專利名稱：功率驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
功率驅(qū)動(dòng)器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及功率驅(qū)動(dòng)器，尤其涉及由電控開(kāi)關(guān)控制的大功率感性負(fù)載的功率 驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，直流電機(jī)以其良好的線性特性、優(yōu)異的控制性能等特點(diǎn)成為大多數(shù)變 速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)的最佳選擇。特別隨著高開(kāi)關(guān)頻率、全控型的第二代 電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域的發(fā)展，以及脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù)的 應(yīng)用，直流電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)小型直流電機(jī)的使用需求，各半導(dǎo)體廠商推出了直流電機(jī)控制專用IC(集 成電路)，構(gòu)成基于微處理器控制的直流電機(jī)伺服系統(tǒng)。但是，專用集成電路構(gòu)成的直流電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出功率有限，不適合大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求。電子行業(yè)產(chǎn)品中，大量的使用MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)作為電 控開(kāi)關(guān)用于驅(qū)動(dòng)大功率的負(fù)載，特別是感性負(fù)載(比如電機(jī))。因此采用增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管， 可直接與微處理器接口，應(yīng)用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速控制，滿足大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 控制需求，并具有快速、精確、高效、低功耗等特點(diǎn)。但是若要控制各個(gè)MOSFET，各MOSFET的源極與柵極之間的電壓必須足夠高。通常 MOSFET因?yàn)轵?qū)動(dòng)特性的要求，當(dāng)源極的電位變化時(shí)，柵極電位需要有相應(yīng)高度的變化，才能 維持源極與柵極之間的足夠高電壓以驅(qū)動(dòng)M0SFET，故幾乎都需要很復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路和復(fù)雜 的供電電路，特別是用于驅(qū)動(dòng)MOSFET矩陣以及多電位MOSFET矩陣時(shí)，復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路和配 套的多路隔離電源則是一個(gè)很頭疼的問(wèn)題。對(duì)于上述問(wèn)題，各大IC廠商都開(kāi)發(fā)了專用的驅(qū)動(dòng)芯片和模塊，但是，價(jià)格高昂，并 且都是針對(duì)某種特定環(huán)境和需求進(jìn)行的設(shè)計(jì)，所以，直接用專用的驅(qū)動(dòng)芯片和模塊勢(shì)必造 成成本高并且很多情況下都限制于芯片廠商的設(shè)計(jì)。同時(shí)，因?yàn)槠贩N眾多并且應(yīng)用面很窄， 所以也附帶的產(chǎn)生采購(gòu)等一系列問(wèn)題。因此，迫切需要低成本并且可靠地解決上述問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種低成本的功率驅(qū)動(dòng)器，即使被控制的 電控開(kāi)關(guān)的電位相對(duì)于地電位變化，功率驅(qū)動(dòng)器仍可以控制輸出一定的控制電壓以驅(qū)動(dòng)電 控開(kāi)關(guān)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的功率驅(qū)動(dòng)器采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型提供一種具有高位控制電路的功率驅(qū)動(dòng)器，用于根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)大 功率負(fù)載，該高位控制電路包括電荷池、信號(hào)輸入端、直流電源端、控制端及比較端，直流電 源端連接到相對(duì)于地電位具有一定電勢(shì)差的電位。當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)， 電荷池被直流電源端充電而儲(chǔ)存電荷，但此時(shí)控制端與比較端之間保持小于一定的觸發(fā)電壓的電勢(shì)差。當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，電荷池通過(guò)分別連接控制端與比較端 的電路放電，使控制端與比較端之間電勢(shì)差大于所述觸發(fā)電壓。本實(shí)用新型的功率驅(qū)動(dòng)器利用電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)本身的規(guī)律，對(duì)電荷池充、放電，由于 電荷池兩端電壓不能突變，電荷池放電時(shí)使控制端可以在比較端的基礎(chǔ)電位上疊加，使比 較端電位升高一定幅度的情況下，控制端的電位也能升高相應(yīng)的幅度，從而保持控制端與 比較端之間電勢(shì)差大于所述觸發(fā)電壓，實(shí)現(xiàn)了控制端相對(duì)于比較端電壓的提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 了在直流電源端低電壓條件下，對(duì)高驅(qū)動(dòng)壓控型電子元器件的驅(qū)動(dòng)。