CN101820243B

CN101820243B - 电动机驱动电路

Info

Publication number: CN101820243B
Application number: CN2010101221770A
Authority: CN
Inventors: 野家城治
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2010206860A; US20100219783A1; KR101069485B1; TW201032455A; TWI394361B; KR20100098323A; JP5337533B2; US8330406B2; CN101820243A

Abstract

本发明提供一种电动机驱动电路。该电动机驱动电路包括有从产生输入电压的电源所分歧而连接的第一电源线与第二电源线、H桥接电路以及切换控制H桥接电路的控制手段，所述控制手段是以所述电源电压为既定值以下时不会产生所述H桥接电路的回生路径的方式进行控制。本发明能提供一种低成本、能抑制反冲发生时的电压上升、避免电源电压为既定值以下时的制动的电动机驱动电路。

Description

电动机驱动电路

技术领域

本发明涉及一种电动机驱动电路。

背景技术

以H桥接电路(bridged circuit)驱动电动机时，需防止反冲(kickback：流通于感应体的电流中断时产生于感应体两端的电压，本文中称为反冲电压)发生时的电压上升导致MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；金属氧化物半导体场效应晶体管)的破坏。

例如，在专利文献1中，使用齐纳二极管(zener diode)抑制反冲发生时的电压上升。然而，在该方法中，电动机的尺寸愈大齐纳二极管的尺寸亦须加大，导致成本增加。

相对于此，在专利文献2中，揭示一种低成本、能抑制反冲发生时的电压上升以防止MOSFET的破坏的发明。

以下，参照图3，具体说明专利文献2的电动机驱动电路。电动机驱动电路包括有P沟道型MOSFET 11、12、N沟道型MOSFET 13、14、电源线21、22、接地线23、二极管24、25、电容器26、27、电流源31、32、NPN型晶体管41至48、PNP型晶体管51、52、驱动电路60以及连接器70。于MOSFET 11至14分别设置有寄生二极管11d至14d，MOSFET 11、12的栅极分别经由电阻器33、34连接至电源线22。在此，电源线21、22是从产生电压VA的电源80所分歧者，并经由连接器70而与电源80的正侧连接。此外，接地线23经由连接器70而与电源80的负侧连接。

在此种构成中，在MOSFET 11、14导通(ON)、MOSFET 12、13切断(OFF)的状态下，从电源线21朝向MOSFET 11、电动机线圈10、MOSFET 14流通电流而使电动机旋转。接着，以适当的时序使MOSFET 11及MOSFET 14变成切断。此时，电动机线圈10蓄积能量而持续流通电流。因此，通过寄生二极管13d、电动机线圈10、以及寄生二极管12d流通电流。亦即，产生反冲。当产生反冲时，反冲所产生的电流会因为有二极管24而无法返回至电源80，从而流入电容器26。如此，电源线21的电压Vm会逐渐上升。当电源线21的电压Vm上升，MOSFET 11、12的栅极/源极间的电压超过阈值电压时，MOSFET 11、12导通。因此，从电动机线圈10输出的电流流通MOSFET 11、12返回至电动机线圈10。亦即，蓄积于电动机线圈10的能量被电动机线圈10与MOSFET 12、11所构成的回路(loop)消耗。

专利文献1：日本特开2005-269885号公报；

专利文献2：日本特开2007-259657号公报。

发明内容

如上所述，在专利文献2的电动机驱动电路中，不使用专利文献1所揭示的齐纳二极管即能抑制反冲发生时的电压上升而防止MOSFET的破坏。

然而，在专利文献2的电动机驱动电路中，即使在电源80的电压低于既定值时(亦包括电源80切断时)，亦会形成上述电动机线圈10与MOSFET 12、11所构成的回路。例如，即使在电动机旋转时切断电源80，电动机仍会因为惯性而暂时持续旋转。如此，会因为磁通量通过电动机线圈10而产生感应电压。在此情形中，由于电源线21的电压因应感应电压而上升，因此MOSFET 11、12的源极电位上升。另一方面，MOSFET 11、12的栅极电位是在电源80切断时以电源线22的电位为基准，故实质上变成相当于零电位。因此，尽管电源80切断，MOSFET 11、12仍然导通。在此情形中，于电动机线圈10产生与电动机的旋转方向相反方向的力量而成为制动(brake)力。

