置SW1与SW2。开关装置SW1受到状态控制信号S1的控制。当开关装置SW1导通时,输出端O1短路于地面电位,导致误差信号Ve1无法施加至线性单元LQ1并且线性单元LQ1操作于不导通模式。当开关装置SW1不导通时,误差信号Ve1施加至线性单元LQ1使之操作于线性模式。开关装置SW2受到状态控制信号S2的控制。当开关装置SW2导通时,输出端O2短路于地面电位,导致误差信号Ve2无法施加至线性单元LQ2并且线性单元LQ2操作于不导通模式。当开关装置SW2不导通时,误差信号Ve2施加至线性单元LQ2使之操作于线性模式。
应注意虽然在图2所示的实施例中,反馈电路24是在状态控制电路25的控制下,独立地决定误差信号Ve1是否施加至线性单元LQ1并且独立地决定误差信号Ve2是否施加至线性单元LQ2,但本发明不限于此而得应用于误差放大器23仅设有单一输出端,用以产生单一误差信号Ve。在此情况下,反馈电路24是在状态控制电路25的控制下,使误差放大器23的单一输出端选择性地耦合于线性单元LQ1或LQ2,从而执行单一误差信号Ve选择性地施加至线性单元LQ1或LQ2。
由于H桥式电路21的线性单元LQ1与LQ2操作于线性模式中而非如同现有技术中以PWM方式高频率地切换于导通与不导通状态间,因此依据本发明的马达控制电路20不会过度扰动供应电压源Vm并且有效地抑制马达驱动电压的杂讯。倘若期望更大程度地抑制马达驱动电压的杂讯,则反馈电路24需还设有电容C1与C2。电容C1耦合于线性单元LQ1的门极与地面电位间,使得误差信号Ve1相对缓和地施加至线性单元LQ1的门极。电容C2耦合于线性单元LQ2的门极与地面电位间,使得误差信号Ve2相对缓和地施加至线性单元LQ2的门极。
依据本发明的马达控制电路20还设有一制动电路26,用以使线性单元LQ1与LQ2同时操作于导通模式。具体而言,当马达控制电路20执行制动控制时,状态控制电路25输出一制动控制信号BRK至制动电路26。回应于制动控制信号BRK,制动电路26使误差放大器23所产生的至少一误差信号Ve转换成至少一制动信号。在状态控制电路25的控制下,开关单元SQ1与SQ2操作于不导通模式,并且反馈电路24同时施加至少一制动信号至线性单元LQ1与LQ2,使其同时操作于导通模式。
具体而言,在图2所示的实施例中,回应于制动控制信号BRK,制动电路26使误差放大器23的两个反相输入端短路于地面电位或处于低于命令电压信号Vcom的状态。结果,误差信号Ve1与Ve2转变成具有逻辑高电平的制动信号,而不再是前述的用于反馈控制的线性信号。在此情况下,状态控制电路25通过状态控制信号S1与S2使开关装置SW1与SW2同时不导通,使得具有逻辑高电平的制动信号Ve1与Ve2分别输入线性单元LQ1与LQ2的门极。具有逻辑高电平的制动信号Ve1与Ve2使线性单元LQ1与LQ2操作于导通模式,达成所期望的制动控制。
在制动控制中,为了使误差信号Ve1与Ve2更迅速地转变成具有逻辑高电平的制动信号,制动电路26可额外设有直接控制误差放大器23的输出级的装置,强迫两个输出端O1与O2迅速输出具有逻辑高电平的制动信号Ve1与Ve2。
图3显示依据本发明的误差放大器23与制动电路26的一例子的详细电路图。首先说明依据本发明的误差放大器23的一例子的详细电路。NMOS晶体管N1的门极用以接收电压检测信号Vd1,NMOS晶体管N2的门极用以接收电压检测信号Vd2,而NMOS晶体管N3的门极用以接收命令电压信号Vcom。NMOS晶体管N1至N3的源极皆耦合于一固定电流源Iea。当电压检测信号Vd2为零时,NMOS晶体管N2不导通。在此情况下,电压检测信号Vd1与命令电压信号Vcom决定固定电流源Iea分配于NMOS晶体管N1与N3的电流比例。当电压检测信号Vd2为零时,NMOS晶体管N2不导通。在此情况下,电压检测信号Vd2与命令电压信号Vcom决定固定电流源Iea分配于NMOS晶体管N2与N3的电流比例。
