CN101686022A - 一种超声电机驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超声电机驱动电路，包括：电机驱动逻辑模块、升压模块、电平转换模块以及输出驱动模块；通过升压模块和电平转换模块的结合应用，实现电机驱动逻辑模块输出信号的峰－峰值电平的提升，用于满足高驱动电压的超声电机的驱动需求。同时，电机驱动逻辑模块、主升压模块、电平转换模块和输出模块能够集成于一个芯片中，配合外围的辅助升压电路可以实现驱动电路的低成本、小体积特点。

Description

一种超声电机驱动电路
技术领域
本发明属于驱动电路领域，具体涉及一种超声电机驱动电路，尤其涉及一种集成升压模块和电平转换电路模块的超声电机驱动电路。
背景技术
超声电机是一种基于压电陶瓷逆压电效应的新型电机。与一般电磁电机相比，超声电机能直接输出低转速大力矩，且瞬态响应快(可达ms量级)、定位精度高(可达nm量级)，非常适合取代传统的伺服电机及步进电机。目前超声电机已广泛应用于照相机、摄像机、网络摄像头、照相手机等手持产品的自动调焦系统。
尽管超声电机具有很多优点，但由于超声电机对于驱动信号有着较高的要求，所以目前国内外开发的超声电机的驱动及控制电路普遍存在电路体积大、控制性能单一等问题。特别是在网络摄像头、照相手机场合，由于产品的体积较小，超声电机的驱动电路的小型化问题更加突出；另外，手持产品目前普遍采用锂电池供电，电压在3.7V左右，而超声电机的驱动信号输出信号峰的峰值要求在20V以上，因此，现有技术的超声电机驱动电路芯片不能满足于手持产品的应用。本发明试图提供一种成本低、体积小、能适用低电压输入的超声电机驱动电路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种成本低、体积小、能适用低电压输入的超声电机驱动电路。
为解决上述技术问题，本发明提供一种超声电机驱动电路，包括：电机驱动逻辑模块、升压模块、电平转换模块以及输出驱动模块；其中，所述电机驱动逻辑模块根据输入信号产生低电平超声电机驱动信号；所述升压模块用于提升输入电源电压至预定值、并将其输出连接至所述电平转换模块和输出驱动模块；所述电平转换模块用于接收所述电机驱动逻辑模块输出的低电平超声电机驱动信号、并将其峰-峰值转换为所述预定值的超声电机驱动信号；所述输出驱动模块接收所述电平转换模块输出的超声电机驱动信号并放大其电流驱动能力输出。
根据本发明提供的超声电机驱动电路，其中，所述输入信号包括时钟信号、驱动方式选择信号和转动方向控制信号，所述输入信号均为低压控制信号。
根据本发明提供的超声电机驱动电路，其中，所述升压模块包括主升压模块和辅助升压电路模块。所述辅助升压电路模块包括电感、二极管、电容、以及与所述电容并联的分压检测电路；所述电感的第一端电连接于电源、第二端电连接于主升压模块输出端，所述二极管的正向导通端电连接于主升压模块输出端、反向导通端电连接于电平转换模块和输出驱动模块，所述电容的第一端与所述二极管的反向导通端电连接、第二端接地。所述分压检测电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与电容的第一端电连接、另一端与主升压模块和第二电阻同时连接。所述升压模块提升输出的预定值正比于第一电阻值和第二电阻值之和与第二电阻值的比值。
根据本发明提供的超声电机驱动电路，其中，所述电机驱动逻辑模块和电平转换模块均输出三路电机驱动信号。所述输出驱动模块包括三个并联的放大器，输出驱动模块并联输出三路电机驱动信号至所述超声电机。
本发明的技术效果是：通过升压模块和电平转换模块的结合应用，实现电机驱动逻辑模块输出信号的峰-峰值电平的提升，用于满足高驱动电压的超声电机的驱动需求。同时，电机驱动逻辑模块、主升压模块、电平转换模块和输出模块能够集成于一个芯片中，配合外围的辅助升压电路可以实现驱动电路的低成本、小体积特点。
附图说明
图1是超声电机驱动电路的实施例电路框图示意图；
图2是超声电机驱动电路的又一实施例电路框图示意图；