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，本實(shí)用新型的功率驅(qū)動(dòng)器還包括低位控制電路，包括信 號(hào)輸入端、直流電源端及控制端，直流電源端連接到相對(duì)于地電位具有預(yù)定電勢(shì)差的電位， 在該低位控制電路中當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，控制端與地之間的電勢(shì)差小 于前述觸發(fā)電壓；當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，控制端與地之間的電勢(shì)差大于前 述觸發(fā)電壓。這樣低位控制電路可以做得比較簡(jiǎn)單而成本比較低，當(dāng)高、低位控制電路被用于 驅(qū)動(dòng)多個(gè)壓控型電子元器件的矩陣時(shí)，低位控制電路可以用于驅(qū)動(dòng)電位相對(duì)于地電位固定 的壓控型電子元器件，而只有用于驅(qū)動(dòng)電位相對(duì)于地電位浮動(dòng)的壓控型電子元器件時(shí)，才 使用高位控制電路。由于高位控制電路相對(duì)低位控制電路更復(fù)雜而成本比較高，這樣當(dāng)減 少高位控制電路的數(shù)量時(shí)，從而降低了整體的成本。在優(yōu)選的實(shí)施例中，高位控制電路的信號(hào)輸入端接收到的控制信號(hào)變化時(shí)，其比 較端電位存在變化。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，不管比較端電位如何變化，高位控制電路仍 可在控制端與比較端之間輸出一定的驅(qū)動(dòng)電壓，高位控制電路的優(yōu)勢(shì)得以充分體現(xiàn)。在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在直流電源端與電荷池之間連接有單向?qū)щ娫?dāng) 高位控制電路的信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，單向?qū)щ娫刂?，?dāng)高位控制電路 的信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，單向?qū)щ娫?dǎo)通。單向?qū)щ娫梢圆捎贸Ｓ玫?晶體二極管，其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì) 電荷池的充、放電控制。在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在高位控制電路中，控制端與比較端之間連接有控制 元件，當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件使控制端與比較端之間處于導(dǎo)通 狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件使控制端與比較端之間處于截止 狀態(tài)。該控制元件可以提高對(duì)高位控制電路中控制端與比較端之間輸出的驅(qū)動(dòng)電壓的控制 的穩(wěn)定度。在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在低位控制電路中，控制端與地之間連接有控制元件， 當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件使控制端與地之間處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)信 號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件使控制端與地之間處于截止?fàn)顟B(tài)。該控制元 件可以提高對(duì)低位控制電路中控制端電位的控制的穩(wěn)定度。在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在高位控制電路中，電荷池的與比較端相連接的一極 相對(duì)的另一極與控制端之間連接有控制元件，當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控 制元件使控制端與電荷池之間處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，該控 制元件使控制端與電荷池之間處于截止?fàn)顟B(tài)。該控制元件可以用常用的晶體三極管實(shí)現(xiàn)， 其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷池的充、放電控制。在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，在低位控制電路中，控制端與直流電源端之間連接有 控制元件，當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件使控制端與直流電源端之間 處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件使控制端與直流電源端 之間處于截止?fàn)顟B(tài)。該對(duì)直流電源端的通斷電的控制電路簡(jiǎn)單，且該控制元件可以用常用 的晶體三極管實(shí)現(xiàn)，其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下， 實(shí)現(xiàn)控制端電位的控制。