CN105897089B - 一种电机驱动芯片中的低噪音低抖动控制电路 - Google Patents
一种电机驱动芯片中的低噪音低抖动控制电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电机驱动芯片中的低噪音低抖动控制电路，属于电机控制领域，所述控制电路包括比较器、充电放电周期控制电路、逻辑及前级驱动电路、电流检测电路、H桥输出级和感性负载，还包括比例积分电路，所述比例积分电路被配置为平滑多个周期的电流检测的比较结果。所述逻辑及前级驱动电路的PWM占空比被配置为对输出电流检测电路进行比例积分后计算给出。本发明摒弃了逐个周期对线圈电流做检测并做出快速响应的传统控制方法，而是固定PWM周期，使用比例积分电路平滑掉线圈电流变化，再调节功率管导通的占空比对线圈电流进行调节。本发明所述控制电路可以应用在更小的线圈电流条件，具有低噪音，低抖动，高控制精度等优势。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动领域，尤其涉及一种电机驱动芯片中的低噪音低抖动控制电路。
背景技术
目前的电机特别是步进电机，为了实现斩波恒流驱动，需要对线圈中的电流进行检测，当达到设定的电流时，驱动电路将控制线圈电流进入衰减阶段。控制电流衰减的方式有三种，其一为慢衰减，线圈两端电压差基本为0，电流衰减很慢，周期很长，引入较大的可闻噪声；慢衰减的另一个问题是在设置电流下降时，线圈中的实际电流常常大于设置值，引起电机角度细分功能失效而不能准确定位；其二为快衰减，线圈两端电压差为地到电源，电流衰减很快，衰减和再充电的频率很高，开关损耗很大，且平均电流值低，电机扭力小；其三为混合衰减，即在衰减阶段，一部分时间采用快衰减，余下的时间采用慢衰减，通过合理设置总的衰减时间和快、慢衰减时间的比例，可以缓解单独使用快衰减或慢衰减时出现的问题，电流纹波仍然很大。
现有技术中，在每个周期的线圈充电阶段，都需要对线圈电流的测量结果做出响应，那么，由于采用快衰减或混合衰减引起线圈电流波动大，两线圈间的电磁干扰大，以及复杂系统引入的噪声都会对斩波结果造成误差，增加了电机的噪音和抖动，降低了控制精度。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种电机驱动芯片中的控制电路，实现对电机特别是步进电机的噪音和抖动的精确控制。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何降低电机、特别是步进电机的音频噪音，提高电流的控制精度，增加系统稳定性，减小电机抖动，提高电机控制精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种电机驱动芯片中的低噪音低抖动控制电路，所述控制电路包括比较器、充电放电周期控制电路、逻辑及前级驱动电路、电流检测电路、H桥输出级和感性负载，还包括比例积分电路，所述比例积分电路被配置为平滑多个周期的电流检测的比较结果。
进一步地，所述感性负载为电机线圈。
进一步地，所述H桥输出级被配置为集成在芯片内部或在芯片外部由分立器件构建。
进一步地，所述H桥输出级由功率器件构建。
进一步地，所述H桥输出级由NMOS或PMOS构建。
进一步地，所述比例积分电路是模拟电路或数字电路。
进一步地，所述比较器的输出被配置为高电平有效或低电平有效。
进一步地，所述电流检测电路被配置为检流电阻或功率管下管漏源电压的采样电路。
进一步地，所述充电放电周期控制电路的慢衰减过程被配置为在两个下管间续流，或在两个上管间续流，或者引入二极管续流。
进一步地，所述逻辑及前级驱动电路的PWM占空比被配置为对输出所述电流检测电路进行比例积分后计算给出。
如图1所示，当电机线圈开始充电时，UP1和DN2为高(或UP2和DN1为高)，电流从电源经UP1控制的上管到线圈，流过DN2控制的下管后，再通过检流电路到地。线圈电流在检流电路中转化为电压信号，当该信号超过VREF时，比较器翻转，将UP1和DN1变低，相应功率管关断。同时，开始进入衰减阶段。可以采用慢衰减，快衰减和混合衰减。如图2所示，1为充电路径，2为快衰减路径，3为慢衰减路径。快衰减就是DN1和UP2高，电流从地、检流电路、DN1控制的下管、线圈、UP2控制的上管到电源；慢衰减是DN1和DN2控制的下管导通，电流在两个下管和线圈间衰减；而混合衰减是在一个周期内的部分时间采用快衰减，部分时间采用慢衰减。最后，由衰减时间控制电路给出衰减结束信号，线圈重新进入充电阶段。
本发明摒弃了逐个周期对线圈电流做检测并做出快速响应的传统控制方法，而是固定PWM周期，使用比例积分电路平滑掉线圈电流变化，再调节功率管导通的占空比对线圈电流进行调节。本发明的PWM占空比是对输出检测电路进行比例积分后计算给出。本发明可以应用在更小的线圈电流条件，具有低噪音，低抖动，高控制精度等优势。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有技术的电机控制电路示意图；
