專利名稱：電機驅動裝置及使用該裝置的電氣設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制電機驅動的電機驅動裝置、以及使用該裝置 的電氣設備。
背景技術：
在對電機的驅動進行控制的電機驅動裝置中，為了將電機的轉動 速度設定到所需值，需要將施加至電機線圈一端的驅動電壓(由此將 流經電機線圈的驅動電流)控制在所需值。因此，傳統(tǒng)電機驅動裝置通常采用如圖IO所示的配置，其中雙極 型晶體管Trl到Tr4用作H橋電路中的開關元件，并設置有根據從外 部饋入的作為驅動電壓設定信號的控制電壓Vref來控制上側晶體管 Trl和Tr2的基極電流的裝置(晶體管Tra和Trb以及恒流源Ia和Ib)， 從而將施加至電機線圈L 一端的驅動電壓(由此將流經電機線圈L的 驅動電流)控制在所需值(所謂的壓降型穩(wěn)壓器配置)。圖中的控制電 路CNT是根據從外部饋入的操作模式控制信號FIN和RIN (二值信 號)的邏輯來控制晶體管Trl到Tr4的導通-截止狀態(tài)(即，電機的操 作模式)的裝置。在如上配置的電機驅動裝置中，當上側晶體管Trl (Tr2)保持導 通時，向電機線圈L的一端施加驅動電壓(與控制電壓Vref大約一樣 高的電壓)，該驅動電壓是通過將控制電壓Vref僅升高晶體管Tm(Trb) 的1Vf值、然后使控制電壓Vref僅下降晶體管Trl (Tr2)的1Vf值而 獲得的。作為本發(fā)明的其他相關傳統(tǒng)技術，公開并提出了電機驅動控制 系統(tǒng)，其中場效應晶體管用作H橋電路中的開關元件，并通過脈寬調 制控制(下文中稱作PWM (脈寬調制)控制)來控制晶體管的柵極電壓(參見專利公開l);以及一種技術，其中對于輸出電容器的充電 -放電電壓作為三角波的三角波產生電路，通過控制三角波的振幅隨著 電源電壓的降低而減小，并進一步根據該振幅來減小對電容器充電和 放電的電流值，將輸出三角波的頻率保持在預定頻率(參見本申請的 申請人:提交的專利公開2)。專利公開1 JP-B-3665565專利公開2 JP-A-2002-22336
發(fā)明內容本發(fā)明要解決的問題的確，對于具有圖IO所示傳統(tǒng)配置的電機驅動裝置，不管電源電 壓Vcc如何，通過使用裝置外部設置的電阻分壓器電路等適當地產生 控制電壓Vref，可以根據控制電壓Vref將施加至電機線圈L 一端的驅 動電壓(由此將流經電機線圈L的驅動電流)控制在所需值。但是，在上述傳統(tǒng)電機驅動裝置中，為了確保晶體管Tm (Trb) 正確操作，可以將控制電壓Vref設定為僅高到通過從電源電壓Vcc 中減去晶體管Tra (Trb)的lVf值而給出的電壓值(實際上，甚至附 加地考慮到恒流源Ia(Ib)中發(fā)生的電壓降而確定的甚至更低的電壓)。 由此，可以施加至電機線圈L一端的驅動電壓是比電源電壓Vcc至少 低晶體管Tra(Trb)的1Vf值的電壓，這阻止了對電源電壓范圍的有 效利用。此外，在上述傳統(tǒng)電機驅動裝置中，因為雙極型晶體管Trl到Tr4 用作H橋電路的開關元件，所以開關元件對導通-截止控制的響應不一定很快。專利公開1只公開了一種技術，其中通過根據流經電機線圈的驅 動電流來PWM驅動H橋電路的開關元件，從而選擇性地設定電機的操作模式。但是專利公開l沒有公幵與如下技術有關的內容根據從外部施加的控制電壓將施加至電機線圈一端的驅動電壓設定為所需值。