PMOS晶体管P1与P3构成一电流镜,其中PMOS晶体管P1作为原始电流分支且PMOS晶体管P3作为镜像电流分支。PMOS晶体管P1耦合于NMOS晶体管N1与N2,使得流经PMOS晶体管P3的电流通过镜像效应而对应于流经NMOS晶体管N1(或N2)的电流,用以代表电压检测信号Vd1(或Vd2)。PMOS晶体管P2与P4构成另一电流镜,其中PMOS晶体管P2作为原始电流分支且PMOS晶体管P4作为镜像电流分支。PMOS晶体管P2耦合于NMOS晶体管N3,使得流经PMOS晶体管P4的电流经由镜像效应而对应于流经NMOS晶体管N3的电流,用以代表命令电压信号Vcom。
NMOS晶体管N4与N5构成一电流镜,其中NMOS晶体管N4作为原始电流分支且NMOS晶体管N5作为镜像电流分支。NMOS晶体管N4耦合于PMOS晶体管P3,使得流经NMOS晶体管N5的电流通过镜像效应而对应于流经NMOS晶体管N1(或N2)的电流,用以代表电压检测信号Vd1(或Vd2)。
误差放大器23的输出端O1耦合于PMOS晶体管P4与NMOS晶体管N5。当电压检测信号Vd1(或Vd2)小于命令电压信号Vcom时,流经PMOS晶体管P4的电流大于NMOS晶体管N5的电流,导致一差动电流从输出端O1流出。当电压检测信号Vd1(或Vd2)大于命令电压信号Vcom时,流经PMOS晶体管P4的电流小于NMOS晶体管N5的电流,导致一差动电流流入输出端O1。因此,误差信号Ve1得由此差动电流所实施。
PMOS晶体管P5并联耦合于PMOS晶体管P4,作为平行镜像电流分支,使得流经PMOS晶体管P5的电流代表命令电压信号Vcom。NMOS晶体管N6并联耦合于NMOS晶体管N5,作为平行镜像电流分支,使得流经NMOS晶体管N6的电流代表电压检测信号Vd1(或Vd2)。
误差放大器23的输出端O2耦合于PMOS晶体管P5与NMOS晶体管N6。当电压检测信号Vd1(或Vd2)小于命令电压信号Vcom时,流经PMOS晶体管P5的电流大于NMOS晶体管N6的电流,导致一差动电流从输出端O2流出。当电压检测信号Vd1(或Vd2)大于命令电压信号Vcom时,流经PMOS晶体管P5的电流小于NMOS晶体管N6的电流,导致一差动电流流入输出端O2。因此,误差信号Ve1得由此差动电流所实施。
制动电路26包括NMOS晶体管N7与N8,其漏极分别耦合于NMOS晶体管N1与N2的门极且其源极皆耦合于地面电位。NMOS晶体管N7与N8的门极皆由制动控制信号BRK所控制。当制动控制信号BRK处于逻辑高电平时,NMOS晶体管N7与N8导通,分别使NMOS晶体管N1与N2的门极短路于地面电位。结果,误差放大器23所产生的误差信号Ve1与Ve2转换成具有逻辑高电平的制动信号。为了使误差信号Ve1与Ve2更迅速地转变成具有逻辑高电平的制动信号,制动电路26还设有NMOS晶体管N9,其漏极耦合于第一输出级的NMOS晶体管N5的门极与第二输出级的NMOS晶体管N6的门极且其源极耦合于地面电位。NMOS晶体管N9的门极由制动控制信号BRK所控制。当制动控制信号BRK处于逻辑高电平时,NMOS晶体管N9导通,使NMOS晶体管N5与N6的门极短路于地面电位而立即不导通,结果,误差放大器23所产生的误差信号Ve1与Ve2迅速地转换成具有逻辑高电平的制动信号。
为了更清楚了解依据本发明的马达控制电路20的操作,现将参照图4举例说明依据本发明的马达控制电路20的(1)使电流从端点A至端点B流经马达M的定压驱动操作状态、(2)制动操作状态、以及(3)使电流从端点B至端点A流经马达M的定压驱动操作状态。
