CN204906231U - 一种电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种电机驱动电路。本实用新型公开了一种电机驱动电路，它包括H桥驱动电路和MOS管保护电路，H桥驱动电路包括对称设置的两个单臂驱动电路；每个单臂驱动电路包括第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路、第一PMOS管和第一NMOS管，第二输入端通过第一MOS管驱动电路与第一PMOS管的栅极连接以控制第一PMOS管的通断，第一输入端通过第二MOS管驱动电路与第一NMOS管的栅极连接以控制第一NMOS管的通断，MOS管保护电路包括第一三极管和第三电阻，第一三极管的发射极、集电极分别与第一输入端、电源连接，第一三极管的基极通过第三电阻与第二输入端连接。本实用新型能起到防止短路，保护场效应管的功能。

Description

一种电机驱动电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种电机驱动电路。

背景技术

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

由于步进电机是靠单片机产生脉冲来控制转矩的，单片机本身驱动电流较小，驱动不了步进电机的绕组，故需要使用驱动电路产生较大电流驱动电机转动。电机驱动电路多采用H桥电路，H桥电路是为了控制电机正反转的。参考文献CN104052337A专利公开了一种电机驱动电路，其驱动模块为四个场效应管构成的H桥式电路。使用场效应管作为电机驱动开关管时，容易存在驱动桥的上臂和同一端的下臂同时导通的情况，从而引起系统损坏。

实用新型内容

针对现有的H桥驱动电路驱动桥的上臂和同一端的下臂同时导通的问题，本实用新型提出了一种使用三极管关闭场效应管的电机驱动电路，该实用新型具有防止短路，保护场效应管的功能。

本实用新型采用如下技术方案：

一种电机驱动电路，它包括H桥驱动电路和MOS管保护电路，H桥驱动电路包括对称设置的两个单臂驱动电路；每个单臂驱动电路包括第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路、第一PMOS管和第一NMOS管，第二输入端通过第一MOS管驱动电路与第一PMOS管的栅极连接以控制第一PMOS管的通断，第一输入端通过第二MOS管驱动电路与第一NMOS管的栅极连接以控制第一NMOS管的通断，MOS管保护电路包括第一三极管和第三电阻，第一三极管的发射极、集电极分别与第一输入端、电源连接，第一三极管的基极通过第三电阻与第二输入端连接。

进一步的，第一MOS管驱动电路包括第七三极管、第三三极管、第一电阻、第六电阻、第四电阻和第十二电阻，第七三极管是NPN三极管，第三三极管为PNP三极管；第七三极管的集电极通过第一电阻与电源连接，第七三极管的基极和发射极分别与第二输入端和地连接，第三三极管的基极通过第六电阻与第七三极管的集电极连接，第三三极管的集电极和发射极分别与电源、第一PMOS管的栅极连接；第四电阻的两端分别接电源和第三三极管的发射极，第十二电阻的两端分别接第三三极管的发射极和地；第一PMOS管和第一NMOS管串联在电源和地之间，第一PMOS管和第一NMOS管的公共端作为第一输出端。

更进一步的，第一MOS管驱动电路还包括第五三极管和第一二极管，第五三极管是NPN三极管；第五三极管的集电极和发射极分别接电源和第一PMOS管的栅极，第五三极管的基极与第三三极管的发射极连接，第一二极管的正极和负极分别接第五三极管的发射极和第三三极管的发射极。

更进一步的，第一MOS管驱动电路还包括第八电阻和第十电阻，第七三极管的基极通过第八电阻与第二输入端连接，第十电阻两端分别与第七三极管的发射极和第二输入端。

进一步的，第二MOS管驱动电路包括第十五三极管、第十四电阻和第十八电阻，第十五三极管为NPN三极管；第十五三极管的集电极通过第十四电阻接电源，第十五三极管的基极和发射极分别与第一输入端和地连接，第十八电阻两端分别连接于第十五三极管的集电极和地，第一NMOS管的栅极连接于第十五三极管的集电极；第一PMOS管和第一NMOS管串联在电源和地之间，第一PMOS管和第一NMOS管的公共端作为第一输出端。

更进一步的，第二MOS驱动电路还包括第十三三极管和第五二极管，第十三三极管为PNP三极管；第十三三极管的基极和发射极分别与第十五三极管的集电极和地连接，第十三三极管的集电极与第一NMOS管的栅极连接，第五二极管的正极和负极分别与第十三三极管的基极和第一NMOS管的栅极连接。

