CN102570970B - H桥马达驱动器及电机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种H桥马达驱动器及电机设备，该H桥马达驱动器包括：控制电路、驱动电路与H桥驱动电路，其中，H桥驱动电路，包括：第一PMOS管，栅极连接第一驱动电路输出的第一信号，源极连接电源端，漏极连接第一输出端；第一NMOS管，栅极连接第一驱动电路输出的第二信号，源极接地，漏极连接第一输出端；第二PMOS管，栅极连接第二驱动电路输出的第三信号，源极连接电源端，漏极连接第二输出端；第二NMOS管，栅极连接第二驱动电路输出的第四信号，源极接地，漏极连接第二输出端。本发明的有益效果为基于CMOS集成电路工艺，把控制电路驱动电路及H桥输出电路集成在一个集成电路中，成本低，效果好。

Description

H桥马达驱动器及电机设备
技术领域
本发明涉及模拟集成电路领域，更具体地，涉及一种H桥马达驱动器及电机设备。
背景技术
马达驱动集成电路广泛应用于家用电器、计算机、军事电子、工业控制等领域，其中高效率、低成本、高性能是其技术发展趋势，目前，马达驱动集成电路多采用双极(Bipolar)集成电路技术，以实现大输出电流，但是基于Bipolar工艺所实现的马达驱动集成电路的效率比较低，直接导致电路自身的发热量很大，所以在封装的时候必须引入散热片以维持一定的温度，增加了成本。此外，由于Bipolar工艺的结压降等原因，所实现的马达驱动集成电路不能工作在低电源电压条件下，限制了性能及应用领域。
因此，现有技术中，存在马达驱动集成电路发热量大，成本高的问题，而对于该问题，目前尚未提出有效解决方案。
发明内容
本发明公开一种H桥马达驱动器及电机设备，用于解决现有技术中存在马达驱动集成电路发热量大，成本高的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种H桥马达驱动器，并采用以下技术方案：
H桥马达驱动器包括：控制电路，连接输入信号，用于对所述输入信号进行缓冲，使得所述输入信号经所述控制电路后转换成第一驱动信号与第二驱动信号；第一驱动电路，连接所述控制电路，用于接收所述第一驱动信号，并对所述第一驱动信号进行逻辑转换，使得所述第一驱动信号经所述第一驱动电路后输出第一信号与第二信号，其中所述第一信号与所述第二信号逻辑相同；第二驱动电路，连接所述控制电路，用于接收所述第二驱动信号，并对所述第二驱动信号进行逻辑转换，使得所述第二驱动信号经所述第二驱动电路后输出第三信号与第四信号，其中所述第三信号与所述第四信号逻辑相同，并且所述第一信号与所述第三信号逻辑相反；H桥驱动电路，包括：第一PMOS管，栅极连接所述第一驱动电路输出的所述第一信号，源极连接电源端，漏极连接第一输出端；第一NMOS管，栅极连接所述第一驱动电路输出的所述第二信号，源极接地，漏极连接所述第一输出端；第二PMOS管，栅极连接所述第二驱动电路输出的所述第三信号，源极连接所述电源端，漏极连接第二输出端；第二NMOS管，栅极连接所述第二驱动电路输出的所述第四信号，源极接地，漏极连接所述第二输出端。
进一步地，所述控制电路、所述第一驱动电路、所述第二驱动电路与所述H桥驱动电路封装在一个集成电路中。
进一步地，所述第一驱动电路包括：第一控制单元，连接所述控制电路，用于将接收到的所述第一驱动信号进行逻辑转换，得到与所述第一驱动信号逻辑相反的第一驱动子信号；第二控制单元，连接所述第一控制单元，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第一信号；第三控制单元，连接所述第一控制单元，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第二信号。
进一步地，所述第一控制单元为非门。
进一步地，所述第二控制单元为与非门。
进一步地，所述第三控制单元为非门。
进一步地，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管以及所述第四场效应管均采用环栅结构的晶体管。
根据本发明的另外一个方面，提供一种电机设备，并采用以下技术方案：
电机设备包括上述的H桥马达驱动器。
本发明基于CMOS集成电路工艺，把控制电路驱动电路级H桥输出电路集成在一个集成电路中，实现了一种高性能CMOS H桥马达驱动器，芯片可以工作在2V～5V较宽的电源范围内工作，且在版图上采用了环栅结构的晶体管，导通电阻较小，功耗低，工艺兼容性好，成本低，更好的满足了马达驱动集成电路设计产业化生产的需要。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1表示本发明实施例1的H桥马达驱动器的电路结构示意图；
图2表示本发明实施例2的H桥马达驱动器的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1表示本发明实施例1的H桥马达驱动器的电路结构示意图。
参见图1所示，H桥马达驱动器包括：控制电路10、第一驱动电路1、第二驱动电路2和H桥电路。控制电路10是将输入信号INA和INB经过缓冲后转换成驱动1和驱动2的控制信号。第一驱动电路1，连接所述控制电路10，用于接收所述第一驱动信号，并对所述第一驱动信号进行逻辑转换，使得所述第一驱动信号经所述第一驱动电路1后输出第一信号CTR1与第二信号CTR2，其中所述第一信号CTR1与所述第二信号CTR2逻辑相同；第二驱动电路2，连接所述控制电路10，用于接收所述第二驱动信号，并对所述第二驱动信号进行逻辑转换，使得所述第二驱动信号经所述第二驱动电路2后输出第三信号CTR3与第四信号CTR4，其中所述第三信号CTR3与所述第四信号CTR4逻辑相同，并且所述第一信号CTR1与所述第三信号CTR3逻辑相反；H桥驱动电路，包括PM1，栅极连接所述第一驱动电路1输出的所述第一信号CTR1，源极连接电源端VDD，漏极连接第一输出端OUT1；NM1，栅极连接所述第一驱动电路输出的所述第二信号CTR2，源极接地，漏极连接所述第一输出端OUT1；PM2，栅极连接所述第二驱动电路2输出的所述第三信号CTR3，源极连接所述电源端VDD，漏极连接第二输出端OUT2；NM2，栅极连接所述第二驱动电路2输出的所述第四信号CTR4，源极接地，漏极连接所述第二输出端OUT2。
在本实施例的上述技术方案中，控制电路10缓冲的主要目的是把输入的逻辑控制信号转换成H桥驱动电路的控制信号，增加驱动能力，第一驱动电路1是将控制电路10产生的驱动信号进行逻辑转换，产生CTR1和CTR2，并保证PM1和NM1不同时导通，并有足够的电流能力驱动PM1和NM1使其具有较小的导通电阻，减小系统延时，以降低功耗。第二驱动电路2是将控制电路10产生的驱动信号进行逻辑转换，产生CTR3和CTR4，保证PM2和NM2不同时导通，并有足够的电流能力驱动PM2和NM2使其具有较小的导通电阻，减小系统延时，以降低功耗。H桥电路的PM1的栅极接CTR1，源极接电源，漏极接输出OUT1及第三场效应管NM1的漏极；PM2的栅极接CTR4，源极接电源，漏极接输出OUT2和第四场效应管NM2的漏极；第三场效应管NM1的栅极接CTR2，源极接地；第四场效应管NM2栅极接CTR3，源极接地。工作时，需满足PM1和NM2同时导通，此时PM2和NM1关断；或者PM2和NM1同时导通，此时PM1和NM2关断。
图2表示本发明实施例2的H桥马达驱动器的电路结构示意图。
参见图2所示，第一驱动电路1包括：第一非门INV1，连接控制电路10，用于将接收到的所述第一驱动信号进行逻辑转换，得到与所述第一驱动信号逻辑相反的第一驱动子信号；与非门NAND1，连接第一非门INV1，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第一信号CTR1；第三非门INV3连接第一非门INV1，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第二信号CTR2。相应的，第二控制电路2包括：第二非门INV2，连接控制电路10，用于将接收到的所述第一驱动信号进行逻辑转换，得到与所述第一驱动信号逻辑相反的第一驱动子信号；第二与非门NAND2，连接第二非门INV2，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第一信号CTR4；第四非门INV4连接第二非门INV2，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第二信号CTR4。
在本实施例的上述技术方案中，通过第一驱动电路1与第二驱动电路2对控制电路10产生的驱动信号进行逻辑转换，产生CTR1、CTR2、CTR3和CTR4，保证PM2和NM2不同时导通，PM1与NM2同时被导通，NM1与PM2同时被通道，并有足够的电流能力驱动PM2和NM2使其具有较小的导通电阻，减小系统延时，以降低功耗。
优选地，控制电路、所述第一驱动电路、所述第二驱动电路与所述H桥驱动电路封装在一个集成电路中。
优选地，所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管以及所述第四场效应管均采用环栅结构的晶体管。
本发明公开的电机设备(图中未示)包括上述的H桥马达驱动器。
通过本发明的由于采用了CMOS工艺，使得H桥具有较低的导通电阻和快速开关响应，大大降低了成本，功耗低，本芯片的驱动MOS管的版图设计采用了环栅结构，实现了单位面积下的最长宽长比(W/L)，从而有效缩小整个驱动器的芯片面积，提出了一条功率集成的新途径。

