CN109462351A - 一种电机调速系统及其相关芯片、电路模块和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机调速系统及其相关芯片、电路模块和方法。所述芯片包含：数字晶片，具有至少一个调速输入端及一个调速输出端，调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号；模拟晶片，包含电机驱动电路，模拟晶片具有第一输入端和第一输出端，第一输入端内部耦接电机驱动电路的输入端，第一输入端外部耦接调速输出端，第一输出端耦接电机驱动电路的输出端；引线框架，固定数字晶片和模拟晶片，并为数字晶片、模拟晶片和外部引脚间提供电连接；以及封装壳体。采用数字逻辑控制电路，消除在电路外部采用多个电阻实现电机调速的需求，简化电路。将数字晶片和模拟晶片组装在同一芯片封装中，一款封装芯片同时实现多种功能，降低系统的体积，提高可靠性。

Description

一种电机调速系统及其相关芯片、电路模块和方法

技术领域

本发明涉及电路领域，具体涉及一种电机调速系统及其相关芯片、电路模块和方法。

背景技术

传统的电机调速通过采用在外部人为的改变电阻阻值的方法来进行控制。一种方式是采用多个开关，通过对开关的控制实现相应的电阻阻值的接入从而调节电机转速。图1示出了现有技术中的通过外置多个电阻的电机调速控制方式。模拟电路10的外部设置了很多电阻，通过开关11控制切换位置来获得对应的电压，通过电路10检测该电压来获得需要的电机转速。这种方式对电阻的性能要求较低，但是在需要有多级转速档位时，往往需要外置多个电阻，大大增加了系统的体积，并降低系统的可靠性。

发明内容

本发明的一个目的在于提出可消除现有技术中一个或多个缺点的一种电机调速系统，及其相关芯片、电路模块和方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种电机调速系统，包括：数字逻辑控制电路，具有至少一个用于确定调速级别的调速输入端及一个调速输出端，数字逻辑控制电路至少基于调速输入端的信号状态在调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号；以及电机驱动电路，具有输入端和输出端，其中电机驱动电路的输入端电耦接数字逻辑控制电路的调速输出端，电机驱动电路的输出端用于驱动电机。

在一个实施例中，数字逻辑控制电路具有多个调速输入端，所述调速系统进一步包括：开关，具有输入端和多个输出端，开关的输入端电耦接电压源，开关的多个输出端分别和多个调速输入端一一对应电耦接。

在一个实施例中，当多个调速输入端Vi1-Vin中一个调速输入端Vii信号为有效值时，调速输出端输出的高低逻辑电平脉冲信号具有对应的占空比Di，其中n为大于等于2的整数，i为不小于1且不大于n的整数。

在一个实施例中，数字逻辑控制电路具有一个调速输入端，数字逻辑控制电路包括：模拟-数字转换电路，模拟-数字转换电路的输入端耦接调速输入端，模拟-数字转换电路用于将调速输入端输入的无级调速模拟信号转换成数字信号，数字逻辑控制电路基于数字信号在调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号。

在一个实施例中，电机驱动电路包括：一级放大电路，具有输入端和输出端，一级放大电路的输入端耦接数字逻辑控制电路的输出端；二级放大电路，具有输入端和输出端，二级放大电路的输入端耦接一级放大电路的输出端，二级放大电路的输出端作为电机驱动电路的输出端；以及钳位电路，耦接二级放大电路，用于钳制电机驱动电路的输出端的电压值。

在一个实施例中，上述任一实施例所述的调速系统，包括数字晶片，包含数字逻辑控制电路；模拟晶片，包含电机驱动电路；以及封装壳体，用于封装数字晶片和模拟晶片。

在一个实施例中，数字逻辑控制电路具有一个调速输入端以及第二数字输出端，调速系统进一步包括：检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中检测电路的第一输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端，检测电路的第二输入端用于接收无级调速模拟信号，检测电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端用于提供逻辑信号。

在一个实施例中，检测电路包括：转换电路，具有输入端和输出端，转换电路的输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端；以及比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中比较电路的第一输入端用于接收无级调速信号，比较电路的第二输入端耦接转换电路的输出端，比较电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端。

在一个实施例中，转换电路用于将数字逻辑控制电路的第二数字输出端提供的数字信号通过转换获得幅值随数字信号占空比调制的模拟信号。

在一个实施例中，数字逻辑控制电路的第二数字输出端输出的数字信号在每个检测周期中分时段输出多个脉冲，使得第二数字输出端输出的数字信号在每个检测周期具有多个不同的占空比。

在一个实施例中，如上任何一个包括检测电路的调速系统实施例，包括：数字晶片，包含数字逻辑控制电路；模拟晶片，包含电机驱动电路和检测电路；以及封装壳体，用于封装数字晶片和模拟晶片。

在一个实施例中，封装壳体外部包括：模拟调速信号输入管脚，用于接收模拟调速信号；电机调速驱动管脚，用于提供电机驱动信号；电源输入管脚，耦接电源；以及接地管脚，用于接地。

