CN103257666B - 摩托车用单相mos调压器专用集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特点是：该集成电路包括电源端、接地端、第一至第二信号输入端、调整电压检测端、过压检测端、电源控制端、第一至第二输出端，以及对以下电路进行集成的电路，这些电路包括：第一至第二通道控制模块、过电压检测电路、调整电压检测电路、电源控制电路、低压启动电路和电源电路；所述过电压检测电路将过压检测端电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一和第二通道控制模块以及电源控制电路；所述调整电压检测电路将调整电压检测端电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一和第二通道控制模块以及电源控制电路；本发明可广泛应用于各类单相MOS调压器中。

Description

摩托车用单相MOS调压器专用集成电路

技术领域

本发明涉及集成电路，具体涉及摩托车用单相MOS调压器专用集成电路。

背景技术

摩托车是现代的重要交通工具，现有的MOSFET调压器为并联式调压器，利用功率MOS器件取代可控硅作为调压器的电压调整器件。由于MOS管导通压降比可控硅小一个数量级，因此能大幅度降低调压器的热负荷，很容易制作大功率调压器；热负荷的降低一方面提高了调压器可靠性，另一方面也可以大幅度减小调压器体积，减少资源消耗。但由于MOSFET调压器电路复杂，采用分离电路成本较高，工艺难度大，使该技术一直没有普及。因此，设计专用集成电路制作MOSFET调压器是解决成本和工艺问题的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、工艺简单、性能优的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路。

为了解决上述技术问题，根据本发明的技术方案，摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特点是：该集成电路包括电源端、接地端、第一信号输入端、第二信号输入端、调整电压检测端、过压检测端、电源控制端、第一输出端和第二输出端，以及对以下电路进行集成的电路，这些电路包括：第一通道控制模块、第二通道控制模块、过电压检测电路、调整电压检测电路、电源控制电路、低压启动电路和电源电路；

所述过电压检测电路将过压检测端电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一通道控制模块、第二通道控制模块和电源控制电路；

所述调整电压检测电路将调整电压检测端电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一通道控制模块、第二通道控制模块和电源控制电路；

电源控制电路接收过电压检测电路和调整电压检测电路的输出信号，当过压检测端电压和调整电压检测端电压均低于基准比较电压时，电源控制电路输出关断信号到电源控制端，控制蓄电瓶不对电源端供电；；

低压启动电路对电源端电压进行检测，输出检测信号到所述第一通道控制模块和第二通道控制模块；当电源端电压低于启动阀值时，控制第一通道控制模块和第二通道控制模块输出低电平，使调压器的第一MOS管和第二MOS管截止；

第一通道控制模块和第二通道控制模块分别通过第一信号输入端和第二信号输入端接收摩托车磁电机第一、和第二相输出的电压信号，并同时接收过电压检测电路、调整电压检测电路和低压启动电路输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，分别通过第一输出端和第二输出端输出；以分别控制调压器的第一MOS管和第二MOS管导通或截止。

在本发明中，通道控制模块由过电压检测电路、调整电压检测电路和低压启动电路共同控制；通过设置过电压检测电路，在无蓄电瓶状态时，如果调压器输出电压大于过压保护电压时，过压检测端电压大于基准比较电压，第一输出端和第二输出端输出高电平，使MOS管导通，调压器输出立刻降低到零电压，保护负载免受过压冲击；过压保护电压可通过集成电路外围取样电阻对调压器输出电压的分压比来调整，过压保护电压通常设置为25V左右，远大于调整电压。通过设置调整电压检测电路，当调压器输出电压小于调整电压，即调整电压检测端电压小于基准比较电压，通道控制模块输出低电平，该相对应的MOS管关断，该相输出通过调压器给负载充电，一旦充电，该相必须完成整个正半周电压充电直到相电压由正到负过零；同理，如果调压器输出电压大于调整电压，该相对应的MOS管导通，调压器不给负载充电；调整电压也可通过集成电路外围取样电阻对调压器输出电压的分压比来调整，调整电压通常设置为14.5V左右；通过设置低压启动电路，当电源端电压低于启动阀值时，控制调压器的第一MOS管和第二MOS管截止，使调压器启动时不会损坏，提高了调压器的可靠性；并且，通过设置电源控制电路，当过压检测端电压和调整电压检测端电压均低于基准比较电压时，电源控制电路输出关断信号到电源控制端，即可实现在摩托车发动机不工作时，控制蓄电瓶不对该集成电路供电，使调压器的静态电流减少，保护了蓄电瓶，延长了蓄电瓶的使用寿命。

