CN1322664C

CN1322664C - 提供可控制驱动电压的马达控制电路

Info

Publication number: CN1322664C
Application number: CNB2004100334846A
Authority: CN
Inventors: 陈企扬; 陈立政
Original assignee: YUANCHUANG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2024-04-09
Also published as: CN1681194A

Abstract

H桥式电路由第一与第二线性单元以及第一与第二开关单元所构成，用以施加驱动电压至马达。误差放大器产生误差信号，代表由电压检测电路所测得的驱动电压与命令电压信号间的差异。状态控制电路同步控制第一与第二开关单元以及反馈电路。误差信号经由反馈电路选择性地施加至第一或第二线性单元，使得一个操作于线性模式而另一个操作于不导通模式，从而控制驱动电压正比于命令电压信号。状态控制电路还控制制动电路，使得误差信号转换成制动信号以同时使第一与第二线性单元操作于导通模式。

Description

提供可控制驱动电压的马达控制电路

【技术领域】

本发明关于一种马达控制电路，尤其关于一种提供可控制驱动电压至马达的控制电路。

【背景技术】

一般而言，由四个开关晶体管所建构成的H桥式电路可应用于提供驱动电压至马达，例如直流马达、步进马达、以及音圈马达等等，从而控制马达的转动方向、转速、以及其他操作特征。

图1显示现有技术的用于驱动马达M的H桥式电路10的电路图。参照图1，马达M经由H桥式电路10耦合于供应电压源V_m与地面电位间。虽然马达M实际上由众多机械性与电路性的元件所构成的复杂系统，但是驱动电压基本上施加至马达M中的线圈，从而产生磁场。因此，在下文中「马达」一词主要是指马达的线圈，可简化地视为一电感性负载，并且附图也特别强调此点而以线圈来描绘马达M。

H桥式电路10包括四个N通道MOSFET(金属氧化物半导体场效应，NMOS)晶体管Q₁至Q₄。NMOS晶体管Q₁的漏极耦合于供应电压源V_m，且其源极耦合于马达M的端点A。NMOS晶体管Q₂的漏极耦合于供应电压源V_m，且其源极耦合于马达M的端点B。NMOS晶体管Q₃的漏极耦合于马达M的端点A，且其源极耦合于地面电位。NMOS晶体管Q₄的漏极耦合于马达M的端点B，且其源极耦合于地面电位。

由于NMOS晶体管Q₁至Q₄分别具有寄生二极管D₁至D₄，故H桥式电路10无须额外设置飞轮(Flywheel)二极管。倘若H桥式电路10的四个开关晶体管是由双极接型晶体管(BJT)所实施，则如图1所示的二极管D₁至D₄必须额外设置。

NMOS晶体管Q₁至Q₄的门极分别由控制信号G₁至G₄所控制。当控制信号G₁与G₄处于逻辑高电平且控制信号G₂与G₃处于逻辑低电平时，NMOS晶体管Q₁与Q₄导通且NMOS晶体管Q₂与Q₃不导通，使得端点A经由导通的NMOS晶体管Q₁耦合于供应电压源V_m，且端点B经由导通的NMOS晶体管Q₄耦合于地面电位。结果，供应电压源V_m施加一驱动电压至马达M，使得驱动电流I₁以从端点A至端点B的方向流经马达M。当控制信号G₁与G₄处于逻辑低电平且控制信号G₂与G₃处于逻辑高电平时，NMOS晶体管Q₁与Q₄不导通且NMOS晶体管Q₂与Q₃导通，使得端点B经由导通的NMOS晶体管Q₂耦合于供应电压源V_m，且端点A经由导通的NMOS晶体管Q₃耦合于地面电位。结果，供应电压源V_m施加另一驱动电压至马达M，使得驱动电流I₂以从端点B至端点A的方向流经马达M。

在使用马达M的广泛应用中，施加于端点A与B间的驱动电压决定马达M的实际操作特征，因而典型上需要满足若干应用要求。首先，驱动电压的极性与绝对值大小必须为可控制的物理量，因为驱动电压的极性决定由马达M的线圈所产生的磁场的方向且驱动电压的绝对值大小决定由马达M的线圈所产生的磁场的强度。尤其当马达M需要操作于定压驱动的情况下时，驱动电压的绝对值大小必须维持固定。

现有技术上，脉宽调制(PWM)技术经常用于控制施加至马达的驱动电压的绝对值大小。具体而言，在NMOS晶体管Q₄导通且NMOS晶体管Q₂与Q₃不导通的情况下，控制信号G₁得由一PWM信号所实施，使得NMOS晶体管Q₁的导通时间由控制信号G₁的工作循环所决定，进而控制驱动电压的平均值。然而，PWM技术造成供应电压源V_m以及施加至马达M的驱动电压的过度扰动。对于需要精确控制马达的应用而言，现有技术的PWM技术可能造成若干不良影响。因而，期望一种可提供低杂讯的驱动电压至马达M的控制电路。