專利公開2的傳統(tǒng)技術涉及開關穩(wěn)壓器，其受到使用由三角波產生電路產生的三角波的PWM驅動，該技術的主要目的僅限于提供如下開關穩(wěn)壓器通過即使在電源電壓降低時也防止PWM驅動能力劣化，并且即使在電源電壓降低時也確保預定的占空比，從而能夠根據輸出電壓的變化可靠地執(zhí)行PWM驅動。因此，專利公開2的傳統(tǒng)技 術沒有提供對上述問題的解決方案。本發(fā)明的目的是提供一種電機驅動裝置及使用該裝置的電氣設 備，該電機驅動裝置能夠根據從外部饋入的控制電壓，容易并在較寬 范圍中可變地控制施加至電機線圈一端的驅動電壓。解決問題的手段為了實現上述目的，根據本發(fā)明的一個方面， 一種電機驅動裝置包括H橋電路，其具有與電機中設置的電機線圈以H橋型連接的四個幵關元件；控制電路，用于對所述開關元件進行導通-截止控制；以 及PWM信號產生電路，用于產生占空比與經由所述H橋電路施加至 所述電機線圈的一端或另一端的電源電壓與從所述裝置外部饋入的控 制電壓之比相對應的PWM信號。這里，所述控制電路根據從所述裝 置外部饋入的操作模式控制信號，選擇要導通的開關元件，并根據所 述PWM信號，控制所述開關元件的占空比(第一配置)。根據本發(fā)明，優(yōu)選地在具有第一配置的電機驅動裝置中，所述 PWM信號產生電路包括第一分壓器，用于以預定比率對所述電源 電壓進行分壓，以產生第一分壓電壓；第二分壓器，用于以預定比率 對所述控制電壓進行分壓，以產生第二分壓電壓；振蕩器，用于產生 具有恒定頻率以及鋸齒或三角波形的振蕩電壓，所述振蕩電壓的振幅 根據第一分壓電壓而變化；以及PWM比較器，其輸出邏輯根據第二 分壓電壓和振蕩電壓中哪一個更高而改變；所述PWM信號產生電路 向所述控制電路饋送所述PWM比較器的輸出信號，作為所述PWM 信號(第二配置)。根據本發(fā)明，優(yōu)選地在具有第二配置的電機驅動裝置中，所述振 蕩器包括電容器，其端子電壓被引出作為所述振蕩電壓；用于向所述電容器提供充電電流的裝置，所述充電電流與第一分壓電壓成比例； 第一比較器，其輸出邏輯根據第一分壓電壓與所述電容器的端子電壓 中哪一個更高而改變；第二比較器，其輸出邏輯根據所述電容器的端子電壓與預定基準電壓中哪一個更高而改變；RS觸發(fā)器，第一比較器 的輸出信號作為其置位輸入，第二比較器的輸出信號作為其復位輸入； 以及放電開關，其連接在所述電容器的一端與接地端子之間，并根據 RS觸發(fā)器的輸出信號而受到導通-截止控制(第三配置)。根據本發(fā)明，優(yōu)選地，在具有第二配置的電機驅動裝置中，所述 振蕩器包括計數器，用于對時鐘信號計數；以及數模轉換器，用于 將所述計數器計數的值轉換為模擬電壓；所述振蕩器輸出數模轉換器 的輸出，作為所述振蕩電壓；向數模轉換器施加第一分壓電壓作為正 電源電壓，并施加預定基準電壓作為負電源電壓(第四配置)。根據本發(fā)明另一方面，電氣設備包括電機和用于控制電機驅動的 電機驅動裝置。這里，電氣設備具有上述第一到第四配置之一的電機 驅動裝置，作為其電機驅動裝置(第五配置)。本發(fā)明的有益效果根據本發(fā)明，可以根據從外部饋入的控制電壓，容易地并在較寬 范圍內可變地控制施加至電機線圈一端的驅動電壓。


圖1是示出了實現本發(fā)明的具有本發(fā)明的電機驅動裝置的電氣設 備的框圖；圖2是示出了振蕩器OSC的配置示例的框圖； 圖3是示出了振蕩器OSC的操作示例的波形圖； 圖4是示出了根據操作模式控制信號FIN和RIN而執(zhí)行的柵極信 號產生操作的圖；圖5示出了不同操作模式(正向轉動、逆向轉動、制動和空轉模式)下的驅動電流路徑的圖；圖6是示出了 PWM信號產生電路23的修改示例的電路圖；圖7是示出了 H橋電路21的修改示例的電路圖； 圖8是示出了振蕩器OSC的修改示例的框圖； 圖9是示出了振蕩器OSC的操作示例的波形圖；以及
