CN201374668Y - 一种单线圈无刷直流马达驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种单线圈无刷直流马达驱动电路，集成了四管NPN桥式驱动电路，并且利用两对差分结构避免了对管以及同侧管的同时导通现象。另外，在电路中增加集成的二极管来避免因马达定子线圈反向电动势过高产生的击穿现象。本实用新型单线圈无刷直流马达驱动电路使用方便、可有效降低系统成本、减小动态功耗。

Description

一种单线圈无刷直流马达驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电路，特别是一种单线圈非接触无刷直流马达驱动电路。

背景技术

单线圈无刷直流马达相对于双线圈结构无刷直流马达，其绕线方便且有效的减小了线圈电阻、显著的减小了温升，从而提高了马达工作效率并延长了其使用寿命，因此得到了广泛的应用。

单线圈无刷直流马达驱动电路的原理如图1所示，电压调整模块把电源电压转换为固定的基准电压，该基准电压给霍尔板放大器以及延迟比较器供电，霍尔板把磁场变化转换为电压变化，放大器把霍尔电压放大同时配合后面的延迟比较器提供一个迟滞区域，体现在磁场即磁场窗口。从迟滞比较器出来的两相不交叠方波信号，提供给马达驱动电路的两个输入端。目前采用的霍尔马达驱动电路如图2所示，即通过外接两个PNP晶体管、电阻R1b、R2b把双线圈应用的芯片改为单线圈应用方案。图2中把电压调整、霍尔板、放大器以及迟滞比较器省略了(见图1)，同样，从迟滞比较器出来的两相不交叠方波信号提供分别提供给晶体管Q1b和Q2b的基极，当Q1b基级电位为高时，Q1b导通，同时通过电阻R2b使得Q4b导通，此时晶体管Q2b和Q3b处于截至状态。同理，当晶体管Q2b导通时，Q3b导通，晶体管Q1b和Q4b处于截至状态。但是，因为功率管的驱动电流比较大，两相不交叠方波信号波形上升沿以及下降沿的交叠使得动态功耗比较大，同时该马达驱动电路结构必须采用外置器件，集成度低，而且增加了单线圈应用的成本。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种集成度高、功耗低的单线圈无刷直流马达驱动电路。

本实用新型的技术解决方案是：一种单线圈无刷直流马达驱动电路，包括4个NPN晶体管Q1、Q2、Q3、Q4，4个PNP晶体管Q7、Q8、Q11、Q12，以及电阻R1和R2；晶体管Q1和Q2的基极分别作为第一信号输入端和第二信号输入端，接收来自前级驱动电路的两相不交叠方波驱动信号，晶体管Q1和Q2的发射极均接地，晶体管Q1的集电极和晶体管Q3的发射极相连并作为第一信号输出端，晶体管Q2的集电极和晶体管Q4的发射极相连并作为第二信号输出端，晶体管Q3的基极接晶体管Q7的集电极，晶体管Q11的发射极、晶体管Q7的发射极和晶体管Q3的集电极均接至电压源VCC，晶体管Q7的基极同时与晶体管Q11的基极和集电极相连并经电阻R1接至第二信号输出端，晶体管Q4的基极接晶体管Q8的集电极，晶体管Q12的发射极、晶体管Q8的发射极和晶体管Q4的集电极均接至电压源VCC，晶体管Q8的基极同时与晶体管Q12的基极和集电极相连并经电阻R2接至第一信号输出端。

所述的单线圈无刷直流马达驱动电路还包括避免晶体管Q1和晶体管Q3同时导通，和避免晶体管Q2和晶体管Q4同时导通的同侧保护电路。

所述的同侧保护电路包括NPN晶体管Q5和Q6，晶体管Q5的集电极和晶体管Q3的基极相连接，晶体管Q6的集电极和晶体管Q4的基极相连接，晶体管Q5的发射极和晶体管Q6的发射极均接地，晶体管Q5的基极与晶体管Q1的基极相连，晶体管Q6的基极与晶体管Q2的基极相连。

所述的单线圈无刷直流马达驱动电路还包括避免晶体管Q1和晶体管Q2同时导通的异侧保护电路。

所述的异侧保护电路包括NPN晶体管Q9、Q10，PNP晶体管Q13、Q14以及电阻R3和R4，晶体管Q9的基极与晶体管Q13的发射极、电阻R3的一端、晶体管Q5的基极相连结，晶体管Q9的集电极和晶体管Q14的基极相连并接至第二信号输入端，晶体管Q10的基极与晶体管Q14的发射极、电阻R4的一端、晶体管Q6的基极相连结，晶体管Q10的集电极和晶体管Q13的基极相连并接至第一信号输入端，晶体管Q9的发射极和晶体管Q10的发射极、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端均接地，晶体管Q13的集电极和晶体管Q14的集电极相连并接至前级偏置信号。

