CN204928636U - 一种基于多mems传感器的单相驱动电路结构 - Google Patents

Abstract

一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，本实用新型涉及集成电路领域，其旨在解决现有电机存在低智能度，不合理的驱动电路结构，低可靠性且不具备极端环境耐受能力等技术问题。该发明电路结构特征依次连接的MEMS传感单元：获取目标传感数据，转换传感数据为时钟信号和发送控制时钟；脉冲定时调制单元：根据MEMS传感单元发出的控制时钟，进行脉宽调制，并进行脉冲延时反馈调节和电平调制信号发送；单相电机单元：根据脉冲定时调制单元电平调制信号，获得有序的驱动模式并实现有序转动；脉冲定时调制单元向MEMS传感单元反馈数据；单相电机单元向脉冲定时调制单元反馈反电动势。本实用新型用于电机智能化。

Description

一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构

技术领域

本发明涉及直流无刷电机领域，具体涉及一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构。

背景技术

现有电机，缺乏集成的中控设备或者中控设备智能度不高，需要大量人工操作，无法自动完成各类操作；脉冲的调制、延时调节电路结构不合理，导致双场效应管电压调节电路存在重叠的导通电压范围，进一步影响驱动电路；电机集成有位置传感器，位置传感器的可靠性低，易受到环境温度，压力等外界因素影响，进一步降低了电机的可靠性。

发明内容

针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其旨在解决现有电机存在低智能度，不合理的驱动电路结构，低可靠性且不具备极端环境耐受能力等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，包括依次连接的MEMS传感单元：获取目标传感数据，转换传感数据为时钟信号和发送控制时钟；脉冲定时调制单元：根据MEMS传感单元发出的控制时钟，进行脉宽调制，并进行脉冲延时反馈调节和电平调制信号发送；单相电机单元：根据脉冲定时调制单元电平调制信号，获得有序的驱动模式并实现有序转动；脉冲定时调制单元向MEMS传感单元反馈数据；单相电机单元向脉冲定时调制单元反馈反电动势。

上述方案中，所述的MEMS传感单元，包括用于时钟输出、数据处理和信号控制的FPGA：设置有MEMS传感器接口；第一模数转换器：输出端口连接FPGA，接收FPGA控制命令，向FPGA输出数字信号；多MEMS传感器：时钟输入接口连接FPGA的MEMS传感器接口，输出端连接第一模数转换器的输入端，接收FPGA的时钟序列，向第一模数转换器发送传感数据。MEMS传感器具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势。提取外界目标信号，与FPGA预设基准匹配，可完成识别功能；多个MEMS传感器组合，可使得同一目标的不同特征得到充分识别验证，提升精确度；处理数据后，给下位电路发出中控命令；需要提出地是，FPGA完成编程后，系列操作均可自助完成，外界可通过上位机读取相关数据，体现电机智能化。

上述方案中，所述的脉冲定时调制单元，包括调制脉冲发生器：输入端连接FPGA的时钟输出端，接收FPGA控制时钟；第一反相器：输入端连接调制脉冲发生器的输出端；第一可编程延时器：输入端连接第一反相器的输出端；第二反相器：输入端连接第一可编程延时器的输出端；第一场效应管：栅极连接第二反相器的输出端，源极接有电感；电感一端为High_V；用于消除判决延时的开关电路：与调制脉冲发生器的输出端连接，与第一可编程延时器的输出端连接；第二场效应管:栅极连接开关电路，漏极连接第一场效应管的源极；肖特基同步整流二极管：其正极连接第二场效应二极管的源极并且其负极连接第二场效应二极管的漏极；肖特基同步整流二极管正极为Low_V。根据MEMS传感单元发出的控制时钟，实现脉宽调制，脉冲延时反馈调节和电平调制信号发送的功能。显著增加整个电路的反应速度。