圖io是示出了傳統(tǒng)電機驅動裝置的電路圖。
附圖標記列表
1 電機
2 電機驅動裝置 21 H橋電路
22控制電路 22a自舉輸出級
23 PWM信號產生電路
24 電荷泵電路
QH1，QH2P溝道場效應晶體管(上側開關元件) QH1，,QH2， N溝道場效應晶體管(上側開關元件) QL1,QL2N溝道場效應晶體管(下側開關元件)
DH1,DH2,DL1,DL2二極管
D1，,D2，二極管
cr,C2，電容器
L電機線圈
Rl至U R4電阻器
El直流電壓源
PCMPPWM比較器
ADJ阻抗轉換器
OSC振蕩器
Cl
CMP1，CMP2比較器
VIC電壓-電流轉換器
11可變電流源
FFRS觸發(fā)器DAC 數模轉換器 CT 計數器
具體實施例方式
圖1是示出了實現本發(fā)明的具有本發(fā)明電機驅動裝置的電氣設備 的圖(部分地包括電路元件)。
如圖所示，本實施例的電氣設備包括電機1和用于控制電機1的 驅動的電機驅動裝置2。
電機1是單相DC電機，其沿與通過電機線圈L的電流相對應的 方向轉動，并且由電機驅動裝置2將其操作在四個不同操作模式(正 向轉動，逆向轉動，制動和空轉模式)之間切換。
具有可逆電機1的電氣設備中使用的機構的示例是盤式CD播放 器的盤開關機構、錄像機的帶盒彈出機構、印刷機的自動裁紙機構、 照相機的聚焦機構和空調的百葉窗開關機構，因此可逆電機1具有極 其廣泛的應用。
電機驅動裝置2包括H橋電路21、控制電路22和PWM信號產 生電路23。
H橋電路21包括與電機l中設置的電機線圈L (電抗負載)以H 橋形式連接的四個開關元件(P溝道場效應晶體管QH1和QH2以及 N溝道場效應晶體管QL1和QL2)。
現在將具體描述H橋電路21的內部配置。
用作上側開關元件的晶體管QH1和QH2的源極都與施加有電源 電壓Vcc的電源輸入端子連接。用作下側開關元件的晶體管QL1和 QL2的源極都與接地端子連接。晶體管QH1和QL1的漏極彼此連接， 其連接節(jié)點與連接至電機線圈l 一端的第一輸出端子連接。晶體管
QH2和QL2的漏極彼此連接，其連接節(jié)點與連接至電機線圈L另一 端的第二輸出端子連接。晶體管QH1、 QH2、 QL1和QL2的柵極全 部與控制電路22的柵極信號輸出端子連接。
如圖1所示，二極管DH1、 DH2、 DU和DL2沿圖示方向分別 與晶體管QH1、 QH2、 QL1和QL2并聯，并用作電機線圈L的反電動勢吸收元件。在晶體管QH1、 QH2、 QL1和QL2分別伴有寄生二 極管的情況下，寄生二極管可以用作反電動勢吸收元件。
控制電路22主要控制晶體管QH1、 QH2、 QL1和QL2，是根據 從裝置外部饋入的操作模式控制信號FIN和RIN來選擇要導通的晶體 管、并為了根據從PWM信號產生電路23饋入的PWM信號來控制所 選晶體管的占空比的目的而根據操作信號FIN和RIN以及PWM信號 來產生晶體管QH1、 QH2、 QL1和QL2的柵極信號的裝置。稍后將 詳細描述控制電路22的具體操作。
PWM信號產生電路23是用于產生占空比與經由H橋電路21施 加至電機線圈L的一端或另一端的電源電壓Vcc和從裝置外部饋入的 控制電壓Vref之間的比率相對應的PWM信號的裝置。
現在將具體描述PWM信號產生電路23的內部配置。
如圖l所示，PWM信號產生電路23包括電阻器R1到R4、阻抗 轉換器ADJ、直流電壓源E1、振蕩器OSC和PWM比較器PCMP。
