CN88101701A - 电磁驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动摆体或类似物用的电磁驱动电路，它包括：一个检测和驱动永久磁体的线圈；一个具有可变参考电压的参考电压源；一个用于当线圈的感应电压超过参考电压时产生一个输出的比较器；一个相应于比较器的输出而产生驱动脉冲的脉冲发生器；一个与驱动脉冲相应的驱动器，它把驱动电流馈给线圈；以及一个与比较器的输出相应的控制器，它根据感应电压的幅度来控制参考电压。本发明使得电路结构的大部分能够实现集成化并能克服在感应电压最大点以外的电平上产生驱动脉冲的缺点。

Description

本发明涉及一种电磁驱动电路，它用于驱动一个摆体或类似物。

图8所示的是一种驱动电路的一个例子，这种驱动电路是用一个单线圈来检测和驱动一个钟摆。如图9所示，偶极永久磁体M由这种驱动电路所驱动，在这种情况下的工作过程如下所述，当永久磁体M沿箭头方向由图9中的位置a向位置e连续运动时，线圈L₂中就产生图10所示的感应电压。很明显，感应电压的最大值出现在位置c处，而在位置a和b以及d和e之间具有较小的幅度。

这种感应电压在图8中的端点p上产生。当感应电压超过图11A中的参考电压V_r时，图8中的晶体管T₂截止，而晶体管T₁导通，因此，驱动电流流入线圈L₂。晶体管T₁的导通时间t由电容C和电阻R₁的时间常数决定。

为了有效地驱动磁体，最好在感应电压的最大点（图10中的c点）驱动该磁体。为了在这个时间内有效地驱动，参考电压V_r和驱动时间的设置应该适当。

当摆体被驱动时，感应电压的幅度变化取决于摆体的摆角。例如，若参考电压V_r设为图11A所示的电平，则当摆角增大时，感应电压的幅度也增大，除最大点外的其它某些点的感应电压也会超过参考电压，如图11B所示。这种电压超越会导致非正常工作。

为防止非正常工作，若把参考电压设为高电平，感应电压就不会超过参考电压，它就能够在摆动角小或摆周期长的情况下驱动磁体。

这就使得每次必须根据摆角和摆的周期改变参考电压。

上面对现有技术的电路结构作了很长一段描述。但其最大的缺点是不能把电路结构集成化。

因而，本发明的首要目的是提供一种电磁驱动电路，其电路结构除一个线圈外其余元件均能集成化。

本发明的另一个目的是提供一种电磁驱动电路，它采用一个单线圈检测和驱动永久磁体，这种电路能够自动调整参考电压至最佳电平。

根据本发明，所提供的电磁驱动电路包括：一个检测和驱动永久磁体用的线圈;一个具有可变参考电压的参考电压源;一个在所说的线圈的感应电压超过所说的参考电压时能够产生一个输出的比较器;一个相应于所说的比较器的输出而产生驱动脉冲的脉冲发生器;一个与所说的驱动脉冲相应的驱动器，此驱动器把驱动电源馈给所说的线圈;以及一个与比较器的输出相应的控制器，此控制器根据所说感应电压的幅度控制所说的参考电压。

换句话说，本发明的电磁驱动电路带有一个比较器，它能够在检测和驱动永久磁体的线圈的感应电压超过参考电压时产生一个输出。这种驱动电路还有一个脉冲发生器，它相应于比较器的输出产生一驱动脉冲。与此驱动脉冲相应的驱动电流被馈给线圈，因此，根据感应电压的幅度来决定比较器的输出从而使参考电压得以控制。

