電機驅動芯片中的串聯電阻法相電流檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供的串聯電阻法相電流檢測電路，將采樣電壓信號放大，通過比較器電路將放大的信號與參考電壓比較，實現相電流檢測，進而實現斬波橫流控制；通過數字信號控制放大的信號與采樣電壓信號的比值，實現不同的相電流值的檢測，進而實現微步細分控制；采用由MOS管開關的電阻陣列，實現非線性可變增益放大器；由于比較器比較的是放大的信號，所以比較器隨機失調誤差對相電流控制精度的影響大大減小；同時由于是將采樣電壓信號放大，得到按正余弦變化的相電流值，因而放大倍數變化范圍不大，電阻更容易選擇，檢測電路面積更小，并且檢測精度提高。
【專利說明】電機驅動芯片中的串聯電阻法相電流檢測電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及應用于電機驅動芯片中的串聯電阻法相電流檢測電路。
【背景技術】
[0002]現有步進電機驅動芯片中普遍采用斬波橫流技術和細分步進驅動技術。斬波橫流技術可以使電機的輸出轉矩增大，整個系統功耗減小，電源效率提高；細分步進技術可以極大的改善電機運行的平穩性，提高勻速性，減輕甚至消除震蕩。
[0003]要實現上述技術，需要檢測電機繞組相電流大小，在非移動設備應用中常采用串聯電阻法檢測，即將電機繞組和一個電阻串聯，將相電流值轉換成采樣電阻的電壓值，并將該電壓值與參考電壓相比較，使輸出繞組相電流穩定在設定值上，實現相電流的閉環控制；而按照正余弦波的形式改變參考電壓的值，就得到了按正余弦波變化的階梯波形式的兩相相電流，從而實現電機的細分步進驅動。串聯電阻法穩定、精確度高且可以降低芯片整體成本。
[0004]傳統的串聯電阻法相電流檢測電路如圖1所示，數-模轉換模塊輸入參考電壓Vkef和控制數字信號CTL，參考電壓Vkef在CTL信號控制下，降壓得到數-模轉換模塊的輸出值Vdac, Vdac作為輸入信號接到比較器的一個輸入端；比較器的另一個輸入端接到SEN引腳上，同時SEN引腳串聯檢測電阻Rsen接地，電機繞組LO上的電流通過H橋電路中的功率管、Rsen流向地，因此SEN引腳上的電壓值Vsen與電機繞組LO電流成正比，比例系數為Rsen的電阻值。
[0005]如圖2所示，在t0時刻之前，Vsen與繞組LO相電流Iui按比例上升，在t0時刻，Vsen達到VDAC，此時比較器輸出信號Vtot變為高電平，使PWM控制電路產生一個固定時間的脈沖信號，該信號經邏輯及預驅動電路控制H橋電路，使繞組LO相電流進入固定時間的衰減模式(包括快衰減和慢衰減)，電流值降低；同樣地，在tl、t2時刻,繞組LO相電流經歷固定時間的衰減，相電流Iui波形如圖2所示，圍繞固定值IO上下波動，因為波動幅度很小，可以認為相電流穩定在10。
[0006]如圖3所示，當改變CTL信號使VDA。值按照正余弦曲線變化時，相電流同樣的按照正余弦曲線變化，這樣即實現了細分驅動控制。
[0007]因為比較器存在隨機失調誤差，當Vda。值很小的時，該失調誤差將顯著降低相電流控制精度；同時要得到按正余弦變化的VDA。值，相鄰兩個Vda。之間的臺階差值或很大或很小，數-模轉換器內部電阻難以選擇，且往往面積很大。
[0008]本領域技術人員致力于實現斬波橫流控制和細分步進驅動控制的同時，降低比較器隨機失調誤差對相電流檢測的精度影響，提聞步進電機的相電流檢測精度，從而提聞步進電機的細分驅動控制精度。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提高電機，特別是步進電機的相電流檢測精度，降低比較器隨機失調誤差對相電流檢測的影響，同時優化相電流檢測電路的結構。
