CN104993744B - 正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路，包括霍尔电压产生单元、自适应放大比较单元和输出单元。本发明采用PWM电压输出波形来驱动线圈，利用线圈自身的阻抗，过滤高频成分，流过风扇线圈的工作电流为正弦波形，大幅降低了线圈切换时的噪音。在降低噪音的同时，并未增加芯片的功耗，保证了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路。
背景技术
单线圈直流无刷电机在运行中当驱动芯片的两个互补的输出信号发生电压状态切换的时候，由于电机线圈的电感特性，电流无法瞬间发生变化，会导致输出端的电压波形产生脉冲尖峰。在切换的过程中，电流存在高频分量，处于音频范围内的高频分量会产生人耳可听到的噪声。对于有静音要求的应用，则必须在线圈的两端加滤波电容，通过增加切换时间来缓解。这种方法会导致整体方案的成本增加，而且也降低了电机的效率。
为了降低噪声的同时不增加成本，工程师们开发了“软开关”技术。通过在驱动芯片内部的H桥设计合适的电路方案来提高输出电压波形的上升下降时间，以此降低风扇转动时的噪声。这种方法省去了两个滤波电容，降低了成本，但是会导致芯片在输出状态切换时承担较大的功耗，不利于提高可靠性，而且该方法和加滤波电容的一样会对电机的效率造成负面影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路，以解决现有单线圈直流无刷电机驱动电路电流噪声大、效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路，包括霍尔电压产生单元、自适应放大比较单元和输出单元。
其中，自适应放大比较单元包括与霍尔电压产生单元连接的全差分放大器，与全差分放大器的输出端连接的缓冲器，分别与缓冲器的输出端连接的第一比较器和第二比较器；第二比较器的正输入端通过一用于自适应调节所述全差分放大器的放大倍数的自适应幅度调整器与缓冲器连接，其负输入端与一三角波信号产生单元连接；第一比较器的负输入端连接至缓冲器的输出端，其正输入端连接有一参考电平；第一比较器的输出端和第二比较器的输出端均连接至前置驱动电路。
进一步地，霍尔电压产生单元包括一稳压管，以及与稳压管的输出端相连接的霍尔元件。
进一步地，输出单元为一输出信号在低电平与PWM波形信号之间切换的H桥电路。
进一步地，所述三角波信号产生单元产生的三角波信号的频率高于音频频率。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过将霍尔感应电压进行放大以后与三角波信号进行比较产生PWM调制信号。通过PWM信号来控制H桥的输出。因为三角波信号频率高于音频频率，因调制而产生的高频噪音将不会被人耳听到。
2、在第二比较器的正输入端设有一自适应幅度调整器，可使放大器的输出幅度根据外部磁场环境进行自适应放大，确保放大后输出信号的幅度与三角波幅度相同，以此确保比较器输出的PWM波形占空比的变化率始终保持在合适的水平。
本发明采用PWM电压输出波形来驱动线圈，利用线圈自身的阻抗，过滤高频成分，流过风扇线圈的工作电流为正弦波形，大幅降低了线圈切换时的噪音。在降低噪音的同时，并未增加芯片的功耗，保证了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的结构示意图。
图2是传统的单线圈直流无刷风扇电压输出波形示意图；
图3是本发明的电压输出波形示意图；
图4是传统的单线圈直流无刷风扇中线圈电流波形示意图；
图5是本发明的线圈电流波形示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示的正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路，包括霍尔电压产生单元、自适应放大比较单元和输出单元。
其中，霍尔电压产生单元包括一稳压管，与稳压管的输出端相连接的霍尔元件；输出单元为一H桥电路。稳压管用于把电源电压转化成稳定的电压，为内部电路模块供电。霍尔元件用于感应外界的磁场，产生霍尔电压。
自适应放大比较单元包括与霍尔电压产生单元连接的全差分放大器，全差分放大器用于放大上述霍尔信号，并将查分信号转为单端信号送入第一比较器与参考电平进行比较。全差分放大器的输出端连接有一缓冲器，缓冲器的输出端分别连接至第一比较器的负输入端和第二比较器的正输入端；缓冲器和第二比较器之间还设有一自适应幅度调整器。在第二比较器的负输入端连接有一三角波信号产生单元，三角波信号产生单元包括一振荡器和三角波信号产生电路。其中，三角波信号产生单元的三角波信号的频率高于音频信号（即高于20000Hz）。
上述自适应幅度调整器可使放大器的输出幅度根据外部磁场环境进行自适应放大，确保放大后输出信号的幅度与三角波幅度相同，以此来适应不同类型的电机，无论电机的磁条的磁场强度大小如何，PWM信号的占空比变化率始终能维持在合适的水平。
第一比较器和第二比较器的输出信号通过前置驱动电路来控制H桥电路的输出。H桥输出PWM调制信号驱动电机中的线圈，利用线圈自身的阻抗可过滤高频成分，实现线圈中流过正弦波电流。
当该发明空载时，H桥电路输出的OUT1和OUT2信号如图3所示。OUT1和OUT2输出信号在低电平与PWM波形之间切换。
当电机工作时，由于线圈自身的阻抗特性，会将高频成分滤除，产生如图5所示的正弦波电流。正弦波电流的产生将大幅降低电机在信号切换时产生的噪音。
该发明创新性的采用PWM电压输出波形来驱动线圈，利用线圈自身的阻抗，过滤高频成分，流过风扇线圈的工作电流为正弦波形，大幅降低了线圈切换时的噪音。在降低噪音的同时，并未增加芯片的功耗，保证了系统的可靠性。
Claims (1)
1.一种正弦波电流驱动的单线圈直流无刷电机驱动集成电路，其特征在于，包括霍尔电压产生单元、自适应放大比较单元和输出单元；所述自适应放大比较单元包括与所述霍尔电压产生单元连接的全差分放大器，与所述全差分放大器的输出端连接的缓冲器，分别与所述缓冲器的输出端连接的第一比较器和第二比较器；所述第二比较器的正输入端通过一用于自适应调节所述全差分放大器的放大倍数的自适应幅度调整器与缓冲器连接，其负输入端与一三角波信号产生单元连接；所述自适应幅度调整器用于使放大器的输出幅度根据外部磁场环境进行自适应放大，确保放大后输出信号的幅度与三角波幅度相同，以适应不同类型的电机；所述第一比较器的负输入端连接至缓冲器的输出端，其正输入端连接有一参考电平；所述第一比较器的输出端和第二比较器的输出端均连接至前置驱动电路；所述霍尔电压产生单元包括一稳压管，以及与所述稳压管的输出端相连接的霍尔元件；所述输出单元为一输出信号在低电平与PWM波形信号之间切换的H桥电路；所述三角波信号产生单元产生的三角波信号的频率高于音频频率。
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