CN103439847A - 一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路，该驱动电路包括：依次连接的隔离电路、双沿检测及驱动脉冲产生电路，以及全桥驱动电路；其中，所述隔离电路用于将输入的控制信号与电路板内的逻辑电平相隔离；所述双沿检测及驱动脉冲产生电路用于对上升沿及下降沿进行检测，以及从所述输入的控制信号中剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号；所述全桥驱动电路用于将所述机械快门的开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号。本发明提供的驱动电路能耗较低，体积较小，易于集成在机械快门中，降低快门外部控制单元的成本。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路。
背景技术
在大多数电子机械快门产品中，均通过控制传统电磁铁的通断，拉动叶片的开启和闭合。
该类快门的驱动电路在曝光初始阶段给电磁铁线圈输出一个高电压脉冲令叶片快速开启，随后输出较低的保持电压来维持叶片开启状态，直到曝光脉冲结束，电磁铁线圈断电，叶片闭合。这类驱动电路运用阶梯电压控制技术，原理复杂；由于采用瞬时高压脉冲，会造成较大的电磁干扰；长时间的保持电压在曝光时间较长的情况下，容易造成驱动电路发热，自损耗较高。
并且，机械快门驱动电路通常采用单片机控制，通过光耦、MOS管（金属氧化物半导体场效应管）、继电器及单片机组成的反馈采集及控制回路进行控制，通过反馈信号检测当前快门的状态信息，进而通过单片机对光耦及继电器进行通断控制，使得机械快门处于开启、保持、关闭等不同的状态。
由以上可知，现有技术主要存在以下缺陷：1）由于其机械快门的原理限制，其电路中必须存在反馈检测，电路及逻辑复杂；2）系统需要双电源供电，电路复杂；3）机械快门开启状态下需要电流一直导通，整个电路功耗大；4）该驱动电路中采用了直流电磁继电器，而直流电磁继电器的触点动作时间是毫秒级的，会导致驱动电路会存在较大的时间延迟，影响机械快门的操作精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路，该驱动电路能耗较低，体积较小，易于集成在机械快门中，降低快门外部控制单元的成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路，该驱动电路包括：依次连接的隔离电路、双沿检测及驱动脉冲产生电路，以及全桥驱动电路；其中，所述隔离电路用于将输入的控制信号与电路板内的逻辑电平相隔离；所述双沿检测及驱动脉冲产生电路用于对上升沿及下降沿进行检测，以及从所述输入的控制信号中剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号；所述全桥驱动电路用于将所述机械快门的开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过采用双沿检测及驱动脉冲产生电路将输入控制信号剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号，进而通过全桥驱动电路将控制开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号，在有效的降低系统功耗的同时，由于双沿检测及驱动脉冲产生电路可以保证每次输出的控制信号高电平时间恒定，在系统中不必引入反馈信息；另一方面，由于全桥驱动电路的引入，保证了系统单电源实现驱动信号的输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路的功能性示意图；
图2为本发明实施例提供的一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的机械快门驱动电路，输入端为一路数字量信号，该输入信号高电平的保持时间等于曝光时间。输出为一路交流信号，当输入信号上升沿到来时，输出为一个正向脉冲；当输入信号下降沿到来，输出为一个负向脉冲。通过改变RC电路（相移电路）中阻值或容值，脉冲宽度可根据双稳态机械快门中具体的电磁铁要求设定，这种设计的驱动电路能满足不同参数的双稳态快门的需求。
实施例
图1为本发明实施例提供的一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路的示意图。如图1所示，该驱动电路主要包括：
依次连接的隔离电路11、双沿检测及驱动脉冲产生电路12，以及全桥驱动电路13；其中，所述隔离电路11用于将输入的控制信号与电路板内的逻辑电平相隔离；所述双沿检测及驱动脉冲产生电路12用于对上升沿及下降沿进行检测，以及从所述输入的控制信号中剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号；所述全桥驱动电路13用于将所述机械快门的开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号。
所述隔离电路11包括：用于隔离信号的光电耦合器。
所述双沿检测及驱动脉冲产生电路12包括：第一与第二或非门，以及第一与第二D触发器；
其中，第一或非门分别与第二或非门及第一D触发器相连；第二或非门分别与第一及第二D触发器相连。
所述全桥驱动电路13包括：第一与第二P沟道金属氧化层半导体场效晶体管MOS管，以及第一与第二N沟道MOS管；
其中，第一与第二P沟道MOS管的漏极与电源连接，第一与第二N沟道MOS管的漏极接地；第一P沟道MOS管与第一N沟道MOS管的源极相连，第二P沟道MOS管与第二N沟道MOS管的源极相连。
以上为本发明实施例中双稳态机械快门驱动电路的主要组成及其结构，为了便于进一步理解本发明，下面结合附图2做进一步说明。
图2中，隔离电路可以由光耦U1（MOCD213）实现，双沿检测及驱动脉冲产生电路可以由或非门U2_A与U2_B（CD4001），以及D触发器U3_A与U3_B（CD4013）实现，全桥驱动电路可以由N沟道MOS管Q2与Q4（IRFR024），以及P沟道MOS管Q1与Q3（IRFR9024）实现。