[0010]本發明提供一種新型的串聯電阻法相電流檢測電路，通過非線性可變增益放大器對采樣電壓信號放大，并與固定參考電壓相比較實現斬波橫流控制；通過數字編碼控制非線性可變增益放大器的增益，實現細分步進驅動。該結構電路結構簡單，精確度高，同時可以降低后級比較器隨機失調誤差對電路精度的影響。
[0011]本發明提供的串聯電阻法相電流檢測電路，非線性可變增益放大器，采用由MOS管開關的電阻陣列，以改變電路放大倍數，實現可變增益。
[0012]本發明提供一種串聯電阻法相電流檢測電路，包括輸入端VB1、Vsen, Vkef和輸出端Vout,所述串聯電阻法相電流檢測電路包括多個P型MOS管MP0、MP2、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6、MP7、MP8、MP9，電阻Rtl、R1、R2，晶體管Q1、Q2和比較器，其中
[0013]?型皿)5管1^0、]\^2、]\^2、]\^3、]\^4、]\^5組成共源共柵電流鏡；
[0014]P型MOS管MPO、MP2、MP4的柵極連接在一起，P型MOS管MPO、MP2、MP4的源極與電源VDD連接，P型MOS管MPO的柵極與P型MOS管MPl的漏極連接；
[0015]P型MOS管MPO的漏極與P型MOS管MPl的源極連接，P型MOS管MP2的漏極與P型MOS管MP3的源極連接，P型MOS管MP4的漏極與P型MOS管MP5的源極連接；
[0016]P型MOS管MP1、MP3、MP5的柵極連接在一起，P型MOS管MPl的漏極經由電阻Rtl連接到輸入端νΒΙ，P型MOS管MPl的柵極與輸入端Vbi連接；
[0017]P型MOS管MP3的漏極與晶體管Ql的集電極連接，晶體管Ql的發射極經由電阻R1與輸入端Vsen連接；
`[0018]P型MOS管MP5的漏極與晶體管Q2的集電極連接，晶體管Q2的發射極經由電阻R2與地連接；
[0019]晶體管Ql、Q2的基極連接；
[0020]N型MOS管MNO的漏極與電源VDD連接，N型MOS管MNO的柵極與P型MOS管MP3的漏極連接，N型MOS管MNO的源極與晶體管Ql的基極連接；
[0021]P型MOS管MP6與P型MOS管MP7組成反饋回路；
[0022]P型MOS管MP6的源極與電源VDD連接，P型MOS管MP6的漏極與P型MOS管MP7的源極連接，P型MOS管MP7的漏極與晶體管Q2的發射極連接，P型MOS管MP7的柵極晶體管Q2的集電極連接；
[0023]P型MOS管MP6和P型MOS管MP7，與P型MOS管MP8和P型MOS管MP9組成共源共柵電流鏡；
[0024]P型MOS管MP8的源極與電源VDD連接，P型MOS管MP8與P型MOS管MP6的柵極連接，P型MOS管MP8的漏極與P型MOS管MP9的源極連接；
[0025]P型MOS管MP9的柵極與P型MOS管MP7的柵極連接；P型MOS管MP9的漏極連接與所述比較器的正相輸入端連接；
[0026]所述輸入端Vkef與所述比較器的反相輸入端連接；
[0027]所述輸出端Vott與所述比較器的輸出連接；
[0028]串聯電阻法相電流檢測電路還包括由MOS管開關的電阻陣列，由MOS管開關的電阻陣列串聯到P型MOS管MP9的漏極，所述由MOS管開關的電阻陣列中的MOS管為N型MOS管，以改變電路放大倍數，實現可變增益。[0029]進一步地，由MOS管開關的電阻陣列包括電阻陣列和開關陣列。
[0030]進一步地，電阻陣列包括串聯的電阻R3、R4、…、Rn+2。
[0031]進一步地，開關陣列包括N型MOS管麗P MN2、…、MNn，其中
