CN102361423B

CN102361423B - 双向直流电机驱动集成电路

Info

Publication number: CN102361423B
Application number: CN2011103360541A
Authority: CN
Inventors: 刘晓民; 夏鑫; 顾夏茂; 储旭东
Original assignee: WUXI SMART MICROELECTRONICS CO Ltd; Nantong Fujitsu Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Tongfu Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102361423A

Abstract

本发明涉及一种双向直流电机驱动集成电路，包括控制芯片及与控制芯片连接的H桥开关电路，所述双向直流电机驱动集成电路包括正转输入端、反转输入端、正输出端、负输出端、电源正极及电源负极，所述H桥开关电路连接在所述电源正极和电源负极之间，包括互相连接的第一至第四开关芯片。通过本发明优化的设计和结构，具有封装体积小、效率高、驱动电流能大、功能多等优点，另外还能降低整机生产使用成本。

Description

双向直流电机驱动集成电路

技术领域

本发明涉及一种集成电路，尤其是一种双向直流电机驱动集成电路。

背景技术

在目前的玩具类等直流双向电机驱动电路中，要求损耗小、体积小和功能多，如过流和过温保护功能，同时又要有一定的驱动电流能力。目前的实现方法基本分为两种：一是单颗集成电路即由单一集成电芯片构成，二是由分立元件组成。

单颗集成电路的优点是功能多、应用灵活，缺点是效率不高，由于热问题输出电流能力不大，应用范围受限制。而且集成电路封装外形也要根据输出电流的大小来选择，有的外形较大，使用起来很不方便。

分立元件构成的驱动电路优点是输出能力强，并且效率高，缺点是功能简单和体积大，若要实现过温及过流保护功能则电路非常复杂。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种功能多、效率高、体积小和应用范围广的双向直流电机驱动集成电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种双向直流电机驱动集成电路，包括控制芯片及与控制芯片连接的H桥开关电路，双向直流电机驱动集成电路包括正转输入端、反转输入端、正输出端、负输出端、电源正极及电源负极，H桥开关电路连接在电源正极和电源负极之间，包括互相连接的第一至第四开关芯片，控制芯片包括：

启动电路，连接至正转输入端和反转输入端以接收正转输入信号和/或反转输入信号；

驱动电路，用于接收正转和/或反转信号并连接至H桥开关电路的各开关芯片，H桥开关电路连接正输出端以及负输出端，驱动电路根据接收的正转信号或反转信号控制各开关芯片的导通或关断状态，以控制正输出端输出正转控制信号或控制负输出端输出反转控制信号；

电源偏置电路，连接启动电路以接收启动信号，并产生第一参考电压Vds；

过温检测保护电路，用于接收第一参考电压Vds并产生随温度的上升而升高的检测电压，当检测电压的温度大于第一参考电压Vds时输出过温信号给驱动电路，以控制驱动电路关断H桥开关电路；

过流检测电路，接收第二参考电压Vref t以及H桥开关电路的工作电流产生的电压，并对接收的电压进行比较，当H桥开关电路的工作电流产生的电压大于第二参考电压Vref t时输出过流信号；以及

关断及延迟启动电路，用于接收过流信号，关断及延迟启动电路根据接收的过流信号控制驱动电路关断H桥开关电路并在延迟预设的时间后重新开通H桥开关电路。

优选的，控制芯片和H桥开关电路封装在一起形成一种具有多个引脚的封装结构，多个引脚平均分布在封装结构的两侧，多个引脚包括正转输入端、反转输入端、正输出端、负输出端、电源正极及电源负极。

优选的，封装结构的其中两个引脚相连形成正输出端，封装结构其中的另外两个引脚相连形成负输出端。

优选的，封装结构为双列直插式封装结构、或双侧引脚扁平封装结构。

优选的，还包括时序控制电路，时序控制电路用于接收正转输入信号和反转输入信号，并根据接收的信号输出时序信号给驱动电路，驱动电路根据时序信号控制H桥开关电路的关断或开启状态。

优选的，正转输入端和时序控制电路之间还连接有第一放大器，反转输入端和时序控制电路之间还连接有第二放大器。

优选的，第三、第四开关芯片内各集成有一个NMOS管，第一、第二开关芯片内各集成一个PMOS管，第一、第四开关芯片中的NMOS管和PMOS管的漏极相连接后连接正输出端，第三、第四开关芯片中的NMOS管和PMOS管的漏极相连接后连接负输出端，第一、第二开关芯片中两个PMOS管的源极连接电源正极，第三、第四开关芯片中两个NMOS管的源极连接电源负极，第一至第四开关芯片中的NMOS管和PMOS管的栅极均连接至驱动电路。

