CN1910813A

CN1910813A - 限流器电路和电机驱动电路

Info

Publication number: CN1910813A
Application number: CNA2005800022067A
Authority: CN
Inventors: 大尾光明; 柳岛大辉
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2007-02-07
Also published as: KR100830028B1; JPWO2005067136A1; TW200531436A; KR20060103280A; US20090190280A1; WO2005067136A1

Abstract

[问题]提供一种限流器电路和电机驱动电路，能够在用于检测额定电流值的外部提供的参考电压发生器电路出现故障时防止其过电流来保护驱动器IC的功率晶体管，并且允许驱动器IC连续使用。[解决问题的手段]一种IC中的限流器电路，包括功率晶体管和与所述功率晶体管串联的输出电流检测电路，所述限流器电路包括比较器，第一参考电压发生器电路和第二参考电压发生器电路。比较器根据由输出电流检测电路获得的检测信号，和根据当所述功率晶体管的输出电流达到预定限制值时由所述第一参考电压发生器电路获得的第一参考电压，产生用于使所述功率晶体管的驱动停止预定时间的控制信号，和比较器根据输出电流检测电路获得的检测信号，和根据当功率晶体管的输出电流达到比预定限制值大的预定值时由所述第二参考电压发生器电路获得的第二参考电压，产生控制信号。第一参考电压发生器电路设置在所述IC的外部，所述第二参考电压发生器电路被包括所述IC内部。

Description

限流器电路和电机驱动电路

技术领域

本发明涉及限流器电路和电机驱动电路，特别是，本发明涉及在检测标准电流值(限流值)的外部参考电压发生器电路在单极(半波)驱动的步进电机驱动器IC中出现故障时，能够防止过电流并保护功率晶体管，以使驱动器IC能够被连续使用的限流器电路。

背景技术

在单极驱动的步进电机驱动器(脉冲电机驱动器)中，通过利用单相驱动，单相到双相驱动，或双相驱动等来顺序地激励步进电机的定子来使齿状的转子旋转预定角度。

用于提供顺序地激励定子的驱动电流的驱动器包括线圈(激励线圈)和功率晶体管(输出级晶体管)。线圈被提供在定子上并连接到电源线，功率晶体管是为各相提供的，并且与相应的线圈串联。通过以预定的定时控制功率晶体管的导通/截止来顺序地激励定子以驱动步进电机。

当某一相的功率晶体管被导通时，由于瞬变现象具有由相同相中的激励线圈的电感或相同相中的功率晶体管的阻抗等确定的预定时间常数，在导通周期，驱动电流被依次增加。为了将驱动电流的增加限制到预定值，导通功率晶体管，并且在从导通时起经过了预定时间后截止，以使过电流不流过功率晶体管。为了实现该方案，驱动功率晶体管，以便由HIGH电平“H”和LOW电平“L”的逻辑脉冲对每相斩波。

作为这种脉冲驱动控制的实例，熟知的是通过由定时器电路设定ON周期来斩波控制的三相电机驱动器，和用于三相电机驱动器的集成栅极的双极晶体管(IDBT)的功率晶体管保护电路(专利文献1)。

如专利文献1(JP-H11-112313A)中所述，用于这种驱动器的过电流保护电路是由用于检测功率晶体管的输出电流的电流检测器电路和用于停止功率晶体管的驱动的过电流检测电路构成的。电流检测电路通常被设置成与功率晶体管串联。响应来自电流检测电路的检测信号启动过电流检测电路，以限制输出电流，来自电流检测电路的所述检测信号是在输出级功率晶体管的输出电流变得大于预定值时获得的。

专利文献1：JP-H11-112313A

发明内容

本发明要解决的问题

通常，比较器将来自电流检测器电路的电压信号与参考电压比较，当电压信号超过参考电压时，限流器电路停止功率晶体管的驱动。当产生参考电压的电路出现故障时，限流器电路不工作，并且功率晶体管可能断开。因此，需要分开过电流保护电路。

驱动器IC外部提供用于借助限流电路检测额定电流(限流值)的参考电压发生器电路。这是由于用于检测额定电流值的电压与功率晶体管的特性改变相对应地改变，因此需要通过借助外部提供的参考电压发生器电路调整该电压值来将该限制电流调整到不符合设计规范的值。

