CN202841040U - 一种降低直流马达堵转时功耗的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种降低直流马达堵转时功耗的控制电路，包括一堵转检测模块，用于判断直流马达是否处于堵转状态；一PWM生成模块，与堵转检测模块连接，当堵转检测模块检测到堵转发生时，生成脉冲控制信号；输出功率管，所述输出功率管与PWM生成模块连接，接收PWM生成模块提供的脉冲控制信号，并在马达堵转后的重启阶段，为马达线圈提供脉冲电流。本实用新型在直流马达堵转时，显著降低芯片功耗及温升，保证芯片及系统的安全；设计简单，易于实现，可靠性高。

Description

一种降低直流马达堵转时功耗的控制电路
技术领域
本实用新型涉及一种可在直流马达堵转时降低芯片功耗的控制电路。 
背景技术
现有技术的马达驱动H桥输出电路及双线圈马达驱动的控制电路都存在堵转现象。以马达驱动H桥输出电路为例，当堵转发生时，马达位置检测模块的输出在预设时间内不再改变，则堵转检测模块判定马达处于堵转状态，输出功率将同时截止，没有电流流过马达线圈。而为了使马达能够从堵转状态自动恢复到运转状态，控制芯片设置了自动重启功能，即在检测到堵转发生后的一段固定时间TOFF后，将打开功率管，马达线圈中将有电流流过。如果此时堵转的因素已经解除，则马达将开始运转，恢复到正常状态。如果此时堵转的因素未解除，则线圈导通固定时间TON后，线圈中的电流将再次被关断。线圈电流关断后持续TOFF时间，将再次有电流流过。输出被打开时间TON与被关断时间TOFF的比值为TON∶TOFF＝1∶n，通常TON取0.5S左右，而n一般取5到10。图1为单线圈马达在堵转及重启时，输出的两种控制方式波形图，OUT1、OUT2可互换。堵转后重启时，功率管的导通时间TON远大于马达的换相周期(3000RPM时对应1mS)。这段时间内，输出线圈维持在饱和状态。如果输出功率管的前级驱动能力有限，功率管将由饱和区进入放大区，芯片自身消耗的功耗很大，马达正常旋转时的芯片功耗要大很多，芯片表面温升 更高，很容易超过安全规范的要求。同样，双线圈马达驱动的控制电路也存在这样的问题，如图2所示，该图为在双线圈马达堵转及重启时，输出的控制方式波形图，OUT1、OUT2可互换。 
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种既能保证直流马达堵转后能够顺利重启，又能显著降低堵转时芯片温升的控制电路。 
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种降低直流马达堵转时功耗的控制电路，包括一堵转检测模块，用于判断直流马达是否处于堵转状态；一PWM生成模块，与堵转检测模块连接，当堵转检测模块检测到堵转发生时，生成脉冲控制信号；输出功率管，所述输出功率管与PWM生成模块连接，接收PWM生成模块提供的脉冲控制信号，并在马达堵转后的重启阶段，为马达线圈提供脉冲电流。 
作为优选，所述PWM生成模块包括第一三极管、第二三极管、两串联电阻及比较器；所述堵转检测模块与该第一三极管的基极连接，并控制其导通或截止；所述比较器的反向输入端与第一三极管的集电极连接；比较器的输出端与第二三极管的基极连接，并控制其导通或截止。 
本实用新型的具有以下优点：本实用新型在直流马达堵转时，显著降低芯片功耗及温升，保证芯片及系统的安全；设计简单，易于实现，可靠性高。 
附图说明
图1为现有技术单线圈马达在堵转及重启时，输出的两种控制方式的波形图。 
图2为现有技术双线圈马达在堵转及重启时，输出的两种控制方式的波形图。 
图3为本实用新型实施例一的电路图。 
图4为本实用新型实施例一的控制方式的波形图。 
图5为本实用新型实施例二的电路图。 
图6为本实用新型实施例二的控制方式的波形图。 
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。 
实施例一 
如图3所示，为一种带有本实用新型控制电路的单线圈马达驱动H桥输出电路，包括马达位置检测模块711、前级驱动模块713、输出功率管(701、702、703、704)、二极管(705，706，707，708)、驱动管(709、710)、堵转检测模块712及PWM生成模块，该PWM生成模块与堵转检测模块713连接，当堵转检测模块713检测到堵转发生时，生成脉冲控制信号。PWM生成模块，包括第一三极管714、第二三极管718，两串联电阻(715，716)，以及比较器717。当马达处在正常的运转状态时，堵转检测模块712将控制第一三极管714 饱和导通，比较器717的同相输入端电压为第一三极管714的饱和压降，近似为0。而717的反相输入为三角波，三角波的下限电压远大于0，所以717输出低电平，718截止，所以PWM生成电路不影响前级驱动模块和输出级。 
马达位置检测模块711决定了前级驱动模块713输出A、B、C、D的高低电平及时序，控制701、702、703、704的导通或者截止，进而决定了马达线圈719的电流方向从左到右，或从右到左。假设初始时701、703导通，702、704截止，则电流通路为电源VCC经H桥上管701、马达线圈719、H桥下管703到地。马达转动，位置检测模块711将检测到马达位置变化并控制线圈换相，701、703将同时或先后被关断，706，708将起到续流的作用，减小马达线圈719两端的过冲电压。预定时间后，702、704将会被打开，电流从电源VCC流经H桥输出上管704、线圈719、H桥输出下管702到地。再换相时，704、702将同时或先后被关断，二极管707、705将起到续流作用。然后，701、703被打开，按此顺序循环。 