本发明乃为解决上述课题而研创者，其目的是提供一种低成本、抑制反冲发生时的电压上升、避免电源电压低于既定值时形成上述回路、防止制动力的发生的电动机驱动电路。

为了达成上述目的，本发明的电动机驱动电路包括有下述构件而构成：第一电源线及第二电源线，从产生输入电压的电源分歧而连接；H桥接电路，具有串联连接的第一源晶体管(source transistor)与第一汲晶体管(sink transistor)、串联连接的第二源晶体管与第二汲晶体管、以及分别设置于所述第一及第二源晶体管与所述第一及第二汲晶体管的第一至第四回生二极管(regeneration diode，regeneration-由于反冲而产生的反向电流，有称为“再生电流”的情形，本文中简称为“回生电流”)，且于所述第一源晶体管与所述第二源晶体管的输入电极连接有所述第一电源线，于所述第一源晶体管与所述第二源晶体管的输出电极连接有电动机线圈；以及控制手段，与所述第二电源线连接，互补性地切换(switching)所述第一源晶体管与所述第二汲晶体管以及所述第二源晶体管与所述第一汲晶体管；所述控制手段是以下述方式进行控制：当与所述第二电源线的电压因应的电压小于既定电压时，不论所述第一电源线的电位为何，所述第一及第二源晶体管皆不会导通。

本发明能提供低成本、能抑制反冲发生时的电压上升、避免电源电压低于既定值时的制动的电动机驱动电路。

附图说明

图1是显示本发明实施形态的电动机驱动电路的构成例的图。

图2是显示本发明另一实施形态的电动机驱动电路的构成例的图。

图3是显示专利文献2的实施形态的电动机驱动电路的构成例的图。

附图中符号的简单说明如下：

10：电动机线圈

11、12、111、112：P沟道型MOSFET

12d、13d、111d至114d：寄生二极管

13、14、113、114：N沟道型MOSFET

21、22、121、122：电源线

23、123：接地线

24、25、124、125：二极管

26、27、126、127：电容器

31、32：电流源

41至48、142至144：NPN型晶体管

51、52、145、151：PNP型晶体管

60：驱动电路

70、170：连接器

80、180：电源

110：电动机线圈

135、161、162、165：电阻器

142、143、164：晶体管

160：控制电路

163：基准电压源

190：比较器。

具体实施方式

以下详细说明本发明的实施形态。

图1是显示本发明的实施形态的电动机驱动电路的构成例。电动机驱动电路是例如驱动风扇电动机等单相电动机的电路，控制流通于电动机线圈110的电流。电动机驱动电路包括有P沟道型MOSFET 111、112、N沟道型MOSFET 113、114、电源线121、122、接地线123、二极管124、125、电容器126、127、NPN型晶体管142至144、146、PNP型晶体管145、151、控制电路160、比较器190、电阻器161、162、135、基准电压源163以及连接器170。

首先，详细说明本实施形态的电动机驱动电路的构成。

MOSFET 111至114构成H桥接电路。具体说明H桥接电路，MOSFET 111、112的源极连接至电源线121。此外，MOSFET 113、114的源极连接至接地线123。MOSFET 111、113的漏极彼此连接，MOSFET 112、114的漏极彼此连接。于MOSFET 111、113的连接点与MOSFET 112、114的连接点之间连接电动机线圈110。在此，于MOSFET 111至114设置有寄生二极管111d至114d。

电源线121、122是从产生电压VA的电源180所分歧者，经由连接器170而与电源180的正侧连接。此外，接地线123经由连接器170而与电源180的负侧(接地侧)连接。在此，为了防止从电源线121朝电源180的方向流通电流而破坏电路，于电源线121设置有二极管124。同样地，亦于电源线122设置有二极管125。此外，为了吸收H桥接电路发生反冲时所产生的电流(回生电流)，于电源线121设置有电容器126。此外，为了使电源线122的电压Vcc稳定化，于电源线122设置有电容器127。