在又一種優(yōu)選的典型實(shí)施例中，其包括兩個(gè)高位控制電路及兩個(gè)低位控制電路， 每個(gè)控制電路控制至少一個(gè)電控開(kāi)關(guān)，每個(gè)電控開(kāi)關(guān)包括柵極、源極及漏極，在柵極與源極 之間的電壓達(dá)到前述的觸發(fā)電壓時(shí)，源極及漏極導(dǎo)通，否則源極及漏極截止；在高位控制電 路控制的電控開(kāi)關(guān)中，漏極都電性連接到直流驅(qū)動(dòng)電源的一極，源極分別連接到相應(yīng)高位 控制電路的比較端并且分別連接到負(fù)載的相對(duì)第一負(fù)載極及第二負(fù)載極，柵極則分別連接 到相應(yīng)高位控制電路的控制端；在兩個(gè)低位控制電路控制的電控開(kāi)關(guān)中，漏極分別連接到 所述負(fù)載的相對(duì)兩極，源極都連接到地，柵極則分別連接到相應(yīng)低位控制電路的控制端。這 樣，源極連接到地電位的電控開(kāi)關(guān)用低位控制電路驅(qū)動(dòng)，其他電控開(kāi)關(guān)才使用高位控制電 路，合理的組合降低了整體的成本。在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，與所述第一負(fù)載極直接連接的受高位控制電路控制的 電控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，與所述第二負(fù)載極直接連接的受低位控制電路控制的電控開(kāi)關(guān)也導(dǎo)通， 其他兩個(gè)電控開(kāi)關(guān)則截止；與所述第一負(fù)載極直接連接的受高位控制電路控制的電控開(kāi)關(guān) 截止時(shí)，與所述第二負(fù)載極直接連接的受低位控制電路控制的電控開(kāi)關(guān)也截止，其他兩個(gè) 電控開(kāi)關(guān)則導(dǎo)通。這種典型的控制方式，簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了負(fù)載的相對(duì)兩極的電源方向的切換， 電控開(kāi)關(guān)具有快速、精確、高效、低功耗等特點(diǎn)，可直接與微處理器接口，應(yīng)用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn) 直流電機(jī)調(diào)速控制，該驅(qū)動(dòng)電路能夠低成本地滿足各種類型直流電機(jī)需求。需要說(shuō)明的是，“電荷池”在本文中是指一種包括兩端的電路元件，其可以充放電， 而且兩端電壓不能突變。例如，對(duì)電荷有積累效應(yīng)的電容就是一種很好的電荷池。下面的說(shuō)明中以說(shuō)明和舉例的方式披露了本實(shí)用新型的實(shí)施方案，從下面結(jié)合附 圖的說(shuō)明本實(shí)用新型的其他目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯。

以下參考附圖更充分地描述本實(shí)用新型的實(shí)施方案，其中圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一種功率驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施方案的電路圖，其接在一個(gè)直流電 機(jī)上。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖描述本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方案，其中相同的標(biāo)號(hào)始終用來(lái)指引相 同的元素。為解釋的目的，在下面的說(shuō)明中提供了許多具體細(xì)節(jié)，以便對(duì)本實(shí)用新型提供深 入了解。然而，這可能是顯而易見(jiàn)的，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)，該實(shí)用新型仍可以實(shí)施。圖1顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一種功率驅(qū)動(dòng)器100的實(shí)施方案的電路圖，其接在一 個(gè)負(fù)載即直流電機(jī)Ml上。功率驅(qū)動(dòng)器100包括兩個(gè)高位控制電路10、12及兩個(gè)低位控制 電路20、22。每個(gè)控制電路控制一個(gè)電控開(kāi)關(guān)MFl、MF2、MF3、MF4，具體是第一高位控制電路10控制第一電控開(kāi)關(guān)MFl，第二高位控制電路12控制第二電控開(kāi)關(guān)MF2，第一低位控制 電路20控制第三電控開(kāi)關(guān)MF3，第二低位控制電路22控制第四電控開(kāi)關(guān)MF4。每個(gè)電控開(kāi) 關(guān)]\^1、]\^2、]\^3、]\^4包括柵極 102、122、202、222、源極 104,124,204,224 及漏極 106、126、 206,226o在根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方案中，該電控開(kāi)關(guān)MF1、MF2、MF3、MF4是功率M0SFET， 功率MOSFET是壓控元件，具有輸入阻抗大、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿現(xiàn)象等特點(diǎn)，能滿足高 速開(kāi)關(guān)動(dòng)作需求，在柵極102、122、202、222與源極104、124、204、224之間的電壓達(dá)到額定 的觸發(fā)電壓時(shí)，源極104、124、204、224及漏極106,126,206,226導(dǎo)通，否則源極104、124、 204,224 及漏極 106、126、206、226 截止。驅(qū)動(dòng)電源是直流電源，其負(fù)極接地，正極連接到驅(qū)動(dòng)電源端Vs。在兩個(gè)高位控制電 路10、12控制的電控開(kāi)關(guān)MFl、MF2中，漏極106、126都電性連接到直流驅(qū)動(dòng)電源端Vs ；源極 104、124分別連接到相應(yīng)高位控制電路10,12的比較端Bi、B2，同時(shí)，源極104,124還分別 連接到直流電機(jī)Ml的第一負(fù)載極50及相對(duì)的第二負(fù)載極52 ；柵極102、122則分別連接到 相應(yīng)高位控制電路10、12的控制端DH1、DH2。