因此，不是驱动器IC内部的电路，而是设置在驱动器IC外部的电路容易出现连接故障。当参考电压输入端因该故障连接而变为开路时，限流电路不工作，并且功率晶体管变为ON。分开设置的过电流保护电路可以检测当功率晶体管为ON时流动的输出电流的过电流。然而，由于驱动器IC的操作被停止，过电流保护电路不能被连续地用作驱动器。特别是，在诸如电机驱动电路之类的驱动器中，由于用于产生参考电压的电路的微小故障造成其不能作为驱动器，并且电机也不工作。因此，存在着整个系统或设备变得不能使用的问题。

本发明的意图是解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种限流电路或电机驱动电路，当外部提供的用于检测额定电流的参考电压发生器电路出现故障时，通过防止出现过电流能够保护功率晶体管，并且能够连续用作驱动器IC。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的限流电路或电机驱动电路包括与每个功率晶体管串联的输出电流检测器电路，比较器，第一参考电压发生器电路和第二参考电压发生器电路。当功率晶体管的输出电流变为预定限制值时，比较器根据输出电流检测电路获得的检测信号和第一参考电压发生器电路获得的第一参考电压，产生用于停止功率晶体管的驱动的控制信号，当功率晶体管的输出电流变为超过预定限制值的预定值时，比较器根据输出电流检测电路的检测信号和第二考电压发生器电路的第二参考电压产生控制信号。第一参考电压发生器电路提供在驱动器IC外部，第二参考电压发生器提供在驱动器IC内部。

本发明的优点

在本发明中，第二参考电压发生器电路被提供在驱动器IC内部。因此，当用于检测额定电流值的第一参考电压发生器电路出现故障时，第二参考电压发生器电路限制该电流，以防止过电流流动，并保护功率晶体管。

驱动器IC内部提供的第二参考电压发生器电路中基本上没有故障连接。因此，能够可靠地保护驱动器IC。通过将上面提到的预定值设置到比第一参考电压略高的电平并且在作为驱动器IC的连续操作中不产生任何问题。驱动器IC的操作没有不利的影响。

因此，即使在外部提供的第一参考电压发生器电路没有被交换时，也能够连续地使用IC作为驱动器。

顺便指出，由于很容易确定第一参考电压发生器电路要产生的电压，假设能够检验要通过其连接端产生的电压，很容易通过交换第一参考电压发生器电路来恢复正常操作。

这种情况下，从第二参考电压发生器电路的电压能够很容易地获得要由第一参考电压发生器电路产生的电压。

额定电流值对应一个限制电流(设计值)，该限制电流不是用于过电流保护，而是在斩波驱动电机驱动电路时用于限制电流低于某个电流。第二参考电压发生器电路的电压用于过电流保护和电流限制两种功能。提供过电流保护电路主要用于防止IC断开。然而，通过设定第二参考电压发生器电路的电压接近由第一参考电压发生器电路的电压引起的限制电流，当第一参考电压发生器电路变得不能执行限流操作时，过电流保护电路作为限流器电路工作。

顺便指出，接近限制电流的电压可以比外部提供的第一参考电压发生器电路的电压改变的上限值高，并且等于或低于功率晶体管的最大额定电流。

就是说，由第二参考电压发生器电路的电压引起的限制电流超过了额定电流，并且处在即使功率晶体管继续电机驱动操作时也不出现问题的范围内。例如，由第二参考电压发生器电路的电压引起的限制电流优选的是比用于限流的电流高3％到10％。

结果是，当只有参考电压发生器电路出现故障时，驱动器或电机不受影响，并且防止机械或整个设备被损坏。

附图说明

图1是根据本发明的实施例，使用限流器电路的单极驱动步进电机驱动器的单相驱动电路的电路方框图；和

图2是限流器电路的比较器的电路图。

具体实施方式

在图1中，单极驱动步进电机驱动器IC 10包括电流输出电路1a，1b，1c和1d，分别连接到步进电机11的激励线圈11a，11b，11c，和11d。续流(flywheel)二极管D分别与激励线圈11a至11d并联。