電阻器Rl和R2在電源輸入端子與接地端子之間彼此串聯，其連 接節(jié)點與振蕩器OSC的一個輸入端子(上限設定端子)連接。電阻器 Rl和R2之間的電阻比是m:n。電阻器Rl和R2用作以預定比率a (= n/(m + n))對電源電壓Vcc進行分壓以產生第一分壓電壓VH (-ax Vcc)的第一分壓器。
直流電壓源E1是用于產生預定基準電壓VL的裝置。直流電壓源 El的正端子與振蕩器OSC的另一輸入端子(下限設定端子)連接， 直流電壓源E1的負端子與接地端子連接。
振蕩器OSC是用于產生振蕩電壓Vosc的裝置，振蕩電壓Vosc具 有恒定頻率以及鋸齒或三角波形，其振幅根據第一分壓電壓VH而變 化。振蕩器OSC的輸出端子與PWM比較器PCMP的反相端子(-) 連接。稍后將詳細描述振蕩器OSC的具體配置和操作。
電阻器R3和R4經由阻抗轉換器ADJ在控制電壓輸入端子與接 地端子之間彼此串聯，其連接節(jié)點與PWM比較器PCMP的非反相端 子(+ )連接。電阻器R3和R4之間的電阻比是m: n。電阻器R3和 R4用作以預定比率a (=n/(m + n))對控制電壓Vref進行分壓以產生第二分壓電壓VR (=axVref)的第二分壓器。
阻抗轉換器ADJ是用于匹配其輸入與輸出之間的阻抗的裝置 (即，緩沖裝置)。
PWM比較器PCMP是比較裝置，其輸出邏輯根據第二分壓電壓 VR和振蕩電壓Vosc中哪一個更高而變化，其輸出信號作為PWM信 號饋送至控制電路22。 PWM信號是二值信號，當第二分壓電壓VR 高于振蕩電壓Vosc時，該二值信號為高電平，而當第二分壓電壓VR 低于振蕩電壓Vosc時，該二值信號為低電平。
接著，參照圖2和3，詳細描述振蕩器OSC的具體配置和操作。
圖2是示出了振蕩器OSC的配置示例的框圖(部分地包括電路元 件)，圖3是示出了振蕩器OSC的操作示例的波形圖。
圖3上部標記有"Vosc"的實線表示在將電壓Va饋入作為第一分 壓電壓VH的情況下的振蕩電壓Vosc，圖3上部標記有"Vosc"的虛 線表示在將電壓Vb (>Va)饋入作為第一分壓電壓VH的情況下的振 蕩電壓Vosc。在圖3下部，分別用"PWM"和"PWM，"標記在上述 情況下產生的PWM信號。
如圖2所示，本實施例的振蕩器0SC包括電容器C1、電壓-電流 轉換器VIC、可變電流源Il、第一比較器CMP1、第二比較器CMP2、 RS觸發(fā)器FF和N溝道場效應晶體管Nl。
電容器C1的一個端子與可變電流源Il的輸出端子連接，并作為 振蕩器OSC的輸出端子與PWM比較器PCMP的反相輸入端子(-) 連接。即，在本實施例的振蕩器OSC中，將電容器C1的端子電壓作 為振蕩電壓Vosc而引出。電容器C1的另一端子接地。
電壓-電流轉換器VIC和可變電流源Il是用于向電容器Cl提供 與第一分壓電壓VH成比例的充電電流"i"的裝置。
第一比較器CMP1是比較裝置，其輸出邏輯根據第一分壓電壓 VH和電容器C1的端子電壓(振蕩電壓Vosc)中哪一個更高而改變。 第一比較器CMP1的輸出信號是二值信號，當第一分壓電壓VH高于 電容器Cl的端子電壓時，該二值信號為高電平，而當第一分壓電壓 VH低于電容器C1的端子電壓時，該二值信號為低電平。第二比較器CMP2是比較裝置，其輸出邏輯根據電容器C1的端 子電壓(振蕩電壓Vosc)與預定基準電壓VL中哪一個更高而改變。 第二比較器CMP2的輸出信號是二值信號，當電容器Cl的端子電壓 高于預定基準電壓VL時，該二值信號為高電平，而當電容器C1的端 子電壓低于預定基準電壓VL時，該二值信號為低電平。