根据本发明的另一个方面，提出了一种用于便携式电动工具的芯片，包含：数字晶片，具有至少一个用于确定调速级别的调速输入端及一个调速输出端，调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号；模拟晶片，包含电机驱动电路，模拟晶片具有第一输入端和第一输出端，其中第一输入端内部耦接电机驱动电路的输入端，第一输入端的外部耦接数字晶片的调速输出端，第一输出端耦接电机驱动电路的输出端用于在外部电耦接并驱动电机；引线框架，用于固定数字晶片和模拟晶片，并为数字晶片、模拟晶片和外部引脚之间提供电连接；以及封装壳体，用于封装数字晶片、模拟晶片和至少部分引线框架。

在一个实施例中，数字逻辑控制电路具有一个调速输入端以及第二数字输出端，模拟晶片进一步包括：调速检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中调速检测电路的第一输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端，调速检测电路的第二输入端用于接收无级调速模拟信号，调速检测电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端用于提供逻辑信号。

在一个实施例中，调速检测电路包括：转换电路，具有输入端和输出端，转换电路的输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端；以及比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中比较电路的第一输入端用于接收无级调速信号，比较电路的第二输入端耦接转换电路的输出端，比较电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端。

在一个实施例中，电机驱动电路包括：一级放大电路，用于将高低逻辑电平脉冲信号进行第一级放大；二级放大电路，用于将一级放大电路输出的信号进行二级放大；以及钳位电路，用于将电机驱动电路的输出信号进行钳位。

在一个实施例中，数字晶片具有多个调速输入端，多个调速输入端分别和一选择开关的多个输出端一一对应电耦接。

根据本发明的又一个方面，提出了一种便携式电动工具电路模块，包括如上所述任一实施例中的芯片，其中模拟晶片进一步包括：电池电量检测电路，用于检测便携式电动工具中电池的电量水平；以及照明驱动电路，耦接电池电量检测电路，用于驱动LED灯进行照明并通过控制LED灯的闪烁特性指示电池的电量水平。

在一个实施例中，电路模块进一步包括：电导体，电耦接在照明驱动电路和LED灯之间；以及密封材料，用于密封芯片和电导体。

在一个实施例中，芯片外部包括：模拟调速信号输入管脚，用于接收模拟调速信号；电机调速驱动管脚，用于提供电机驱动信号；电源输入管脚，耦接电源；接地管脚，用于接地；以及LED驱动管脚，用于驱动LED灯并指示LED灯电量。

根据本发明的再一个方面，提出了一种对电动工具进行调速的方法，包括：选择数字逻辑控制电路的多个输入端中的其中一个，来确定调速级别；根据调速级别数字逻辑控制电路输出高低逻辑电平脉冲信号，其中脉冲信号的特征参数控制电动工具中电机的转速。

在一个实施例中，特征参数包括脉冲信号的占空比，占空比正比于电机的转速。

上述实施例中的电机调速系统，及其相关芯片、电路模块和方法，通过采用数字逻辑控制电路，消除了采用外部多个电阻来实现电机调速的需求，简化了电路，减小了系统体积，提高了可靠性。同时数字晶片一般可采用通用型的，电路简洁，复杂度较低。另外，通过将数字晶片和模拟晶片组装在一起的多晶片封装，在采用通用数字晶片的同时，可将电机驱动电路和其他电路功能集中到模拟晶片中，实现了仅用一款封装芯片即可同时实现多种功能，大大降低了系统的体积，提高了可靠性，适宜在使用环境恶劣如潮湿、多振动、高温的便携式电动工具中使用。

附图说明

图1示出了现有技术中的通过外置多个电阻的电机调速控制方式；

图2示出了根据本发明一实施例的电机调速系统框图示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的波形示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的电机调速系统示意图；

图5示出了根据本发明另一实施例的电机调速系统示意图；

图6示出了根据本发明又一实施例的电机调速系统示意图；

图7示出了根据本发明一实施例的对应图6中信号的波形示意图；

图8示出了根据本发明一实施例的用于便携式电动工具的芯片示意图；

图9示出了根据本发明一实施例的一种便携式电动工具电路模块示意图；

图10示出了根据本发明一实施例的电机驱动电路示意图；

图11示出了根据本发明一实施例的对电动工具进行调速的方法流程示意图。

除时间信号如t1、t2等信号外，不同示意图中相同的标号代表相同或相似的部件或组成。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“电耦接”包含直接连接，也包含间接连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中该电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容。还可包括在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。