上述方案中，所述的开关电路，包括截止电路，导通电路，还包括RS触发器：Q端连接第二场效应管Q2的栅极。

上述方案中，所述的截止电路，包括缓冲寄存器：输入端连接第一可编程延时器的输出端；第一升值计数器；时钟端连接缓冲寄存器的输出端；第一与门：输入端口连接High_V和编程序列；第一或非门：输入端口连接有第一与门的输出端，输出端连接第一升值计数器的计数端；第三反相器：输入端为预设端；第一或门：输入端口连接第三反相器的输出端和缓冲寄存器的输出端；第二或非门：输入端口连接有第一或门的输出端和第一或非门的输出端，输出端连接到第一或非门的输入端口；第二可编程延时器：激活计数端A连接第一升值计数器的计数端-Q，延时端D连接第一可编程延时器的输出端ID；第四反相器：输入端连接第二可编程延时器的输出端Y；第三或非门：输入端口分别连接第四反相器的输入端和输出端；第二与门；第二或门：输入端口连接有第三或非门的输出端和第二与门的输出端；第五反相器：输入端和输出端连接第二与门的输入端口；第二或门的输出端连接RS触发器的R端。截止电路激活后，肖特基同步整流二极管D1将截止，彻底消除双场效应管重叠导通的电压区间和波形漂移，即此时只有场效应管Q2导通。显著增加整个电路的反应速度。

上述方案中，所述的导通电路，包括第二升值计数器：时钟端连接调制脉冲发生器的输出端；第三或门：输入端口连接第三反相器的输出端和High_V；第四或非门：输入端口连接有第三或门的输出端；第五或非门：输入端口连接有第四或非门的输出端，输出端连接第二升值计数器的计数端UP；第三与门：输入端口连接有缓冲寄存器的输出端，输出端连接到第五或非门的输入端口；第四与门：输入端口设置有监测点，输出端连接到第三与门的输入端口；基准电源：正极接地；比较器：高电平端连接基准电源的负极，输出端连接到第四与门的输入端口；第三可编程延时器：激活计数端A连接第二升值计数器的Q端，延时端连接第一可编程延时器的输出端；第六反相器：输入端连接第三可编程延时器的输出端；第五与门：输入端口连接第六反相器的输出端和输入端，输出端连接RS触发器的S端。导通电路激活后，肖特基同步整流二极管D1将导通，场效应管Q1导通，场效应管Q2短路；建立反电动势反馈基础回路。显著增加整个电路的反应速度。

上述方案中，所述的单相电机单元，包括驱动电路：1_H端连接High_V,Low_V连接Low_V；电机：接口1连接驱动电路的输出接口OUT1；第二模数转换器：输入端连接单相电机的接口1，输出端连接比较器的低电平端。电机不需要位置传感器，通过所建立的反馈回路将反电动势传回脉冲定时调制单元，完成自调整操作，增强电机极端环境耐受能力，降低外界所造成影响，显著提升电机可靠性。

附图说明

图1为本发明电路模块图；

图2为本发明具体电路图；

图3为本发明反电动势替换位置传感器体现电机相位波形图；

图中：100-MEMS传感单元，200-脉冲定时调制单元，300-单相电机单元，4-调制脉冲发生器，5、12、23、28、30、24-反相器，6、21、22-可编程延时器，7-缓冲寄存器，8、16、17、25、29-与门，9、10、14、18、27-或非门，11、13、26-或门，31-RS触发器，Q1、Q2-场效应管，D1、D2-肖特基同步整流二极管，PRESET-预设端，Checkpoint-监测点，High_V-高电平点，Low_V-低电平点，MEMSSENSOR-微机电传感器，FPGA-现场可编程门阵列器件，MOTOR-电机，PDC-驱动电路，33、32-模数转换器，CI-网络接口，UPPER-上位机，BEMF-反电动势。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明电路模块图，一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，包括依次连接的MEMS传感单元100：获取目标传感数据，转换传感数据为时钟信号和发送控制时钟Clock；脉冲定时调制单元200：根据MEMS传感单元100发出的控制时钟Clock，进行脉宽调制，并进行脉冲延时反馈调节和电平调制信号发送；单相电机单元300：根据脉冲定时调制单元200电平调制信号，获得有序的驱动模式并实现有序转动；脉冲定时调制单元200向MEMS传感单元100反馈数据Data；单相电机单元300向脉冲定时调制单元200反馈反电动势BEMF。