在兩個(gè)低位控制電路20、22控制的電控開(kāi)關(guān) MF 3、MF4中，漏極206、226分別連接到所述直流電機(jī)Ml的相對(duì)兩極50、52，源極204、224 都連接到地，柵極202、222則分別連接到相應(yīng)低位控制電路20、22的控制端DL1、DL2。本實(shí)用新型功率驅(qū)動(dòng)器100的實(shí)施方案的一個(gè)特點(diǎn)是，源極連接到地電位的電控 開(kāi)關(guān)MF3、MF4用低位控制電路20、22驅(qū)動(dòng)，其他電控開(kāi)關(guān)MFl、MF2才使用高位控制電路10、 12驅(qū)動(dòng)。高位控制電路10、12及低位控制電路20、22的結(jié)構(gòu)將在下面詳細(xì)描述，總的來(lái)說(shuō)， 高位控制電路10、12的結(jié)構(gòu)比低位控制電路20、22復(fù)雜，就成本而言，高位控制電路10、12 比低位控制電路20、22相對(duì)較高。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案，合理使用有區(qū)別的高、低位控 制電路的組合，有效地控制了功率驅(qū)動(dòng)器100整體的成本。每個(gè)控制電路10、12、20、22有一個(gè)信號(hào)輸入端HI、H2、Li、L2可直接與微處理器 (未圖示)接口，微處理器應(yīng)用PWM技術(shù)輸出用方波代表的“通”和“斷”的控制信號(hào)。在本 實(shí)施方案中，低電平的方波代表“通”的控制信號(hào)，高電平的方波代表“斷”的控制信號(hào)。表 1顯示圖1所示功率驅(qū)動(dòng)器100的輸入、輸出真值表，典型地，在本實(shí)施方案中，輸入本實(shí)用 新型功率驅(qū)動(dòng)器100的真值有兩組，每組真值經(jīng)過(guò)本實(shí)用新型功率驅(qū)動(dòng)器100的處理和相 關(guān)電路的作用后輸出相應(yīng)的一組真值，后面還將詳細(xì)描述電路的工作原理和細(xì)節(jié)。真值表 中1代表高電位，0代表低電位。表1圖1所示功率驅(qū)動(dòng)器的輸入、輸出真值表 在本實(shí)施方案中，該電路的基本目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)Ml繞組兩個(gè)相反方向的 供電的切換。結(jié)合參照?qǐng)D1，當(dāng)從微處理器向本實(shí)用新型功率驅(qū)動(dòng)器100輸入表1所示第一 組真值時(shí)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的輸出真值可見(jiàn)，由于DHl為高電位，第一電控開(kāi)關(guān)MFl的觸發(fā)電壓可 以達(dá)到，故第一電控開(kāi)關(guān)MFl導(dǎo)通；由于DH2為低電位，第二電控開(kāi)關(guān)MF2的觸發(fā)電壓不能 達(dá)到，故第二電控開(kāi)關(guān)MF2截止；相應(yīng)地，DLl為低電位，第三電控開(kāi)關(guān)MF3截止；DL2為高電位，第四電控開(kāi)關(guān)MF4導(dǎo)通。結(jié)果，電流將從驅(qū)動(dòng)電源端Vs依次通過(guò)第一電控開(kāi)關(guān)MFl、 第一負(fù)載極50、直流電機(jī)Ml、第二負(fù)載極52及第四電控開(kāi)關(guān)MF4流到地。同理，當(dāng)從微處 理器向本實(shí)用新型功率驅(qū)動(dòng)器100輸入表1所示第二組真值時(shí)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的輸出真值可知， DHl為低電位，第一電控開(kāi)關(guān)MFl截止；DH2為高電位，第二電控開(kāi)關(guān)MF2導(dǎo)通；DLl為高電 位，第三電控開(kāi)關(guān)MF3導(dǎo)通；DL2為低電位，第四電控開(kāi)關(guān)MF4截止。結(jié)果，電流將從驅(qū)動(dòng)電 源端Vs依次通過(guò)第二電控開(kāi)關(guān)MF2、第二負(fù)載極52、直流電機(jī)Ml、第一負(fù)載極50及第三電 控開(kāi)關(guān)MF3流到地。假設(shè)電流經(jīng)過(guò)直流電機(jī)Ml時(shí)，從第一負(fù)載極50到第二負(fù)載極52是正 向，直流電機(jī)Ml正轉(zhuǎn)，則從第二負(fù)載極52到第一負(fù)載極50是反向，直流電機(jī)Ml反轉(zhuǎn)。因 此，輸入第一組真值時(shí)，直流電機(jī)Ml正轉(zhuǎn)，輸入第二組真值時(shí)，直流電機(jī)Ml反轉(zhuǎn)。這種典型 的控制方式，簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)的相對(duì)兩極的電源方向的切換，電控開(kāi)關(guān)具有快速、 精確、高效、低功耗等特點(diǎn)，可直接與微處理器接口，應(yīng)用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速控制， 該驅(qū)動(dòng)電路能夠低成本地滿足各種類型直流電機(jī)需求。第一高位控制電路10與第二高位控制電路12結(jié)構(gòu)相同，為表達(dá)簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖1 中，第二高位控制電路12的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)被省略。下面僅以第一高位控制電路10為例，說(shuō) 明高位控制電路10、12的電路結(jié)構(gòu)。高位控制電路10包括三個(gè)控制元件Ql、Q2、Q5、一個(gè) 電荷池Cl、一個(gè)信號(hào)輸入端Hl、一個(gè)第一直流電源端DCl、一個(gè)第二直流電源端DC2、一個(gè)控 制端DHl及一個(gè)比較端Bl。