优选的，过流检测电路包括一个或两个过流检测比较器，H桥开关电路的工作电流产生的电压包括第三开关芯片中的NMOS管的源极和漏极之间的电压以及第四开关芯片中的NMOS管的源极和漏极之间电压。

优选的，第二参考电压Vreft随双向直流电机驱动集成电路的温度的升高而升高。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果中的一项或者几项：

1.发明的双向直流电机驱动集成电路通过对控制芯片的电路设计及其与H桥开关电路的电路连接，可实现通过多颗芯片的集成控制双向直流电机的工作状态，避免了由单颗芯片组成的集成电路带来的效率低、输出电流能力低、应用范围小等问题，同时避免了采用分立元件造成的体积大、功能简单、过流/过温保护电路复杂等问题，不仅具有过温、过流保护功能且过温、过流检测电路结构简单。因此，本发明具有功能多、效率高、体积小和应用范围广等特点。

2.本发明的双向直流电机驱动集成电路中的控制芯片和H桥开关电路可封装成双侧引脚分布的封装结构，例如，具有8个引脚的双列直插式封装DIP8或者具有8个引脚的双侧引脚扁平封装SOP8。这种封装结构的电流输出能力相较单颗芯片具有较大的提高，例如，SOP8封装输出能力可达3A以上，DIP8封装可达5A左右，而传统的单颗芯片的产品电流输出能力在2A或以下。

3.本发明的双向直流电机驱动集成电路通过启动电路接收正、反转输入信号，在未接收到正、反转输入信号时可使电源偏置电路不工作，不产生第一参考电压Vds，进而使整个电路处于停机状态，因此在待机时具有零损耗的优点，在应用中非常省电。

4.本发明的双向直流电机驱动集成电路可通过时序控制电路产生时序控制信号，使驱动电路按照一定的时序控制H桥开关电路各开关芯片的状态，避免了H桥开关电路在工作过程中的短路问题。

5.本发明的双向直流电机驱动集成电路利用H桥开关电路中MOS管的漏极和源极之间的电压进行过流检测，无需外接电流检测用电阻，可降低损耗，实现节能。

附图说明

图1为本发明的实施例的双向直流电机驱动集成电路的框图。

图2为图1中的双向直流电机驱动集成电路的封装结构连线图。

其中附图标记说明如下：

9-电源偏置电路 10-过温检测保护电路 11-驱动电路

12-开关芯片13-开关芯片14-开关芯片15-开关芯片

16-关断及延迟启动电路17-过流检测比较器

18-时序控制电路19-启动电路20-控制芯片

具体实施方式

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提供了一种双向直流电机驱动集成电路。

如图1至图2所示：本发明的实施例的一种双向直流电机驱动集成电路，包括控制芯片20及与控制芯片20连接的H桥开关电路，H桥开关电路包括互相连接的开关芯片12-15，双向直流电机驱动集成电路包括正转输入端2、反转输入端1、电源正极4、电源负极3、正输出端5、6和负输出端7、8。控制芯片20包括启动电路19、电源偏置电路9、过温检测保护电路10、驱动电路11、关断及延迟启动电路16，及过流检测比较器17。

启动电路19连接至正转输入端和反转输入端以接收正转输入信号和/或反转输入信号。

驱动电路11用于接收正转和/或反转信号并连接至H桥开关电路的各开关芯片12-15，H桥开关电路连接正输出端5、6以及负输出端7、8。驱动电路11根据接收的正转输入信号或反转输入信号控制各开关芯片12-15的导通或关断状态，以控制正输出端5、6输出正转控制信号或控制负输出端7、8输出反转控制信号，进而控制连接至开关芯片12-15的外部器件(如玩具)正转或反转，具体地，该外部器件包括连接至开关芯片12-15的双向直流电机。