电流输出电路1a至1d具有相同的电路结构，因此仅示出了电流输出电路1a并详细描述。顺便指出，参考数字12表示电源。

电流输出电路1a包括N沟道MOSFET功率晶体管Tr。功率晶体管Tr的漏极连接到输出端2a，激励电流输出到输出端2a。功率晶体管Tr的源极连接到用于检测输出电流的电阻器Rs。电阻器Rs提供在步进电机驱动器IC的外部，并且连接到接地端2e。输出端2a的输出电流是来自激励线圈11a的信宿(sink)电流。限流器电路3包括双倍(x2)放大器4，比较器5，第一电压发生器电路6a和第二电压发生器电路6b。

放大器4连接在端子2e和比较器5的(-)输入端之间。参考电压发生器电路6a提供在步进电机驱动器IC的外部，并且通过端子2f连接到比较器5的(+)输入端。因此，参考电压发生器电路6a起到向比较器5的(+)输入端施加参考电压VRFF的作用。另一方面，参考电压发生器电路6b提供在步进电机驱动器IC的内部，并且连接到比较器的另一个(+)输入端，以便向比较器5的(+)输入端施加参考电压VR(VR＞VRFF)。

顺便指出，参考电压VR略高于参考电压VRFF，以便在步进电机驱动器IC以该参考电压VR工作时避免出现问题。

参考电压VR接近与由参考电压VRFF引起的限流值对应的电压。以将电流限制到比设计的限制电流大3％至10％的值的方式来确定电压VR。接近限制电流的电压可以高于外部提供的第一参考电压发生器电路6a的参考电压VRFF的改变的上限值，并且等于或低于功率晶体管的最大额定电流就足够了。

当功率晶体管Tr的输出电流增加并且在功率晶体管Tr中产生使用于检测输出电流的电阻器Rs的端电压Vs超过参考电压VRFF的驱动电流(输出电流)时，就是说，当输出电流变为预定限制值(限流值)时，比较器5的输出从“H”改变成“L”，得到检测脉冲S(“L”是有效的)。该检测脉冲S被提供给内部延迟电路7，并且将延迟的检测脉冲输入到RS触发器(数据锁存电路)8的时钟端CLK作为下降触发信号。此时，将未被延迟的、1比特数据的检测脉冲S(“L”)提供给RS触发器的D端。因此，由延迟的触发信号锁存1比特数据。

结果是，RS触发器的输出变为提供给“与”门9的“L”。

来自相位激励信号发生器电路(未示出)的相位激励信号G(“H”)被提供给“与”门9。于是，RS触发器8的输出(“L”)使“与”门9闭合。结果是，阻断了提供给功率晶体管Tr的栅极的相位激励信号G(“H”)，并且功率晶体管Tr因此而变成截止。当功率晶体管Tr变成截止时，电压Vs变成地电位，并且比较器5的输出(检测脉冲S)从“L”变成“H”，以使检测脉冲S结束。

因此，检测脉冲S作为使功率晶体管Tr截止的控制信号工作。

另一方面，检测脉冲S(“L”)还被提供给定时器电路7a。定时器电路7a在从输入检测信号起的恒定时间之后产生到RS触发器8的斩波脉冲。就是说，在功率晶体管Tr被截止时起的恒定时间之后，通过定时器电路7a和倒相器7b将斩波脉冲P(“H”)提供给内部延迟电路17。另外，将斩波脉冲P(“H”)无延迟地提供RS触发器8的D端。

当斩波脉冲P上升时，内部延迟电路7产生下降的触发脉冲。因此，在斩波脉冲P为“H”期间，RS触发器8锁存“H”，即“1”，以便在RS触发器8的Q输出端产生具有与定时器电路7a的时间计数对应的静止(quiescent)时间的相位激励脉冲G。结果是，“与”门9开路。于是，当相位激励脉冲G为“H”并且功率晶体管Tr向激励线圈11a提供增加的驱动电流时，建立了“与”条件。当驱动电流的量达到预定限制值(限流值)时，比较器5的输出从“H”变为“L”，并产生检测脉冲S。于是，功率晶体管Tr被再次截止。

通过重复该操作，在把相位激励信号G(“H”)提供给晶体管Tr的栅极并且驱动电流与相位激励信号G的产生的定时对应地流到激励线圈11a的驱动周期期间，对功率晶体管Tr的输出电流斩波。