图2为本发明具体电路图，上述方案中，所述的MEMS传感单元100，包括用于时钟输出、数据处理和信号控制的FPGA：设置有MEMS传感器接口；第一模数转换器33：输出端口连接FPGA，接收FPGA控制命令，向FPGA输出数字信号；多MEMS传感器：时钟输入接口连接FPGA的MEMS传感器接口，输出端连接第一模数转换器33的输入端，接收FPGA的时钟序列，向第一模数转换器33发送传感数据。

所述的脉冲定时调制单元200，包括调制脉冲发生器4：输入端连接FPGA的时钟输出端，接收FPGA控制时钟Clock；第一反相器5：输入端连接调制脉冲发生器4的输出端；第一可编程延时器6：输入端连接第一反相器5的输出端；第二反相器24：输入端连接第一可编程延时器6的输出端；第一场效应管Q1：栅极连接第二反相器24的输出端，源极接有电感L1；电感L1一端为High_V；用于消除判决延时的开关电路：与调制脉冲发生器4的输出端连接，与第一可编程延时器6的输出端连接；第二场效应管Q2:栅极连接开关电路，漏极连接第一场效应管Q1的源极；肖特基同步整流二极管D1：其正极连接第二场效应二极管的源极并且其负极连接第二场效应二极管的漏极；肖特基同步整流二极管D1正极为Low_V。

所述的开关电路，包括截止电路，导通电路，还包括RS触发器31：Q端连接第二场效应管Q2的栅极。

所述的截止电路，包括缓冲寄存器7：输入端连接第一可编程延时器6的输出端ID；第一升值计数器19；时钟端CLK连接缓冲寄存器7的输出端；第一与门8：输入端口连接High_V和编程序列Pro.bit；第一或非门9：输入端口连接有第一与门8的输出端，输出端连接第一升值计数器19的计数端UP；第三反相器12：输入端为预设端Preset；第一或门11：输入端口连接第三反相器12的输出端和缓冲寄存器7的输出端；第二或非门10：输入端口连接有第一或门11的输出端和第一或非门9的输出端，输出端连接到第一或非门的输入端口；第二可编程延时器21：激活计数端A连接第一升值计数器19的计数端-Q，延时端D连接第一可编程延时器的输出端ID；第四反相器28：输入端连接第二可编程延时器21的输出端Y；第三或非门27：输入端口分别连接第四反相器28的输入端和输出端；第二与门25；第二或门26：输入端口连接有第三或非门27的输出端和第二与门25的输出端；第五反相器23：输入端和输出端连接第二与门25的输入端口；第二或门26的输出端连接RS触发器31的R端。

所述的导通电路，包括第二升值计数器20：时钟端CLK连接调制脉冲发生器4的输出端；第三或门13：输入端口连接第三反相器12的输出端和High_V；第四或非门14：输入端口连接有第三或门13的输出端；第五或非门18：输入端口连接有第四或非门14的输出端，输出端连接第二升值计数器20的计数端UP；第三与门17：输入端口连接有缓冲寄存器7的输出端，输出端连接到第五或非门18的输入端口；第四与门16：输入端口设置有监测点Checkpoint，输出端连接到第三与门17的输入端口；基准电源Ref_1：正极接地；比较器15：高电平端连接基准电源Ref_1的负极，输出端连接到第四与门16的输入端口；第三可编程延时器22：激活计数端A连接第二升值计数器20的Q端，延时端D连接第一可编程延时器6的输出端ID；第六反相器30：输入端连接第三可编程延时器22的输出端Y；第五与门29：输入端口连接第六反相器30的输出端和输入端，输出端连接RS触发器31的S端。