RS觸發(fā)器FF是根據饋入其反相置位端子(SB)的第一比較器 CMP1的輸出信號和饋入其反相復位端子(RB)的第二比較器CMP2 的輸出信號來從其輸出端子(Q)輸出晶體管N1的柵極信號的裝置。 具體而言，RS觸發(fā)器FF的輸出邏輯以如下方式連續(xù)改變當振蕩電 壓Vosc達到第一分壓電壓VH時，該輸出邏輯變?yōu)楦唠娖?，然后當?蕩電壓Vosc達到基準電壓VL時，該輸出邏輯返回低電平。
晶體管Nl連接在電容器Cl的一端與接地端子之間，并用作根據 RS觸發(fā)器FF的輸出信號而受到導通-截止控制的放電開關。具體而 言，晶體管N1的導通-截止狀態(tài)以如下方式連續(xù)改變當振蕩電壓Vosc 達到第一分壓電壓VH時，晶體管N1導通；然后當振蕩電壓Vosc達 到基準電壓VL時，晶體管N1截止。
通過上述充電-放電控制，如圖3上部所示，振蕩電壓Vosc的上 限是根據第一分壓電壓VH而可變地設定的，振蕩電壓Vosc的下限是 根據預定基準電壓VL而固定設定的。
如上所述，電容器Cl的充電電流"i"的電流值(電容器Cl的 充電速度)與第一分壓電壓VH成比例地增大或減小。具體而言，對 于本實施例的振蕩器OSC，第一分壓電壓VH (由此電源電壓Vcc) 越高，電容器C1的充電速度越快；第一分壓電壓VH越低，電容器 Cl的充電速度越慢。
通過上述充電電流控制，無論第一分壓電壓VH (由此電源電壓 Vcc)如何，振蕩器OSC的振蕩周期(振蕩頻率)都保持恒定。
如上所述，在本實施例的PWM信號產生電路23中，第一和第二 分壓器的分壓比都設定成相同值(a = n〃m + n))0
因此，在PWM比較器PCMP處，通過比較第二分壓電壓VR和 振蕩電壓Vosc，可以獲得占空比與第一分壓電壓VH (電源電壓Vcc)和第二分壓電壓VR (控制電壓Vref)之比相對應的PWM信號，從 而可以根據用戶自由饋送的控制電壓，容易且在較寬范圍內可變地 控制施加至電機線圈L一端的驅動電壓(見圖3下部)。在產生控制電壓Vref時，不需要特別考慮與電源電壓Vcc的相互 關系(即，PWM信號的占空比)，并且可以使用裝置外部設置的電阻 分壓器電路等，在必要時產生值與要施加至電機線圈L 一端的驅動電 壓相同的電壓。例如，在應該施加至電機線圈一端的驅動電壓是3V的情況下， 無論電源電壓Vcc是5V還是12V，均可以施加所需的3V電壓，作 為控制電壓Vref。在應該將電源電壓Vcc本身施加至電機線圈L 一端的情況下，可 以將控制電壓輸入端子與電源輸入端子短路。接著，將參照圖4和5，詳細描述控制電路22對H橋電路21的 控制操作。圖4是示出了根據操作模式控制信號FIN和RIN的柵極信號產生 操作的圖，圖5示出了不同操作模式(正向轉動、逆向轉動、制動和 空轉模式)下驅動電流路徑的圖。在圖4中，在圖左側，符號"FIN"和"RIN"分別指示從裝置外 部饋入的操作模式控制信號FIN和RIN的邏輯狀態(tài)，符號"QH1"、 "QH2"、 "QL1"和"QL2"分別指示H橋電路21中設置的晶體管 QH1、 QH2、 QL1和QL2的柵極信號邏輯狀態(tài)。符號"模式"指示電 機l的操作模式。在操作模式控制信號FIN和RIN分別為高電平和低電平的情況 下，控制電路22產生晶體管的柵極信號，以使晶體管QH1和QL2導 通并且晶體管QH2和QL1截止，從而將電機1切換到"正向轉動模 式"。通過這樣產生柵極信號，驅動電流沿圖5 (a)所示的路徑，經 由H橋電路21而通過電機1中設置的電機線圈L，驅動電機1正向 轉動。