该电路的连接关系具体为：光耦U1前端输入串联一个匹配电阻R1，后端输出7脚接地，8脚直接连到或非门U2_A的1脚和2脚，同时通过一上拉电阻R2接12V电平（VCC12）。或非门U2_A的3脚连到D触发器U3_A的3脚和或非门U2_B的5脚，或非门U2_B的6脚连到D触发器U3_A的1脚，或非门U2_B的4脚连到D触发器U3_B的11引脚。D触发器U3_A的5脚和U3_B的9脚接12V电平，D触发器U3_A的6脚和U3_B的8脚接地，D触发器U3_A的4脚通过电阻R4和开关二极管D2并联接到1脚，并通过电容C2接地，D触发器U3_B的10脚通过电阻R3和开关二极管D1并联接到13脚，并通过电容C1接地，D触发器U3_A的1脚串联一个分压电阻R7接到N沟道MOS管Q2的栅极，D触发器U3_A的2脚串联一个分压电阻R10接到P沟道MOS管Q3的栅极，D触发器U3_B的13引脚串联一个分压电阻R11接到N沟道MOS管Q4的栅极，D触发器U3_B的12引脚串联一个分压电阻R6接到P沟道MOS管Q1的栅极。分压电阻R5、R8、R9、R12分别并联在Q1、Q2、Q3、Q4栅源极间，N沟道MOS管Q2和Q4的漏极接地，P沟道MOS管Q1和Q3的漏极接12V电压（VCC12），Q1与Q2的两个源极直接相连，Q3与Q4的两个源极直接相连。
进一步的，为便于理解该电路的工作原理，下面基于附图2及各个原件的连接关系做详细介绍。
该电路中的光耦U1用于将输入的控制信号与电路板内的逻辑电平隔离；当TTL1_P-TTL1_N为高电平时，光耦集电极输出为0V；TTL1_P-TTL1_N为低电平时，光耦集电极输出为12V。
该电路中的或非门（U2_A与U2_B）与D触发器（U3_A与U3_B）主要用于对上升沿及下降沿进行检测，以及从所述输入的控制信号中剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号。光耦集电极（8脚）输出连接到或非门U2_A的输入1脚和2脚；U2_A的输出3脚连接到D触发器U3_A的时钟端3脚上；同时，或非门U2_A的输出3脚与D触发器U3_A输出1脚分别连接到或非门U2_B的输入端5脚与6脚，而或非门U2_B输出4脚连接到D触发器U3_B的时钟端11脚上。当光耦U1集电极输出由高电平变为低电平时，或非门U2_A的输出为上升沿，触发D触发器U3_A进行数据转换；而当光耦U1集电极输出由低电平变为高电平时，或非门U2_B输出为上升沿，触发D触发器U3_B进行数据转换。
下面以上升沿检测为例具体分析，数字量输入上升沿检测及驱动脉冲产生电路由U2_A，U3_A以及电阻R4，开关二极管D2，电容C2组成。当TTL1_P-TTL1_N为上升沿时，光耦U1集电极输出为下降沿，而U3_A的时钟端为上升沿，故触发U3_A进行数据转换。由于D触发器U3_A的1D端连接到12V（VCC12），则TTL1_P-TTL1_N为上升沿时，输出端q为12V；此时电路会通过电阻R4对C2进行充电，其充电时间T由R4阻值R及C2容值C确定：T=RC*ln[12/(12-Vth)]；其中，Vth为D触发器复位端有效的门限值。当C2>Vth时，D触发器U3_A输出复位，变为0V，如此反复。数字量输入下降沿检测及驱动脉冲产生电路由U2_B，U3_B以及R3，D1，C1组成，原理与上升沿检测电路相同，在此不再赘述。
该电路中的P沟道MOS管Q1与Q3以及N沟道MOS管Q2与Q4用于将所述机械快门的开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号并输出，并实现单电源对机械快门的驱动。在工作时，当D触发器U3_A的1脚和U3_B的13脚均为低时，Q1、Q2、Q3、Q4均处于截止状态，AO_P与AO_N无电压输出。当D触发器U3_A的1脚输出为高，2脚为低时，Q2与Q3均导通，Q1与Q4截止，AO_P被拉至12V，AO_N被拉至0V，AO_P-AO_N为正电平；当D触发器U3_B的13脚输出为高，12脚为低时，Q1与Q4均导通，Q2与Q3截止，AO_P被拉至0V，AO_N被拉至12V，AO_P-AO_N为负电平。
本发明实施例通过采用双沿检测及驱动脉冲产生电路将输入控制信号剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号，进而通过全桥驱动电路将控制开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号，在有效的降低系统功耗的同时，由于双沿检测及驱动脉冲产生电路可以保证每次输出的控制信号高电平时间恒定，在系统中不必引入反馈信息；另一方面，由于全桥驱动电路的引入，保证了系统单电源实现驱动信号的输出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种低功耗的双稳态机械快门驱动电路，其特征在于，该驱动电路包括：依次连接的隔离电路、双沿检测及驱动脉冲产生电路，以及全桥驱动电路；其中，所述隔离电路用于将输入的控制信号与电路板内的逻辑电平相隔离；所述双沿检测及驱动脉冲产生电路用于对上升沿及下降沿进行检测，以及从所述输入的控制信号中剥离出机械快门的开启及关闭的控制信号；所述全桥驱动电路用于将所述机械快门的开启及关闭的控制信号转换为机械快门的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述隔离电路包括：用于隔离信号的光电耦合器。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述双沿检测及驱动脉冲产生电路包括：第一与第二或非门，以及第一与第二D触发器；
其中，第一或非门分别与第二或非门及第一D触发器相连；第二或非门分别与第一及第二D触发器相连。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述全桥驱动电路包括：第一与第二P沟道金属氧化层半导体场效晶体管MOS管，以及第一与第二N沟道MOS管；
其中，第一与第二P沟道MOS管的漏极与电源连接，第一与第二N沟道MOS管的漏极接地；第一P沟道MOS管与第一N沟道MOS管的源极相连，第二P沟道MOS管与第二N沟道MOS管的源极相连。
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