图2示出了根据本发明一实施例的电机调速系统200框图示意图。电机调速系统200包括数字逻辑控制电路21和电机驱动电路22。其中数字逻辑控制电路21具有至少一个用于确定调速级别的调速输入端Vin1...Vinn及一个调速输出端Vot，其中n为大于等于1的整数。数字逻辑控制电路21通过判断至少一个调速输入端Vin1-Vinn的信号状态，确定转速级别或提供需要给出的转速信号。在一个实施例中，数字逻辑控制电路21具有多个调速输入端(参照图4所示)Vin1，Vin2...Vinn，例如当Vin1为高电平信号而Vin2-Vinn为低电平信号时，电机23具有第一转速，当Vin2为高电平信号而Vin1其余调速输入端为低电平信号时，电机23具有第二转速。以此类推。在一个实施例中，第一转速小于第二转速，转速根据输入端信号有效值(例如高电平)的级别依次调高。数字逻辑控制电路21的调速输出端Vot输出高低逻辑电平脉冲信号。在一个实施例中，调速输出端Vot的高低逻辑电平脉冲信号的占空比正比于电机23的转速。

在一个实施例中，数字逻辑控制电路仅具有一个调速输入端，参见图5、图6中的实施例，将在后面详细描述。

继续图2的说明，电机驱动电路22具有输入端221和输出端222，其中电机驱动电路22的输入端221电耦接数字逻辑控制电路21的调速输出端，用于接收高低逻辑电平脉冲信号Vot，电机驱动电路22的输出端222输出转速信号，用于驱动电机23并控制电机23的转速。

优选地，电机驱动电路22为模拟电路，数字逻辑控制电路21为数字电路，其中电机驱动电路22的输入端接收高低逻辑电平脉冲信号，即数字信号。电机驱动电路22接收数字信号并根据数字信号的特征参数如占空比，转换成适于控制电机的模拟信号用于驱动电机并控制电机转速。在一个实施例中，数字逻辑控制电路为微控制单元。在一个实施例中，数字逻辑控制电路为通用的微控制单元晶片(MCU)，制作在一半导体基底上。在一些实施例中，数字逻辑控制电路为CPLD(Complex Programmable Logic Device)晶片或ARM(Advanced RISC Microprocessor)晶片或DSP(digital signal processor)晶片或FPGA(Field－Programmable GateArray)晶片。

图3示出了根据本发明一实施例的波形示意图。数字逻辑控制电路具有多个调速输入端用于接收多个数字信号，并通过判断多个调速输入端的信号Vin1-Vinn状态，确定调速级别，在调速输出端输出对应特征参数的高低逻辑电平脉冲信号Vot。在时间段t1-t2，第一调速输入端的信号Vin1为有效值，即高电平状态，其余调速输入端的信号Vin2-Vinn为无效值状态，即低电平状态，调速输出端输出第一占空比的高低逻辑电平脉冲信号Vot，其中第一占空比对应第一调速输入端。在时间段t3-t4，第二调速输入端的信号Vin2为有效值，即高电平状态，其余调速输入端的信号为无效值状态，即低电平状态，调速输出端输出第二占空比的高低逻辑电平脉冲信号Vot，第二占空比对应第二调速输入端。其中第二占空比大于第一占空比。在时间段t5-t6，第n调速输入端的信号Vinn为高电平，其余调速输入端的信号为低电平，调速输出端输出第n占空比的高低逻辑电平脉冲信号Vot，其中第n占空比对应第n调速输入端。随着对应调速输入端级别越高，占空比亦越高。当然，占空比也可随次序1-n依次减小，或者具有其它的顺序，其中不同的输入端有效值对应不同的占空比，只要事先提供说明给使用者即可。

在该实施例中，调速输入端信号的高电平为有效值状态，低电平为无效值状态。当然，在其它的实施例中，数字逻辑控制电路也可将低电平判断为有效值状态，高电平为无效值状态。

也即当多个调速输入端Vi1-Vin中一个调速输入端Vii信号为有效值时，调速输出端输出的高低逻辑电平脉冲信号具有对应的占空比Di，其中n为大于等于2的整数，i为不小于1且不大于n的整数。

然而，由于数字逻辑控制电路为数字电路，电机驱动电路为模拟电路，给制作在同一半导体基底上带来了挑战。为了节省成本，同时减小系统体积和研发复杂度，在一个实施例中，通过多晶片组件封装(MCM)的方式将数字逻辑控制电路晶片和电机驱动电路晶片封装至一个芯片。在一个实施例中，调速系统包括数字晶片、模拟晶片和封装壳体，其中数字晶片包含数字逻辑控制电路，模拟晶片包含电机驱动电路，封装壳体用于封装数字晶片和模拟晶片。这样形成了一个封装好的芯片，该芯片中包含两个晶片，分别制作在两个独立的半导体基底上。