如图4所示,在操作期间T1中,状态控制信号S1与S3为逻辑低电平、状态控制信号S2与S4为逻辑高电平、并且制动控制信号BRK为逻辑低电平。因此,开关装置SW1与开关单元SQ1皆不导通、开关装置SW2与开关单元SQ2皆导通、并且制动电路26处于截止(Disable)状态。由于马达M的端点B因为短路于地面电位所以其电压实质上为零,故电压检测信号Vd2也为零。误差信号Ve1为一线性信号,处于逻辑高电平H与逻辑低电平L间的线性区域,并且反馈控制线性单元LQ1使之操作于线性模式。误差信号Ve2因开关装置SW2的导通而被拉低至地面电位。结果,电压检测信号Vd1维持成实质上等于命令电压信号Vcom。换言之,马达M的端点A的电压维持成实质上正比于命令电压信号Vcom。因而,当命令电压信号Vcom是一固定值时,依据本发明的马达控制电路20有效地实现使电流从端点A至端点B流经马达M的定压驱动操作状态。
在操作期间T2中,状态控制信号S1至S4皆为逻辑低电平,并且制动控制信号BRK为逻辑高电平。因此,开关装置SW1与SW2以及开关单元SQ1与SQ2皆不导通。制动电路26使误差信号Ve1与Ve2转换成具有逻辑高电平H的制动信号。具有逻辑高电平H的制动信号Ve1与Ve2使线性单元LQ1与LQ2同时进入导通模式。因而,依据本发明的马达控制电路20有效地实现制动操作状态。附带一提,此时马达M的端点A与端点B的电压实质上等于供应电压源Vm,因此电压检测信号Vd1与Vd2分别为R3/(R1+R3)*Vm与R4/(R2+R4)*Vm。
在操作期间T3中,状态控制信号S1与S3为逻辑高电平、状态控制信号S2与S4为逻辑低电平、并且制动控制信号BRK为逻辑低电平。因此,开关装置SW1与开关单元SQ1皆导通、开关装置SW2与开关单元SQ2皆不导通、并且制动电路26处于截止状态。由于马达M的端点A因为短路于地面电位所以其电压实质上为零,故电压检测信号Vd1也为零。误差信号Ve1因开关装置SW1的导通而被拉低至地面电位。误差信号Ve2为一线性信号,处于逻辑高电平H与逻辑低电平L间的线性区域,并且反馈控制线性单元LQ2使之操作于线性模式。结果,电压检测信号Vd2维持成实质上等于命令电压信号Vcom。换言之,马达M的端点B的电压维持成实质上正比于命令电压信号Vcom。因而,当命令电压信号Vcom是一固定值时,依据本发明的马达控制电路20有效地实现使电流从端点B至端点A流经马达M的定压驱动操作状态。
应注意虽然在图2所示的实施例中,线性单元LQ1与LQ2耦合于供应电压源Vm与马达M间且开关单元SQ1与SQ2耦合于马达M与地面电位间,但本发明不限于此而得应用于线性单元LQ1与LQ2耦合于马达M与地面电位间且开关单元SQ1与SQ2耦合于供应电压源Vm与马达M间。在此情况下,开关单元SQ1与SQ2的导通分别决定马达M的端点A与B是否短路于供应电压源Vm,而线性单元LQ1与LQ2则分别提供受到反馈控制的等效电阻值于马达M的端点A与B以及地面电位间。
虽然已通过优选实施例公开了本发明,然其并非用以限定本发明,本领域任何技术人员在不脱离本发明的精神和范围内可对本发明作更动与修改,因此本发明的保护范围应以权利要求书为准。
Claims (13)
1、一种马达控制电路,用于供应一驱动电压至一马达,该马达具有一第一端点与一第二端点,该驱动电压被施加于该第一端点与该第二端点间,该马达控制电路包含:
一H桥式电路,具有一第一线性单元、一第二线性单元、一第一开关单元、与一第二开关单元,该第一线性单元与该第一开关单元共同耦合至该第一端点且该第二线性单元与该第二开关单元共同耦合至该第二端点;
一电压检测电路,用以产生至少一电压检测信号,其代表该马达的该驱动电压;
一误差放大器,用以产生至少一误差信号,其代表该至少一电压检测信号与一命令电压信号间的差异,其中该至少一误差信号电性分离于该第一与该第二开关单元;
一反馈电路,耦合于该误差放大器以接收该至少一误差信号,以选择性施加该至少一误差信号至该第一或该第二线性单元;以及
一状态控制电路,用以同步控制该第一与该第二开关单元以及该反馈电路,使得在一第一操作期间中,该第一开关单元操作于一不导通模式、该第二开关单元操作于一导通模式、该反馈电路允许该至少一误差信号中的一个施加至该第一线性单元,导致该第一线性单元操作于一线性模式、并且该反馈电路防止该至少一误差信号施加至该第二线性单元,从而控制该驱动电压实质上正比于该命令电压信号。