另一方面，在操作模式控制信號FIN和RIN分別為低電平和高電 平的情況下，控制電路22產生晶體管的柵極信號，以使晶體管QH2和QL1導通并且晶體管QH1和QL2截止，從而將電機1切換到"逆 向轉動模式"。通過這樣產生柵極信號，驅動電流沿圖5 (b)所示的 路徑，經由H橋電路21而通過電機1中設置的電機線圈L，驅動電 機1逆向轉動。在選擇上述兩種操作模式的情況下，上側晶體管QH1和QH2的 占空比是根據從PWM信號產生電路23饋送的PWM信號而控制的。 采用這種PWM驅動，反復地向電機線圈L充入和從其放出驅動電流， 從而控制電機線圈L的驅動電壓。因此，對于本實施例的電機驅動裝置，無論電源電壓Vcc如何， 均可以根據用戶設定的控制電壓Vref將施加至電機線圈L一端的驅動 電流(從而將流經電機線圈L的驅動電流)控制在所需值。在操作模式控制信號FIN和RIN都為高電平的情況下，控制電路 22產生晶體管的柵極信號，以使晶體管QL1和QL2導通并且晶體管 QH1和QH2截止，從而將電機1切換到"制動模式"。通過這樣產生 柵極信號，驅動電流沿圖5 (c)所示的路徑，經由H橋電路21從電 機1中設置的電機線圈L轉移到接地端子，將電機1制動。在操作模式控制信號FIN和RIN都為低電平的情況下，控制電路 22產生晶體管的柵極信號，以使晶體管QU、 QL2、 QH1和QH2全 部截止，從而將電機1切換到"空轉模式"。通過這樣產生柵極信號， 根據電機1中設置的電機線圈L的反電動勢，電流沿圖5 (c)所示的 路徑流經H橋電路21,使電機1空轉。如上所述，通過本實施例的電機驅動裝置，可以根據從外部饋入 的控制電壓Vref，在較寬范圍內容易地并可變地控制施加至電機線圈 L 一端的驅動電壓(從而控制流經電機線圈L的驅動電流)，從而可以 有效地利用該裝置的電源電壓范圍。此外，利用通過PWM驅動H橋電路21的開關元件來將施加至 電機線圈L一端的驅動電壓控制在所需值的配置，可以使用來自電機 l的再生電流，因此可以在關期間切斷電源，以使裝置節(jié)電。此外，利用本實施例中將場效應晶體管用作H橋電路21的開關 元件的電機驅動裝置，相比于使用雙極型晶體管的傳統(tǒng)配置，可以增強開關元件對導通-截止控制的響應。但是，即使將雙極型晶體管用作 開關元件，也可以利用本發(fā)明的上述優(yōu)點，因此，場效應晶體管的使 用對于實施本發(fā)明并不是必不可少的。
在上述實施例中，假設設置并驅動單相DC電機，但是這并不是 要以任何方式來限制本發(fā)明的配置。本發(fā)明可以廣泛應用于對其他類 型的電機(例如，音圈電機和步進電機)進行驅動的電機驅動裝置。
本發(fā)明可以采用除上述作為實施例而具體描述的方式之外的其他 方式實現，并且在本發(fā)明的范圍和精神內可以進行多種修改和變型。
例如，在上述實施中，假設設置在H橋電路21中的所有開關元 件的上側晶體管QH1和QH2是PWM驅動的，但是這并不是要以任 何方式來限制本發(fā)明的配置，下側晶體管QL1和QL2可以是PWM驅動的。
在上述實施中，假設對電源電壓Vcc和控制電壓Vref進行分壓以 分別產生第一分壓電壓VH和第二分壓電壓VR，并且使用這些分壓 電壓來產生PWM信號，但是這并不是要以任何方式來限制本發(fā)明的 配置；只要使用能夠在電源和GND之間的整個擺幅上工作的PWM比 較器PCMP，則可以如圖6所示直接使用電源電壓Vcc和控制電壓 Vref，而不是第一分壓電壓VH和第二分壓電壓VR。圖1所示的阻抗 轉換器ADJ不是必不可少的組件，而可以如圖6所示將其省略。