[0032]N型MOS管MN1的漏極連接到電阻R3與電阻R4連接點；[0033]N型MOS管MN2的漏極連接到電阻R4與電阻R5連接點；
[0034]N型MOS管MNn的漏極連接到電阻RN+2 ；
[0035]N型MOS管MN。MN2,…、MNn的源極均連接到地；
[0036]N型MOS管MN1'MN2、…、MNn的柵極分別與數字信號Y。、Y1.....Y1^1連接，以控制
N型MOS管的導通與關閉。
[0037]與現有技術相比，本發明提供的串聯電阻法相電流檢測電路具有以下有益效果:
[0038](I)將采樣電壓信號放大，通過比較器電路將放大的信號與參考電壓比較，實現相電流檢測，進而實現斬波橫流控制；
[0039](2)通過數字信號控制放大的信號與采樣電壓信號的比值，實現不同的相電流值的檢測，進而實現微步細分控制；
[0040](3)采用由MOS管開關的電阻陣列，實現非線性可變增益放大器；
[0041](4)由于比較器比較的是放大的信號，所以比較器隨機失調誤差對相電流控制精度的影響大大減小；同時由于是將采樣電壓信號放大，得到按正余弦變化的相電流值，因而放大倍數變化范圍不大，電阻更容易選擇，檢測電路面積更小，并且檢測精度提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1是現有技術中串聯電阻法相電流檢測電路的具體電路；
[0043]圖2是圖1所示的串聯電阻法相電流檢測電路的波形圖；
[0044]圖3是圖1所示的串聯電阻法相電流檢測電路隨相電流^隨乂.變化的曲線；
[0045]圖4是本發明的一個實施例的串聯電阻法相電流檢測電路的具體電路；
[0046]圖5是圖4所示的串聯電阻法相電流檢測電路在電機驅動芯片中應用的具體實現；
[0047]圖6是圖4所示的串聯電阻法相電流檢測電路的波形圖。
【具體實施方式】
[0048]如圖4所示，本發明的一個實施例的串聯電阻法相電流檢測電路，將采樣電壓Vsen信號放大得到Vvm信號,再通過比較器電路將VveA與參考電壓Vkef相比較,輸出Vmjt信號，實現相電流檢測，進而實現斬波橫流控制；并且通過數字信號\、1、…、Yn^1控制Vtca與Vsen的比值，實現不同的相電流值的檢測，進而實現微步細分控制。
[0049]MPO、MP2與MP2、MP3和MP4、MP5構成共源共柵電流鏡，并且Idmp3 = Idmp5。共源共柵結構可以抑制溝道長度調制效應的影響，增加電流源的阻抗，此后分析中將其當做理想電流源處理。
[0050]MP4、MP5、Q2、R2、MP6、MP7 構成一個反饋系統，MP4、MP5、Q2 構成前置放大器，MP6、MP7構成反饋網絡；MP2、MP3、Ql、R1構成升壓電路；R3、R4、...RN+1、RN+2構成電阻陣列，MN”MN2.....MNn構成開關陣列；參考電壓Vkef與Vtca連接到比較器的輸入端，比較器輸出端Vtot是相電流檢測號。
[0051]當輸入電壓Vsen升高AVin，此時A點電壓同樣升高AVin;由于通過Q2的電流恒定，C點電壓在很小誤差范圍內也同樣升高AVin，則通過R2電阻的電流增量
【權利要求】
1.一種串聯電阻法相電流檢測電路，其特征在于，包括輸入端(VB1、Vsen, Veef)和輸出端(Vqut)，所述串聯電阻法相電流檢測電路包括多個P型MOS管(MPO、MP2、MP2、MP3、MP4、MP5、1^6、]\^7、]\^8、]\^9)、電阻(1?