图4示出了根据本发明一实施例的电机调速系统400示意图。电机调速系统400除包括数字逻辑控制电路41和电机驱动电路22外，进一步包括开关Q。其中数字逻辑控制电路41具有多个调速输入端，开关Q具有输入端42和多个输出端421-42n，其中开关Q的输入端42电耦接电压源Vc或接地，开关Q的多个输出端421-42n分别和数字逻辑控制电路41的多个调速输入端Vin1-Vinn一一对应电耦接。这样，通过将开关Q选择在需要的档位，对应调速输入端的信号为高电平(有效值)，实现电机相应转速的运行。在一个实施例中，开关为拨片开关，随着档位的拨动，可以在多个档位间选择其中之一为数字逻辑控制电路41提供有效值。当然，开关Q也可以由多个(n)开关组成，每个开关的第一端耦接电压源Vc，第二端耦接对应的调速输入端。

通过采用数字逻辑控制电路，消除了外置多个电阻来实现电机调速的需求，简化了电路，减小了系统体积，提高了可靠性。同时数字晶片一般可采用通用型的，电路简洁，复杂度较低。

然而，为了提供较多调速级别，需要占用较多的数字端口，例如，为了提供7级调速，需要占用数字逻辑控制电路的7个数字端口。当调速精度要求更高时，需要占用更多的数字端口，因此其调速精度有局限性，且也限制了数字逻辑控制电路其他功能的拓展。

图5示出了根据本发明另一实施例的电机调速系统500示意图。该电机调速系统500包括数字逻辑控制电路51和电机驱动电路22。调速系统可采用滑片控制的无级调速器50。在一个实施例中，无级调速器50包括滑动电阻器。在一个实施例中，无级调速器50包括碳膜滑动电阻器。其中滑动电阻器的两个输入端分别耦接输入电源和接地端，滑动电阻器的输出端提供无级调速模拟信号Va。在一个实施例中，电机调速系统可包括无级调速器50，数字逻辑控制电路51和电机驱动电路22。在一个实施例中，电机调速系统可包括无级调速器50，数字逻辑控制电路51、电机驱动电路22和电机23。

在如图5所示的实施例中，数字逻辑控制电路51仅具有一个调速输入端Vin1，通过将调速输入端Vin1和无级调速器50耦接来使调速输出端提供更高调速精度的高低逻辑电平脉冲信号Vot。其中数字逻辑控制电路51包括模拟-数字转换电路(A/D)，A/D转换电路的输入端耦接调速输入端Vin1用于接收无级调速器50提供的无级调速模拟信号。A/D转换电路用于将调速输入端Vin1输入的无级调速模拟信号转换成数字信号，数字逻辑控制电路51基于该数字信号在调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号Vot。在一个实施例中，数字逻辑控制电路包括一微控制单元(MCU)晶片，其中A/D转换电路制作在MCU晶片上。该实施例的数字逻辑控制电路51仅占用一个数字端口Vin1来接收调速信号，降低了电机调速系统500的端口数量，降低了系统电路的复杂度和接口难度。

图6示出了根据本发明又一实施例的电机调速系统600示意图。电机调速系统600包括数字逻辑控制电路61、电机驱动电路22和检测电路62。其中数字逻辑控制电路61仅具有一个调速输入端Vin1。数字逻辑控制电路61还进一步具有一第二数字输出端do2。优选的，检测电路62为模拟电路。检测电路62用于将无级调速器50提供的无级调速模拟信号Va转换成数字逻辑控制电路61可识别的逻辑信号。检测电路62具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中检测电路62的第一输入端耦接数字逻辑控制电路61的第二数字输出端do2，检测电路62的第二输入端用于接收无级调速器50提供的无级调速模拟信号Va，检测电路62的输出端耦接数字逻辑控制电路61的调速输入端Vin1用于提供逻辑信号。具体地，检测电路62包括转换电路621，用于将数字信号进行滤波，以及比较电路622，用于将滤波信号Vf与无级调速模拟信号Va进行比较输出比较信号。转换电路621的输入端耦接数字逻辑控制电路21的第二数字输出端do2。其中数字逻辑控制电路61第二数字输出端输出的数字信号do2快速地切换占空比用于在一个检测周期内提供变化的滤波信号Vf。在图示的实施例中，转换电路621包括串联的电阻R和电容C，其中电阻R的一端耦接数字逻辑控制电路21的第二数字输出端do2，电阻R和电容C的耦接点作为转换电路621的输出端提供滤波电压Vf，电容C的另一端接地。当然，转换电路621也可具有其它的结构，用于将一数字信号通过转换获得幅值随数字信号do2占空比调制的模拟信号Vf。比较电路622具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中比较电路的第一输入端用于接收无级调速模拟信号Va，比较电路622的第二输入端耦接转换电路621的输出端用于接收滤波信号Vf，比较电路622的输出端耦接数字逻辑控制电路61的调速输入端Vin1。