【发明内容】

本发明的一目的在于提供一种马达控制电路，可控制用于马达的驱动电压的极性与绝对值大小。

本发明的另一目的在于提供一种马达控制电路，可使用于马达的驱动电压的绝对值维持固定。

本发明的又一目的在于提供一种马达控制电路，可抑制用于马达的驱动电压的杂讯。

依据本发明，提供一种马达控制电路，用于供应一驱动电压至一马达。驱动电压被施加于马达的第一端点与第二端点间。该马达控制电路包括：一H桥式电路、一电压检测电路、一误差放大器、一反馈电路、以及一状态控制电路。

H桥式电路具有第一与第二线性单元以及第一与第二开关单元。第一线性单元与第一开关单元共同耦合至第一端点。第二线性单元与第二开关单元共同耦合至第二端点。电压检测电路产生至少一电压检测信号，其代表马达的驱动电压。误差放大器产生至少一误差信号，其代表至少一电压检测信号与一命令电压信号间的差异。至少一误差信号电性分离于第一与第二开关单元。反馈电路耦合于误差放大器以接收至少一误差信号，以选择性施加至少一误差信号至第一或第二线性单元。状态控制电路同步控制第一与第二开关单元以及反馈电路。

在第一操作期间中，第一开关单元操作于一不导通模式、第二开关单元操作于一导通模式、反馈电路允许至少一误差信号中的一个被施加至第一线性单元，导致第一线性单元操作于一线性模式、并且反馈电路防止至少一误差信号施加至第二线性单元。因而，驱动电压被控制成实质上正比于命令电压信号。此时，驱动电压使得一电流以从第一端点至第二端点的方向流经马达。

在第二操作期间中，第一开关单元操作于导通模式、第二开关单元操作于不导通模式、反馈电路防止至少一误差信号施加至第一线性单元、并且反馈电路允许至少一误差信号的另一个施加至第二线性单元，导致第二线性单元操作于线性模式。因而，驱动电压被控制成实质上正比于命令电压信号。此时，驱动电压使得一电流以从第二端点至第一端点的方向流经马达。

电压检测电路包含第一与第二分压器。第一分压器串联于第一端点与地面电位间，用以输出第一端点分压信号，作为至少一电压检测信号中的一个。第二分压器串联于第二端点与地面电位间，用以输出第二端点分压信号，作为至少一电压检测信号中的另一个。

误差放大器包含第一至第三NMOS晶体管以及第一至第三电流镜。第一NMOS晶体管的门极由第一端点分压信号所控制且其源极耦合于一固定电流源。第二NMOS晶体管的门极由第二端点分压信号所控制且其源极耦合于固定电流源。第三NMOS晶体管的门极由命令电压信号所控制且其源极耦合于固定电流源。第一电流镜的原始电流分支耦合于第一NMOS晶体管的漏极与第二NMOS晶体管的漏极。第二电流镜的原始电流分支耦合于第三NMOS晶体管的漏极。第三电流镜的原始电流分支耦合于第一电流镜的镜像电流分支。第一输出端耦合于第二电流镜的镜像电流分支与第三电流镜的镜像电流分支，用以供应至少一误差信号中的一个。

第二电流镜还具有一平行镜像电流分支，并联耦合于第二电流镜的镜像电流分支。第三电流镜还具有一平行镜像电流分支，并联耦合于第三电流镜的镜像电流分支。误差放大器更包含一第二输出端，耦合于第二电流镜的平行镜像电流分支与第三电流镜的平行镜像电流分支，用以供应至少一误差信号的另一个。

反馈电路包括第一与第二开关装置。第一开关装置耦合于该第一线性单元，并且由状态控制电路所控制。在第一操作期间中，第一开关装置允许至少一误差信号中的一个施加至第一线性单元。在第二操作期间中，第一开关装置防止至少一误差信号施加至第一线性单元。第二开关装置耦合于第二线性单元，并且由状态控制电路所控制。在第一操作期间中，第二开关装置防止至少一误差信号施加至第二线性单元。在第二操作期间中，第二开关装置允许至少一误差信号的另一个施加至第二线性单元。

状态控制电路同步输出第一至第四状态控制信号，用以分别控制反馈电路的第一与第二开关装置以及H桥式电路的第一与第二开关单元。第一至第四状态控制信号的每一个是一数字逻辑信号，具有一逻辑高电平与一逻辑低电平。在第一操作期间中，第一与第三状态控制信号处于逻辑低电平而第二与第四状态控制信号处于逻辑高电平。在第二操作期间中，第一与第三状态控制信号处于逻辑高电平而第二与第四状态控制信号处于逻辑低电平。

马达控制电路还包括一制动电路，由该状态控制电路所控制。在第三操作期间中，制动电路转换至少一误差信号成为至少一制动信号，并且经由反馈电路同时施加至少一制动信号至第一与第二线性单元，导致第一与第二线性单元同时操作于导通模式。在第三操作期间中，状态控制电路控制第一与第二开关单元操作于不导通模式。

状态控制电路还输出一制动控制信号，其是一数字逻辑信号，具有一逻辑高电平与一逻辑低电平。制动控制信号输入该制动电路，使得该制动电路转换该至少一误差信号成为该至少一制动信号。在第三操作期间中，第一至第四状态控制信号处于逻辑低电平并且制动控制信号处于逻辑高电平。