根据本发明所述的摩托车调压器专用集成电路的一个优选方案，该集成电路还包括温度补偿端和基准源电路；

所述基准源电路产生基准电压和电流源，基准电压通过温度补偿端输出，并同时作为过电压检测电路和调整电压检测电路的基准比较电压。

本发明通过基准源电路产生基准电压，基准电压可通过温度补偿端与电源端之间外接一个电阻进行温度补偿，使调压器输出电压温度系数接近零，调压器性能稳定，能满足各种使用环境条件要求。

根据本发明所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路的一个优选方案，第一通道控制模块包括第一过零检测电路、第一通道控制电路和第一输出驱动电路；第二通道控制模块包括第二过零检测电路、第二通道控制电路和第二输出驱动电路；

所述第一过零检测电路接收摩托车磁电机第一相输出的电压信号，进行过零检测，并将检测结果输出到所述第一通道控制电路；

所述第二过零检测电路接收摩托车磁电机第二相输出的电压信号，进行过零检测，并将检测结果输出到所述第二通道控制电路；

所述第一通道控制电路接收摩托车磁电机第一相输出的电压信号和所述第一过零检测电路输出的信号，接收所述低压启动电路输出的电压检测信号，同时接收过电压检测电路和调整电压检测电路输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，输出到第一输出驱动电路；第一输出驱动电路对信号进行放大处理后通过第一输出端输出；以控制调压器的第一MOS管导通或截止；

所述第二通道控制电路接收摩托车磁电机第二相输出的电压信号和所述第二过零检测电路输出的信号，接收所述低压启动电路输出的电压检测信号，同时接收过电压检测电路和调整电压检测电路输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，输出到第二输出驱动电路；第二输出驱动电路对信号进行放大处理后通过第二输出端输出；以控制调压器的第二MOS管导通或截止；

本发明采用过零调压方式，可有效提高系统的充电能力，抑制系统的电磁干扰，减少调压器热负荷；减小整流二极管上负脉冲尖峰电流，提高调压器的可靠性。

根据本发明所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路的一个优选方案，所述电源控制电路包括与非门和第十二开关管，与非门接收所述过电压检测电路和所述调整电压检测电路的输出信号，与非门的输出为第十二开关管提供驱动信号，当所述过电压检测电路和所述调整电压检测电路的输出均为高电平时，控制第十二开关管截止。即可实现摩托车发动机不工作时，控制蓄电瓶不对电源端供电。

根据本发明所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路的一个优选方案，所述基准源电路包括第十四、第十五开关管、电阻和稳压管，第十五开关管和电阻串联连接构成电流源，该电流源通过第十四开关管为稳压管提供偏置电流，稳压管的一端连接温度补偿端VREF。

本发明所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路的有益效果是：本发明可以有效提高系统的充电能力，抑制系统的电磁干扰；电路具有温度补偿功能，具有低转速保护功能和过压保护功能；在无蓄电瓶状态时，能保护负载免受过压冲击；在摩托车发动机不工作时，能控制蓄电瓶不对该集成电路供电，使调压器的静态电流减少，保护了蓄电瓶，延长了蓄电瓶的使用寿命；采用本发明后，调压器输出电压稳定，热负荷低；具有工艺简单、成本低、可靠性高、抗干扰能力强的优点；可广泛应用于各类单相MOS调压器中。