在上述實施中，假設使用P溝道場效應晶體管QH1和QH2作為 H橋電路21中的上側開關元件，但是這并不是要以任何方式來限制本 發(fā)明的配置。如圖7 (a)和7 (b)所示，可以使用N溝道場效應晶 體管QH1，和QH2'作為上側開關元件。在這種情況下，可以使用對電 源電壓Vcc進行升壓的電荷泵電路24來作為產生晶體管QHl'和QH2' 的柵極電壓的裝置；或者如圖7(b)所示，可以使用自舉輸出級22a， 以相對于晶體管QH1'和QH2，各自的源極電壓對它們的柵極電壓進行 自舉操作。
在上述實施中，假設在振蕩電路OSC中以模擬形式產生振蕩電壓 Vosc，但是這并不是要以任何方式來限制本發(fā)明的配置，可以按照數 字形式來產生振蕩電壓Vosc。圖8是示出了振蕩器OSC的修改示例的框圖，圖9是示出了振蕩 器OSC的操作示例的波形圖。圖9上部標記有"Vosc"的實線表示在將電壓Va饋入作為第一分 壓電壓VH的情況下的振蕩電壓Vosc，圖9上部標記有"Vosc"的虛 線表示在將電壓Vb (>Va)饋入作為第一分壓電壓VH的情況下的振 蕩電壓Vosc。在圖9下部，分別用"PWM"和"PWM'"標記在上述 情況下產生的PWM信號。如圖8所示，本修改示例的振蕩器OSC包括對時鐘信號CLK計 數的自由運轉(free-mnning)計數器CT、以及將計數器CT計數的值 轉換為模擬電壓的n比特數模轉換器DAC(例如，6比特R-2R電路)， 振蕩器OSC將數模轉換器DAC的輸出作為振蕩電壓Vosc饋送至后面 的PWM比較器PCMP。向數模轉換器DAC施加第一分壓電壓VH作為正電源電壓(對 應于振蕩電壓Vosc的設定上限電壓)，并施加基準電壓VL作為負電 源電壓(對應于振蕩電壓Vosc的設定下限電壓)。當計數器CT計數時，如上配置的振蕩器OSC中產生的振蕩電壓 Vosc開始從基準電壓VL的水平步進上升"n"級，到達第一分壓電 壓VH的水平，然后，在下一次計數器CT計數時，振蕩電壓Vosc回 落至基準電壓VL的水平。這種狀態(tài)改變重復進行，因此振蕩電壓Vosc 具有鋸齒波形。艮P，根據第一分壓電壓VH可變地設定振蕩電壓Vosc的上限值， 根據基準電壓VL固定地設定振蕩電壓Vosc的下限值。如圖9下部所 示，由于是根據時鐘信號CLK的振蕩頻率和數模轉換器DAC的比特 分辨率確定的，所以無論第一分壓電壓VH (從而無論電源電壓Vcc) 是多少，振蕩電壓Vosc的振蕩周期(振蕩頻率)保持恒定。因此，利用本修改示例的振蕩器OSC，可以比圖2所示的配置更 加容易和準確地控制振蕩電壓Vosc的振蕩周期。尤其在控制多個電機 的驅動時，從外部饋入時鐘信號CLK的配置使多個電機的同步容易進 行。另一種可能配置是通過簡單比較振蕩電壓Vosc與從外部饋入的要用于對開關元件進行PWM驅動的控制電壓Vref來產生PWM信號， 其中振蕩電壓Vosc具有與電源電壓Vcc無關的預定振幅。但是，如 果采用這種配置，用戶必須考慮電源電壓Vcc與所需驅動電壓之間的 相互關系，自己預先計算PWM信號的占空比，然后輸入與計算結果 相對應的控制電壓Vref。相反，利用上述實施例的配置，用戶只需要 輸入值與所需驅動電壓相同的控制電壓Vref。因此，在增強用戶友好 性方面，優(yōu)選地采用上述實施例的配置。
另一可能配置是對操作模式控制信號FIN和RIN本身進行PWM 控制，并使用它們對開關元件進行PWM控制。但是，如果采用這種 配置，需要替換用于產生操作模式控制信號FIN和RIN的產生裝置(例 如，更新微型計算機固件)，因而這強迫用戶大幅度改變系統(tǒng)。相反， 利用上述實施例的配置，用戶只需要用該實施例的電機驅動裝置來替 換電機驅動裝置，而對于操作模式控制信號FIN和RIN，用戶只需要 輸入常規(guī)使用的信號。因此，在避免對系統(tǒng)進行大幅度改變的情況下， 優(yōu)選地采用上述實施例的配置。