【附图说明】

下文中的说明与附图将使本发明的前述与其他目的、特征、与优点更明显。现将参照附图详细说明依据本发明的较佳实施例。

图1显示现有技术的用于驱动马达的H桥式电路的电路图。

图2显示依据本发明的马达控制电路的一例子的电路图。

图3显示依据本发明的误差放大器与制动电路的一例子的详细电路图。

图4显示依据本发明的马达控制电路的三种操作状态的时序图。

【具体实施方式】

图2显示依据本发明的马达控制电路20的一例子的电路图。参照图2，马达控制电路20包括一H桥式电路21、一电压检测电路22、一误差放大器23、一反馈电路24、以及一状态控制电路25。

H桥式电路21包括两个线性单元LQ₁与LQ₂以及两个开关单元SQ₁与SQ₂。线性单元LQ₁与LQ₂用以耦合供应电压源V_m与马达M，而开关单元SQ₁与SQ₂则用以耦合马达M与地面电位。线性单元LQ₁与LQ₂的操作状态包括线性模式、导通模式、与不导通模式，而开关单元SQ₁与SQ₂的操作状态则包括导通模式与不导通模式。「线性模式」一词是指等效电阻值随着控制信号实质上线性地变化的操作状态。「导通模式」一词是指等效电阻值可忽略而视为实质上短路的操作状态。「不导通模式」一词是指等效电阻值甚高而视为实质上开路的操作状态。

电压检测电路2 2是用以检测马达M的驱动电压，即施加于马达M的端点A与端点B间的电压，并且输出至少一代表马达驱动电压的电压检测信号V_d至误差放大器23的反相输入端(-)。误差放大器23的非反相输入端(+)接收有一命令电压(Command Voltage)信号V_com，用以指示依据本发明的马达控制电路20产生所期望的马达驱动电压。命令电压信号V_com由使用者决定、依据应用需求而调整、或者由其他电路依据马达的操作特征而反馈决定。在误差放大器23中，至少一电压检测信号V_d与命令电压信号V_com相互比较，因而产生至少一代表两者差值的误差信号V_e。

基于状态控制电路25所产生的状态控制信号S₁与S₂，反馈电路24使由误差放大器23所产生的至少一误差信号V_e选择性施加至线性单元LQ₁或LQ₂。具体而言，当状态控制信号S₁与S₂指示反馈电路24：线性单元LQ₁操作于线性模式且线性单元LQ₂操作于不导通模式时，反馈电路24允许至少一误差信号V_e施加于线性单元LQ₁但防止至少一误差信号V_e施加于线性单元LQ₂。在此情况下，线性单元LQ₁的等效电阻值随着至少一误差信号V_e实质上线性地变化。当状态控制信号S₁与S₂指示反馈电路24：线性单元LQ₁操作于不导通模式且线性单元LQ₂操作于线性模式时，反馈电路24防止至少一误差信号V_e施加于线性单元LQ₁但允许至少一误差信号V_e施加于线性单元LQ₂。在此情况下，线性单元LQ₂的等效电阻值随着至少一误差信号V_e实质上线性地变化。

状态控制电路25还产生另外两个状态控制信号S₃与S₄，用以控制H桥式电路21的开关单元SQ₁与SQ₂，使其操作于导通模式或不导通模式。状态控制电路25所同步产生的状态控制信号S₁至S₄相互配合，以实现依据本发明的马达控制电路20的操作状态控制。

具体而言，当状态控制信号S₁使反馈电路24选择性地施加至少一误差信号V_e至线性单元LQ₁时，状态控制信号S₄使开关单元SQ₂操作于导通模式。此时，状态控制信号S₂与S₃分别使线性单元LQ₂与开关单元SQ₁操作于不导通模式。结果，马达M的端点A经由操作于线性模式的线性单元LQ₁耦合于供应电压源V_m，而马达M的端点B则短路于地面电位。由于端点B的电压实质上为零，故端点A的电压即为马达驱动电压。在此情况下，驱动电流以从端点A至端点B的方向流经马达M。如前所述，马达驱动电压的变动经由电压检测电路22、误差放大器23、以及反馈电路24所构成的回路反馈至线性单元LQ₁，从而利用线性单元LQ₁的等效电阻值的变化而控制马达驱动电压实质上正比于命令电压信号V_com。

另一方面，当状态控制信号S₂使反馈电路24选择性地施加至少一误差信号V_e至线性单元LQ₂时，状态控制信号S₃使开关单元SQ₁操作于导通模式。此时，状态控制信号S₁与S₄分别使线性单元LQ₁与开关单元SQ₂操作于不导通模式。结果，马达M的端点B经由操作于线性模式的线性单元LQ₂耦合于供应电压源V_m而马达M的端点A则短路于地面电位。由于端点A的电压实质上为零，故端点B的电压即为马达驱动电压。在此情况下，驱动电流以从端点B至端点A的方向流经马达M。如前所述，马达驱动电压的变动经由电压检测电路22、误差放大器23、以及反馈电路24所构成的回路反馈至线性单元LQ₂，从而利用线性单元LQ₂的等效电阻值的变化而控制马达驱动电压实质上正比于命令电压信号V_com。