图7示出了根据本发明一实施例的对应图6中信号的波形示意图。

数字逻辑控制电路61的第二数字输出端输出的数字信号do2在每个检测周期Ts中分时段输出多个脉冲，使得数字信号do2具有多个不同的占空比。图示的数字信号do2在一个检测周期Ts中占空比依次升高，用于提供幅度不断上升的参考信号Vf。当然，在其他的实施例中，数字信号do2在一个检测周期Ts中占空比也可以依次降低或以其他的规律变化占空比。在图示的实施例中，在一个检测周期Ts中，每个脉冲对应的占空比都比前一个脉冲的占空比高。当然，在其它的实施例中，在一个检测周期Ts中，也可以每两个或多个脉冲的占空比相同，但比前一组脉冲的占空比高。数字信号do2可以在下一个检测周期中重复上一检测周期中的数字信号波形，重复循环。当然，数字信号do2也可以在多个检测周期中呈现不同的波形。

参看情形71，当数字信号do2的占空比依次升高时，转换电路输出的模拟参考信号Vf逐渐升高，在时间t1，模拟参考信号Vf高于无级调速模拟信号Va，比较电路输出的信号Vin1由第一电平转换为第二电平。图示的信号Vin1在由低电平变换为高电平时，获得需要的时间点t1。当然在其他的实施例中，可在Vin1由高电平变换为低电平时，获得需要的时间点。数字逻辑控制电路接收信号Vin1，根据信号Vin1由第一电平转换为第二电平的时间t1，确定t1对应的数字信号do2的占空比，从而确定电压Va水平。并根据电压Va水平在每个检测周期Ts末在数字逻辑控制电路的调速输出端输出对应占空比的数字调速信号Vot。在图示的实施例中，数字调速信号Vot在每个检测周期Ts末根据该检测周期的检测结果进行调整和输出。当然，在其它的实施例中，数字调速信号Vot也可以在检测得输入信号Vin1由第一电平转换为第二电平的时间t1后立即进行调整。在图示的实施例中，数字调速信号Vot具有第一占空比。

参看情形72，当无级调速模拟信号Va降低时，信号Vin1由第一电平转换为第二电平的时间t2在一个检测周期中提前，此时对应的数字信号do2占空比降低，数字调速信号Vot的占空比也相应降低。

参看情形73，当无级调速模拟信号Va进一步降低时，信号Vin1由第一电平转换为第二电平的时间t3对应的数字信号do2占空比也进一步降低，数字调速信号Vot的占空比也进一步降低。

这样，当无级调速模拟信号Va越低时，用于电机调速的高低逻辑电平脉冲信号Vot占空比也相应降低，降低了电机的有效直流电流，降低了电机转速。通过增加检测周期Ts中数字信号do2的不同占空比信号的数量，即可实现高精度的检测，也即实现高精度的调速级别控制和电机的近似无级调速控制。在这个实施例中，通过利用数字逻辑控制电路的两个数字端口，实现了电机转速控制，在占用较少数字端口的同时也无需额外A/D电路模块即能实现高精度调速。

图8示出了根据本发明一实施例的用于便携式电动工具的芯片示意图。芯片包含数字晶片81，模拟晶片82，引线框架83和封装壳体84。其中数字晶片包括数字逻辑控制电路，模拟晶片包括电机驱动电路。

引线框架83用于固定数字晶片81和模拟晶片83，并为数字晶片81、模拟晶片82和外部引脚831之间提供电连接。图中示出了通过引线键合方式为数字晶片81、模拟晶片82和外部引脚831之间提供电连接，然而电连接也可以通过凸点倒装焊等方式提供。由于数字晶片优选地采用通过数字晶片，在很多情况下采用倒装结构和外部互联。在一个实施例中，数字晶片和引线框架之间通过凸点倒装焊进行电互联，而模拟晶片和引线框架之间采用引线键合的方式进行电连接。封装壳体84用于封装数字晶片81、模拟晶片82和至少部分引线框架83。在一个实施例中，外部引脚831的全部或部分结构和引线框架83是一体成型的，该外部引脚831的全部或部分结构也可以视为引线框架83的一部分。引线框架83可采用铜等金属材料或其它类型的导电材料，封装壳体84可采用环氧树脂材料等电绝缘材料。

在一个实施例中，数字晶片81包括如图4对应实施例中所述的数字逻辑控制电路41，数字晶片81具有多个用于确定调速级别的调速输入端Vin1，Vin2...Vinn及一个调速输出端Vot，调速输出端Vot输出高低逻辑电平脉冲信号。在该实施例中，封装壳体84外部可包括多个用于耦接多个调速输入信号的管脚，一个电机调速驱动管脚，一电源输入管脚以及一接地管脚。

在一个实施例中，数字晶片81包括如图5对应实施例中所述的数字逻辑控制电路51，数字晶片81具有一个用于确定调速级别的调速输入端Vin1及一个调速输出端Vot，调速输出端Vot输出高低逻辑电平脉冲信号。在这个实施例中，封装壳体84外部可包括一个模拟调速信号输入管脚，一个电机调速驱动管脚，一电源输入管脚以及一接地管脚。

在一个实施例中，数字晶片81包括如图6对应实施例中所述的数字逻辑控制电路61，数字晶片81具有一个用于确定调速级别的调速输入端Vin1、一个调速输出端Vot以及一个第二数字信号输出端do2，数字晶片81基于第二数字信号输出端do2输出的数字信号和调速输入端Vin1在调速输出端Vot产生相应的高低逻辑电平脉冲信号。