图3是图2所示超声电机驱动电路的主升压电路模块实施例的电路示意图；
图4是图2中超声电机驱动电路除辅助升压电路模块外的芯片引脚示意图；
图5是图4中的芯片应用时的示意图；
图6至图8是主升压模块和外围电感、二极管、电容等组成的升压电路的等效原理电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1所示为超声电机驱动电路的实施例电路框图示意图。如图1所示，超声电机驱动电路10包括电机驱动逻辑模块20、升压模块30、电平转换模块40以及输出驱动模块50；输入信号线输入至电机驱动逻辑模块20，电机驱动电路模块20根据输入的信号产生低电平超声电机驱动信号并输出至电平转换模块40，低电平超声电机驱动信号的峰-峰值较低；升压模块30用于提升输入电源Vcc至预定电压值VBB，并直接输出给电平转换模块40和输出驱动模块50；电平转换模块40接收所述电机驱动逻辑模块输出的低电平超声电机驱动信号后，将其峰-峰值转换为所述预定值的超声电机驱动信号；输出驱动模块50接收所述电平转换模块输出的超声电机驱动信号并放大其电流驱动能力输出至超声电机。其中，电机驱动逻辑模块20通过电源Vcc供电。本实施例中，输入信号包括时钟信号、驱动方式选择信号和转动方向控制信号，输入信号均为低压控制信号，所有超声电机驱动信号均为三路。
图2所示为超声电机驱动电路的又一实施例电路框图示意图。如图1所示，超声电机驱动电路10包括电机驱动逻辑模块20、主升压模块301、辅助升压电路模块302、电平转换模块40以及输出驱动模块50；与图1所示实施例的主要区别在于主升压模块301和辅助升压电路模块302共同完成升压模块30的作用。
图3所示为图2所示超声电机驱动电路的主升压电路模块实施例的电路示意图。如图3所示，主升压电路模块为常用的Boost升压电路，包括振荡器31、误差放大器32、第一比较器33、第二比较器34、RS触发器36、场效应管37以及置于第二比较器两个输入端之间的第三电阻38。
图4所示为图2中超声电机驱动电路除辅助升压电路模块外的芯片示意图。如图4所示，电机驱动逻辑模块、主升压模块、电平转换模块以及输出驱动模块集成于一个芯片60上。其中输出驱动模块包括三个并联的放大器，输出驱动模块接升压后的预定电压值VBB作为电源，通过放大器对输入端超声电机驱动信号放大其电流，输出驱动模块并联输出三路电机驱动信号至所述超声电机。引脚IN、SEL、DIR分别用来输入时钟信号、驱动方式选择信号和转动方向控制信号。引脚FB与芯片外围的辅助升压电路模块连接。引脚Vcc用来输入直流电源。引脚SW为主升压模块的输出端，引脚VBB为升压后的具有预定值电压的电源，用于为电平转换模块和输出驱动模块提供电源，引脚VBB与电平转换模块和输出驱动模块连接。引脚OUT1、OUT2、OUT3为超声电机驱动信号输出端。引脚GND、AGND为接地端。引脚SHDN置低电平时，芯片不工作。
图5所示为图4中的芯片应用时的示意图。如图5所示，芯片60的外围电路中的电感L1、二极管D1、电容C1、第一电阻R1以及第二电阻R2组成辅助升压电路模块，芯片60以及辅助升压电路模块共同组成图2所示实施例的超声电机驱动电路。其中，电感L1的第一端电连接于电源Vcc，第二端电连接于主升压模块输出端、也即引脚SW，二极管D1的正向导通端电连接于引脚SW、反向导通端电连接于引脚VBB，电容C1的第一端与引脚VBB电连接、第二端接地，第一电阻R1以及第二电阻R2串联形成与电容C1并联的分压检测电路，第一电阻R1的一端与电容的第一端、也即引脚VBB电连接，第一电阻R1的另一端与主升压模块的和第二电阻R2同时连接，第一电阻R1通过与误差放大器32的“-”端连接实现与主升压模块的连接。芯片60的IN、SEL、DIR引脚与控制电路芯片MCU连接，输出引脚OUT1、OUT2、OUT3直接连接于超声电机，引脚GND、AGND接地，引脚Vcc输入2.5～5.5V的电源。引脚FB电连接于分压检测电路的第一电阻R1和第二电阻R2之间，用来检测VBB电压是否达到预定值，当FB引脚端电压达到0.254V时，表示VBB电压已经达到预定值，主升压模块将关闭内部开关，根据串联分压原理，VBB电压的预定值可以标表示为VBB＝(R1+R2)*(0.254/R2)。当VBB低于预定值时，内部开关管的导通、截止开始操作，使VBB电压升到设定值，因此能使引脚VBB的电压恒定在预定值。在本实施例中，预定值可以根据超声电机需要设置在20V～40V范围内的某一值。