因此，依据本发明的马达控制电路20可控制用于马达的驱动电压的极性与绝对值大小。倘若命令电压信号V_com设定为一固定值，则依据本发明的马达控制电路20可使用于马达的驱动电压的绝对值维持固定。由于依据本发明的马达控制电路20是利用线性单元LQ₁与LQ₂的线性模式而获得所期望的马达驱动电压，故有效地抑制驱动电压的杂讯。

应注意在依据本发明的马达控制电路20中，开关单元SQ₁与SQ₂由状态控制电路25所产生的状态控制信号S₃与S₄控制，而非至少一误差信号V_e。尤其，至少一误差信号V_e电性分离于开关单元SQ₁与SQ₂。至少一误差信号V_e主要经由反馈电路24选择性反馈控制线性单元LQ₁或LQ₂，使其操作于线性模式。

在图2所示的实施例中，线性单元LQ₁与LQ₂得由NMOS晶体管所实施。线性单元LQ₁的漏极耦合于供应电压源V_m，且其源极耦合于马达M的端点A。线性单元LQ₂的漏极耦合于供应电压源V_m，且其源极耦合于马达M的端点B。开关单元SQ₁与SQ₂得由NMOS晶体管所实施。开关单元SQ₁的漏极耦合于马达M的端点A，且其源极耦合于地面电位。开关单元SQ₂的漏极耦合于马达M的端点B，且其源极耦合于地面电位。

应注意由于NMOS晶体管具有寄生二极管D₁至D₄，故图2所示的H桥式电路21无须额外设置飞轮二极管。倘若H桥式电路21的线性单元LQ₁与LQ₂以及开关单元SQ₁与SQ₂由双极接型晶体管所实施，则如图2所示的二极管D₁至D₄必须额外设置。

电压检测电路22由两个分压器221与222所构成，分别检测马达M的端点A处的电压与端点B处的电压。分压器221由串联于端点A与地面电位间的电阻R₁与R₃所实施。电压检测信号V_d1从电阻R₁与R₃的耦合点取出，其与端点A处的电压间的分压比为R₃/(R₁+R₃)。分压器222由串联于端点B与地面电位间的电阻R₂与R₄所实施。电压检测信号V_d2从电阻R₂与R₄的耦合点取出，其与端点B处的电压间的分压比为R₄/(R₂+R₄)。电阻R₁至R₄被设计成使得R₃/(R₁+R₃)等于R₄/(R₂+R₄)。在图2所示的实施例中，电压检测信号V_d1与V_d2构成前文所述的至少一电压检测信号V_d，用以代表马达驱动电压。

应注意虽然在图2所示的实施例中，电压检测电路22输出两个电压检测信号V_d1与V_d2，但本发明不限于此而得应用至电压检测电路22还包括一模拟比较器，用以获得端点A与端点B处的电压间的差值而产生单一电压检测信号V_d，代表马达驱动电压。

误差放大器23具有两个反相输入端，用以分别接收电压检测信号V_d1与V_d2。如前所述，当马达M操作于驱动电流从端点A流向端点B的情况下时，马达驱动电压实质上等于端点A的电压且端点B短路于地面电位，所以电压检测信号V_d1代表马达驱动电压且电压检测信号V_d2实质上为零。结果，误差放大器23实质上仅比较电压检测信号V_d1与命令电压信号V_com间的差异。另一方面，当马达M操作于驱动电流从端点B流向端点A的情况下时，马达驱动电压实质上等于端点B的电压且端点A短路于地面电位，所以电压检测信号V_d2代表马达驱动电压且电压检测信号V_d1实质上为零。结果，误差放大器23实质上仅比较电压检测信号V_d2与命令电压信号V_com间的差异。

误差放大器23具有两个彼此相同的输出端O₁与O₂，用于产生彼此相同的误差信号V_e1与V_e2，作为前文所述的至少一误差信号V_e。输出端O₁耦合于线性单元LQ₁，而输出端O₂则耦合于线性单元LQ₂。反馈电路24设有两个开关装置SW₁与SW₂。开关装置SW₁受到状态控制信号S₁的控制。当开关装置SW₁导通时，输出端O₁短路于地面电位，导致误差信号V_e1无法施加至线性单元LQ₁并且线性单元LQ₁操作于不导通模式。当开关装置SW₁不导通时，误差信号V_e1施加至线性单元LQ₁使之操作于线性模式。开关装置SW₂受到状态控制信号S₂的控制。当开关装置SW₂导通时，输出端O₂短路于地面电位，导致误差信号V_e2无法施加至线性单元LQ₂并且线性单元LQ₂操作于不导通模式。当开关装置SW₂不导通时，误差信号V_e2施加至线性单元LQ₂使之操作于线性模式。

应注意虽然在图2所示的实施例中，反馈电路24是在状态控制电路25的控制下，独立地决定误差信号V_e1是否施加至线性单元LQ₁并且独立地决定误差信号V_e2是否施加至线性单元LQ₂，但本发明不限于此而得应用于误差放大器23仅设有单一输出端，用以产生单一误差信号V_e。在此情况下，反馈电路24是在状态控制电路25的控制下，使误差放大器23的单一输出端选择性地耦合于线性单元LQ₁或LQ₂，从而执行单一误差信号V_e选择性地施加至线性单元LQ₁或LQ₂。