所述的单相电机单元300，包括驱动电路PDC：1_H端连接High_V,Low_V连接Low_V；单相电机MOTOR：接口1连接驱动电路的输出接口OUT1；第二模数转换器32：输入端连接单相电机MOTOR的接口1，输出端连接比较器15的低电平端。

图3为本发明反电动势替换位置传感器体现电机相位波形图，每个相位比起基准电源Ref_1电压的转换延时相位为π/6，提供实施过零检测条件。当反电动势BEMF发生变化时，脉冲定时调制单元200记录时间间隔并重设计数器；当计数器的计时大于或等于被记录的反电动势BEMF时间间隔，将启动相位变化计时，脉冲定时调制单元200将调节输出，以进一步驱动电机转动。

实施例1，

设一被标识的目标，MEMS传感器识别后发出传感数据给FPGA处理，FPGA给下位电路发出命令的同时通过网络接口CI上传可读信息给上位机UPPER，在特定FPGA应用中，上位机还可以对FPGA发出指令；当调制脉冲发生器4收到FPGA发出的命令时，输出反相的调制脉冲给第一可编程延时器6，第一可编程延时器6获得信号预载，输出一个延时的调制信号，通过开关电路后，肖特基同步整流二极管D1总是提前验证信号波形下降沿，以便预先完成高、低电平转换，消除双场效应管Q1，Q2的重叠区间，从而准确发出电平信号给驱动电路PDC，驱动电路PDC获得有序驱动模式，并进一步驱动电机有序转动。

航天应用中，实施例2，

在航天飞机与空间站对接操作中，空间站的对接口作为MEMS传感器特定识别目标，选用MEMS激光传感器，配合一高反射光激光器，通过“识别-转动-反馈-调整-识别……”过程，可较为精准地完成航天飞机与空间站对接。

军事应用中，实施例3，

可配合红外激光器制作自瞄准武器安装座，实施中，选用MEMS红外传感器，自打击武器（如火箭发射器RPG，穿甲机枪）安装在受电机转动控制的底座上，当敌对低空飞行目标或近、中距地面目标出现在MEMS红外传感器探测范围中，上位机发出打击指令给FPGA，电机随目标移动发生转动，实现锁定式持续打击所标记目标。在特定限制区域，可预先设置目标识别特征，则不需要上位机下达命令，只要一出现在MEMS传感器探测范围中，武器立刻打击目标，电机锁定式旋转，使得武器得以持续打击目标。

民事应用中，实施例4，

将舞台灯安装在电机上，可制作舞台主追光灯，实施中，预先标识所需要追光的表演者，表演者得以持续获得追光，不需人为控制主追光灯。

本发明有益效果：电机应变速度快，实施应用范围广，可智能地独立工作，可耐受极端环境且可靠性高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，包括依次连接的

MEMS传感单元（100）：获取目标传感数据，转换传感数据为时钟信号和发送控制时钟Clock；

脉冲定时调制单元（200）：根据MEMS传感单元（100）发出的控制时钟Clock，进行脉宽调制，并进行脉冲延时反馈调节和电平调制信号发送；

单相电机单元（300）：根据脉冲定时调制单元（200）电平调制信号，获得有序的驱动模式并实现有序转动；

脉冲定时调制单元（200）向MEMS传感单元（100）反馈数据Data；单相电机单元（300）向脉冲定时调制单元（200）反馈反电动势BEMF。

2.根据权利要求1所述的一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，所述的MEMS传感单元（100），包括

用于时钟输出、数据处理和信号控制的FPGA：设置有MEMS传感器接口；

第一模数转换器（33）：输出端口连接FPGA，接收FPGA控制命令，向FPGA输出数字信号；

多MEMS传感器：时钟输入接口连接FPGA的MEMS传感器接口，输出端连接第一模数转换器（33）的输入端，接收FPGA的时钟序列，向第一模数转换器（33）发送传感数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，所述的脉冲定时调制单元（200），包括