模拟晶片82包含对应实施例中所述的电机驱动电路。在一个实施例中，模拟晶片82包括如图2、4、5、6对应实施例中所述的电机驱动电路，模拟晶片具有第一输入端和第一输出端，其中模拟晶片82的第一输入端内部耦接电机驱动电路的输入端，外部耦接数字晶片81的调速输出端Vot；模拟晶片82的第一输出端内部耦接电机驱动电路的输出端，外部耦接并驱动电机。在一个实施例中，模拟晶片82中所述的电机驱动电路如图10所示，将在后面详述。

在一个实施例中，模拟晶片82进一步包括电机驱动电路和如图6对应实施例中的检测电路62。模拟晶片82具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其中模拟晶片82的第一输入端内部耦接电机驱动电路的输入端，外部耦接数字晶片81的调速输出端Vot；模拟晶片82的第一输出端内部耦接电机驱动电路的输出端，外部通过引脚耦接电机并驱动电机；模拟晶片82的第二输入端内部耦接检测电路62用于采集无级调速模拟信号Va，外部耦接无级调速器50；模拟晶片82的第二输出端内部耦接检测电路62的输出端，外部耦接数字逻辑控制电路61的调速输入端Vin1。在这个实施例中，封装壳体84外部可包括一个模拟调速信号输入管脚，一个电机调速驱动管脚，一电源输入管脚以及一接地管脚。

在一个实施例中，模拟晶片82包括如图9所示的模拟电路92，其中模拟电路92包括电机驱动电路921、电池电量检测电路922和照明驱动电路923。

通过将数字晶片和模拟晶片组装在一起的多晶片封装，在采用通用数字晶片的同时，可将电机驱动电路和其他电路功能集中到模拟晶片中，实现了仅用一款封装芯片即可同时实现多种功能，大大降低了系统的体积，提高了可靠性，适宜在使用环境恶劣如潮湿、多振动、高温的便携式电动工具中使用。便携式电动工具可为电钻、电起子、热风枪、角磨机、电动螺丝刀或热熔胶枪等。

图9示出了根据本发明一实施例的一种便携式电动工具电路模块900示意图。便携式电动工具电路模块包括如图8对应实施例所述的芯片。其中芯片包括数字晶片91和模拟晶片。即数字晶片91和模拟晶片可制作在如图8对应实施例所述的多晶片封装芯片中。其中数字晶片91可包含如图2、4、5或6对应实施例所述的数字逻辑控制电路91。模拟晶片除包含如图2或图4对应实施例所述的用于驱动电机94的电机驱动电路921外，还可进一步包括调速检测电路924、电池电量检测电路922和照明驱动电路923。其中电池电量检测电路922用于检测便携式电动工具中电池的电量水平。照明驱动电路923耦接电池电量检测电路922，用于驱动LED灯93进行照明并通过控制LED灯93的闪烁特性指示电池的电量水平。

在一个实施例中，电池电量检测电路922包括多个比较电路，通过将电池输出电压与多个不同阈值在多个比较电路中进行对比，并根据不同比较电路输出的值判断电池电量水平。在一个实施例中，根据多个比较电路输出的值判断电池电量水平通过数字逻辑控制电路来进行，并通过将数字逻辑控制电路输出的数字信号输入照明驱动电路923来实现LED灯的驱动。

在另一个实施例中，数字逻辑控制电路除具有耦接调速检测电路的第二数字信号输出端用于检测模拟调速信号外，还进一步具有耦接电池电量检测电路922的第三数字信号输出端和电池电量检测输入端，用于检测电池电量。电池电量检测电路922包括转换电路和比较电路，转换电路用于将第三数字信号输出端输出的数字信号经过滤波转换成模拟信号，比较电路输出逻辑信号。数字逻辑控制电路91用于根据电池电量检测输入端的逻辑电平，判断电平跳变时第三数字信号输出端输出的数字信号的占空比信息，从而确定电池电量水平。

在一个实施例中，当电池输出电压低于第一阈值时，数字逻辑控制电路输出第一频率的脉冲信号至照明驱动电路；当电池输出电压低于第二阈值时，数字逻辑控制电路输出第二频率的脉冲信号至照明驱动电路；其中第二阈值低于第一阈值，第二频率大于第一频率。这样，在电量正常的情况下，LED灯可用来用于照明，当电量降低时，可以通过LED灯闪烁的频率来显示电量的水平。LED灯可复用为照明和电量显示两个功能，降低了LED灯的数量，利于集成，提高可靠性。将这些功能融入双晶片封装系统，进一步提高了集成度，在不增加额外元件的情况下增加了系统的功能。