由于H桥式电路21的线性单元LQ₁与LQ₂操作于线性模式中而非如同现有技术中以PWM方式高频率地切换于导通与不导通状态间，因此依据本发明的马达控制电路20不会过度扰动供应电压源V_m并且有效地抑制马达驱动电压的杂讯。倘若期望更大程度地抑制马达驱动电压的杂讯，则反馈电路24需还设有电容C₁与C₂。电容C₁耦合于线性单元LQ₁的门极与地面电位间，使得误差信号V_e1相对缓和地施加至线性单元LQ₁的门极。电容C₂耦合于线性单元LQ₂的门极与地面电位间，使得误差信号V_e2相对缓和地施加至线性单元LQ₂的门极。

依据本发明的马达控制电路20还设有一制动电路26，用以使线性单元LQ₁与LQ₂同时操作于导通模式。具体而言，当马达控制电路20执行制动控制时，状态控制电路25输出一制动控制信号BRK至制动电路26。回应于制动控制信号BRK，制动电路26使误差放大器23所产生的至少一误差信号V_e转换成至少一制动信号。在状态控制电路25的控制下，开关单元SQ₁与SQ₂操作于不导通模式，并且反馈电路24同时施加至少一制动信号至线性单元LQ₁与LQ₂，使其同时操作于导通模式。

具体而言，在图2所示的实施例中，回应于制动控制信号BRK，制动电路26使误差放大器23的两个反相输入端短路于地面电位或处于低于命令电压信号V_com的状态。结果，误差信号V_e1与V_e2转变成具有逻辑高电平的制动信号，而不再是前述的用于反馈控制的线性信号。在此情况下，状态控制电路25通过状态控制信号S₁与S₂使开关装置SW₁与SW₂同时不导通，使得具有逻辑高电平的制动信号V_e1与V_e2分别输入线性单元LQ₁与LQ₂的门极。具有逻辑高电平的制动信号V_e1与V_e2使线性单元LQ₁与LQ₂操作于导通模式，达成所期望的制动控制。

在制动控制中，为了使误差信号V_e1与V_e2更迅速地转变成具有逻辑高电平的制动信号，制动电路26可额外设有直接控制误差放大器23的输出级的装置，强迫两个输出端O₁与O₂迅速输出具有逻辑高电平的制动信号V_e1与V_e2。

图3显示依据本发明的误差放大器23与制动电路26的一例子的详细电路图。首先说明依据本发明的误差放大器23的一例子的详细电路。NMOS晶体管N₁的门极用以接收电压检测信号V_d1，NMOS晶体管N₂的门极用以接收电压检测信号V_d2，而NMOS晶体管N₃的门极用以接收命令电压信号V_com。NMOS晶体管N₁至N₃的源极皆耦合于一固定电流源I_ea。当电压检测信号V_d2为零时，NMOS晶体管N₂不导通。在此情况下，电压检测信号V_d1与命令电压信号V_com决定固定电流源I_ea分配于NMOS晶体管N₁与N₃的电流比例。当电压检测信号V_d2为零时，NMOS晶体管N₂不导通。在此情况下，电压检测信号V_d2与命令电压信号V_com决定固定电流源I_ea分配于NMOS晶体管N₂与N₃的电流比例。

PMOS晶体管P₁与P₃构成一电流镜，其中PMOS晶体管P₁作为原始电流分支且PMOS晶体管P₃作为镜像电流分支。PMOS晶体管P₁耦合于NMOS晶体管N₁与N₂，使得流经PMOS晶体管P₃的电流通过镜像效应而对应于流经NMOS晶体管N₁(或N₂)的电流，用以代表电压检测信号V_d1(或V_d2)。PMOS晶体管P₂与P₄构成另一电流镜，其中PMOS晶体管P₂作为原始电流分支且PMOS晶体管P₄作为镜像电流分支。PMOS晶体管P₂耦合于NMOS晶体管N₃，使得流经PMOS晶体管P₄的电流经由镜像效应而对应于流经NMOS晶体管N₃的电流，用以代表命令电压信号V_com。

NMOS晶体管N₄与N₅构成一电流镜，其中NMOS晶体管N₄作为原始电流分支且NMOS晶体管N₅作为镜像电流分支。NMOS晶体管N₄耦合于PMOS晶体管P₃，使得流经NMOS晶体管 N₅的电流通过镜像效应而对应于流经NMOS晶体管N₁(或N₂)的电流，用以代表电压检测信号V_d1(或V_d2)。

误差放大器23的输出端O₁耦合于PMOS晶体管P₄与NMOS晶体管N₅。当电压检测信号V_d1(或V_d2)小于命令电压信号V_com时，流PMOS晶体管P₄的电流大于NMOS晶体管N₅的电流，导致一差动电流从输出端O₁流出。当电压检测信号V_d1(或V_d2)大于命令电压信号V_com时，流经PMOS晶体管P₄的电流小于NMOS晶体管N₅的电流，导致一差动电流流入输出端O₁。因此，误差信号V_e1得由此差动电流所实施。