2、根据权利要求1的马达控制电路,其中:
该电压检测电路包含:
一第一分压器,串联于该第一端点与一地面电位间,用以输出一第一端点分压信号,作为该至少一电压检测信号中的一个,以及
一第二分压器,串联于该第二端点与该地面电位间,用以输出一第二端点分压信号,作为该至少一电压检测信号中的另一个。
3、根据权利要求2的马达控制电路,其中:
该误差放大器包含:
一第一NMOS晶体管,具有一门极、一漏极、与一源极,该门极由该第一端点分压信号所控制且该源极耦合于一固定电流源;
一第二NMOS晶体管,具有一门极、一漏极、与一源极,该门极由该第二端点分压信号所控制且该源极耦合于该固定电流源;
一第三NMOS晶体管,具有一门极、一漏极、与一源极,该门极由该命令电压信号所控制且该源极耦合于该固定电流源;
一第一电流镜,具有一原始电流分支与一镜像电流分支,该原始电流分支耦合于该第一NMOS晶体管的该漏极与该第二NMOS晶体管的该漏极;
一第二电流镜,具有一原始电流分支与一镜像电流分支,该原始电流分支耦合于该第三NMOS晶体管的该漏极;
一第三电流镜,具有一原始电流分支与一镜像电流分支,该原始电流分支耦合于该第一电流镜的该镜像电流分支;以及
一第一输出端,耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支与该第三电流镜的该镜像电流分支,用以提供该至少一误差信号中的该一个。
4、根据权利要求3的马达控制电路,其中:
该第一电流镜的该原始电流分支由一第一PMOS晶体管所实施,该第一PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极,该门极耦合于该漏极、该漏系耦合于该第一NMOS晶体管的该漏极与该第二NMOS晶体管的该漏极、且该源极耦合于一固定电压源;
该第二电流镜的该原始电流分支由一第二PMOS晶体管所实施,该第二PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极,该门极耦合于该漏极、该漏极耦合于该第三NMOS晶体管的该漏极、且该源极耦合于该固定电压源;
该第一电流镜的该镜像电流分支由一第三PMOS晶体管所实施,该第三PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极,该门极耦合于该第一电流镜的该原始电流分支的该门极、该漏极耦合于该第三电流镜的该原始电流分支、且该源极耦合于该固定电压源;并且
该第二电流镜的该镜像电流分支由一第四PMOS晶体管所实施,该第四PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极,该门极耦合于该第二电流镜的该原始电流分支的该门极、该漏极耦合于该误差放大器的该第一输出端、且该源极耦合于该固定电压源。
5、根据权利要求3的马达控制电路,其中:
该第三电流镜的该原始电流分支由一第四NMOS晶体管所实施,该第四NMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极,该门极耦合于该漏极、该漏极耦合于该第一电流镜的该镜像电流分支、且该源极耦合于一地面电位,并且
该第三电流镜的该镜像电流分支由一第五NMOS晶体管所实施,该第五NMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极,该门极耦合于该第四NMOS晶体管的该门极、该漏极耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支、且该源极耦合于该地面电位。
6、根据权利要求1的马达控制电路,其中:
