CN103001562A

CN103001562A - 内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路

Info

Publication number: CN103001562A
Application number: CN2011102768303A
Authority: CN
Inventors: 王敬; 冉建桥; 潘军
Original assignee: SINOTECH MIXIC ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SINOTECH MIXIC ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路，涉及电路结构，具体涉及玩具用驱动电路结构。包括控制器和直流电机驱动集成电路；直流电机驱动集成电路的输入端两个信号接控制器输出端，直流电机驱动集成电路输出端分别接直流马达两端；所述直流电机驱动集成电路内置了功率开关，单个电路即可直接驱动直流电机，可实现直流电机正转、反转、刹车和停转控制；所述直流电机驱动集成电路上有温度保护电路，它解决了现有的驱动电路技术存在的无保护功能引起的玩具电机堵转安全性问题；所述直流电机驱动集成电路采用DIP8或者SOP8小尺寸封装，它解决了现有的驱动电路技术采用分离元件，焊接点多，焊接成本接近元器件成本，总体成本高的问题。

Description

内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路

技术领域

本发明涉及电路结构，具体涉及玩具用驱动电路结构。

背景技术

电动玩具车通常采用小型直流电机作为动力源。要实现电动玩具车前进、后退功能，通常采用两个小型直流电机。一个电机用于驱动电动玩具车后轮，通过控制电机正转、反转可以让电动玩具车做前进、后退运动；另一个电机用于驱动电动玩具车前轮，通过控制电机的正转、反转可以让电动玩具车做左转、右转运动。玩具车本身具备一定的重量，如果驱动电路电流驱动能力不足，则无法实现电动玩具车正常行驶，会出现行驶缓慢甚至停止不动的现象，因此直流电机驱动集成电路设计非常关键，图1、图2是现有背景技术使用较广泛的两种驱动电路。当P1和N2管导通时，电机向一个方向转动，当P2和N1管导通时，电机反向转动。P1和N1以及P2和N2禁止同时导通。图1在小电流电机驱动上应用较多，图2在大电流电机驱动上应用较多。

图1和图2所示驱动电路技术有两个主要的缺点：1、无保护功能，当遥控玩具车遇到障碍物时，直流电机无法转动，进入堵转状态，电机变为纯电阻负载，由于电机线圈由金属导线绕制而成，其内阻较小，堵转时驱动电流就会异常增大，2节电池供电的玩具车可以达到2A的堵转电流，图1、图2所示的驱动电路，其功率三极管P1/N2或者P2/N1由于本身具有一定的导通电阻，当电流急剧增大时，这些元器件将承受大量的功耗，电路温度随即升高，严重时会引起塑料封装冒烟甚至起火，引发安全性问题，给玩具企业造成巨大损失；2、驱动电路采用分离元器件，焊接点多，如果采用环保焊锡，焊接成本接近元器件成本，总体成本高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于提供一种内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路，本发明解决了现有的驱动电路技术存在的无保护功能，当电流急剧增大时，这些元器件将承受大量的功耗，电路温度随即升高，严重时会引起塑料封装冒烟甚至起火，引发安全性问题；本发明还解决了现有的驱动电路元器件众多，焊接点多，焊接成本接近元器件成本，总体成本高的问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：包括直流电机驱动集成电路300；

所述直流电机驱动集成电路300包含两个输入端INA、INB，两个输出端OA、OB，一个逻辑控制电源端VCC，一个功率驱动电源端VDD，一个模拟地，一个功率地；直流电机驱动集成电路300的输入端INA和INB两个信号接控制器100输出端，直流电机驱动集成电路300输出端OA和OB分别接直流马达200两端；直流电机驱动集成电路300逻辑控制电源VCC与电源端接在一起，直流电机驱动集成电路300功率驱动电源VDD与驱动电源直接连接，模拟地与功率地通过PCB板连接在一起。

输入输出信号控制关系为：1、当输入信号INA为高，INB为低时，OA输出高电平、OB输出低电平，电流由功率开关管P1经端口OA流入电机，通过电机流入端口B，从功率开关管N2 流入功率地，该电流驱动电机转动；2、当输入信号INA为低，INB为高时，OA输出低电平，OB输出高电平，电流由功率开关管P2经端口OB流入电机，通过电机流入端口A，从功率开关管N1流入功率地，该电流方向与INA 为高、INB为低时流过电机的电流方向相反，因此电机转动方向也相反；3、INA、INB输入信号同时为高时，功率开关管P1、P2截止，N1、N2导通，OA和OB输出为低，无电流流过电机，电机不转动；4、INA、INB输入信号同时为低电平时，功率开关管P1、P2、N1、N2都处于截止状态，OA和OB输出三态，同样无电流流过电机，电机不转动。