PMOS晶体管P₅并联耦合于PMOS晶体管P₄，作为平行镜像电流分支，使得流经PMOS晶体管P₅的电流代表命令电压信号V_com。NMOS晶体管N₆并联耦合于NMOS晶体管N₅，作为平行镜像电流分支，使得流经NMOS晶体管N₆的电流代表电压检测信号V_d1(或V_d2)。

误差放大器23的输出端O₂耦合于PMOS晶体管P₅与NMOS晶体管N₆。当电压检测信号V_d1(或V_d2)小于命令电压信号V_com时，流经PMOS晶体管P₅的电流大于NMOS晶体管N₆的电流，导致一差动电流从输出端O₂流出。当电压检测信号V_d1(或V_d2)大于命令电压信号V_com时，流经PMOS晶体管P₅的电流小于NMOS晶体管N₆的电流，导致一差动电流流入输出端O₂。因此，误差信号V_e1得由此差动电流所实施。

制动电路26包括NMOS晶体管N₇与N₈，其漏极分别耦合于NMOS晶体管N₁与N₂的门极且其源极皆耦合于地面电位。NMOS晶体管N₇与N₈的门极皆由制动控制信号BRK所控制。当制动控制信号BRK处于逻辑高电平时，NMOS晶体管N₇与N₈导通，分别使NMOS晶体管N₁与N₂的门极短路于地面电位。结果，误差放大器23所产生的误差信号V_e1与V_e2转换成具有逻辑高电平的制动信号。为了使误差信号V_e1与V_e2更迅速地转变成具有逻辑高电平的制动信号，制动电路26还设有NMOS晶体管N₉，其漏极耦合于第一输出级的NMOS晶体管N₅的门极与第二输出级的NMOS晶体管N₆的门极且其源极耦合于地面电位。NMOS晶体管N₉的门极由制动控制信号BRK所控制。当制动控制信号BRK处于逻辑高电平时，NMOS晶体管N₉导通，使NMOS晶体管N₅与N₆的门极短路于地面电位而立即不导通，结果，误差放大器23所产生的误差信号V_e1与V_e2迅速地转换成具有逻辑高电平的制动信号。

为了更清楚了解依据本发明的马达控制电路20的操作，现将参照图4举例说明依据本发明的马达控制电路20的(1)使电流从端点A至端点B流经马达M的定压驱动操作状态、(2)制动操作状态、以及(3)使电流从端点B至端点A流经马达M的定压驱动操作状态。

如图4所示，在操作期间T₁中，状态控制信号S₁与S₃为逻辑低电平、状态控制信号S₂与S₄为逻辑高电平、并且制动控制信号BRK为逻辑低电平。因此，开关装置SW₁与开关单元SQ₁皆不导通、开关装置SW₂与开关单元SQ₂皆导通、并且制动电路26处于截止(Disable)状态。由于马达M的端点 B因为短路于地面电位所以其电压实质上为零，故电压检测信号V_d2也为零。误差信号V_e1为一线性信号，处于逻辑高电平H与逻辑低电平L间的线性区域，并且反馈控制线性单元LQ₁使之操作于线性模式。误差信号V_e2因开关装置SW₂的导通而被拉低至地面电位。结果，电压检测信号V_d1维持成实质上等于命令电压信号V_com。换言之，马达M的端点A的电压维持成实质上正比于命令电压信号V_com。因而，当命令电压信号V_com是一固定值时，依据本发明的马达控制电路20有效地实现使电流从端点A至端点B流经马达M的定压驱动操作状态。

在操作期间T₂中，状态控制信号S₁至S₄皆为逻辑低电平，并且制动控制信号BRK为逻辑高电平。因此，开关装置SW₁与SW₂以及开关单元SQ₁与SQ₂皆不导通。制动电路26使误差信号V_e1与V_e2转换成具有逻辑高电平H的制动信号。具有逻辑高电平H的制动信号V_e1与V_e2使线性单元LQ₁与LQ₂同时进入导通模式。因而，依据本发明的马达控制电路20有效地实现制动操作状态。附带一提，此时马达M的端点A与端点B的电压实质上等于供应电压源V_m，因此电压检测信号V_d1与V_d2分别为R₃/(R₁+R₃)*V_m与R₄/(R₂+R₄)*V_m。

在操作期间T₃中，状态控制信号S₁与S₃为逻辑高电平、状态控制信号S₂与S₄为逻辑低电平、并且制动控制信号BRK为逻辑低电平。因此，开关装置SW₁与开关单元SQ₁皆导通、开关装置SW₂与开关单元SQ₂皆不导通、并且制动电路26处于截止状态。由于马达M的端点A因为短路于地面电位所以其电压实质上为零，故电压检测信号V_d1也为零。误差信号V_e1因开关装置SW₁的导通而被拉低至地面电位。误差信号V_e2为一线性信号，处于逻辑高电平H与逻辑低电平L间的线性区域，并且反馈控制线性单元LQ₂使之操作于线性模式。结果，电压检测信号V_d2维持成实质上等于命令电压信号V_com。换言之，马达M的端点B的电压维持成实质上正比于命令电压信号V_com。因而，当命令电压信号V_com是一固定值时，依据本发明的马达控制电路20有效地实现使电流从端点B至端点A流经马达M的定压驱动操作状态。