调制脉冲发生器（4）：输入端连接FPGA的时钟输出端，接收FPGA控制时钟Clock；

第一反相器（5）：输入端连接调制脉冲发生器（4）的输出端；

第一可编程延时器（6）：输入端连接第一反相器（5）的输出端；

第二反相器（24）：输入端连接第一可编程延时器（6）的输出端；

第一场效应管Q1：栅极连接第二反相器（24）的输出端，源极接有电感L1；

电感L1一端为High_V；

用于消除判决延时的开关电路：与调制脉冲发生器（4）的输出端连接，与第一可编程延时器（6）的输出端连接；

第二场效应管Q2:栅极连接开关电路，漏极连接第一场效应管Q1的源极；

肖特基同步整流二极管D1：其正极连接第二场效应二极管的源极并且其负极连接第二场效应二极管的漏极；

肖特基同步整流二极管D1正极为Low_V。

4.根据权利要求3所述的一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，所述的开关电路，包括截止电路，导通电路，还包括RS触发器（31）：Q端连接第二场效应管Q2的栅极。

5.根据权利要求4所述的一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，所述的截止电路，包括

缓冲寄存器（7）：输入端连接第一可编程延时器（6）的输出端ID；

第一升值计数器（19）；时钟端CLK连接缓冲寄存器（7）的输出端；

第一与门（8）：输入端口连接High_V和编程序列Pro.bit；

第一或非门（9）：输入端口连接有第一与门（8）的输出端，输出端连接第一升值计数器（19）的计数端UP；

第三反相器（12）：输入端为预设端Preset；

第一或门(11)：输入端口连接第三反相器（12）的输出端和缓冲寄存器（7）的输出端；

第二或非门（10）：输入端口连接有第一或门（11）的输出端和第一或非门（9）的输出端，输出端连接到第一或非门的输入端口；

第二可编程延时器（21）：激活计数端A连接第一升值计数器（19）的计数端-Q，延时端D连接第一可编程延时器的输出端ID；

第四反相器（28）：输入端连接第二可编程延时器（21）的输出端Y；

第三或非门（27）：输入端口分别连接第四反相器（28）的输入端和输出端；

第二与门（25）；

第二或门（26）：输入端口连接有第三或非门（27）的输出端和第二与门（25）的输出端；

第五反相器（23）：输入端和输出端连接第二与门（25）的输入端口；

第二或门（26）的输出端连接RS触发器（31）的R端。

6.根据权利要求4所述的一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，所述的导通电路，包括

第二升值计数器（20）：时钟端CLK连接调制脉冲发生器（4）的输出端；

第三或门（13）：输入端口连接第三反相器（12）的输出端和High_V；

第四或非门（14）：输入端口连接有第三或门（13）的输出端；

第五或非门（18）：输入端口连接有第四或非门（14）的输出端，输出端连接第二升值计数器（20）的计数端UP；

第三与门（17）：输入端口连接有缓冲寄存器（7）的输出端，输出端连接到第五或非门（18）的输入端口；

第四与门（16）：输入端口设置有监测点Checkpoint，输出端连接到第三与门（17）的输入端口；

基准电源Ref_1：正极接地；

比较器（15）：高电平端连接基准电源Ref_1的负极，输出端连接到第四与门（16）的输入端口；

第三可编程延时器（22）：激活计数端A连接第二升值计数器（20）的Q端，延时端D连接第一可编程延时器（6）的输出端ID；

第六反相器（30）：输入端连接第三可编程延时器（22）的输出端Y；

第五与门（29）：输入端口连接第六反相器（30）的输出端和输入端，输出端连接RS触发器（31）的S端。

7.根据权利要求1所述的一种基于多MEMS传感器的单相驱动电路结构，其特征在于，所述的单相电机单元（300），包括

驱动电路PDC：1_H端连接High_V,Low_V连接Low_V；

单相电机MOTOR：接口1连接驱动电路PDC的输出接口OUT1；

第二模数转换器（32）：输入端连接单相电机MOTOR的接口1，输出端连接比较器（15）的低电平端。