从下面参考附图进行的说明还可以清楚地看出本发明的其它目的、特征和优点。附图中：

图1是本发明的一个实施例的逻辑电路图。

图2是解释图1工作过程的电压波形图。

图3是图1的某一局部的详细逻辑电路图。

图4是解释图3工作过程的电压波形图。

图5是图3的另一个例子的逻辑电路图。

图6和图7是解释图5的工作过程的电压波形图。

图8是现有技术中的驱动电路的一个例子的电路图。

图9是反映线圈和永久磁体之间关系的示意图。

图10是图9中的线圈产生的感应电压的电压波形图。

图11是解释图8的缺点的电压波形图。

图1中，参考符号V_r表示一个具有可变参考电压的参考电压源。符号CM表示一个比较器，当线圈L₁中的感应电压超过参考电压V_r时，该比较器就产生一个输出。符号PG表示一个脉冲发生器，此脉冲发生器产生一个与比较器CM的输出相应的具有最佳定时和宽度的驱动脉冲，此问题将在后面详细阐述。符号S表示一个构成驱动器的晶体管。符号TM表示一个定时电路，它具有一个周期比摆的周期更长的定时装置。符号W表示一个单触发脉冲发生器，符号F表示一个触发器，二者结合构成第二控制器。符号G表示一个门电路，符号CT表示一升降计数器，二者结合构成第一控制器。

下面将参考图2说明其工作过程。假设参考电压由计数器CT的输出设置为图2a（图左端）所示的电平Vr₁。

此时，如果线圈L₁的感应电压超过参考电压Vr₁，如图2a所示（图左端），那么脉冲发生器PG产生图2b所示的驱动脉冲，因而晶体管S导通，使驱动电流馈给线圈L₁。

另一方面，驱动脉冲使触发器F触发，其输出使计数器CT进入上升模式。而且，与驱动脉冲的后沿相应地，计数器CT被触发，其计数增加1，如图2f所示，因此参考电压升高到电平Vr₂。

顺便指出，驱动脉冲被馈给定时器TM的复位输入端，这样，当驱动脉冲产生时，定时器TM复位。

继续下去，当感应电压超过参考电压Vr₂时，驱动脉冲同样地产生，因此，计数器CT的计数再增加1，结果，参考电压进一步升高到电平Vr₃。当驱动脉冲再产生时，此参考电压还会继续升高到电平Vr₄。

如果感应电压未超过Vr₄，驱动脉冲就不再产生，因此，定时器TM不复位。结果，经过时间T后，定时器TM产生如图2c所示的输出。从而使单触发脉冲发生器W产生图2d所示的脉冲，因此触发器F翻转使计数器CT进入下降模式。进而，与上述脉冲的后沿相应地，计数器CT的计数减少1，因此参考电压下降到电平Vr₃。

此后，参考电压被稳定在电平Vr₃或Vr₄上，以消除在感应电压最大点之外产生驱动脉冲的缺点。

顺便指出，在至此所述的实施例中，参考电压随每一个驱动脉冲的产生而升高，这是为了便于说明工作过程。事实上，最好是当驱动脉冲连续产生n次（n＝2、3……）以上时，使参考电压升高一步。在这种情况下，采用一个电路使其输出馈给门电路G，这个电路只有在所使用的用以记录驱动脉冲产生数目的n进制计数器（n-counter）（虽然未示出）记录n个脉冲时才产生一个脉冲。n进制计数器（n-counter）由单触发脉冲发生器W的脉冲复位。

另一方面，定时器TM的定时可以根据计数器CT的计数相应地改变。很明显，当驱动短周期的摆时，感应电压的幅度一般会增大，因此，计数器CT的计数增加。从而，在计数器CT具有大的计数时，假定摆的周期是短的，那么定时时间就改变成较短的时间。

下面将描述一个脉冲发生器PG的特定的例子，图3中：符号G₁和G₂表示门电路;符号F₁表示一个触发器;符号IN表示一个反相器;符号W₁和W₂表示单触发脉冲发生器，它们各自的脉宽分别为t₁和t₂。顺便指出，与图1中相同的符号表示与图1中相同的部分。