应注意虽然在图2所示的实施例中，线性单元LQ₁与LQ₂耦合于供应电压源V_m与马达M间且开关单元SQ₁与SQ₂耦合于马达M与地面电位间，但本发明不限于此而得应用于线性单元LQ₁与LQ₂耦合于马达M与地面电位间且开关单元SQ₁与SQ₂耦合于供应电压源V_m与马达M间。在此情况下，开关单元SQ₁与SQ₂的导通分别决定马达M的端点A与B是否短路于供应电压源V_m，而线性单元LQ₁与LQ₂则分别提供受到反馈控制的等效电阻值于马达M的端点A与B以及地面电位间。

虽然已通过优选实施例公开了本发明，然其并非用以限定本发明，本领域任何技术人员在不脱离本发明的精神和范围内可对本发明作更动与修改，因此本发明的保护范围应以权利要求书为准。

Claims

1、一种马达控制电路，用于供应一驱动电压至一马达，该马达具有一第一端点与一第二端点，该驱动电压被施加于该第一端点与该第二端点间，该马达控制电路包含：

一H桥式电路，具有一第一线性单元、一第二线性单元、一第一开关单元、与一第二开关单元，该第一线性单元与该第一开关单元共同耦合至该第一端点且该第二线性单元与该第二开关单元共同耦合至该第二端点；

一电压检测电路，用以产生至少一电压检测信号，其代表该马达的该驱动电压；

一误差放大器，用以产生至少一误差信号，其代表该至少一电压检测信号与一命令电压信号间的差异，其中该至少一误差信号电性分离于该第一与该第二开关单元；

一反馈电路，耦合于该误差放大器以接收该至少一误差信号，以选择性施加该至少一误差信号至该第一或该第二线性单元；以及

一状态控制电路，用以同步控制该第一与该第二开关单元以及该反馈电路，使得在一第一操作期间中，该第一开关单元操作于一不导通模式、该第二开关单元操作于一导通模式、该反馈电路允许该至少一误差信号中的一个施加至该第一线性单元，导致该第一线性单元操作于一线性模式、并且该反馈电路防止该至少一误差信号施加至该第二线性单元，从而控制该驱动电压实质上正比于该命令电压信号。

2、根据权利要求1的马达控制电路，其中：

该至少一电压检测信号由两个电压检测信号所组成，并且

该电压检测电路包含：

一第一分压器，串联于该第一端点与一地面电位间，用以输出一第一端点分压信号，作为该两个电压检测信号中的一个，以及

一第二分压器，串联于该第二端点与该地面电位间，用以输出一第二端点分压信号，作为该两个电压检测信号中的另一个。

3、根据权利要求2的马达控制电路，其中：

该误差放大器包含：

一第一NMOS晶体管，具有一门极、一漏极、与一源极，该门极由该第一端点分压信号所控制且该源极耦合于一固定电流源；

一第二NMOS晶体管，具有一门极、一漏极、与一源极，该门极由该第二端点分压信号所控制且该源极耦合于该固定电流源；

一第三NMOS晶体管，具有一门极、一漏极、与一源极，该门极由该命令电压信号所控制且该源极耦合于该固定电流源；

一第一电流镜，具有一原始电流分支与一镜像电流分支，该原始电流分支的一第一端耦合于该第一NMOS晶体管的该漏极与该第二NMOS晶体管的该漏极，该原始电流分支的一第二端耦合于一固定电压源，该镜像电流分支的一第二端耦合于该固定电压源；

一第二电流镜，具有一原始电流分支与一镜像电流分支，该原始电流分支的一第一端耦合于该第三NMOS晶体管的该漏极，该原始电流分支的一第二端耦合于该固定电压源，该镜像电流分支的一第二端耦合于该固定电压源；

一第三电流镜，具有一原始电流分支与一镜像电流分支，该原始电流分支的一第一端耦合于该第一电流镜的该镜像电流分支的一第一端，该原始电流分支的一第二端耦合于该固定电流源与该地面电位，该镜像电流分支的一第一端耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支的一第一端，该镜像电流分支的一第二端耦合于该固定电流源与该地面电位；以及

一第一输出端，耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支的该第一端与该第三电流镜的该镜像电流分支的该第一端，用以提供该至少一个误差信号中的该一个。

4、根据权利要求3的马达控制电路，其中：

该第一电流镜的该原始电流分支由一第一PMOS晶体管所实施，该第一PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极，该门极耦合于该漏极、该漏极耦合于该第一NMOS晶体管的该漏极与该第二NMOS晶体管的该漏极、且该源极耦合于一固定电压源；

该第二电流镜的该原始电流分支由一第二PMOS晶体管所实施，该第二PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极，该门极耦合于该漏极、该漏极耦合于该第三NMOS晶体管的该漏极、且该源极耦合于该固定电压源；

该第一电流镜的该镜像电流分支由一第三PMOS晶体管所实施，该第三PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极，该门极耦合于该第一电流镜的该原始电流分支的该门极、该漏极耦合于该第三电流镜的该原始电流分支、且该源极耦合于该固定电压源；并且