(|、1?1、1?2)、晶體管(01、02)和比較器，其中 所述P型MOS管(MPO、MP2、MP2、MP3、MP4、MP5)組成共源共柵電流鏡； 所述P型MOS管(MPO、MP2、MP4)的柵極連接在一起，所述P型MOS管(MPO、MP2、MP4)的源極與電源(VDD)連接，所述P型MOS管(MPO)的柵極與所述P型MOS管(MPl)的漏極連接； 所述P型MOS管(MPO)的漏極與所述P型MOS管(MPl)的源極連接，所述P型MOS管(MP2)的漏極與所述P型MOS管(MP3)的源極連接，所述P型MOS管(MP4)的漏極與所述P型MOS管(MP5)的源極連接； 所述P型MOS管(MP1、MP3、MP5)的柵極連接在一起，所述P型MOS管(MPl)的漏極經由所述電阻(Rq)連接到所述輸入端(VBI)，所述P型MOS管(MPl)的柵極與所述輸入端(Vbi)連接； 所述P型MOS管(MP3)的漏極與所述晶體管(Ql)的集電極連接，所述晶體管(Ql)的發射極經由電阻(R1)與所述輸入端(Vsen)連接； 所述P型MOS管(MP5)的漏極與所述晶體管(Q2)的集電極連接，所述晶體管(Q2)的發射極經由電阻(R2)與地連接； 所述晶體管(Q1、Q2)的基極連接； 所述N型MOS管(MNO)的漏極與所述電源(VDD)連接，所述N型MOS管(MNO)的柵極與所述P型MOS管(MP3)的漏極連接，所述N型MOS管(MNO)的源極與所述晶體管(Ql)的基極連接； 所述P型MOS管(MP6)與所述P型MOS管(MP7)組成反饋回路； 所述P型MOS管(MP6)的源極與所述電源(VDD)連接，所述P型MOS管(MP6)的漏極與所述P型MOS管(MP7)的源極連接，所述P型MOS管(MP7)的漏極與所述晶體管(Q2)的發射極連接，所述P型MOS管(MP7)的柵極所述晶體管(Q2)的集電極連接； 所述P型MOS管(MP6)和所述P型MOS管(MP7)，與所述P型MOS管(MP8)和所述P型MOS管(MP9)組成共源共柵電流鏡； 所述P型MOS管(MP8)的源極與所述電源(VDD)連接，所述P型MOS管(MP8)與所述P型MOS管(MP6)的柵極連接，所述P型MOS管(MP8)的漏極與所述P型MOS管(MP9)的源極連接； 所述P型MOS管(MP9)的柵極與所述P型MOS管(MP7)的柵極連接；所述P型MOS管(MP9)的漏極連接與所述比較器的正相輸入端連接； 所述輸入端(Vkef)與所述比較器的反相輸入端連接； 所述輸出端(Vott)與所述比較器的輸出連接； 所述串聯電阻法相電流檢測電路還包括由MOS管開關的電阻陣列，所述由MOS管開關的電阻陣列串聯到所述P型MOS管(MP9)的漏極，所述由MOS管開關的電阻陣列中的MOS管為N型MOS管。
2.如權利要求1所述的串聯電阻法相電流檢測電路，其特征在于，所述由MOS管開關的電阻陣列包括電阻陣列和開關陣列。
3.如權利要求2所述的串聯電阻法相電流檢測電路，其特征在于，所述電阻陣列包括串聯的電阻(r3、r4、…、rn+2)。
4.如權利要求3所述的串聯電阻法相電流檢測電路，其特征在于，所述開關陣列包括N型 MOS 管(MNpMN2' -,MNn),其中 所述N型MOS管(麗P的漏極連接到所述電阻(R3)與所述電阻(R4)連接點； 所述N型MOS管(MN2)的漏極連接到所述電阻(R4)與所述電阻(R5)連接點； 所述N型MOS管(MNn)的漏極連接到所述電阻(Rn+2)； 所述N型MOS管(MN” MN2、…、MNn)的源極均連接到地；所述N型MOS管(MN1、MN2、...、MNn)的柵極分別與數字信號Y。、Y1.....Y1^1連接，以控制所述N型MOS 管的導通與關閉。
【文檔編號】H02P8/12GK103684154SQ201310697855
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】張明星, 王良坤, 朱鐵柱, 夏存寶, 陳路鵬, 黃武康 申請人:嘉興中潤微電子有限公司