所述直流电机驱动集成电路300采用DIP8或者SOP8脚封装。

所述直流电机驱动集成电路300中有温度保护电路400。

所述温度保护电路400由运算放大器501、比较器502、反向器503、NMOS管N1、衬底PNP管PNP1、衬底PNP管PNP2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成；所述衬底PNP管PNP1、衬底PNP管PNP2、电阻R4、电阻R5、电阻R6以及运算放大器501构成带隙基准；运算放大器501输出端为1.25V带隙基准电压；电阻R1、电阻R2、电阻R3对带隙基准电压分压，电阻R2与电阻R3的公共节点连接至比较器502负端，该电压为比较器基准电压，比较器502正端连接至衬底PNP管PNP1的发射极。

本发明通过设计一个带温度保护功能，内置电机功率驱动开关以及逻辑控制等的直流电机驱动专用集成电路，将现有背景技术的一系列缺点进行了改进，提高了玩具电路系统的可靠性。该专用集成电路采用DIP8或者SOP8脚封装，减少了焊点，降低了电路控制板整体成本。

附图说明

图1是背景技术小电流马达驱动电路原理图；图1中100表示控制器，200表示直流马达。

图2是背景技术大电流马达驱动电路原理图；图2中100表示控制器，200表示直流马达。

图3是本发明的直流电机驱动电路图；图3中100表示控制器，200表示直流马达，300表示直流电机驱动集成电路，C1、C2为电解电容，104表示瓷片电容。

图4是图3中直流电机驱动集成电路内部电路原理图；图4中 INV1、INV2、INV3、IV4、INV5表示CMOS反相器；AND1、AND2、AND3、AND4、AND5、AND6、AND7表示二输入与门；NAND1、NAND2表示二输入与非门；OR1、OR2、OR3表示二输入或门；BUF1、BUF2、BUF3、BUF4表示功率开关栅极驱动电路，P1、P2为P型功率开关，N1和N2为N型功率开关；400表示温度保护电路。

图5是图4中温度保护电路原理图；图5中501为运算放大器，502为比较器，503为反向器，N1为NMOS管，PNP1、PNP2为衬底PNP管，R1、R2、R3、R4、R5、R6为电阻。

具体实施方式

图3所示，驱动集成电路300包含两个输入端INA、INB，两个输出端OA、OB，一个逻辑控制电源端VCC，一个功率驱动电源端VDD，一个模拟地，一个功率地。输入端INA和INB两个信号接控制器输出，输出端OA和OB分别接直流电机两端。逻辑控制电源VCC与控制器电源端接在一起，功率驱动电源VDD与驱动电源直接连接，模拟地与功率地通过PCB板连接在一起。

图3所示，直流电机驱动集成电路300的一种具体实现电路原理图如图4所示，图4中的一系列逻辑门实现了输入信号对输出信号的控制，当驱动集成电路300温度处于正常范围时，输入输出信号控制关系为：1、当输入信号INA为高，INB为低时，OA输出高电平、OB输出低电平，电流由功率开关管P1经端口OA流入电机，通过电机流入端口B，从功率开关管N2 流入功率地，该电流驱动电机转动。2、当输入信号INA为低，INB为高时，OA输出低电平，OB输出高电平，电流由功率开关管P2经端口OB流入电机，通过电机流入端口A，从功率开关管N1流入功率地，该电流方向与INA 为高、INB为低时流过电机的电流方向相反，因此电机转动方向也相反。3、INA、INB输入信号同时为高时，功率开关管P1、P2截止，N1、N2导通，OA和OB输出为低，无电流流过电机，电机不转动。4、INA、INB输入信号同时为低电平时，功率开关管P1、P2、N1、N2都处于截止状态，OA和OB输出三态，同样无电流流过电机，电机不转动。

图3所示直流电机驱动集成电路300，温度保护电路400受输入信号控制，当两个输入信号同时为低电平时，温度保护电路不起作用，电路进入待机低功耗模式。当有任意一个输入信号为高电平时，温度保护电路正常工作。当驱动集成电路温度处于正常水平时，温度保护电路输出低电平，不影响正常的输入输出逻辑控制。一旦温度异常，温度保护电路输出状态变化为高电平，此电平将会立即关断所有功率开关管，切断电机的电流通路，防止继续过热。切断电流通路后，芯片温度下降，下降到安全值后，温度保护电路判断电路温度恢复正常，输出信号重新变为低电平，此时可正常控制电机转动。如果电机仍然处于异常状态，芯片温度继续升高，超过温度保护点，温度保护电路又会再次起作用，维持芯片的温度始终在一个合理的水平，直到负载恢复正常。