Claims (3)

1.一种H桥马达驱动器，其特征在于，包括：
控制电路，连接输入信号，用于对所述输入信号进行缓冲，使得所述输入信号经所述控制电路后转换成为第一驱动信号与第二驱动信号；
第一驱动电路，连接所述控制电路，用于接收所述第一驱动信号，并对所述第一驱动信号进行逻辑转换，使得所述第一驱动信号经所述第一驱动电路后输出第一信号与第二信号，其中所述第一信号与所述第二信号逻辑相同；
第二驱动电路，连接所述控制电路，用于接收所述第二驱动信号，并对所述第二驱动信号进行逻辑转换，使得所述第二驱动信号经所述第二驱动电路后输出第三信号与第四信号，其中所述第三信号与所述第四信号逻辑相同，并且所述第一信号与所述第三信号逻辑相反；
H桥驱动电路，包括：
第一PMOS管，栅极连接所述第一驱动电路输出的所述第一信号，源极连接电源端，漏极连接第一输出端；
第一NMOS管，栅极连接所述第一驱动电路输出的所述第二信号，源极接地，漏极连接所述第一输出端；
第二PMOS管，栅极连接所述第二驱动电路输出的所述第三信号，源极连接所述电源端，漏极连接第二输出端；
第二NMOS管，栅极连接所述第二驱动电路输出的所述第四信号，源极接地，漏极连接所述第二输出端；
第一控制单元，连接所述控制电路，用于将接收到的所述第一驱动信号进行逻辑转换，得到与所述第一驱动信号逻辑相反的第一驱动子信号；
第二控制单元，连接所述第一控制单元，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第一信号；
第三控制单元，连接所述第一控制单元，用于对所述第一驱动子信号进行逻辑转换，得到并输出所述第二信号；
所述第一控制单元为非门；所述第二控制单元为与非门；所述第三控制单元为非门；
所述控制电路、所述第一驱动电路、所述第二驱动电路与所述H桥驱动电路封装在一个集成电路中。
2.如权利要求1所述的H桥马达驱动器，其特征在于，所述第一PMOS管、所述第一NMOS管、所述第二PMOS管以及所述第二NMOS管均采用环栅结构的晶体管。
3.一种电机设备，其特征在于，包括权利要求1或2所述的H桥马达驱动器。
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