在该实施例中，双晶片封装芯片的外部可包括一模拟调速信号输入管脚，用于接收模拟调速信号；一电机调速驱动管脚，用于提供电机驱动信号；一电源输入管脚，耦接电源；一接地管脚，用于接地；以及一LED驱动管脚，用于驱动LED灯并指示LED灯电量。

在一个实施例中，便携式电动工具电路模块900进一步包括电导体和密封材料，电导体电耦接在照明驱动电路923和LED灯93之间。密封材料用于密封芯片和电导体。这样确保了芯片和LED灯的连接稳固，降低了便携式电动工具中漏电的可能性，提高了可靠性。

图10示出了根据本发明一实施例的电机驱动电路示意图。其中电机驱动电路包括一级放大电路101，二级放大电路102，偏置电路103和钳位电路104。其中一级放大电路101用于将数字逻辑控制电路的输出信号Vot进行第一级放大，且输出的信号(Q1集电极端)与Vot逻辑相反。在图示的实施例中，一级放大电路101包括NPN三极管Q1，其中Q1的基极耦接高低逻辑电平脉冲信号Vot，Q1的集电极耦接偏置电压源，Q1的发射极耦接接地端。二级放大电路102将一级放大电路101输出的信号进行二级放大，且二级放大电路输出的驱动信号DRV与一级放大电路输出的信号逻辑相反，与信号Vot的逻辑相同。在图示的实施例中，二级放大电路102包括NPN三极管Q2、与Q2耦接的PNP三极管Q3和NPN三极管Q4、NPN三极管Q5和Q6、以及若干电阻。其中Q2的基极耦接一级放大电路101的输出端即Q1的集电极端，Q2的集电极耦接偏置电压源和Q3、Q5的基极，Q2的发射极耦接Q4的基极并通过电阻接地。Q3的发射极耦接电机驱动电路的输出端，Q3的集电极接地。Q4的集电极耦接电机驱动电路的输出端，Q4的发射极通过电阻接地。Q5和Q6的集电极耦接输入电压源，Q5的发射极耦接Q6的基极并通过电阻耦接电机驱动电路的输出端，Q6的发射极也通过电阻耦接电机驱动电路的输出端。这样，当Vot信号为高电平时，Q1导通，Q1集电极为低电平，Q2截止，Q5和Q6导通，驱动信号DRV高。当Vot信号为低电平时，Q1截止，Q2导通，Q3导通，DRV电压拉低。偏置电路103用于为一级放大电路101、二级放大电路102提供偏置电压源。偏置电路也可以视为一级放大电路和二级放大电路的一部分。钳位电路104将Q5基极和Q3基极的电压钳制在较低值，使得电机驱动电路输出的驱动信号DRV被钳位，用于保护后端的晶体管。例如当Q5和Q6导通时，电流通过Q3的发射极和基极之间的二极管，将驱动信号DRV钳制在钳位电路104的电压。图示的实施例中，钳位电路104包括稳压管D1和D2。当然，钳位电路104也可以为其他的结构，如多个二极管。

图11示出了根据本发明一实施例的对电动工具进行调速的方法流程示意图。该方法包括在第一步骤111：选择数字逻辑控制电路的多个输入端中的其中一个，来确定调速级别；以及在第二步骤112：根据调速级别数字逻辑控制电路输出高低逻辑电平脉冲信号，其中脉冲信号的特征参数控制电动工具中电机的转速。该方法具体可对应图4所示实施例中的控制。在一个实施例中，特征参数包括脉冲信号的占空比，通过控制占空比正比于电机的转速来进行转速控制。在另一个实施例中，特征参数的占空比与电机的转速可具有其他的非正比关系的对应关系。在一个实施例中，选择数字逻辑控制电路的多个输入端中的其中一个通过一单输入多输出的开关来实现。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种用于便携式电动工具的芯片，包含：

数字晶片，具有至少一个用于确定调速级别的调速输入端及一个调速输出端，调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号；

模拟晶片，包含电机驱动电路，模拟晶片具有第一输入端和第一输出端，其中第一输入端内部耦接电机驱动电路的输入端，第一输入端的外部耦接数字晶片的调速输出端，第一输出端耦接电机驱动电路的输出端用于在外部电耦接并驱动电机；

引线框架，用于固定数字晶片和模拟晶片，并为数字晶片、模拟晶片和外部引脚之间提供电连接；以及

封装壳体，用于封装数字晶片、模拟晶片和至少部分引线框架。

2.根据权利要求1所述的芯片，其中数字逻辑控制电路具有一个调速输入端以及第二数字输出端，模拟晶片进一步包括：

调速检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中调速检测电路的第一输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端，调速检测电路的第二输入端用于接收无级调速模拟信号，调速检测电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端用于提供逻辑信号。

3.根据权利要求2所述的芯片，其中调速检测电路包括：

转换电路，具有输入端和输出端，转换电路的输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端；以及

比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中比较电路的第一输入端用于接收无级调速信号，比较电路的第二输入端耦接转换电路的输出端，比较电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端。