第一直流電源端DCl及第二直流電源端DC2分別連接到相對(duì)于 地電位具有一定電勢(shì)差的電位，在本實(shí)施方案中，第二直流電源端DC2的電位大于電控開(kāi) 關(guān)MF1、MF2的觸發(fā)電壓，第一直流電源端DCl的電位低于第二直流電源端DC2。第一直流 電源端DCl的電位與微處理器輸出的高電平的“斷”控制信號(hào)的電位基本相當(dāng)。當(dāng)信號(hào)輸入端Hl接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，信號(hào)輸入端Hl因接收到高電平的方波 而處于高電位狀態(tài)，該高電位通過(guò)串連的電阻R2傳遞到控制元件Ql的發(fā)射極，故控制元件 Ql的發(fā)射極的電位與第一直流電源端DCl通過(guò)串連的電阻Rl傳遞到控制元件Ql的基極的 電位相當(dāng)，控制元件Ql截止，因此控制元件Ql的集電極通過(guò)串連電阻R5及單向?qū)щ娫?Dl與第二直流電源端DC2連接的電路基本沒(méi)有電流，電阻R5兩端基本不存在壓降，亦即， 控制元件Q2的發(fā)射極與基極之間基本不存在電勢(shì)差，故控制元件Q2亦截止。典型地，在本 實(shí)施方案中，單向?qū)щ娫﨑l采用常用的晶體二極管，其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而性能穩(wěn)定， 成本亦低，可以在低成本的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷池Cl的充、放電控制。此時(shí)，如前所述，第三 電控開(kāi)關(guān)MF3是導(dǎo)通的，控制端Bl將通過(guò)第三電控開(kāi)關(guān)MF3接地，故，高于地電位的第二直 流電源端DC2將通過(guò)單向?qū)щ娫﨑l向電荷池Cl充電。在本實(shí)施方案中，電荷池Cl是電 容，典型地，是容量比較大的電解電容。電荷池Cl被第二直流電源端DC2充電而儲(chǔ)存電荷。 同時(shí)，由于控制元件Q2截止，基本沒(méi)有電流通過(guò)電阻R8，電阻R8上基本沒(méi)有壓降，故控制元 件Q5的基極與集電極基本與比較端Bl的電位相同，而保持低電位狀態(tài)。若控制端DHl電 位高于比較端Bi，控制元件Q5將導(dǎo)通，使控制端DHl與比較端Bl之間的電勢(shì)差保持低水 平，遠(yuǎn)小于電控開(kāi)關(guān)MFl的額定觸發(fā)電壓。因此，控制元件Q5可以將控制端DHl與比較端 Bl之間的電勢(shì)差穩(wěn)定地鎖定低水平。當(dāng)信號(hào)輸入端Hl接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，相反地，信號(hào)輸入端Hl處于低電位狀 態(tài)，控制元件Ql的發(fā)射極的電位低于第一直流電源端DCl及與之相連的基極的電位，控制 元件Ql導(dǎo)通，因此控制元件Ql的集電極有電流，導(dǎo)致電阻R5兩端產(chǎn)生壓降，亦即，控制元件Q2的發(fā)射極與基極之間存在電勢(shì)差，故控制元件Q2導(dǎo)通。如前所述，根據(jù)表1所示第一 組真值，第四電控開(kāi)關(guān)MF4導(dǎo)通，從而第二負(fù)載極52相當(dāng)于接地，其電位基本為零。但是， 由于電機(jī)Ml的繞組是很大的電感元件，當(dāng)通過(guò)其中的電流切換方向或者突變時(shí)，將產(chǎn)生很 大的反向電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)信號(hào)輸入端Hl接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，由于電機(jī)Ml的繞組中電流突 變而在兩負(fù)載極50、52之間產(chǎn)生電勢(shì)差，故第一負(fù)載極50的電位將遠(yuǎn)高于與相當(dāng)于接地的 第二負(fù)載極52，故第一負(fù)載極50及與其相連的比較端Bl將遠(yuǎn)高于地電位，實(shí)踐上比較端 Bl的電位往往遠(yuǎn)高過(guò)第二直流電源端DC2的電位。由于電荷池Cl兩端電壓不能突變，電 荷池Cl正極電位高于與其負(fù)極相連的比較端Bi，故電荷池Cl正極更高于第二直流電源端 DC2的電位，單向?qū)щ娫﨑l截止。故，電流依次經(jīng)過(guò)電荷池Cl的正極、控制元件Q2、二極 管D2、電阻R7達(dá)到控制端DHl，故控制端DHl與比較端Bl之間電勢(shì)差等于電荷池Cl兩極之 間的電壓減去在控制元件Q2、二極管D2及電阻R7上的壓降，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，通 過(guò)選擇合適的參數(shù)，仍可保持控制端DHl與比較端Bl之間電勢(shì)差大于電控開(kāi)關(guān)MFl的額定 觸發(fā)電壓。優(yōu)選地，在控制端DHl與比較端Bl之間還連接有并聯(lián)的電容C2及齊納管ZD1， 用于穩(wěn)定控制端DHl的與比較端Bl之間的電壓。對(duì)于控制元件Q5，由于此時(shí)二極管D2及 電阻R7上的壓降，基極電位高于發(fā)射極，故控制元件Q5是截止的。第一低位控制電路20和第二低位控制電路22結(jié)構(gòu)相同，為表達(dá)簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖1 中，第二低位控制電路22的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)被省略。下面僅以第一低位控制電路20為例，說(shuō) 明低位控制電路20、22的電路結(jié)構(gòu)。低位控制電路20包括三個(gè)控制元件Q3、Q4、Q6、一個(gè) 信號(hào)輸入端Li、一個(gè)第一直流電源端DC1、一個(gè)第二直流電源端DC2、及一個(gè)控制端DL1，第 一直流電源端DCl及第二直流電源端DC2分別連接到兩個(gè)相對(duì)于地電位具有預(yù)定電勢(shì)差的 電位，在本實(shí)施方案中，第二直流電源端DC2大于電控開(kāi)關(guān)MF3、MF4的觸發(fā)電壓，第一直流 電源端DCl的電位低于第二直流電源端DC2。