顺便指出，定时器电路7a起到将处在H电平的斩波脉冲P改变为L电平达恒定时间的作用。当没有提供检测脉冲S时，定时器电路7a在“H”电平中产生斩波脉冲P，从而在RS触发器8设置“1”，并使“与”门9保持开路。在产生相位激励信号G(“H”)并且功率晶体管Tr向激励线圈11a提供驱动电流时建立了“与”条件。上面提到的操作与相位激励信号G的产生对应地开始。

因此，通过在端子2e的电阻器Rs的电压Vs超过参考电压VRFF时，即，功率晶体管Tr的输出电流变为额定电流值时阻断驱动电流，限流器电路3限制了功率晶体管Tr的输出电流。此刻，限流器电路3起到限流器和过电流保护电路二者的作用。

假设由于参考电压发生器电路6a的故障或端子2f的缺陷连接而在端子2f处没有出现参考电压VRFF。

这种情况下，功率晶体管Tr的输出电流增加，并且电压Vs超过参考电压VRFF。当在功率晶体管Tr中产生使电压Vs超过参考电压VR的输出电流时，就是说，当输出电流变为等于或大于预定限制值的预定值时，比较器5输出从“H”改变成“L”的检测脉冲S(“L”是有效的)。

就是说，比较器5的比较参考电压从参考电压发生器电路6a的参考电压VRFF变为参考电压发生器电路6b的参考电压VR，并且连续执行上面提到的操作。因此，作为驱动器的步进电机驱动器IC 10的操作能够继续。

图2是示出比较器5的电路图。比较器5包括由PNP晶体管Q1和Q2构成的差动放大器50。PNP晶体管Q3和Q4的发射极与晶体管Q1的基极并联。晶体管Q3和Q4的集电极接地。

PNP晶体管Q5的发射极连接到晶体管Q2的基极，PNP晶体管Q5的集电极接地。来自双倍(x2)放大器4的电流检测信号被提供给PNP晶体管Q5的基极。

参考电压发生器电路6a提供在晶体管Q3的基极和端子2f之间，参考电压发生器电路6b提供在晶体管Q4的基极和地电位(GND)之间。

参考数字51至53是设置在相应的晶体管Q1至Q5的发射极和电源线VDD之间的电流源。构成电流镜像电路的NPN晶体管Q6和Q7设置在作为差动放大器50的有效负载电路的晶体管Q1和Q2的下游侧。晶体管Q6和Q7的发射极接地。

NPN晶体管Q8和Q9是具有接地的发射极的输出级晶体管。晶体管Q8的集电极通过电流源54连接到电源线+VDD，晶体管Q6的集电极的输出被提供给晶体管Q8的基极。晶体管Q9的集电极通过负载电阻R连接到电源线+VDD。晶体管Q9的基极接收晶体管Q8的集电极，以产生检测脉冲P。

通过检验其通过端子2f能够很容易地知道第一参考电压发生器电路6a产生的电压。因此，当第一参考电压发生器电路6a出现故障并由另一个第一参考电压发生器电路替换时，能够很容易地恢复正常操作。

第一参考电压发生器电路6a要产生的电压可以等于第二参考电压发生器电路6b的电压，或比第二参考电压发生器电路6b的电压低预定值。因此，采用把第二参考电压发生器电路6b的电压输出到第一参考电压发生器电路6a的连接端(端子2f)的电路结构更好。图2中的端子2f用于这种电路结构。当第二参考电压发生器电路6b的电压比第一参考电压发生器电路6a的参考电压VRFF高1Vf(基极和发射极之间的正向下拉电压)或更高时，只要第一参考电压发生器电路6a被连接到端子2f，晶体管Q4保持截止。

假设由参考电压发生器电路6a的参考电压VRFF限定的功率晶体管Tr的输出电流的预定限制值是2.6A，由参考电压发生器电路6b的电压VR限定的功率晶体管的输出电流被设定在大约2.7A(＝2.6×1.038)，该电流对电路工作是无害的。不需要改变作为限流器电路的电路关系。顺便指出，功率晶体管Tr的最大额定电流是3.0A(＞2.6A)。

结果是，当参考电压发生器电路6a出现故障并且参考电压VRFF不能被施加到比较器5时，设定略高于参考电压VRFF的电压VR，以便保持驱动器IC的工作，并且能够作为驱动器连续地工作。