附图说明

图1是本发明所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路原理及应用方框图。

图2是本发明所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路的原理框图。

图3是本发明电源电路109和基准源电路108的原理图。

图4是电源控制电路106的原理图。

具体实施方式

参见图1和图2，摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特征在于：

包括电源端VDD、接地端GND、第一信号输入端IN1、第二信号输入端IN2、调整电压检测端VAJ、过压检测端VLM、电源控制端VST、第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，以及对以下电路进行集成的电路，这些电路包括：第一通道控制模块101、第二通道控制模块102、过电压检测电路104、调整电压检测电路105、电源控制电路106、低压启动电路107和电源电路109；

所述过电压检测电路104将过压检测端VLM电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一通道控制模块101、第二通道控制模块102和电源控制电路106；

所述调整电压检测电路105将调整电压检测端VAJ电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一通道控制模块101、第二通道控制模块102和电源控制电路106；

电源控制电路106接收过电压检测电路104和调整电压检测电路105的输出信号，当过压检测端VLM电压和调整电压检测端VAJ电压均低于基准比较电压时，电源控制电路106输出关断信号到电源控制端VST，控制蓄电瓶不对电源端VDD供电；

低压启动电路107对电源端VDD电压进行检测，输出检测信号到所述第一通道控制模块101、第二通道控制模块102；当电源端VDD电压低于启动阀值时，使第一输出端OUT1和第二输出端OUT2输出低电平，控制调压器的第一MOS管M1和第二MOS管M2截止；

第一通道控制模块101和第二通道控制模块102分别通过第一信号输入端IN1和第二信号输入端IN2接收摩托车磁电机第一和第二相输出的电压信号，并同时接收过电压检测电路104、调整电压检测电路105和低压启动电路107输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，分别通过第一输出端OUT1和第二输出端OUT2输出；以分别控制调压器的第一MOS管M1和第二MOS管M2导通或截止。

在具体实施例中，该集成电路还包括温度补偿端VREF和基准源电路108；

所述基准源电路108产生基准电压和电流源，基准电压通过温度补偿端VREF输出，并同时作为过电压检测电路104和调整电压检测电路105的基准比较电压。

在具体实施例中，参见图2，第一通道控制模块101包括第一过零检测电路111、第一通道控制电路112和第一输出驱动电路113；第二通道控制模块102包括第二过零检测电路121、第二通道控制电路122和第二输出驱动电路123；

所述第一过零检测电路111接收摩托车磁电机第一相输出的电压信号，进行过零检测，并将检测结果输出到所述第一通道控制电路112；

所述第二过零检测电路121接收摩托车磁电机第二相输出的电压信号，进行过零检测，并将检测结果输出到所述第二通道控制电路122；

所述第一通道控制电路112接收摩托车磁电机第一相输出的电压信号和所述第一过零检测电路111输出的信号，接收所述低压启动电路107输出的电压检测信号，同时接收过电压检测电路104和调整电压检测电路105输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，输出到第一输出驱动电路113；第一输出驱动电路113对信号进行放大处理后通过第一输出端OUT1输出；以控制调压器的第一MOS管M1导通或截止；

所述第二通道控制电路122接收摩托车磁电机第二相输出的电压信号和所述第二过零检测电路121输出的信号，接收所述低压启动电路107输出的电压检测信号，同时接收过电压检测电路104和调整电压检测电路105输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，输出到第二输出驱动电路123；第二输出驱动电路123对信号进行放大处理后通过第二输出端OUT2输出；以控制调压器的第二MOS管M2导通或截止。

采用过零检测电路，如果蓄电瓶电压低于调整电压，在每相输入由负到正过零时，磁电机相输出开始对蓄电瓶充电，当由正到负过零时充电结束。而一旦开始充电，即使蓄电瓶电压超过调压电压，该相的充电也不会结束。