电源偏置电路9连接启动电路19以接收启动信号，并产生第一参考电压Vds，第一参考电压Vds为恒定值并作为过温检测保护电路10和过流检测电路的偏置电压。

过温检测保护电路10用于接收第一参考电压Vds并产生随温度的上升而升高的检测电压，当检测电压的温度大于第一参考电压Vds时输出过温信号给驱动电路11，以控制驱动电路关断H桥开关电路，实现过温保护。可选地，作为一种实施方式，过温检测保护电路10可通过设置在其内部的三极管检测集成电路的温度，三极管的基极可接收第一参考电压Vds作为偏置电压，当其发射极的电压随温度升高到大于第一参考电压Vds时，三极管导通，过温检测保护电路10发出过温信号。

过流检测电路，接收第二参考电压Vref t以及H桥开关电路的工作电流产生的电压，并对接收的电压进行比较，当H桥开关电路的工作电流产生的电压大于第二参考电压Vref t时输出过流信号。可选地，作为一种实施方式，过流检测电路内也可设置三极管，该三极管的基极可接收第一参考电压Vds作为偏置电压，可对其发射极的电压进行分压以得到第二参考电压Vref t，第二参考电压Vref t随温度的升高而升高。

关断及延迟启动电路16用于接收过流信号，关断及延迟启动电路16根据接收的过流信号控制驱动电路11关断H桥开关电路。并在延迟预设的时间后重新开通H桥开关电路，并在延迟一段时间后重新开启H桥开关电路，此时过流检测电路重新检测是否有过流现象，如果驱动电路11再次接收到过流信号，则再次关断开关电路，如此循环。

作为本发明一种优选的实施例，控制芯片20和H桥开关电路封装在一起形成一种具有多个引脚的封装结构，多个引脚平均分布在封装结构的两侧，多个引脚包括正转输入端2、反转输入端1、电源正极4、电源负极3、正输出端5、6和负输出端7、8。

作为本发明一种优选的实施例，该封装结构的其中两个引脚相连形成正输出端，即正输出端5、6相连，封装结构其中的另外两个引脚相连形成负输出端，即负输出端7、8相连。

作为本发明一种优选的实施例，该封装结构可为双列直插式封装结构、或双侧引脚扁平封装结构，例如具有8个引脚的双列直插式封装DIP8或者具有8个引脚的双侧引脚扁平封装SOP8。

作为本发明一种优选的实施例，正转输入端和时序控制电路之间还连接有第一放大器，用于放大正转输入信号，反转输入端和时序控制电路之间还连接有第二放大器，用于放大反转输入信号。

作为本发明一种优选的实施例，开关芯片14、15内各集成有一个NMOS管、开关芯片12、13内各集成有一个PMOS管，开关芯片12、15中的NMOS管和PMOS管的漏极相连形成正输出端5、6，开关芯片13、14中的NMOS管和PMOS管的漏极相连形成负输出端7、8。两PMOS管的源极连接电源正极4，两NMOS管的源极连接电源负极3。开关芯片12-15中的NMOS管和PMOS管以上述方式连接形成H桥开关电路。开关芯片12-15中的NMOS管和PMOS管的栅极作为开关电路的输入端，均连接至驱动电路11。

作为本发明一种优选的实施例，还包括时序控制电路18，时序控制电路18用于接收正转输入信号和反转输入信号，并根据接收的信号输出时序信号给驱动电路11，驱动电路11根据时序信号控制H桥开关电路的各开关芯片12-15的关断或开启状态，在开启、关断及开启/关断的转换过程中，可保持4个MOS管根据需要分时开启与关断，避免上下直通短路而烧坏MOS管。

作为本发明一种优选的实施例，过流检测电路包括一个或两个过流检测比较器17，当有两个过流检测比较器17时，两个过流比较器共用第二参考电压Vref t，开关电路工作电流所产生的电压Vds为开关芯片14和/或15中的NMOS管的漏极和源极之间的电压。第二参考电压Vref t随温度升高而升高的特性适应开关电路工作电流所产生的电压Vds随温度升高而增大的MOS管特性，从而使过流值保持稳定。

根据设计需要，本发明的双向直流电机驱动集成电路的正转、反转输入端2、1的定义可以互换，正、负输出端的定义也可以互换。

本发明的实施例的双向直流电机驱动集成电路的工作状态为：当1、2脚都为低电位时，电路为待机状态，正、负输出端相当于开路，整个电路耗电基本为零；当1脚为高电位，2脚为低电位时，驱动电路11控制开关电路各MOS管的状态使得7、8脚即负输出端为高电位，5、6脚即正输出端为低电位，电机反转；当2脚为高电位，1脚为低电位时，驱动电路11控制开关电路各开关芯片的状态使得5、6脚即正输出端为高电位，7、8脚即负输出端为低电位，电机正转；当1、2脚都为高电位时，正、负输出端都为低电位，电机处于制动状态。