更进一步的，第二MOS驱动电路包括第十六电阻和第二十电阻，第十五三极管的基极通过第十六电阻与第一输入端连接，第二十电阻的两端分别与第十五三极管的发射极和第一输入端。

进一步的，每个单臂驱动电路还包括电机保护电路，电机保护电路包括第三二极管、第七二极管和第一电容，所述第三二极管的正极和负极分别与第一输出端和电源连接，第七二极管的正极和负极分别接于地和第一输出端，第一电容连接于电源和第一输出端之间。

本实用新型在驱动电路的输入端设置了三极管，对输入进行限制，防止同时输入场效应管开启命令，导致场效应管损坏。场效应管使用电阻分压开启，使用三极管关闭，场效应管的关闭时间小于开启时间，为场效应管切换设置延时死区。本实用新型能起到防止短路，保护场效应管的功能。

附图说明

图1是电机驱动电路的原理图；

图2是电机驱动电路H桥左臂的驱动电路图；

图3是电机驱动电路H桥右臂的驱动电路图；

图4是电机驱动电路的MOS管保护电路图；

图5是电机驱动电路的电机保护电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

参阅图1至图5所示，本实用新型优选一实施例的电机驱动电路，它包括H桥驱动电路、MOS管保护电路500和两个电机保护电路600，H桥驱动电路包括对称设置的两个单臂驱动电路；H桥左臂驱动电路包括第一MOS管驱动电路100、第二MOS管驱动电路200、第一PMOS管Q9和第一NMOS管Q11，第二输入端通过第一MOS管驱动电路100与第一PMOS管Q9的栅极连接以控制第一PMOS管Q9的通断，第一输入端通过第二MOS管驱动电路200与第一NMOS管Q11的栅极连接以控制第一NMOS管Q11的通断。

H桥右臂驱动电路包括第三MOS管驱动电路300、第四MOS管驱动电路400、第二PMOS管Q8和第二NMOS管Q10，第一输入端通过第三MOS管驱动电路300与第二PMOS管Q8的栅极连接以控制第二PMOS管Q8的通断，第二输入端通过第四MOS管驱动电路400与第二NMOS管Q10的栅极连接以控制第二NMOS管Q10的通断。

MOS管保护电路500连接在第一输入端和第二输入端之间。参阅图4所示，MOS管保护电路500包括第一三极管Q1和第三电阻R3，第一三极管Q1的发射极、集电极分别与第一输入端、电源Vcc连接，其基极通过第三电阻R3与第二输入端连接。

再次参阅图2和图3所示，分别为H桥驱动电路的左臂和右臂的电路图，H桥两臂的驱动电路结构相同，以H桥左臂的驱动电路为例介绍其电路结构。H桥左臂的第一MOS管驱动电路100包括第七三极管Q7、第三三极管Q3、第五三极管Q5、第一二极管D1、第一电阻R1、第六电阻R6、第四电阻R4、第十二电阻R12、第八电阻R8和第十电阻R10。第七三极管Q7和第五三极管Q5是NPN三极管，第三三极管Q3为PNP三极管。第七三极管Q7的集电极通过第一电阻R1与电源Vcc连接，第七三极管Q7的基极通过第八电阻R8与第二输入端连接，第七三极管Q7发射极与地连接，第十电阻R10两端分别与第七三极管Q7的发射极和第二输入端。第三三极管Q3的基极通过第六电阻R6与第七三极管Q7的集电极连接，第三三极管Q3的集电极和发射极分别与电源Vcc、第五三极管Q5的基极连接。第四电阻R4的两端分别接电源Vcc和第五三极管Q5的基极，第十二电阻R12的两端分别接第五三极管Q5的基极和地。第一二极管D1的正极和负极分别接第五三极管Q5的发射极和第七三极管Q3的发射极。第五三极管Q5的集电极和发射极分别接电源Vcc和第一PMOS管的栅极，第一PMOS管Q9和第一NMOS管Q11串联在电源Vcc和地之间，第一PMOS管Q9和第一NMOS管Q11的公共端作为第一输出端。