比较器190、电阻器161、162、以及基准电压源163构成电源180的电位的监视电路。具体而言，监视电路是监视电源180的电压是否为既定值以下。该比较器190的非反向输入端子输入有以电阻器161、162将电源线122的电压Vcc经过电阻器分压的电压。此外，于比较器190的反向输入端子输入有基准电压源163所设定的电位。接着，当电源线122的电位Vcc经过电阻器分压的电位大于基准电压源163的电位时，输出H(高)电平，当电源线122的电位经过电阻器分压的电位小于基准电压源163的电位时，输出L(低)电平。

晶体管164、145、以及电阻器165是构成为即使电源180的电压变成既定值以下时(亦包括电源180切断时)，即使发生反冲亦可抑制MOSFET 111导通的电路。晶体管164的基极输入有比较器190的输出，射极连接至接地线123，集极与电阻器165的一端连接。晶体管145的射极经由二极管而与MOSFET 111的栅极及电阻器135的另一端连接，集极与晶体管142、143的基极连接，基极与电阻器165的另一端连接。接着，当电源180为既定电压以上时，晶体管164、145导通，当电源180为既定电压以下时，晶体管164、145切断(off)。

晶体管142、143、以及电阻器135构成用以控制MOSFET 111的控制电路。电阻器135是一端与MOSFET 111的源极连接，另一端与MOSFET 111的栅极连接。晶体管142、143的射极与接地线123连接，晶体管142、143连接成电流镜。晶体管143的集极是与MOSFET 111的栅极及电阻器135的另一端连接。于晶体管142的集极与晶体管142、143的基极输入有来自控制电路160的电流In。

晶体管144、151构成用以控制MOSFET 113的导通切断(ON/OFF)的控制电路。晶体管144、151的射极彼此连接，晶体管144的集极与电源线122连接，晶体管151的集极与接地线123连接。于晶体管144的基极施加有控制电路160所输出的电压Vn1，于晶体管151的基极施加有控制电路160所输出的电压Vn2。晶体管144、151的连接点与MOSFET 113的栅极连接。

此外，实际上MOSFET 112、114的控制电路是设置成与MOSFET 111、113的控制电路同样，由于该构成并无实质上的差异，因此省略MOSFET 112、114的控制电路的图式及其说明。

控制电路160是通过电流In、电压Vp1、Vp2进行MOSFET111、113的导通切断(on off)，以控制电动机的驱动。

接着详细说明本实施形态的电动机驱动电路的动作。

首先，说明电源180的电压为既定值以上的情形(例如通常动作模式的情形)。

在电源180导通，且电源180的电压为既定值以上的情形，在比较器190中，输入至非反向输入端子的电压是变成大于输入至反向输入端子的电压。如此，由于比较器190是输出H电平，因此晶体管164导通。

在该状态下，从控制电路160输出电流In，并输出L电平的电压Vn1、Vn2。如此，电流In流入晶体管142，于连接成电流镜的晶体管143亦流通因应电流镜比的电流。如此，于电阻器135亦流通电流，使电源线121的电压Vm下降的电压是施加至MOSFET 111的栅极，借此，MOSFET 111导通。另一方面，由于晶体管144切断、晶体管151导通，MOSFET 113为切断。此外，通过既定信号，MOSFET 112切断，晶体管114导通。如此，从电源线121朝向MOSFET 111、电动机线圈110、以及MOSFET114流通电流，电动机朝某方向旋转。

接着，以适当的时序使控制电路160停止电流In的输出，并输出L电平的Vn1、Vn2。如此，电流不流通于电阻器135，MOSFET 111切断。另一方面，由于晶体管144切断，晶体管151导通，因此MOSFET 113亦切断。此外，通过既定信号，MOSFET112、114亦切断。此时，于电动机线圈110蓄积能量，产生使电流持续流通的趋势。亦即，发生反冲。反冲所产生的电流因为存在二极管而无法返回至电源180，而流入电容器126。如此，电源线121的电压Vm逐渐上升。接着，当电源线121的电压Vm上升时，晶体管145导通，借此电流流通于电阻器135，于MOSFET 111的栅极/源极间产生电位差。接着，当MOSFET 111、112的栅极/源极间的电压超过阈值电压时，MOSFET 111、112自动地变成导通的状态。因此，电动机线圈110所输出的电流流通MOSFET 112、111而返回至电动机线圈110。亦即，蓄积于电动机线圈110的能量被电动机线圈110、MOSFET 112、111所构成的H桥接电路的电源侧的回路消耗。接着，当蓄积于电动机线圈110的能量被消耗，MOSFET 111、112的栅极/源极间的电压变成小于阈值电压时，MOSFET 111、112自动地变成切断。