根据至此所述的结构，当比较器CM没有输出时，门电路G的输出使单触发脉冲发生器W₁和W₂分别置“1”和“0”。

如果线圈L₁的感应电压超过参考电压Vr，如图4g所示，则门电路G₁产生图4h所示的输出，通过门电路G₁使单触发脉冲发生器W₁和W₂分别改变其“1”和“0”的工作状态。结果，经过时间间隔t₁后，单触发脉冲发生器W₁转变为“0”电平，如图4j所示，从而单触发脉冲发生器W₂被触发产生宽度为t₂的脉冲。这样，单触发脉冲发生器W₁和W₂形成振荡，结果，单触发脉冲发生器W₁产生图4j所示的一连串驱动脉冲。随着脉冲串中第一个脉冲的前沿上升，触发器F₁被触发并保持其输出端Q处于“1”电平，如图4K所示。结果门电路G₁的输出保持在“1”电平，如图4i所示，当比较器CM的输出产生后，门电路G₂产生图4l所示的驱动脉冲串。随着这个脉冲串的产生，晶体管S导通并把驱动电流馈给线圈L₁。

上述脉冲串馈给触发器F₁的时钟输入端，它的前沿用以判断比较器CM的输出状态。因而，当比较器CM产生输出时，驱动脉冲串就产生并驱动线圈L₁。

当感应电压降到低于参考电压Vr时，比较器CM的输出中断，与第一个驱动脉冲的后沿相应，触发器F₁的输出翻转使驱动脉冲串中断，结果导致线圈L₁的驱动中断。

如上所述，在感应电压超过参考电压Vr时，驱动电流流入线圈。

在至此所述的脉冲发生器PG的电路中，门电路G₁的输出用来作为门电路G₂的输入，图1中的定时器TM的复位输入以及触发器F的置位输入。

在前面的说明中省略了单触发脉冲发生器W₂的输出宽度t₂的设置，现说明如下，在线圈L₁由驱动脉冲串驱动后，当这些脉冲中断时会产生通常为一毫秒的瞬间扰动r，如图4g所示。由于在这种瞬间扰动产生期间，线圈L₁的感应电压是不稳定的，因此，如果驱动脉冲连续产生并用触发器F₁来判断比较器CM的输出，则会出现非正常工作。所以，为了使连续的驱动脉冲随稳定的感应电压产生，单触发脉冲发生器W₂的输出脉宽t₂设为几个毫秒。

顺便指出，在线圈被驱动时，对永久磁体的励磁不会产生有害影响，即便是在几毫秒的驱动中断期间影响也是可以忽略的。

在至此所述的实施例中，用以确定驱动起始和中断时间的参考电压设置为普通值Vr。这两种时间可以不同，以便于调节驱动终止时间。例如，参考电压随触发器F₁的输出变为图4g所示的电平Vr₅，则最后一个驱动脉冲就不会产生。这样就能够更好地调节驱动时间。

一般说来，感应电压的幅度要受到电源供电电压波动的影响。如果感应电压的幅度波动，则参考电压超越期间的计时将漂移而引起驱动时间和时间间隔的波动。因此，为了减少电源波动造成的影响，参考电压可设为较低的电平，这样，比较器的输出可通过延迟电路（虽未表示出）延迟一定的时间，并从延迟后的时间点开始驱动。例如，如果参考电压设为图4g所示的低电平Vr₆，当感应电压超过电平Vr₆时，比较器产生输出，此输出通过延迟电路延迟了t₀时间后再馈给触发器F₁和门电路G₁。这样一来就可以减小电源电压波动所产生的影响，并且能够在最佳的时间点上、最佳的时间间隔内驱动线圈。

下面将描述脉冲发生器PG的另一个例子，在图5中，符号F₂表示一个触发器，符号W₃至W₆表示单触发脉冲发生器，其中，单触发脉冲发生器W₄具有可变的输出脉宽，单触发脉冲发生器W₃、W₅和W₆的脉宽分别为t₃、t₅和t₆。符号CT₁表示一升降计数器。