即；磁电机的相输出是否对蓄电瓶充电取决于该相电压过零时蓄电瓶电压是否大于调整电压。如果大于调整电压，该相MOS管导通，将相与地短路，该相不会对蓄电瓶充电；如果小于调整电压，该相MOS管关断，对蓄电瓶充电。

一旦磁电机相输出对蓄电瓶充电，该相的输出就与蓄电瓶电压无关，即MOS管不会导通，直到相电压过零。

在具体实施例中，电路的参数设置具体为：

过电压检测电路104和调整电压检测电路105采用相同的基准比较电压VREF，基准比较电压VREF由基准源电路108产生，为5.2V左右；在应用时，调整取样电阻R17、R18对调压器输出电压VOUT的分压比，使调压器输出电压VOUT大于14.5V左右时，调整电压检测电路105输出为低电平，否则输出高电平；调整取样电阻R19、R20对调压器输出电压VOUT的分压比，使调压器输出电压VOUT大于25V左右时，过电压检测电路104输出低电平，否则输出高电平。

低压启动电路107的输出信号LST：当电源端VDD电压低于启动阀值时，LST为1电平，高于启动阈值时，LST为0电平。

过零检测电路的输出信号COUT：当输入信号IN大于10mV，COUT输出为1电平，输入信号IN小于-10mV，COUT输出为0电平。

调整电压检测电路105的输出信号ADJ：当调整电压检测端VAJ输入大于5.2V，即调压器输出电压VOUT大于14.5V时，ADJ端为0电平，调压器输出电压VOUT小于14.5V时，ADJ端为1电平。

过电压检测电路104的输出信号VLIM：当过压检测端VLM大于5.2V，即调压器输出电压VOUT大于25V时，VLIM端为0电平，调压器输出电压VOUT小于25V时，VLIM端为1电平。

真值表：

LST	COUT	VLIM	ADJ	IN+	输出OUT
						1	X	X	X	X	0
0	0	X	X	X	1
						0	1	0	X	X	1
0	1	1	0	1	维持原输出
						0	1	1	1	1	0

表中OUT为相应通道控制模块输出；IN+为相输入信号；设置当相输入信号大于7V左右时，IN+为1电平；

真值表中第1行表示：如果电源端VDD电压低于启动阀值时，LST信号为1，通道控制模块输出始终为0电平，与其它信号无关；

真值表中第2行表示：当电源端VDD电压高于启动阀值时，如果输入信号IN小于-10mV，通道控制模块输出为1电平；

真值表中第3行表示：当电源端VDD电压高于启动阀值时，如果输入信号IN大于10mV，调压器输出电压VOUT大于25V时，通道控制模块输出为1电平；

真值表中第4行表示：当电源端VDD电压高于启动阀值时，输入信号IN大于10mV，调压器输出电压VOUT大于14.5V但小于25V，IN+为1电平时，通道控制模块维持原输出；

真值表中第5行表示：当电源端VDD电压高于启动阀值时，输入信号IN大于10mV且IN+为1电平时，调压器输出电压VOUT小于14.5V，通道控制模块输出为0电平。

综合真值表中第3行和第5行，显示了过零调整特性。

在具体实施例中，参见图4，所述电源控制电路106由与非门IC1、第十二开关管M12和电阻R6构成，与非门IC1接收所述过电压检测电路104和所述调整电压检测电路105的输出信号，与非门IC1的输出为第十二开关管M12提供驱动信号，当所述过电压检测电路104和所述调整电压检测电路105的输出均为高电平时，控制第十二开关管M12不导通，所述第十二开关管M12可以采用NMOS管，该NMOS管的栅级接与非门IC1的输出，源级和衬底接地，漏级通过电阻R6接电源控制端VST，电源控制端VST通过集成电路外部电阻与外部PNP管Q1的基极连接，即该NMOS管为PNP管Q1提供驱动电流，蓄电瓶通过PNP管Q1为集成电路电源端VDD供电。