第一直流電源端DCl的電位與微處理器輸出 的高電平的“斷”控制信號(hào)的電位基本相當(dāng)。當(dāng)?shù)臀豢刂齐娐?0的信號(hào)輸入端Ll接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，信號(hào)輸入端Ll因接 收到高電平的方波而處于高電位狀態(tài)，該高電位通過(guò)串連的電阻R3傳遞到控制元件Q3的 發(fā)射極，故控制元件Q3的發(fā)射極的電位與第一直流電源端DCl傳遞到控制元件Q3的基極 的電位基本相當(dāng)，控制元件Q3截止，因此控制元件Q3的集電極基本沒(méi)有電流，亦即通過(guò)串 連電阻R6與第二直流電源端DC2連接的電路基本沒(méi)有電流，電阻R6兩端基本不存在壓降， 亦即，控制元件Q4的發(fā)射極與基極之間基本不存在電勢(shì)差，故控制元件Q4亦截止，亦即，第 二直流電源端DC2的電位不會(huì)通過(guò)控制元件Q4并通過(guò)電阻R9傳遞到控制端DL1。更進(jìn)一 步，信號(hào)輸入端Ll的高電位通過(guò)串連的電阻R4傳遞到控制元件Q6的基極，由于控制元件 Q6的發(fā)射極連接到地，故控制元件Q6的基極與發(fā)射極之間存在正向的電壓，從而控制元件 Q6處于導(dǎo)通狀態(tài)，亦即，控制端DLl與地導(dǎo)通而基本處于零電位，或者說(shuō)控制端DLl與地之 間存在很小電勢(shì)差(等于控制元件Q6的集電極與發(fā)射極之間的壓降)，控制端DLl與地之 間的電勢(shì)差被鎖定于遠(yuǎn)小于電控開(kāi)關(guān)MF3的觸發(fā)電壓的狀態(tài)。因而，電控開(kāi)關(guān)MF3不會(huì)觸 發(fā)，從而處于截止?fàn)顟B(tài)。相反，當(dāng)信號(hào)輸入端Ll接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，控制元件Q3導(dǎo)通，控制元件Q4 亦導(dǎo)通，控制元件Q6截止?？刂贫薉Ll的電位等于第二直流電源端DC2的電位減控制元件 Q4及電阻R9的壓降，由于該壓降很小，控制端DLl的電位基本等于第二直流電源端DC2的電位，由于第二直流電源端DC2的電位大于電控開(kāi)關(guān)MF3的觸發(fā)電壓，故控制端DLl與地之 間的電勢(shì)差大于電控開(kāi)關(guān)MF3的觸發(fā)電壓，電控開(kāi)關(guān)MF3觸發(fā)而導(dǎo)通。其中，該控制元件Q6 根據(jù)控制信號(hào)而實(shí)現(xiàn)的切換，可以提高對(duì)低位控制電路20中控制端DLl電位的控制的穩(wěn)定 度。優(yōu)選地，在控制端DLl與地之間還連接有電容C3，用于穩(wěn)定控制端DLl的電位。由前述說(shuō)明可以看到，低位控制電路20做得比高位控制電路10簡(jiǎn)單而成本比較 低。如本實(shí)施方案所示，當(dāng)高、低位控制電路被用于驅(qū)動(dòng)四個(gè)壓控型電子元器件MF1、MF2、 MF3、MF4的矩陣時(shí)，成本較低的低位控制電路20、22可以用于驅(qū)動(dòng)源極204、224連接在地 電位而電位相對(duì)于地電位固定的壓控型電子元器件MF3、MF4，而只有用于驅(qū)動(dòng)電位相對(duì)于 地電位浮動(dòng)的壓控型電子元器件MF1、MF2時(shí)，才使用高位控制電路10、12。由于高位控制 電路10、12相對(duì)低位控制電路20、22更復(fù)雜而成本比較高，這樣當(dāng)減少高位控制電路10、12 的數(shù)量時(shí)，從而降低了功率驅(qū)動(dòng)器100整體的成本。根據(jù)本實(shí)用新型的功率驅(qū)動(dòng)器100的實(shí)施方案，其利用微處理器輸出的控制信 號(hào)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)本身的規(guī)律，對(duì)電荷池Cl充、放電，由于電荷池Cl兩端電壓不能突變，電 荷池Cl放電時(shí)使控制端DHl可以在比較端Bl的基礎(chǔ)電位上疊加，使比較端Bl電位升高一 定幅度的情況下，控制端DHl的電位也能升高相應(yīng)的幅度，從而保持控制端DHl與比較端Bl 之間的電勢(shì)差大于額定的觸發(fā)電壓，實(shí)現(xiàn)了控制端DHl相對(duì)于比較端Bl電壓的提升，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)了在直流電源端DC2低電壓條件下，對(duì)高驅(qū)動(dòng)壓控型電子元器件MFl的驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，當(dāng)高位控制電路10、12的信號(hào)輸入端H1、H2接收到的控制信號(hào)變化時(shí)， 其比較端B1、B2電位存在變化，但不管比較端B1、B2電位如何變化，高位控制電路10、12仍 可在控制端DH1、DH2與比較端B1、B2之間輸出一定的驅(qū)動(dòng)電壓。典型地，在本實(shí)施方案中，控制元件Ql至Q6用常用的晶體三極管實(shí)現(xiàn)，其技術(shù)成 熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而性能穩(wěn)定，成本亦低，可以在低成本的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷池的充、放電控 制。從整體來(lái)說(shuō)，本功率驅(qū)動(dòng)器100均采用常見(jiàn)的三極管、電阻、二極管和電容，易于采購(gòu)并 且成本低廉。