工業(yè)實用性
本發(fā)明提供了一種用于在對電機的驅動進行控制的電機驅動裝置 以及使用該裝置的電氣設備中容易地并在較寬范圍上設定電機的轉速 的技術。
權利要求
1.一種電機驅動裝置，包括H橋電路，其具有與電機中設置的電機線圈以H橋型連接的四個開關元件；控制電路，用于對所述開關元件進行導通-截止控制；以及PWM信號產生電路，用于產生占空比與經由所述H橋電路施加至所述電機線圈的一端或另一端的電源電壓與從所述裝置外部饋入的控制電壓之比相對應的PWM信號，其中所述控制電路根據從所述裝置外部饋入的操作模式控制信號，選擇要導通的開關元件，并根據所述PWM信號，控制所述開關元件的占空比。
2. 根據權利要求1所述的電機驅動裝置，其中 所述PWM信號產生電路包括第一分壓器，用于以預定比率對所述電源電壓進行分壓，以產生 第一分壓電壓；第二分壓器，用于以預定比率對所述控制電壓進行分壓，以產生 第二分壓電壓；振蕩器，用于產生具有恒定頻率以及鋸齒或三角波形的振蕩電壓， 所述振蕩電壓的振幅根據第一分壓電壓而變化；以及PWM比較器，其輸出邏輯根據第二分壓電壓和振蕩電壓中哪一 個更高而改變；所述PWM信號產生電路向所述控制電路饋送所述PWM比較器 的輸出信號，作為所述PWM信號。
3. 根據權利要求2所述的電機驅動裝置，其中 所述振蕩器包括電容器，其端子電壓被引出作為所述振蕩電壓；用于向所述電容器提供充電電流的裝置，所述充電電流與第一分 壓電壓成比例；第一比較器，其輸出邏輯根據第一分壓電壓與所述電容器的端子 電壓中哪一個更高而改變；第二比較器，其輸出邏輯根據所述電容器的端子電壓與預定基準 電壓中哪一個更高而改變；RS觸發(fā)器，第一比較器的輸出信號作為其置位輸入，第二比較器 的輸出信號作為其復位輸入；以及放電開關，其連接在所述電容器的一端與接地端子之間，并根據 RS觸發(fā)器的輸出信號而受到導通-截止控制。
4. 根據權利要求2所述的電機驅動裝置，其中 所述振蕩器包括計數器，用于對時鐘信號計數；以及數模轉換器，用于將所述計數器計數的值轉換為模擬電壓； 所述振蕩器輸出數模轉換器的輸出，作為所述振蕩電壓；以及 向數模轉換器施加第一分壓電壓作為正電源電壓，并施加預定基 準電壓作為負電源電壓。
5. —種電氣設備，包括 電機；以及用于控制電機驅動的電機驅動裝置，其中所述電機驅動裝置是權利要求1到4任一項所述的電機驅動 裝置。
全文摘要
一種電機驅動裝置(2)包括H橋電路(21)，其具有與電機線圈L以H橋形式連接的四個開關元件(QH1，QH2，DL1，DL2)；控制電路(22)，用于對每個開關元件進行導通-截止控制；以及PWM信號產生電路(23)，用于產生具有根據電源電壓Vcc與控制電壓Vref之比的占空比的PWM信號，其中控制電路(22)構成為根據操作模式控制信號FIN和RIN，選擇要導通的開關元件，并根據PWM信號控制開關元件的占空比。這種結構可以根據從外部輸入的控制電壓Vref，在較寬范圍上容易并可變地控制施加至電機線圈L一端的驅動電壓。
文檔編號H02P7/29GK101331675SQ200680030379
公開日2008年12月24日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權日2005年8月29日
發(fā)明者平田茂 申請人:羅姆股份有限公司