该状态控制电路还同步控制该第一与该第二开关单元以及该反馈电路,使得在一第二操作期间中,该第一开关单元操作于该导通模式、该第二开关单元操作于该不导通模式、该反馈电路防止该至少一误差信号施加至该第一线性单元、并且该反馈电路允许该至少一误差信号的另一个施加至该第二线性单元,导致该第二线性单元操作于该线性模式,从而控制该驱动电压实质上正比于该命令电压信号。
7、根据权利要求6的马达控制电路,其中:
该第二电流镜还具有一平行镜像电流分支,并联耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支;
该第三电流镜还具有一平行镜像电流分支,并联耦合于该第三电流镜的该镜像电流分支;并且
该误差放大器更包含一第二输出端,耦合于该第二电流镜的该平行镜像电流分支与该第三电流镜的该平行镜像电流分支,用以供应该至少一误差信号的该另一个。
8、根据权利要求6的马达控制电路,其中:
该反馈电路包含:
一第一开关装置,耦合于该第一线性单元,并且由该状态控制电路所控制,用以在该第一操作期间中允许该至少一误差信号的该一个施加至该第一线性单元,并且在该第二操作期间中防止该至少一误差信号施加至该第一线性单元,以及
一第二开关装置,耦合于该第二线性单元,并且由该状态控制电路所控制,用以在该第一操作期间中防止该至少一误差信号施加至该第二线性单元,并且在该第二操作期间中允许该至少一误差信号的该另一个施加至该第二线性单元。
9、根据权利要求6的马达控制电路,其中:
该反馈电路包含:
一第一电容,耦合于该第一线性单元,用以在该第一操作期间中,使该至少一误差信号的该一个相对和缓地施加至该第一线性单元,以及
一第二电容,耦合于该第二线性单元,用以在该第二操作期间中,使该至少一误差信号的该另一个相对和缓地施加至该第二线性单元。
10、根据权利要求6的马达控制电路,其中:
该状态控制电路同步输出第一至第四状态控制信号,用以分别控制该反馈电路以及该H桥式电路的该第一与该第二开关单元,其中该第一至该第四状态控制信号的每一个是一数字逻辑信号,具有一逻辑高电平与一逻辑低电平,使得:
在该第一操作期间中,该第一与该第三状态控制信号处于该逻辑低电平而该第二与该第四状态控制信号处于该逻辑高电平,并且
在该第二操作期间中,该第一与该第三状态控制信号处于该逻辑高电平而该第二与该第四状态控制信号处于该逻辑低电平。
11、根据权利要求1的马达控制电路,还包含:
一制动电路,由该状态控制电路所控制,使得在一第三操作期间中,该制动电路转换该至少一误差信号成为至少一制动信号,并且经由该反馈电路同时施加该至少一制动信号至该第一与该第二线性单元,导致该第一与该第二线性单元同时操作于该导通模式,并且
在该第三操作期间中,该状态控制电路控制该第一与该第二开关单元操作于该不导通模式。
12、根据权利要求11的马达控制电路,其中:
该误差放大器具有至少一反相输入端,用以分别接收该至少一电压检测信号,以及一非反相输入端,用以接收该命令电压信号,并且
在该第三操作期间中,该制动电路使该误差放大器的该至少一反相输入端短路于该地面电位,使得该至少一误差信号转换成为该至少一制动信号。
13、根据权利要求11的马达控制电路,其中:
该状态控制电路输出第一至第四状态控制信号以及一制动控制信号,该第一至该第四状态控制信号用以分别控制该反馈电路以及该H桥式电路的该第一与该第二开关单元,该制动控制信号输入该制动电路,使得该制动电路转换该至少一误差信号成为该至少一制动信号,其中该第一至该第四状态控制信号以及该制动控制信号的每一个是一数字逻辑信号,具有一逻辑高电平与一逻辑低电平,使得:
在该第一操作期间中,该第一与该第三状态控制信号处于该逻辑低电平、该第二与该第四状态控制信号处于该逻辑高电平、且该制动控制信号处于该逻辑低电平,并且
在该第三操作期间中,该第一至该第四状态控制信号处于该逻辑低电平并且该制动控制信号处于该逻辑高电平。
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