当堵转发生时，马达位置检测模块711的输出在预设时间内不再改变，则堵转检测模块判定马达处于堵转状态，输出功率上管701、704同时截止或者功率下管702、703同时截止，没有电流流过马达线圈719。为了使马达能够从堵转状态自动恢复到运转状态，控制芯片设置了自动重启功能，即在检测到堵转发生后的一段固定时间TOFF后，将打开701、703，或704、702，马达线圈719中将有电流流过。如果此时堵转的因素已经解除，则马达将开始运转，恢 复到正常状态。如果此时堵转的因素未解除，则线圈导通固定时间TON后，电流将再次被关断。线圈电流关断后持续固定时间TOFF，将再次有电流流过。输出被打开的时间TON与被关断的时间TOFF的比值为：TON∶TOFF＝1∶n，通常TON取0.5S左右，而n一般取5到10。 
堵转检测模块712检测到堵转发生后，将控制714截止，直到马达回到正常的运转状态，有换相过程，714才会再次饱和导通。714截止，比较器717同相端电压将处在三角波高、低电平中间，以生成占空比固定(如50％)的方波。该方波在前级驱动中综合，生成控制功率管的信号。当马达重启时，输出不是直流电平，而是占空比由PWM生成电路决定的方波，见图8，该图为单线圈马达在堵转及重启时，输出的两种控制方式，OUT1、OUT2可互换。与现有技术的图1相比，在马达重启TON时，由直流电平改为了方波，从而大大降低了输出的平均电流和功率管的饱和压降，减小芯片功耗，降低芯片表面温升。 
实施例二 
如图5所示，为一种带有本实用新型控制电路的双线圈马达驱动的控制电路，包括马达位置检测模块911、前级驱动模块913、输出功率管(901、902)、齐纳管(903，904)堵转检测模块912及PWM生成模块，该PWM生成模块与堵转检测模块913连接，当堵转检测模块913检测到堵转发生时，生成脉冲控制信号。PWM生成模块，包括第一三极管914、第二三极管918，两串联电阻(915，916)，以及比较器917。当马达处在正常的运转状态时，堵转检测模块912 将控制第一三极管914饱和导通，比较器917的同相输入端电压为914的饱和压降，近似为0。而917的反相输入为三角波，三角波的下限电压远大于0，所以917输出低电平，918截止，所以PWM生成模块不影响前级驱动模块和输出级。 
马达正常运转：马达位置检测模块911决定前级驱动的输出A、B的高低电平，进而决定输出功率管(901，902)的导通或截止。901导通时，902截止，电流从电源VCC经第一线圈908、901到地。输出电流将推动马达转动，马达位置检测模块911将检测到马达位置的变化并控制线圈换相。901截止，902导通，齐纳管903钳位OUT1的过冲电压。电流从电源VCC经第二线圈909、功率管902到地。马达继续运转，当马达位置检测模块再次控制线圈换相时，902截止，901导通，齐纳管904钳位输出OUT2的过冲电压，当堵转发生时，马达位置检测模块的输出在预设时间内不再改变，则堵转检测模块判定马达处于堵转状态，输出功率管901、902同时截止，没有电流流过线圈908、909。 
检测到堵转发生后的一段固定时间TOFF后，功率管901或902将打开，线圈908或909中将有电流流过。如果此时堵转的因素已经解除，则马达将开始运转，恢复到正常状态。如果此时堵转的因素未解除，则线圈导通固定时间TON后，输出将再次被关断。线圈电流关断后持续固定时间，将再次有电流流过，输出被打开的时间TON与被关断的时间TOFF的比值为：TON∶TOFF＝1∶n，通常TON取0.5S左右，而n一般取5到10。 
堵转检测模块检测到堵转发生后，将控制三极管914截止，直到马达回到正常的运转状态，有换相信号输出，914才会再次饱和导通。914截止，比较器917同相端电压将处在三角波高、低电平中间，以生成占空比固定(如50％)的方波。该方波在前级驱动中综合，生成控制功率管的信号。当马达重启时，输出不是直流电平，而是占空比由PWM生成电路决定的方波，见图10，该图为双线圈马达在堵转及重启时，输出的两种控制方式。OUT1、OUT2可互换。与现有技术的图2相比，在马达重启TON时，由直流电平改为了方波。从而大大降低了输出的平均电流和功率管的饱和压降，减小芯片功耗，降低芯片表面温升。 
因此，本实施例可以极大地减小芯片功耗，降低芯片温升，提高系统稳定性和可靠性。 
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实施例任何形式上限制。任何熟悉本领域的人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型做出许多可能的变动和修饰，或者修改为等同变化的等效实施例，均仍属于本实用新型保护的范围内。 

Claims (2)

1.一种降低直流马达堵转时功耗的控制电路，其特征在于：包括一堵转检测模块，用于判断直流马达是否处于堵转状态；一PWM生成模块，与堵转检测模块连接，当堵转检测模块检测到堵转发生时，生成脉冲控制信号；输出功率管，所述输出功率管与PWM生成模块连接，接收PWM生成模块提供的脉冲控制信号，并在马达堵转后的重启阶段，为马达线圈提供脉冲电流。
2.根据权利要求1所述的一种降低直流马达堵转时功耗的控制电路，其特征在于：所述PWM生成模块包括第一三极管、第二三极管、两串联电阻及比较器；所述堵转检测模块与该第一三极管的基极连接，并控制其导通或截止；所述比较器的反向输入端与第一三极管的集电极连接；比较器的输出端与第二三极管的基极连接，并控制其导通或截止。
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