图5为图4所示温度保护电路400的一种具体实现原理图。图中PNP1、PNP2、R4、R5、R6以及运算放大器501构成带隙基准。运算放大器501输出端为1.25V基准电压，该电压温度系数极小，可在-20度至170度温度范围内视为常数。电阻R1、R2、R3对带隙基准电压分压，电阻R2与R3的公共节点连接至比较器502负端，该电压为比较器基准电压，比较器502正端连接至PNP1的发射极，由于三极管发射极电压具有负温度系数，随着温度升高，PNP1的发射极电压下降，利用该特性可实现温度检测。常温时，PNP1发射极电压较高，比较器502正端电压比负端电压高，比较器输出高电平，经过反向器后最终的温度保护电路输出信号为低电平，此时N1管道通，电阻R1短路。温度升高后，PNP1的发射极电压逐渐降低，而电阻R2与R3公共端电压为一不随温度变化的电压，因此当温度超过设定值后，比较器502正端电压小于负端电压，比较器502输出翻转为低电平，经过反向器后温度保护电压输出为高电平，N1管截止，R1与R2串联，导致比较器502负端电压升高。温度保护电路输出高电平将关断驱动电路的功率开关，切断负载电流。电流消失后，电路温度下降，由于比较器502负端电压抬高到一个更高的电压，所以只有温度下降到一定值后，比较器502输出才能回复为低电平，这样就可以实现温度迟滞功能。

图3所示的温度保护电路400可采用不同的引脚定义形式，但应该属于本发明的保护范围。图4以及图5也只是温度保护电路400的一种实现形式，也可以有其它的电路实现形式，但基本原理与图4和图5一致，应属于本发明的范畴。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路（300）：包含两个输入端（INA、INB），两个输出端（OA、OB），一个逻辑控制电源端（VCC），一个功率驱动电源端（VDD），一个模拟地，一个功率地；直流电机驱动集成电路（300）的输入端（INA和INB）两个信号接控制器（100）输出端，直流电机驱动集成电路（300）输出端（OA和OB）分别接直流马达（200）两端；直流电机驱动集成电路（300）逻辑控制电源（VCC）与电源端接在一起，直流电机驱动集成电路（300）功率驱动电源（VDD）与驱动电源直接连接，模拟地与功率地通过PCB板连接在一起。

2.如权利要求1所述内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路，其特征在于，输入输出信号控制关系为：1、当输入信号INA为高，INB为低时，OA输出高电平、OB输出低电平，电流由功率开关管P1经端口OA流入电机，通过电机流入端口B，从功率开关管N2 流入功率地，该电流驱动电机转动；2、当输入信号INA为低，INB为高时，OA输出低电平，OB输出高电平，电流由功率开关管P2经端口OB流入电机，通过电机流入端口A，从功率开关管N1流入功率地，该电流方向与INA 为高、INB为低时流过电机的电流方向相反，因此电机转动方向也相反；3、INA、INB输入信号同时为高时，功率开关管P1、P2截止，N1、N2导通，OA和OB输出为低，无电流流过电机，电机不转动；4、INA、INB输入信号同时为低电平时，功率开关管P1、P2、N1、N2都处于截止状态，OA和OB输出三态，同样无电流流过电机，电机不转动。

3.如权利要求1所述内置温度保护的玩具直流电机驱动电路，其特征在于，所述直流电机驱动集成电路（300）采用DIP8或者SOP8 封装。

4.如权利要求1所述内置温度保护的玩具直流电机驱动集成电路，所述直流电机驱动集成电路（300）中有温度保护电路（400）；所述温度保护电路（400）由运算放大器（501）、比较器（502）、反向器（503）、NMOS管（N1）、衬底PNP管（PNP1）、衬底PNP管（PNP2）、电阻（R1）、电阻（R2）、电阻（R3）、电阻（R4）、电阻（R5）、电阻（R6）构成；所述衬底PNP管（PNP1）、衬底PNP管（PNP2）、电阻（R4）、电阻（R5）、电阻（R6）以及运算放大器（501）构成带隙基准；运算放大器（501）输出端为1.25V带隙基准电压；电阻（R1）、电阻（R2）、电阻（R3）对带隙基准电压分压，电阻（R2）与电阻（R3）的公共节点连接至比较器（502）负端，该电压为比较器基准电压，比较器（502）正端连接至衬底PNP管（PNP1）的发射极。