之后，控制电路160停止电流In的输出，并输出H电平的Vn1、Vn2。如此，MOSFET 111切断，晶体管144导通，晶体管151切断，MOSFET 113导通。此外，通过既定的信号，MOSFET112导通，MOSFET 114切断。在此情形中，从电源线121朝向MOSFET 112、电动机线圈110、MOSFET 113流通电流。

接着，再次以适当的时序使控制电路160停止电流In的输出，并输出L电平的Vn1、Vn2。如此，电流未流通于电阻器135，MOSFET 111切断。另一方面，由于晶体管144切断、晶体管151导通，因此MOSFET 113亦切断。此外，通过既定的信号，MOSFET 112、114亦切断。此时，于电动机线圈110蓄积能量，持续流通电流。因此，通过寄生二极管114d、电动机线圈110、P沟道MOSFET 111的寄生二极管111d流通电流。亦即，在此情形中亦产生反冲。反冲所产生的电流因为存在有二极管124而无法返回至电源180，从而流入电容器126，电源线121的电压Vm逐渐上升。接着，当电源线121的电压Vm上升时，由于晶体管145导通，因此于MOSFET的栅极/源极间产生电位差。接着，当MOSFET 111、112的栅极/源极间的电压超过阈值电压时，MOSFET 111、112自动地变成导通的状态。因此，电动机线圈110所输出的电流流通于MOSFET 111、MOSFET 112而返回至电动机线圈110。亦即，在此情形中，蓄积于电动机线圈110的能量被H桥接电路的电源侧的回路消耗。接着，当蓄积于电动机线圈110的能量被消耗，MOSFET 111、112的栅极/源极间的电压变成小于阈值电压时，MOSFET 111、112自动地切断。

以上，在本实施形态的电动机驱动电路中，即使在电源180的电压为既定值以上而发生反冲时，反冲发生所导致的电源线121的电压Vm的上升是被抑制成与MOSFET 111、112的阈值电压相同的电平。

接着，说明电源180的电压为既定值以下的情形(例如电源切断时和待机模式的情形)。

在电源180的电压为既定值以下的情形，由于电源线122的电位Vcc下降，因此在比较器190中，输入至非反向输入端子的电压变成小于输入至反向输入端子的电压。如此，由于比较器190输出L电平，因此晶体管164切断。

在该状态下，例如当电源180的电压变成既定值以下但电动机因为惯性仍然继续旋转时，会因为磁通量通过电动机线圈110而产生感应电压。在此情形，与习知技术的电动机驱动器同样，由于电源线121的电压因应感应电压而上升，因此MOSFET 111、112的源极电位上升。然而，在本实施形态的电动机驱动器中，在电源180的电压变成既定值以下时，晶体管145变成切断。如此，于电阻器135不流通电流，未实质性地产生MOSFET 111的栅极/源极间的电位差。同样地，亦未实质性地产生MOSFET 112的栅极/源极间的电位差。亦即，即使在电源180的电压为既定值以下而发生反冲时，由于MOSFET 111、112不会导通，因此不会于电动机线圈110产生制动力。

此外，当电源180切断时，由于比较器190切断，因此晶体管164切断。结果，与电源180的电压为既定值以下的情形同样，即使在电源180切断时发生反冲，由于MOSFET 111、112不会导通，因此不会于电动机线圈110产生制动力。

以上，已详细说明本发明的实施形态的电动机驱动电路。在本实施形态的电动机驱动器中，由于即使在电源180的电压为既定值以上而发生反冲时，亦能抑制电源线121的电位Vm的上升，因此无须使用大尺寸的齐纳二极管等，即能避免反冲发生导致组件破坏。此外，在电源180的电压为既定值以上的情形，即使于电动机线圈110产生感应电压，MOSFET 111、112亦不会导通，而能避免制动力的产生。