從前述說(shuō)明可以理解，由于本功能驅(qū)動(dòng)器100的特點(diǎn)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電源端Vs、第一 直流電源端DCl及第二直流電源端DC2，可以使用同一個(gè)直流電源采用已知的成熟的分壓 技術(shù)分壓后進(jìn)行供電，從而省略多個(gè)隔離電源，只需要單個(gè)電源即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)MOSFET的驅(qū) 動(dòng)，特別是用于驅(qū)動(dòng)MOSFET矩陣以及多電位MOSFET矩陣，則大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路和電源電 路，并且避免了通常驅(qū)動(dòng)方式中需要的多個(gè)隔離電源之間耐壓?jiǎn)栴}，大大降低了成本并且 大大提高了可靠性。雖然本實(shí)用新型已經(jīng)在此顯示和描述，其中設(shè)想是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施方案，可 以認(rèn)識(shí)到，在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以做出改變，并非只限于此處所述的細(xì)節(jié)，而是要符合 所附權(quán)利要求的全部范圍，以包含任何和所有等同裝置和設(shè)備。例如，雖然參考本實(shí)用新型 這種極性的晶體管的配置已經(jīng)說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施方案，本實(shí)用新型技術(shù)方案同樣可以適 用于相反極性晶體管的配置。又例如，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方案，功能驅(qū)動(dòng)器100是用于 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)M1，實(shí)際上，也適用于驅(qū)動(dòng)其他的大功率感性負(fù)載，如步進(jìn)電機(jī)、泵電機(jī)等。而 進(jìn)一步，例如本實(shí)用新型的實(shí)施方案中，高位控制電路10與低位控制電路20分別采用三個(gè) 晶體三極管Ql至Q6做控制元件實(shí)現(xiàn)，但是控制元件400也可以用相同功能的其他電路代 替，實(shí)現(xiàn)與前述相似的功能。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，這些都是等同的。
權(quán)利要求一種功率驅(qū)動(dòng)器(100)，用于根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載(M1)，其特征在于其包括高位控制電路(10、12)，包括電荷池(C1)、信號(hào)輸入端(H1、H2)、直流電源端(DC2)、控制端(DH1、DH2)及比較端(B1、B2)，直流電源端(DC2)連接到相對(duì)于地電位具有一定電勢(shì)差的電位；當(dāng)信號(hào)輸入端(H1、H2)接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，電荷池(C1)被直流電源端(DC2)充電而儲(chǔ)存電荷，但此時(shí)控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間保持小于一定的觸發(fā)電壓的電勢(shì)差；當(dāng)信號(hào)輸入端(H1、H2)接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，電荷池(C1)通過(guò)分別連接控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)的電路放電，使控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間電勢(shì)差大于所述觸發(fā)電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于其包括低位控制電路(20、 22)，包括信號(hào)輸入端(Li、L2)、直流電源端(DC2)及控制端(DLU DL2)，直流電源端(DC2) 連接到相對(duì)于地電位具有預(yù)定電勢(shì)差的電位，在該低位控制電路(20、22)中當(dāng)信號(hào)輸入端(L1、L2)接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，控制端(DL1、DL2)與地之間的電勢(shì)差 小于前述觸發(fā)電壓；當(dāng)信號(hào)輸入端(L1、L2)接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，控制端(DL1、DL2)與地之間的電勢(shì)差 大于前述觸發(fā)電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于當(dāng)高位控制電路(10、12)的信 號(hào)輸入端(H1、H2)接收到的控制信號(hào)變化時(shí)，其比較端(B1、B2)電位存在變化。
4.如權(quán)利要求3所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于在直流電源端(DC2)與電荷 池之間連接有單向?qū)щ娫?Dl)，當(dāng)高位控制電路(10、12)的信號(hào)輸入端(H1、H2)接收到 “通”控制信號(hào)時(shí)，單向?qū)щ娫?Dl)截止，當(dāng)高位控制電路(10、12)的信號(hào)輸入端(H1、H2) 接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，單向?qū)щ娫?Dl)導(dǎo)通。