以上所述的仅为本发明的较佳可行实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种双向直流电机驱动集成电路，包括控制芯片（20）及与控制芯片（20）连接的H桥开关电路，所述双向直流电机驱动集成电路包括正转输入端、反转输入端、正输出端、负输出端、电源正极及电源负极，所述H桥开关电路连接在所述电源正极和电源负极之间，包括互相连接的第一至第四开关芯片（12-15），所述控制芯片（20）包括：

启动电路（19），连接至所述正转输入端和反转输入端以接收正转输入信号和/或反转输入信号；

驱动电路（11），用于接收所述正转和/或反转信号并连接至所述H桥开关电路的各开关芯片，所述H桥开关电路连接所述正输出端以及所述负输出端，所述驱动电路根据接收的正转信号或反转信号控制各开关芯片（12-15）的导通或关断状态，以控制所述正输出端输出正转控制信号或控制所述负输出端输出反转控制信号；

电源偏置电路（9），连接所述启动电路（19）以接收启动信号，并产生第一参考电压Vds；

过温检测保护电路（10），用于接收所述第一参考电压Vds并产生随温度的上升而升高的检测电压，当所述检测电压的温度大于所述第一参考电压Vds时输出过温信号给所述驱动电路（11），以控制所述驱动电路（11）关断所述H桥开关电路；

过流检测电路，接收第二参考电压Vref t以及所述H桥开关电路的工作电流产生的电压，并对接收的电压进行比较，当所述H桥开关电路的工作电流产生的电压大于第二参考电压Vref t时输出过流信号；以及

关断及延迟启动电路（16），用于接收所述过流信号，所述关断及延迟启动电路（16）根据接收的过流信号控制所述驱动电路（11）关断所述H桥开关电路并在延迟预设的时间后重新开通所述H桥开关电路。

2.如权利要求1所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述控制芯片（20）和所述H桥开关电路封装在一起形成一种具有多个引脚的封装结构，所述多个引脚平均分布在所述封装结构的两侧，所述多个引脚包括所述正转输入端、反转输入端、正输出端、负输出端、电源正极及电源负极。

3.如权利要求2所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述封装结构的其中两个引脚相连形成所述正输出端，所述封装结构其中的另外两个引脚相连形成所述负输出端。

4.如权利要求2所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述封装结构为双列直插式封装结构、或双侧引脚扁平封装结构。

5.如权利要求1所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，还包括时序控制电路（18），所述时序控制电路（18）用于接收所述正转输入信号和反转输入信号，并根据接收的信号输出时序信号给所述驱动电路（11），所述驱动电路（11）根据所述时序信号控制所述H桥开关电路的关断或开启状态。

6.如权利要求5所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述正转输入端和时序控制电路（18）之间还连接有第一放大器，所述反转输入端和时序控制电路（18）之间还连接有第二放大器。

7.如权利要求1所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述第三、第四开关芯片（14、15）内各集成有一个NMOS管，所述第一、第二开关芯片（12、13）内各集成一个PMOS管，所述第一、第四开关芯片（12、15）中的NMOS管和PMOS管的漏极相连接后连接所述正输出端，所述第三、第四开关芯片（13、14）中的NMOS管和PMOS管的漏极相连接后连接所述负输出端，所述第一、第二开关芯片（12、13）中两个PMOS管的源极连接电源正极，所述第三、第四开关芯片（14、15）中两个NMOS管的源极连接电源负极，所述第一至第四开关芯片（12-15）中的NMOS管和PMOS管的栅极均连接至所述驱动电路（11）。

8.如权利要求7所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述过流检测电路包括一个或两个过流检测比较器（17），所述H桥开关电路的工作电流产生的电压包括所述第三开关芯片中的NMOS管的源极和漏极之间的电压以及所述第四开关芯片中的NMOS管的源极和漏极之间电压。

9.如权利要求1所述的双向直流电机驱动集成电路，其特征在于，所述第二参考电压Vref t随所述双向直流电机驱动集成电路的温度的升高而升高。