其工作原理是：摩托车发动机不工作时，调压器的输出电压为蓄电瓶电压，最大不超过13.2V，低于调整电压，通常调整电压为14.5V左右，此时，过压检测端VLM电压和调整电压检测端VAJ电压均低于基准比较电压VREF，过压电压检测电路104和调整电压检测电路105均输出为高电平，与非门IC1输出为0电平，第十二开关管M12不导通，使外接的PNP管不导通，蓄电瓶不会给集成电路提供电流，调压器静态工作电流很小。

当调压器输出端的电压大于调整电压或过压保护电压时，过电压检测电路104和调整电压检测电路105中至少有一个电路输出为零电平。与非门IC1输出为高电平，第十二开关管M12导通，调压器输出端通过外接PNP管Q1给集成电路电源端VDD供电。

通过该电路，可以减小调压器静态工作电流，同时不会影响调压器正常工作。

在具体实施例中，参见图3，所述基准源电路108由第四、第五、第十四、第十五开关管、电阻R4、R5和稳压管Z1构成，第四、第十四、第十五开关管为PMOS管，第五开关管为NMOS管；第十五开关管M15的衬底与电源端VDD连接，第十五开关管M15的栅极与漏极连接；第十五开关管的漏极与第十四开关管的栅极连接；电源端VDD通过第十五开关管M15的源-漏极以及串联连接的电阻R4、R5到地；同时，电源端VDD还通过第十四开关管的源-漏极以及稳压管Z1到地；第十五开关管M15和电阻R4、R5构成电流源，该电流源通过第十四开关管为稳压管Z1提供偏置电流，稳压管Z1的一端连接温度补偿端VREF。

本电路采用最简单的电流源模块，电流源由第十五开关管和电阻串联连接构成，通过比例方式为稳压管Z1提供偏置，并分配到其它电流源。本电路的基准电压由稳压管Z1提供，在5.2V左右，且通过温度补偿端VREF输出。该电路可以保证基准电压具有温度补偿功能，在温度补偿端VREF到电源端VDD连接一个几百K的电阻可以调整基准源的温度系数。外连接的电阻越小基准源越趋向正温度系数，外连接的电阻越大基准源越趋向负温度系数。

电源电路109包括电阻R1～R3、二极管D1～D3、比较器B1和MOS管M13，其中，比较器B1和MOS管M13构成并联稳压器，稳压管Z1提供约为5.2V的基准电源。当电源端VDD电压通过电阻R4、R5分压后大于稳压管Z1的稳压电压5.2V，比较器B1控制MOS管M13导通，使VDD的电压始终小于16V。

电源端VDD电压主要通过外部二极管D12～D14和限流电阻R11提供。电机的相线P1，P2，P3通过电阻R14～R16到IN1，IN2，IN3，再通过内部二极管D1～D3也可以提供电源，但由于电阻R14～R16很大，电流能力较差，只能使电源端VDD达到启动电压。

本发明与申请号为201210184590.9的技术方案相比，通过增加电源控制端VST、温度补偿端VREF和电源控制电路106，在摩托车发动机不工作时，电源控制电路106输出关断信号到电源控制端VST，控制蓄电瓶不对该集成电路供电，使调压器的静态电流减少，保护了蓄电瓶，延长了蓄电瓶的使用寿命；本发明具有温度补偿功能，使调压器输出电压温度系数接近零，调压器性能稳定，能满足各种使用环境条件要求。

Claims (4)

1.摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特征在于：

该集成电路包括电源端（VDD）、接地端（GND）、第一信号输入端（IN1）、第二信号输入端（IN2）、调整电压检测端（VAJ）、过压检测端（VLM）、电源控制端（VST）、第一输出端（OUT1）和第二输出端（OUT2），以及对以下电路进行集成的电路，这些电路包括：第一通道控制模块（101）、第二通道控制模块（102）、过电压检测电路（104）、调整电压检测电路（105）、电源控制电路（106）、低压启动电路（107）和电源电路（109）；