所述的第一信号输出端或第二信号输出端与电源VCC之间还包括信号输出到电源的反向电动势保护电路，所述的反向电动势保护电路为二极管，二极管的阳极接第一信号输出端或第二信号输出端，二极管的阴极接电压源VCC。

所述的第一信号输出端或第二信号输出端与地之间还包括输出到地的反向电动势保护电路，所述的反向电动势保护电路为二极管，二极管的阳极接地，二极管的阴极接第一信号输出端或第二信号输出端。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型内部集成了四管NPN桥式驱动电路，减少了单线圈驱动所需要的外置器件，减少了成本；利用两对差分结构避免了四管NPN之间对管以及同侧管的同时导通现象，显著减少了动态功耗；在电路中增加集成的二极管，利用二极管的钳位功能来避免因马达定子线圈反向电动势过高产生的击穿现象，增加了电压保护功能。本实用新型单线圈无刷直流马达驱动电路使用方便、可有效降低系统成本、减小动态功耗。

附图说明

图1为单线圈无刷直流马达驱动电路的原理图；

图2为现有的一种单线圈无刷直流马达驱动电路图；

图3为本实用新型单线圈无刷直流马达驱动电路的原理图；

图4为本实用新型单线圈无刷直流马达驱动电路的一种具体实现电路图。

具体实施方式

如图3所示，为本实用新型马达驱动电路的原理图，包括4个NPN晶体管Q1、Q2、Q3、Q4，4个PNP晶体管Q7、Q8、Q11、Q12，以及电阻R1和R2。晶体管Q1和Q2的基极分别作为第一信号输入端IN1和第二信号输入端IN2，接收来自前级驱动电路的两相不交叠方波驱动信号，晶体管Q1和Q2的发射极均接地，晶体管Q1的集电极和晶体管Q3的发射极相连并作为第一信号输出端DO，晶体管Q2的集电极和晶体管Q4的发射极相连并作为第二信号输出端DOB，晶体管Q3的基极接晶体管Q7的集电极，晶体管Q11的发射极、晶体管Q7的发射极和晶体管Q3的集电极均接至电压源VCC，晶体管Q7的基极同时与晶体管Q11的基极和集电极相连并经电阻R1接至第二信号输出端DOB，晶体管Q4的基极接晶体管Q8的集电极，晶体管Q12的发射极、晶体管Q8的发射极和晶体管Q4的集电极均接至电压源VCC，晶体管Q8的基极同时与晶体管Q12的基极和集电极相连并经电阻R2接至第一信号输出端DO。正常工作时，因为电路的对称性，假设晶体管Q1的基极信号为高电位、晶体管Q2的基极信号为低电位，即晶体管Q1处于导通状态、晶体管Q2处于截止状态，同时通过电阻R1、晶体管Q11、Q7以及电阻R2、晶体管Q12、Q8分别使得晶体管Q3截止、Q4导通，此时输出端DO为低电位，输出端DOB为高电位，二者是反相关系。

如图4所示，为按照图3的原理图设计的一种具体电路结构，它由四管桥电路(包括NPN晶体管Q1、Q2、Q3、Q4)，同侧保护电路(包括NPN晶体管Q5、Q6)，异侧保护电路(包括NPN晶体管Q9、Q10，PNP晶体管Q13、Q14和电阻R3、R4)，以及反向电动势保护电路(包括二极管D1、D2、D3、D4)组成。

晶体管Q13的基极、晶体管Q14的基极分别作为输入端，接收来自前级的双相不交叠方波输出信号，晶体管Q13、晶体管Q14的集电极相连接并且和电阻R5的一端连接在一起，电阻R5的另一端连接晶体管Q15的发射极，晶体管Q15的基极与电压基准相连，晶体管Q15的集电极与二极管D5的阴极相连，二极管D5的阳极与电源相连。其中，电压基准来自前级电压调整模块的输出基准电压，正常工作时候，电源通过二极管D5以及晶体管Q15给晶体管Q13、Q14提供电流。电阻R3、R4的一端、晶体管Q1、Q2、Q5、Q6、Q9、Q10的发射极均接地电位，晶体管Q3和Q4的集电极、晶体管Q7、Q8、Q11和Q12的发射极接电源电压，晶体管Q13的发射极接电阻R3的一端以及晶体管Q9、Q5、Q1的基极，晶体管Q9的集电极接晶体管Q14的基极，晶体管Q5的集电极接晶体管Q7的集电极和晶体管Q3的基极，晶体管Q1的集电极接晶体管Q3的发射极以及电阻R2的一端，晶体管Q11的基极与集电极连接在一起，同时接晶体管Q7的基极、电阻R1的一端，晶体管Q14的发射极接电阻R4的一端以及晶体管Q10、Q6、Q2的基极，晶体管Q10的集电极接晶体管Q13的基极，晶体管Q6的集电极接晶体管Q8的集电极和晶体管Q4的基极，晶体管Q2的集电极接晶体管Q4的发射极以及电阻R1的一端，晶体管Q12的基极与集电极连接在一起，同时接晶体管Q8的基极、电阻R2的一端。正常工作时，因为电路的对称性，假设晶体管Q13的基极信号为高电位，则晶体管Q14的基极信号为低电位，从而晶体管Q1导通，Q2截止，同时通过电阻R1、晶体管Q11、Q7以及电阻R2、晶体管Q12、Q8分别使得晶体管Q3截止、Q4导通。晶体管Q9保证Q14的基极电位为低，使得Q1导通的时候Q2始终保持截止状态；Q5保证Q3的基极电位为低，从而保证Q3此时处于截止状态，保证了同侧驱动管不同时导通。