H桥左臂的第二MOS管驱动电路200包括第十五三极管Q15、第十三三极管Q13、第五二极管D5、第十四电阻R14、第十八电阻R18、第十六电阻R16和第二十电阻R20，第十五三极管Q15为NPN三极管，第十三三极管Q13为PNP三极管。第十五三极管Q15的集电极通过第十四电阻R14接电源Vcc，第十五三极管Q15的基极通过第十六电阻R16与第一输入端连接，第十五三极管Q15的发射极与地连接，第二十电阻R20的两端分别与第十五三极管Q15的发射极和第一输入端。第十八电阻R18两端分别连接于第十五三极管Q15的集电极和第十三三极管Q13的发射极，第十三三极管Q13的基极和发射极分别与第十五三极管Q15的集电极和地连接，第十三三极管Q13的集电极与第一NMOS管Q11的栅极连接，第五二极管D5的正极和负极分别与第十三三极管Q13的基极和第一NMOS管Q11的栅极连接。第一PMOS管Q9和第一NMOS管Q11串联在电源Vcc和地之间，第一PMOS管Q9和第一NMOS管Q11的公共端作为第一输出端。

再次参阅图5所示，为电机驱动电路的电机保护电路图，如图1所示，电机保护电路600有两个，且两个电机保护电路600的电路结构相同。以左侧的电机保护电路600为例，它包括第三二极管D3、第七二极管D7和第一电容C1，第三二极管D3的正极和负极分别与第一输出端和电源Vcc连接，第七二极管D7的正极和负极分别接于地和第一输出端，第一电容C1连接于电源Vcc和第一输出端之间。

接线端CN3上的1和2分别代表第一输入端和第二输入端，接线端CN2上的1和2分别代表第一输出端和第二输出端。两个输出端分别连接电机的两端，控制端输入两路脉冲宽度调制（Pulse-WidthModulation，简称PWM），两路PWM波相位相差90°，幅度和周期相同。PWM1输入第二MOS管驱动电路200和第三MOS管驱动电路300，PWM2输入第一MOS驱动电路100和第四MOS管驱动电路400。

当第二输入端的PWM2为高电平时，第一MOS管驱动电路100的第七三极管Q7的基极为高电平，其发射极接地为低电平，故第七三极管Q7导通。第七三极管Q7导通后，第三三极管Q3的基极接地为低电平，第三三极管Q3的发射极为高电平，第三三极管Q3导通，且第五三极管Q5导通。第一PMOS管Q9的栅极为电源Vcc电压，即为高电平，故第一PMOS管Q9截止。当第二输入端的PWM2为低电平时，第七三极管Q7、第三三极管Q3和第五三极管Q5均截止，第一PMOS管Q9的栅极为低电平，第一PMOS管Q9导通。

当第一输入端的PWM1位高电平时，第十五三极管Q5的基极为高电平，其发射极接地为低电平，故第十五三极管Q15导通，同时，第十三三极管Q13导通，第一NMOS管Q11的栅极为低电平，第一NMOS管Q11截止。当当第一输入端的PWM1位低电平时，第十五三极管Q15截止，第十三三极管Q13的基极电压为(Vcc*R18)/(R14+R18)，即为高电平，第十三三极管Q13截止，第五二极管D5导通，第一NMOS管Q11的栅极为高电平，第一NMOS管Q11导通。

该实施例中第五三极管Q5与第十三三极管Q13用于更快的关断MOS管，在PWM频率低的时候作用不明显，当PWM频率高时，需要快速的关断MOS，防止出现MOS管同时导通的情况，保护电路。

由于该实施例的H桥驱动电路的两臂驱动电路的电路结构相同，第一输入端PWM1和第二输入端PWM2的相位差90°。故当PWM1为高电平，PWM2为低电平时，第一NMOS管Q11和第二PMOS管Q8均截止，第一PMOS管Q9和第二NMOS管Q10均导通，电机一端经第一PMOS管Q9接电源Vcc，另一端经第二NMOS管Q10接地；当PWM1为低电平时，PWM2为高电平时，第一NMOS管Q11和第二PMOS管Q8均导通，第一PMOS管Q9和第二NMOS管Q10均截止，电机一端经第二PMOS管Q8接电源Vcc，另一端经第一NMOS管Q11接地。

该实施例的MOS管保护电路500中第一三极管Q1对第一输入端和第二输入端进行限制，防止第一输入端和第二输入端同时输入开启命令（即PWM1和PWM2均为低电平），导致PMOS管和NMOS管的损坏。