图2是H桥充电快衰减慢衰减示意图；
图3是本发明的一个较佳实施例的电机控制电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例有助于相关人员对进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。凡在本发明构思的前提下做出的等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图3所示，本发明中增加了比例积分电路，不再对线圈电流进行逐周期的响应。在线圈充电阶段，检流电路给出的电压在比较器比较后经过一个比例积分，再调节占空比的变化，而不是及时地对输出电流变化做出响应，可以有效地平滑掉电路系统的瞬时噪声，线圈间的干扰等。导通的最小占空比也不受消隐时间限制，可以有更短的导通时间，所以可采用慢衰减，线圈电流纹波更小，线圈间的干扰更小，电机抖动更小。PWM周期可以设置在20kHz到50kHz间，消掉电路本身的可闻噪声且有一个低的开关损耗。
本发明所述控制电路产生的线圈电流纹波更小，从而使电机更静音、低抖动地工作，具有更高精度地控制能力。
当线圈处于充电阶段，输出级H桥对角线上的一对功率管导通，电流路径参考图2中的充电阶段：电源VM、功率上管、线圈、对角线上的功率下管、检流电路、地。当线圈电流增加到VREF和检流电路的设定值时，比较器翻转，CS输出为一个极短的脉冲，经过比例积分电路，将多个周期的比较结果平滑后计算出当前占空比，在逻辑电路中，与预设的占空比比较后，调整当前占空比，从而实现对电流的调节。当充电占空比达到，输出级进入慢衰减阶段，电流流向参考图3的慢衰减：为二极管、线圈、功率下管。如果为同步整流，二极管为与之并联的功率管。充电和慢衰减的总时间固定，当充/放电周期控制电路一个周期结束时，慢衰减结束，信号给到逻辑及前级驱动电路，控制输出级结束慢衰减。线圈重新进入充电阶段。慢衰减电路也可以在两个上管间实现。
由于不需要对每个周期的检测结果做出实时响应，所以可以过滤掉瞬时噪声及两线圈间的相互干扰，可以在更小的电流下工作。导通占空比不受目前电路消隐时间限制，可以在更小的占空比下工作，在电流下降阶段，不会因采用单一慢衰减而丢步，可全程采用慢衰减，从而实现更小的电流纹波和更大的平均电流，力矩更稳定，两线圈间干扰更小，实现静音和低抖动。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电机驱动芯片中的低噪音低抖动控制电路，所述控制电路包括比较器、充电放电周期控制电路、逻辑及前级驱动电路、电流检测电路、H桥输出级和感性负载，其特征在于，还包括比例积分电路，所述充电放电周期控制电路产生控制信号输出到所述逻辑及前级驱动电路，所述逻辑及前级驱动电路连接所述H桥输出级和感性负载，所述电流检测电路检测所述H桥输出级和感性负载的电流并转换为电压信号，所述电压信号与参考电压输入到所述比较器生成比较结果，所述比较结果输入到所述比例积分电路，所述比例积分电路对所述逻辑及前级驱动电路的多个PWM周期的所述比较结果进行比例积分，所述比例积分的结果反馈给所述逻辑及前级驱动电路，所述逻辑及前级驱动电路根据所述比例积分的结果计算PWM占空比。
2.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述感性负载为电机线圈。
3.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述H桥输出级被配置为集成在芯片内部或在芯片外部由分立器件构建。
4.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述H桥输出级由功率器件构建。
5.如权利要求4所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述H桥输出级由NMOS或PMOS构建。
6.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述比例积分电路是模拟电路或数字电路。
7.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述比较器的输出被配置为高电平有效或低电平有效。
8.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述电流检测电路被配置为检流电阻或功率管下管漏源电压的采样电路。
9.如权利要求1所述的低噪音低抖动控制电路，其特征在于，所述充电放电周期控制电路的慢衰减过程被配置为在两个下管间续流，或在两个上管间续流，或者引入二极管续流。
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