图6至图8所示为主升压模块和外围电感、二极管、电容等组成的升压电路的等效原理电路图。其中引脚SW接主升压模块中的NMOS场效应管。结合图5、图6、图7和图8所示，在主升压模块中的NMOS场效应管导通时，如图7所示，引脚SW被内部开关管接到地，电源VCC和电感L1单独组成一个回路，流过电感L1的电流线性增加，电能以磁能形式储存在电感L1中；由于此时VBB电压高于SW，二极管承受反向电压，电容C1不能开关管放电。在主升压模块中的NMOS场效应管截止时，如图8，引脚SW和地之间断开，由于电感L1中的磁场将改变电感L1两端的电压极性，保持电感电流方向不变；这样电感L1的磁能转化成的电压与电源电压VCC串联，从而能高于VBB电压，此时二极管D1到从，电容C1充电，同时电感L1的电流线性减小。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (9)

1.一种超声电机驱动电路，其特征在于：所述超声电机驱动电路包括电机驱动逻辑模块、升压模块、电平转换模块以及输出驱动模块；所述电机驱动逻辑模块根据输入信号产生低电平超声电机驱动信号；所述升压模块用于提升输入电源电压至预定值、并将其输出连接至所述电平转换模块和输出驱动模块；所述电平转换模块用于接收所述电机驱动逻辑模块输出的低电平超声电机驱动信号、并将其峰-峰值转换为所述预定值的超声电机驱动信号；所述输出驱动模块接收所述电平转换模块输出的超声电机驱动信号，放大超声电机驱动信号的电流驱动能力并输出。
2.根据权利要求1所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述输入信号包括时钟信号、驱动方式选择信号和转动方向控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述输入信号为低压控制信号。
4.根据权利要求1所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述升压模块包括主升压模块和辅助升压电路模块。
5.根据权利要求4所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述辅助升压电路模块包括电感、二极管、电容、以及与所述电容并联的分压检测电路；所述电感的第一端电连接于电源、第二端电连接于主升压模块输出端，所述二极管的正向导通端电连接于主升压模块输出端、反向导通端电连接于电平转换模块和输出驱动模块，所述电容的第一端与所述二极管的反向导通端电连接、第二端接地。
6.根据权利要求5所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述分压检测电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与电容的第一端电连接、另一端与主升压模块和第二电阻同时连接。
7.根据权利要求1或6所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述预定值正比于第一电阻值和第二电阻值之和与第二电阻值的比值。
8.根据权利要求1所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述电机驱动逻辑模块和电平转换模块均输出三路电机驱动信号。
9.根据权利要求1所述的超声电机驱动电路，其特征在于：所述输出驱动模块包括三个并联的放大器，输出驱动模块并联输出三路电机驱动信号至所述超声电机。
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