需要说明的是，该实施例中所有的电阻阻值均为1k。第一MOS管驱动电路100，在第一PMOS管Q9导通时，其栅极电压为Vcc/2，即使用阻值均为1k的第四电阻R4和第十二电阻R12进行分压而得。同理，第二MOS管驱动电路200，在第一NMOS管Q11导通时，其栅极电压也为Vcc/2，即使用阻值均为1k的第十四电阻R14和第十八电阻R18进行分压而得。第一MOS管驱动电路100中的三极管全导通时，第一PMOS管Q9截止；第二MOS管驱动电路200中的三极管全导通时，第一NMOS管Q11截止。该实施例在开启场效应管时，使用阻值为1k的电阻进行分压开启，在关闭场效应管时使用三极管关闭，所以场效应管的关闭时间小于开启时间，为场效应管切换设置了延时死区，保护了电路。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电机驱动电路，它包括H桥驱动电路和MOS管保护电路，H桥驱动电路包括对称设置的两个单臂驱动电路；每个单臂驱动电路包括第一MOS管驱动电路、第二MOS管驱动电路、第一PMOS管和第一NMOS管，第二输入端通过第一MOS管驱动电路与第一PMOS管的栅极连接以控制第一PMOS管的通断，第一输入端通过第二MOS管驱动电路与第一NMOS管的栅极连接以控制第一NMOS管的通断，其特征在于：所述MOS管保护电路包括第一三极管和第三电阻，所述第一三极管的发射极、集电极分别与第一输入端、电源连接，第一三极管的基极通过第三电阻与第二输入端连接。

2.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述第一MOS管驱动电路包括第七三极管、第三三极管、第一电阻、第六电阻、第四电阻和第十二电阻，所述第七三极管是NPN三极管，所述第三三极管为PNP三极管；所述第七三极管的集电极通过第一电阻与电源连接，第七三极管的基极和发射极分别与第二输入端和地连接，第三三极管的基极通过第六电阻与第七三极管的集电极连接，第三三极管的集电极和发射极分别与电源、第一PMOS管的栅极连接；第四电阻的两端分别接电源和第三三极管的发射极，第十二电阻的两端分别接第三三极管的发射极和地；第一PMOS管和第一NMOS管串联在电源和地之间，第一PMOS管和第一NMOS管的公共端作为第一输出端。

3.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于：所述第一MOS管驱动电路还包括第五三极管和第一二极管，所述第五三极管是NPN三极管；第五三极管的集电极和发射极分别接电源和第一PMOS管的栅极，第五三极管的基极与第三三极管的发射极连接，第一二极管的正极和负极分别接第五三极管的发射极和第三三极管的发射极。

4.如权利要求2或3所述的电机驱动电路，其特征在于：所述第一MOS管驱动电路还包括第八电阻和第十电阻，所述第七三极管的基极通过第八电阻与第二输入端连接，所述第十电阻两端分别与第七三极管的发射极和第二输入端。

5.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述第二MOS管驱动电路包括第十五三极管、第十四电阻和第十八电阻，所述第十五三极管为NPN三极管；所述第十五三极管的集电极通过第十四电阻接电源，第十五三极管的基极和发射极分别与第一输入端和地连接，第十八电阻两端分别连接于第十五三极管的集电极和地，第一NMOS管的栅极连接于第十五三极管的集电极；第一PMOS管和第一NMOS管串联在电源和地之间，第一PMOS管和第一NMOS管的公共端作为第一输出端。

6.如权利要求5所述的电机驱动电路，其特征在于：所述第二MOS驱动电路还包括第十三三极管和第五二极管，第十三三极管为PNP三极管；所述第十三三极管的基极和发射极分别与第十五三极管的集电极和地连接，第十三三极管的集电极与第一NMOS管的栅极连接，第五二极管的正极和负极分别与第十三三极管的基极和第一NMOS管的栅极连接。

7.如权利要求5或6所述的电机驱动电路，其特征在于：所述第二MOS驱动电路还包括第十六电阻和第二十电阻，所述第十五三极管的基极通过第十六电阻与第一输入端连接，所述第二十电阻的两端分别与第十五三极管的发射极和第一输入端。

8.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：所述每个单臂驱动电路还包括电机保护电路，电机保护电路包括第三二极管、第七二极管和第一电容，所述第三二极管的正极和负极分别与第一输出端和电源连接，第七二极管的正极和负极分别接于地和第一输出端，第一电容连接于电源和第一输出端之间。