该第二电流镜的该镜像电流分支由一第四PMOS晶体管所实施，该第四PMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极，该门极耦合于该第二电流镜的该原始电流分支的该门极、该漏极耦合于该误差放大器的该第一输出端、且该源极耦合于该固定电压源。

5、根据权利要求3的马达控制电路，其中：

该第三电流镜的该原始电流分支由一第四NMOS晶体管所实施，该第四NMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极，该门极耦合于该漏极、该漏极耦合于该第一电流镜的该镜像电流分支、且该源极耦合于一地面电位，并且

该第三电流镜的该镜像电流分支由一第五NMOS晶体管所实施，该第五NMOS晶体管具有一门极、一漏极、与一源极，该门极耦合于该第四NMOS晶体管的该门极、该漏极耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支、且该源极耦合于该地面电位。

6、根据权利要求1的马达控制电路，其中：

该至少一误差信号由两个误差信号所组成，并且

该状态控制电路还同步控制该第一与该第二开关单元以及该反馈电路，使得在一第二操作期间中，该第一开关单元操作于该导通模式、该第二开关单元操作于该不导通模式、该反馈电路防止该两个误差信号施加至该第一线性单元、并且该反馈电路允许该两个误差信号的另一个施加至该第二线性单元，导致该第二线性单元操作于该线性模式，从而控制该驱动电压实质上正比于该命令电压信号。

7、根据权利要求3的马达控制电路，其中：

该至少一误差信号由两个误差信号所组成；

该第二电流镜还具有一平行镜像电流分支，并联耦合于该第二电流镜的该镜像电流分支；

该第三电流镜还具有一平行镜像电流分支，并联耦合于该第三电流镜的该镜像电流分支；并且

该误差放大器更包含一第二输出端，耦合于该第二电流镜的该平行镜像电流分支与该第三电流镜的该平行镜像电流分支，用以供应该至少一误差信号的另一个。

8、根据权利要求6的马达控制电路，其中：

该反馈电路包含：

一第一开关装置，耦合于该第一线性单元，并且由该状态控制电路所控制，用以在该第一操作期间中允许该至少一误差信号的该一个施加至该第一线性单元，并且在该第二操作期间中防止该至少一误差信号施加至该第一线性单元，以及

一第二开关装置，耦合于该第二线性单元，并且由该状态控制电路所控制，用以在该第一操作期间中防止该至少一误差信号施加至该第二线性单元，并且在该第二操作期间中允许该至少一误差信号的该另一个施加至该第二线性单元。

9、根据权利要求6的马达控制电路，其中：

该反馈电路包含：

一第一电容，耦合于该第一线性单元，用以在该第一操作期间中，使该至少一误差信号的该一个相对和缓地施加至该第一线性单元，以及

一第二电容，耦合于该第二线性单元，用以在该第二操作期间中，使该至少一误差信号的该另一个相对和缓地施加至该第二线性单元。

10、根据权利要求6的马达控制电路，其中：

该状态控制电路同步输出第一至第四状态控制信号，用以分别控制该反馈电路以及该H桥式电路的该第一与该第二开关单元，其中该第一至该第四状态控制信号的每一个是一数字逻辑信号，具有一逻辑高电平与一逻辑低电平，使得：

在该第一操作期间中，该第一与该第三状态控制信号处于该逻辑低电平而该第二与该第四状态控制信号处于该逻辑高电平，并且

在该第二操作期间中，该第一与该第三状态控制信号处于该逻辑高电平而该第二与该第四状态控制信号处于该逻辑低电平。

11、根据权利要求1的马达控制电路，还包含：

一制动电路，由该状态控制电路所控制，使得在一第三操作期间中，该制动电路转换该至少一误差信号成为至少一制动信号，并且经由该反馈电路同时施加该至少一制动信号至该第一与该第二线性单元，导致该第一与该第二线性单元同时操作于该导通模式，并且

在该第三操作期间中，该状态控制电路控制该第一与该第二开关单元操作于该不导通模式。

12、根据权利要求11的马达控制电路，其中：

该误差放大器具有至少一反相输入端，用以分别接收该至少一电压检测信号，以及一非反相输入端，用以接收该命令电压信号，并且

在该第三操作期间中，该制动电路使该误差放大器的该至少一反相输入端短路于该地面电位，使得该至少一误差信号转换成为该至少一制动信号。

13、根据权利要求11的马达控制电路，其中：

该状态控制电路输出第一至第四状态控制信号以及一制动控制信号，该第一至该第四状态控制信号用以分别控制该反馈电路以及该H桥式电路的该第一与该第二开关单元，该制动控制信号输入该制动电路，使得该制动电路转换该至少一误差信号成为该至少一制动信号，其中该第一至该第四状态控制信号以及该制动控制信号的每一个是一数字逻辑信号，具有一逻辑高电平与一逻辑低电平，使得：

在该第一操作期间中，该第一与该第三状态控制信号处于该逻辑低电平、该第二与该第四状态控制信号处于该逻辑高电平、且该制动控制信号处于该逻辑低电平，并且

在该第三操作期间中，该第一至该第四状态控制信号处于该逻辑低电平并且该制动控制信号处于该逻辑高电平。