4.一种便携式电动工具电路模块，包括如权利要求1所述的芯片，其中模拟晶片进一步包括：

电池电量检测电路，用于检测便携式电动工具中电池的电量水平；以及

照明驱动电路，耦接电池电量检测电路，用于驱动LED灯进行照明并通过控制LED灯的闪烁特性指示电池的电量水平。

5.根据权利要求4所述的电路模块，进一步包括：

电导体，电耦接在照明驱动电路和LED灯之间；以及

密封材料，用于密封芯片和电导体。

6.根据权利要求4所述的电路模块，其中芯片外部包括：

模拟调速信号输入管脚，用于接收模拟调速信号；

电机调速驱动管脚，用于提供电机驱动信号；

电源输入管脚，耦接电源；

接地管脚，用于接地；以及

LED驱动管脚，用于驱动LED灯并指示LED灯电量。

7.一种电机调速系统，包括：

数字逻辑控制电路，具有至少一个用于确定调速级别的调速输入端及一个调速输出端，数字逻辑控制电路至少基于调速输入端的信号状态在调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号；以及

电机驱动电路，具有输入端和输出端，其中电机驱动电路的输入端电耦接数字逻辑控制电路的调速输出端，电机驱动电路的输出端用于驱动电机。

8.根据权利要求7所述的调速系统，其中数字逻辑控制电路具有多个调速输入端，所述调速系统进一步包括：

开关，具有输入端和多个输出端，开关的输入端电耦接电压源，开关的多个输出端分别和多个调速输入端一一对应电耦接。

9.根据权利要求7所述的调速系统，其中当多个调速输入端Vi1-Vin中一个调速输入端Vii信号为有效值时，调速输出端输出的高低逻辑电平脉冲信号具有对应的占空比Di，其中n为大于等于2的整数，i为不小于1且不大于n的整数。

10.根据权利要求7所述的调速系统，其中数字逻辑控制电路具有一个调速输入端，数字逻辑控制电路包括：

模拟-数字转换电路，模拟-数字转换电路的输入端耦接调速输入端，模拟-数字转换电路用于将调速输入端输入的无级调速模拟信号转换成数字信号，数字逻辑控制电路基于数字信号在调速输出端输出高低逻辑电平脉冲信号。

11.根据权利要求7所述的调速系统，其中电机驱动电路包括：

一级放大电路，具有输入端和输出端，一级放大电路的输入端耦接数字逻辑控制电路的输出端；

二级放大电路，具有输入端和输出端，二级放大电路的输入端耦接一级放大电路的输出端，二级放大电路的输出端作为电机驱动电路的输出端；以及

钳位电路，耦接二级放大电路，用于钳制电机驱动电路的输出端的电压值。

12.根据权利要求7-11任一项所述的调速系统，包括：

数字晶片，包含数字逻辑控制电路；

模拟晶片，包含电机驱动电路；以及

封装壳体，用于封装数字晶片和模拟晶片。

13.根据权利要求7所述的调速系统，其中数字逻辑控制电路具有一个调速输入端以及第二数字输出端，调速系统进一步包括：

检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中检测电路的第一输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端，检测电路的第二输入端用于接收无级调速模拟信号，检测电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端用于提供逻辑信号。

14.根据权利要求13所述的调速系统，其中检测电路包括：

转换电路，具有输入端和输出端，转换电路的输入端耦接数字逻辑控制电路的第二数字输出端；以及

比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中比较电路的第一输入端用于接收无级调速信号，比较电路的第二输入端耦接转换电路的输出端，比较电路的输出端耦接数字逻辑控制电路的调速输入端。

15.根据权利要求14所述的调速系统，其中转换电路用于将数字逻辑控制电路的第二数字输出端提供的数字信号通过转换获得幅值随数字信号占空比调制的模拟信号。

16.根据权利要求13所述的调速系统，其中数字逻辑控制电路的第二数字输出端输出的数字信号在每个检测周期中分时段输出多个脉冲，使得第二数字输出端输出的数字信号在每个检测周期具有多个不同的占空比。

17.根据权利要求13-16任一项所述的调速系统，包括：

数字晶片，包含数字逻辑控制电路；

模拟晶片，包含电机驱动电路和检测电路；以及

封装壳体，用于封装数字晶片和模拟晶片。

18.根据权利要求17所述的调速系统，其中封装壳体外部包括：

模拟调速信号输入管脚，用于接收模拟调速信号；

电机调速驱动管脚，用于提供电机驱动信号；

电源输入管脚，耦接电源；以及

接地管脚，用于接地。

19.一种对电动工具进行调速的方法，包括：

选择数字逻辑控制电路的多个输入端中的其中一个，来确定调速级别；

根据调速级别数字逻辑控制电路输出高低逻辑电平脉冲信号，其中脉冲信号的特征参数控制电动工具中电机的转速。

20.根据权利要求19所述的方法，其中特征参数包括脉冲信号的占空比，占空比正比于电机的转速。