根据以上所述的结构，假设计数器CT₁的计数以u表示，单触发脉冲发生器W₄的脉宽设为t₄。

如果感应电压超过参考电压Vr，则比较器CM产生图6n所示的输出信号，使单触发脉冲发生器W₃触发产生一个宽度为t₃的脉冲。与此脉冲的后沿相应，单触发脉冲发生器W₄产生宽度为t₄的驱动脉冲，此脉冲使晶体管S导通，从而驱动电流流入线圈L₁。与此驱动脉冲的后沿相应，单触发脉冲发生器W₅产生宽度为t₅的脉冲。与此脉冲的后沿相应，触发器F₂和单触发脉冲发生器W₆被触发。触发器F₂的D输入由比较器CM的输出馈给，比较器的状态可以从触发器F₂读出。换句话说，可以判断在单触发脉冲发生器W₅产生的脉冲下降的瞬间感应电压的幅度是否超过了参考电压Vr。在感应电压超过参考电压时，触发器F₂取“1”电平，因此，计数器CT₁进入上升状态，换句话说，可以认为，在这种情况下驱动脉冲具有小的宽度，而且在感应电压的最大点以外不会产生驱动脉冲。

另一方面，与单触发脉冲发生器W₅产生的脉冲的后沿相应，单触发脉冲发生器W₆产生宽度为t₆的脉冲，它被用来作为计数器CT₁的时钟输入。结果，计数器CT₁的计数增加1变成（u+1），

如图6p所示。从而使单触发脉冲发生器W₄的脉宽变得比前面一次更大。

结果，驱动脉冲宽度也因此变得更大。

假设这些过程重复使计数器的计数变化到m，并且驱动脉冲宽度变为t′₄，如图6m所示。如果在单触发脉冲发生器W₅产生的脉冲下降的瞬间，感应电压的电平变得低于参考电平，则触发器F₂的输出翻转为“0”电平，如图6o所示，这样计数器CT₁进入下降状态。结果，计数器CT₁的计数减小到（m-1），相应地，驱动脉冲的宽度因此减小一个间隔。

结果，驱动脉冲宽度在t′₄和小于t′₄的宽度之间交替地变化，因此得以稳定。

因而，驱动脉冲可被自动地稳定在最佳时间点上并且有预定的宽度，使摆角能稳定在一个恒定的值上。

顺便指出，在上述例子中，只调节驱动脉冲的宽度。本发明不仅仅限于上述调节，若可编程的单触发电路用作单触发脉冲发生器W₃和W₅，则它们的脉冲宽度可以根据计数器CT₁的计数相应地调整。例如，在摆的摆角设为小角度的情况下，时间间隔t₃至t₅必须在稍长的状态下稳定，如图7a所示，因为在图7a所示的稳定状态下，感应电压幅度小且变化缓慢。在摆的摆角设为大角度的情况下，感应电压幅度变大，在稳定状态下变化很快，如图7b所示，故驱动脉冲宽度可以窄。因而，时间间隔t₃至t₅必须在比图7a所示的情况更小的值下稳定。

图7a和图7b的状态是不同的，其不同点在于时间间隔t₄对时间间隔t₃和t₅的比值不同，为了建立稳定的摆角，这些比值是可以调整的。例如，在图7b的状态下要求稳定时，单触发脉冲发生器W₃至W₅的脉宽被设成在所示的比值下具有各自的时间间隔，因此，当根据计数器CT₁的计数保持这些比值时，它们是可以改变的。

因此，可以通过自动调整时间间隔t₃至t₅使摆角稳定到所希望的值，正如以下所述。根据计数器CT₁在初始状态时的计数，假设单触发脉冲发生器W₃至W₅的脉冲宽度为图7b所示的值。如果在此状态下供电，则摆体就开始摆动。因为开始时摆角小，产生的感应电压和图7a中的情况相似。结果，在单触发脉冲发生器W₅产生的脉冲下降的瞬间，感应电压超过了参考电压。因此，判定驱动脉冲宽度太窄，计数器CT₁的计数增加1，从而时间间隔t₃至t₅就变成较长的时间间隔。这些过程经多次重复就使时间间隔t₃至t₅逐步增大。因而驱动脉冲宽度逐步增大。与此相应的，摆体的摆角随感应电压幅度的增大而稍有滞后地逐渐增大。