此外，上述实施形态是用以容易理解本发明，并非用以限定本发明者。在未脱离本发明的意旨的范围内，可将本发明变更或改良，其等效物亦包括在本发明的范围内。

例如，在本实施形态中，虽构成为使用H桥接电路来控制流通于单相风扇电动机的电动机线圈的电流，但所应用的电动机并未限定于风扇电动机，亦未限定于单相。

此外，在本实施形态中，虽使用P沟道MOSFET作为H桥接电路中的源晶体管，但亦可使用PNP型晶体管作为源晶体管。亦即，H桥接电路中的源晶体管只要为因应电源线121侧的电极与控制电极的电压差予以导通切断的晶体管即可。此外，在使用PNP型晶体管作为源晶体管时，亦可将回生用的二极管与PNP型晶体管并联设置。

此外，在本实施形态中，虽使用N沟道MOSFET作为H桥接电路中的汲晶体管，但并未限定于此，亦可使用P沟道MOSFET或双极性晶体管(bipolar transistor)。例如，可使用NPN型晶体管作为汲晶体管。此外，在使用双极性晶体管作为汲晶体管时，只要将回生用的二极管与双极性晶体管并联设置即可。

此外，在本实施形态中，电源线122虽然从同一个电源180所分歧，但并未限定于此，电源线121与电源线122亦可作成连接至其他的电源。在电源线121与电源线122连接至其他的电源的情形，电源线122的电压只要为从MOSFET 111朝MOSFET114流通电流时MOSFET 112会变成切断的电压即可。例如，能作成于产生电压VA的两个电源的一方连接电源线121，于另一方连接电源线122。

此外，在本实施形态中，使用比较器190、电阻器161、162、基准电压源163监视电源180的电位。然而，本发明并未限定于此，例如亦可如图2所示，将以电阻器161、162将电压Vcc经过电阻器分压后的电压直接输入至晶体管164的基极。然而，在此情形中，与图1所示的实施形态相比，须注意电阻器161、162的温度特性的影响会变大。

Claims

1.一种电动机驱动电路，其特征在于，包括有下述构件而构成：

第一电源线及第二电源线，从产生输入电压的电源分歧而连接；

H桥接电路，具有串联连接的第一源晶体管与第一汲晶体管、串联连接的第二源晶体管与第二汲晶体管、以及分别设置于所述第一及第二源晶体管与所述第一及第二汲晶体管的第一至第四回生二极管，且于所述第一源晶体管与所述第二源晶体管的输入电极连接有所述第一电源线，于所述第一源晶体管与所述第二源晶体管的输出电极连接有电动机线圈；以及

控制手段，与所述第二电源线连接，互补性地切换所述第一源晶体管与所述第二汲晶体管以及所述第二源晶体管与所述第一汲晶体管；

所述控制手段是以下述方式进行控制：当与所述第二电源线的电压因应的电压小于既定电压时，不论所述第一电源线的电位为何，使所述第一及第二源晶体管皆不会导通。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动电路，其特征在于，还包括有下述构件而构成：

第一电阻器，一端与所述第一源晶体管的输入电极连接，另一端与所述第一源晶体管的控制电极连接；以及

回生停止手段，以下述方式进行控制：

在与所述第二电源线的电压因应的电压小于既定电压时，不会使所述第一电阻器实质上流通电流，借此使产生于所述第一电阻器的电位差小于所述第一源晶体管的阈值电压。

3.根据权利要求2所述的电动机驱动电路，其特征在于，所述回生停止手段含有下述构件而构成：

比较器，于一方的输入端子输入有将所述第二电源线的电压经过电阻器分压的电压，于另一方的输入端子输入有所述既定电压；以及

控制晶体管，于控制电极输入有所述比较器的输出，以控制流通于所述第一电阻器的电流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机驱动电路，其特征在于，所述电源与所述第一电源线经由第一二极管而连接，所述电源与所述第二电源线经由第二二极管而连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机驱动电路，其特征在于，所述第一至第四回生二极管是寄生二极管。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机驱动电路，其特征在于，所述既定电位是相当于所述电源变成切断时的所述第二电源线的电位。