所述过电压检测电路（104）将过压检测端（VLM）电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一通道控制模块（101）、第二通道控制模块（102）和电源控制电路（106）；

所述调整电压检测电路（105）将调整电压检测端（VAJ）电压与基准比较电压进行比较，将比较结果输出到第一通道控制模块（101）、第二通道控制模块（102）和电源控制电路（106）；

电源控制电路（106）接收过电压检测电路（104）和调整电压检测电路（105）的输出信号，当过压检测端（VLM）电压和调整电压检测端（VAJ）电压均低于基准比较电压时，电源控制电路（106）输出关断信号到电源控制端（VST），控制蓄电瓶不对电源端（VDD）供电；

低压启动电路（107）对电源端（VDD）电压进行检测，输出检测信号到所述第一通道控制模块（101）和第二通道控制模块（102）；当电源端（VDD）电压低于启动阀值时，控制第一通道控制模块（101）和第二通道控制模块（102）输出低电平；

第一通道控制模块（101）和第二通道控制模块（102）分别通过第一信号输入端（IN1）和第二信号输入端（IN2）接收摩托车磁电机第一、和第二相输出的电压信号，并同时接收过电压检测电路（104）、调整电压检测电路（105）和低压启动电路（107）输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，再分别通过第一输出端（OUT1）和第二输出端（OUT2）输出；

该集成电路还包括温度补偿端（VREF）和基准源电路（108）；

所述基准源电路（108）产生基准电压和电流源，基准电压通过温度补偿端（VREF）输出，并同时作为过电压检测电路（104）和调整电压检测电路（105）的基准比较电压。

2.根据权利要求1所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特征在于：

第一通道控制模块（101）包括第一过零检测电路（111）、第一通道控制电路（112）和第一输出驱动电路（113）；第二通道控制模块（102）包括第二过零检测电路（121）、第二通道控制电路（122）和第二输出驱动电路（123）；

所述第一过零检测电路（111）接收摩托车磁电机第一相输出的电压信号，进行过零检测，并将检测结果输出到所述第一通道控制电路（112）；

所述第二过零检测电路（121）接收摩托车磁电机第二相输出的电压信号，进行过零检测，并将检测结果输出到所述第二通道控制电路（122）；

所述第一通道控制电路（112）接收摩托车磁电机第一相输出的电压信号和所述第一过零检测电路（111）输出的信号，接收所述低压启动电路（107）输出的电压检测信号，同时接收过电压检测电路（104）和调整电压检测电路（105）输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，输出到第一输出驱动电路（113）；第一输出驱动电路（113）对信号进行放大处理后通过第一输出端（OUT1）输出；

所述第二通道控制电路（122）接收摩托车磁电机第二相输出的电压信号和所述第二过零检测电路（121）输出的信号，接收所述低压启动电路（107）输出的电压检测信号，同时接收过电压检测电路（104）和调整电压检测电路（105）输出的信号，进行逻辑处理，生成控制信号，输出到第二输出驱动电路（123）；第二输出驱动电路（123）对信号进行放大处理后通过第二输出端（OUT2）输出。

3.根据权利要求1或2所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特征在于：

所述电源控制电路（106）包括与非门（IC1）和第十二开关管（M12），与非门（IC1）接收所述过电压检测电路（104）和所述调整电压检测电路（105）的输出信号，与非门（IC1）的输出为第十二开关管（M12）提供驱动信号，当所述过电压检测电路（104）和所述调整电压检测电路（105）的输出均为高电平时，控制第十二开关管（M12）不导通。

4.根据权利要求3所述的摩托车用单相MOS调压器专用集成电路，其特征在于：所述基准源电路（108）包括第十四、第十五开关管、电阻和稳压管（Z1），第十五开关管和电阻串联连接构成电流源，该电流源通过第十四开关管为稳压管（Z1）提供偏置电流，稳压管（Z1）的一端连接温度补偿端（VREF）。