结果，在一定时刻，驱动脉宽变得过大，使得计数器CT₁转变为下降模式以减小时间间隔t₃至t₅。与此相应的，摆体的摆角稍滞后地变小。

至此所述的过程重复下去直至进入图7b所示的最终的稳定状态。换句话说，自动调整得以定成，使得能够在感应电压的最大点以最佳的驱动脉宽实现有效地驱动。

顺便指出，单触发脉冲发生器W₅的脉宽t₅这样来设置，以致于判断感应电压电平的定时可以使得感应电压的判断最容易。前面所说的瞬时扰动在设置时也予以考虑。

在至此所述的实施例中，用于确定驱动起始时间的参考电压和判断驱动后的感应电压电平的参考电压被设置为普通电平Vr。然而，后一个参考电压可以根据计数器CT₁的计数改变。例如，参考电压可根据单触发脉冲发生器W₄至W₆产生输出脉冲时计数器CT₁的计数相应改变。这种改变与单触发脉冲发生器W₅的脉宽的调整是等效的。

顺便指出，如果不考虑电源电压波动或其它类似因素，则单触发脉冲发生器W₃并非总是必要的，而比较器CM的输出可以直接馈给单触发脉冲发生器W₄。

此外，在上述实施例中，对于每个驱动脉冲，时钟脉冲馈给计数器CT₁。然而，计数器CT₁的计数可能不是增加1，除非计数器CT₁上升/下降模式对于三个驱动脉冲是连续不变的。这同样适用于下降模式的情况。

在这种情况下，可把一个三进制计数器置于单触发脉冲发生器W₆和计数器CT₁之间，这样，触发器F₂的输出电平每翻转一次，它就复位一次。这种结构可以防止由于噪音或类似因素引起的任何非正常工作。

根据本发明，永久磁体由单线圈检测和驱动，当线圈的感应电压超过参考电压时，比较器产生输出，因此，与比较器的输出相应地，线圈被驱动，参考电压可以根据感应电压的幅度来控制。结果，除线圈外，其余结构部分均可实现集成化，而且可以消除在感应电压最大点以外产生驱动脉冲的缺点，因此，可以进行自动控制，使得任何时候在感应电压最大点均能实现有效地驱动。所以，永久磁体可以以稳定的幅度被有效地驱动。

Claims (6)

1、一种电磁驱动电路，其中包括：

一个用于检测和驱动永久磁体的线圈，

一个具有可变参考电压的参考电压源，

一个当所说的线圈的感应电压超过所说的参考电压时能产生一个输出的比较器，

一个相应于所说的比较器的输出而产生驱动脉冲的脉冲发生器，

一个与所说的驱动脉冲相应的驱动器，该驱动器把驱动电流馈给所说的线圈，以及

一个与所说的比较器的输出相应的控制器，此控制器是根据所说的感应电压的幅度来控制所说的参考电压。

2、根据权利要求1所说的电磁驱动电路，其中，所说的控制器包括：当所说的比较器在预定的时间内连续地产生输出时，用于提高所说的参考电压的第一控制器，和当所说的比较器在预定的时间或更长时间内无输出时，用于降低所说的参考电压的第二控制器。

3、根据权利要求2所说的电磁驱动电路，其中，当所说的比较器连续产生n次输出时，所说的第一控制器提高所说的参考电压，而当所说的比较器在所说的预定时间或更长时间内无输出时，所说的第二控制器降低所说的参考电压。

4、根据权利要求2所说的电磁驱动电路，其中，所说的第一控制器包括一个门电路和一个升/降计数器。

5、根据权利要求2所说的电磁驱动电路，其中所说的第二控制器包括一个单触发脉冲发生器和一个触发器。

6、根据权利要求1所说的电磁驱动电路，其中所说的驱动器包括一个晶体管。

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