在所描述的实施例中，比较器5被提供在电流输出电路1a至1d的每一个中。然而，也可以是多个功率输出电路共同使用一个电流输出电路。这种情况下，通过使电流输出电路1a和1b的比较器5的输出电流检测电阻器Rs共用，和使电流输出电路1c和1d的比较器5的输出电流检测电阻器Rs共用，能够使用2个比较器。

在本实施例中，虽然功率晶体管Tr是MOSFET，也可以使用双极晶体管。

另外，在本实施例1中，描述了单极驱动步进电机驱动器IC的电机驱动电路，也可以使用推挽驱动电路作为功率晶体管的输出电路，并将本发明应用到双极驱动(正和负相位驱动)步进电机驱动器IC。

工业实用性

在所描述的实施例中，虽然是由内部延迟电路7，RS触发器(数据锁存电路)8，“与”门9和截止定时器电路7a控制功率晶体管的ON/OFF，只要能够使功率晶体管Tr截止，并不总是需要这些电路

另外，在本实施例中，虽然比较器5具有两个(+)输入端，也可以用两个并行的比较器构成比较器5。作为替换，可以提供各具有(+)输入和(-)输入的两个并行的比较器。

虽然已经参考步进电机驱动器电路描述了本发明，本发明可以应用到任何驱动电路，包括限流器电路或通过利用额定电流值使功率晶体管截止来限制驱动电流的过电流保护电路。

附图的简要说明

图1是表示根据本发明的实施例，具有限流器电路的步进电机驱动器的单相驱动电路的方框图。

图2是限流器电路中的比较器的电路图。

参考数字和标记的说明

1a、1b、1c、1d...电流输出电路

2a、2b、2c、2d...电流端子

3...限流器电路

4...x2放大器

5...比较器

6a...第一参考电压发生器电路

6b...第二参考电压发生器电路

7...内部延迟电路

7a...定时器电路

7b...倒相器

8...PS触发器(数据锁存电路)

9...“与”门

10...步进电机驱动器IC

11a、11b、11c、11d...激励线圈

12...电源

Rs...电阻器

Tr...N沟道MOSFET功率晶体管

Q1...Q9...双极晶体管

D...续流二极管

Claims

1.一种IC中的限流器电路，包括功率晶体管和输出电流检测电路，所述限流器电路包括：

比较器；

第一参考电压发生器电路；和

第二参考电压发生器电路，

其中所述输出电流检测电路与所述功率晶体管串联，所述比较器根据所述功率晶体管的输出电流达到预定的限制值时由所述输出电流检测电路获得的检测信号，和根据由所述第一参考电压发生器电路获得的第一参考电压，产生用于使所述功率晶体管的驱动停止预定时间的控制信号，和所述比较器根据所述功率晶体管的输出电流达到比预定的限制值大的预定值时由所述输出电流检测电路获得的检测信号，和根据由所述第二参考电压发生器电路获得的第二参考电压，产生控制信号，所述第一参考电压发生器电路设置在所述IC的外部，所述第二参考电压发生器电路被包括所述IC中。

2.根据权利要求1所述的限流器电路，其中所述第二参考电压被设定在能够使所述功率晶体管作为驱动器而连续工作的范围内。

3.根据权利要求2所述的限流器电路，其中所述功率晶体管的输出电流被作为电机的驱动电流输出。

4.根据权利要求3所述的限流器电路，其中所述功率晶体管的输出电流是来自所述功率晶体管的输出电流输出到的输出端的信宿驱动电流。

5.根据权利要求4所述的限流器电路，其中预定值在比预定限制值大3％至10％预定限制值的范围内，所述输出电流检测器电路包括通过所述IC外部提供的电阻器，所述检测信号是由所述电阻器产生的端电压。

6.根据权利要求5所述的限流器电路，进一步包括斩波脉冲发生器电路和定时器电路，其中预定时间周期是恒定时间周期，所述定时器电路响应所述控制信号对恒定时间周期计时，所述斩波脉冲发生器电路产生脉冲，所述脉冲具有由所述定时器电路设定的恒定时间周期的间隔，和根据所述脉冲控制所述功率晶体管的导通/截止。

7.一种利用所述IC的所述功率晶体管的输出电流驱动电机的电机驱动电路，所述IC包括根据权利要求1至6中的任何一项所述的限流器电路。

8.根据权利要求7所述的电机驱动电路，其中所述电机是步进电机。