二极管D1和晶体管Q3并联，阴极接晶体管Q3的集电极，阳极接晶体管Q3的发射极。二极管D2和晶体管Q4并联，阴极接晶体管Q4的集电极，阳极接晶体管Q4的发射极。当晶体管Q3的发射极和集电极之间的电压或者晶体管Q4的发射极和集电极之间的电压差超过二极管的正向压降时候，二极管导通，实现输出端到电源的电压保护功能。

二极管D3跨接在晶体管Q1的BC结之间，阴极接晶体管Q1的集电极，阳极接晶体管Q1的基极。二极管D4跨接在晶体管Q2的BC结之间，阴极接晶体管Q2的集电极，阳极接晶体管Q2的基极。当晶体管Q1的集电极和基极之间的电压或者晶体管Q2的集电极和基极之间的电压超过二极管的反向击穿电压的时候，二极管导通，实现输出端电压到地的电压保护功能。

本实用新型说明书中未详细描述内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1、一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于包括：4个NPN晶体管Q1、Q2、Q3、Q4，4个PNP晶体管Q7、Q8、Q11、Q12，以及电阻R1和R2；晶体管Q1和Q2的基极分别作为第一信号输入端和第二信号输入端，接收来自前级驱动电路的两相不交叠方波驱动信号，晶体管Q1和Q2的发射极均接地，晶体管Q1的集电极和晶体管Q3的发射极相连并作为第一信号输出端，晶体管Q2的集电极和晶体管Q4的发射极相连并作为第二信号输出端，晶体管Q3的基极接晶体管Q7的集电极，晶体管Q11的发射极、晶体管Q7的发射极和晶体管Q3的集电极均接至电压源VCC，晶体管Q7的基极同时与晶体管Q11的基极和集电极相连并经电阻R1接至第二信号输出端，晶体管Q4的基极接晶体管Q8的集电极，晶体管Q12的发射极、晶体管Q8的发射极和晶体管Q4的集电极均接至电压源VCC，晶体管Q8的基极同时与晶体管Q12的基极和集电极相连并经电阻R2接至第一信号输出端。

2、根据权利要求1所述的一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于：所述的单线圈无刷直流马达驱动电路还包括避免晶体管Q1和晶体管Q3同时导通，和避免晶体管Q2和晶体管Q4同时导通的同侧保护电路。

3、根据权利要求2所述的一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于：所述的同侧保护电路包括NPN晶体管Q5和Q6，晶体管Q5的集电极和晶体管Q3的基极相连接，晶体管Q6的集电极和晶体管Q4的基极相连接，晶体管Q5的发射极和晶体管Q6的发射极均接地，晶体管Q5的基极与晶体管Q1的基极相连，晶体管Q6的基极与晶体管Q2的基极相连。

4、根据权利要求1或2或3所述的一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于：所述的单线圈无刷直流马达驱动电路还包括避免晶体管Q1和晶体管Q2同时导通的异侧保护电路。

5、根据权利要求4所述的一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于：所述的异侧保护电路包括NPN晶体管Q9、Q10，PNP晶体管Q13、Q14以及电阻R3和R4，晶体管Q9的基极与晶体管Q13的发射极、电阻R3的一端、晶体管Q5的基极相连结，晶体管Q9的集电极和晶体管Q14的基极相连并接至第二信号输入端，晶体管Q10的基极与晶体管Q14的发射极、电阻R4的一端、晶体管Q6的基极相连结，晶体管Q10的集电极和晶体管Q13的基极相连并接至第一信号输入端，晶体管Q9的发射极和晶体管Q10的发射极、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端均接地，晶体管Q13的集电极和晶体管Q14的集电极相连并接至前级偏置信号。

6、根据权利要求1或2或3或5所述的一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于：所述的第一信号输出端或第二信号输出端与电源VCC之间还包括信号输出到电源的反向电动势保护电路，所述的反向电动势保护电路为二极管，二极管的阳极接第一信号输出端或第二信号输出端，二极管的阴极接电压源VCC。

7、根据权利要求6所述的一种单线圈无刷直流马达驱动电路，其特征在于：所述的第一信号输出端或第二信号输出端与地之间还包括输出到地的反向电动势保护电路，所述的反向电动势保护电路为二极管，二极管的阳极接地，二极管的阴极接第一信号输出端或第二信号输出端。

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