5.如權(quán)利要求1所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于在高位控制電路(10、12)中， 控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間連接有控制元件(Q5)，當(dāng)信號(hào)輸入端(H1、H2)接 收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q5)使控制端(DH1、DH2)與比較端(B1、B2)之間處于導(dǎo) 通狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端(H1、H2)接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q5)使控制端(DH1、 DH2)與比較端(B1、B2)之間處于截止?fàn)顟B(tài)。
6.如權(quán)利要求2所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于在低位控制電路(20、22)中， 控制端(DL1、DL2)與地之間連接有控制元件(Q6)，當(dāng)信號(hào)輸入端(L1、L2)接收到“斷”控制 信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q6)使控制端(DL1、DL2)與地之間處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端(Li、 L2)接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q6)使控制端(DL1、DL2)與地之間處于截止?fàn)?態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于在高位控制電路(10、12)中， 電荷池(Cl)的與比較端(B1、B2)相連接的一極相對(duì)的另一極與控制端(DH1、DH2)之間連 接有控制元件(Q2)，當(dāng)信號(hào)輸入端(H1、H2)接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q2)使控 制端(DH1、DH2)與電荷池(Cl)之間處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端(H1、H2)接收到“斷”控 制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q2)使控制端(DH1、DH2)與電荷池(Cl)之間處于截止?fàn)顟B(tài)。
8.如權(quán)利要求2所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于在低位控制電路(20、22)中， 控制端(DL1、DL2)與直流電源端(DC2)之間連接有控制元件(Q4)，當(dāng)信號(hào)輸入端(L1、L2) 接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q4)使控制端(DL1、DL2)與直流電源端(DC2)之間 處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)輸入端(L1、L2)接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，該控制元件(Q6)使控制端 (DL1、DL2)與直流電源端(DC2)之間處于截止?fàn)顟B(tài)。
9.如權(quán)利要求2到8中任一項(xiàng)所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于其包括兩個(gè)高 位控制電路(10、12)及兩個(gè)低位控制電路(20、22)，每個(gè)控制電路控制至少一個(gè)電控開(kāi)關(guān) (MFU MF2、MF3、MF4)，每個(gè)電控開(kāi)關(guān)(MFU MF2、MF3、MF4)包括柵極(102,122,202,222)、 源極(104、124、204、224)及漏極(106、126、206、226)，在柵極(102,122,202,222)與源極 (104、124、204、224)之間的電壓達(dá)到前述的觸發(fā)電壓時(shí)，源極(104,124,204,224)及漏極 (106、126、206、226)導(dǎo)通，否則源極(104,124,204,224)及漏極(106,126,206,226)截止； 在兩個(gè)高位控制電路(10,12)控制的電控開(kāi)關(guān)(MF1、MF2)中，漏極(106,126)都電性連接 到直流驅(qū)動(dòng)電源的一極(VS)，源極(104、124)分別連接到相應(yīng)高位控制電路(10、12)的比 較端(B1、B2)并且分別連接到負(fù)載(Ml)的相對(duì)第一負(fù)載極(50)及第二負(fù)載極(52)，柵極 (102,122)則分別連接到相應(yīng)高位控制電路(10、12)的控制端(DH1、DH2)；在兩個(gè)低位控 制電路(20,22)控制的電控開(kāi)關(guān)(MF3、MF4)中，漏極(206,226)分別連接到所述負(fù)載(Ml) 的相對(duì)兩極(50、52)，源極(204、224)都連接到地，柵極(202、222)則分別連接到相應(yīng)低位 控制電路(20、22)的控制端(DL1、DL2)。
10.如權(quán)利要求9所述的功率驅(qū)動(dòng)器(100)，其特征在于與所述第一負(fù)載極(50)直接 連接的受高位控制電路(10)控制的電控開(kāi)關(guān)(MFl)導(dǎo)通時(shí)，與所述第二負(fù)載極(52)直接 連接的受低位控制電路(22)控制的電控開(kāi)關(guān)(MF4)也導(dǎo)通，其他兩個(gè)電控開(kāi)關(guān)(MF2、MF3) 則截止；與所述第一負(fù)載極(50)直接連接的受高位控制電路(10)控制的電控開(kāi)關(guān)(MFl) 截止時(shí)，與所述第二負(fù)載極(52)直接連接的受低位控制電路(22)控制的電控開(kāi)關(guān)(MF4) 也截止，其他兩個(gè)電控開(kāi)關(guān)(MF2、MF3)則導(dǎo)通。
專利摘要一種功率驅(qū)動(dòng)器，用于根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載，其高位控制電路包括電荷池、信號(hào)輸入端、直流電源端、控制端及比較端。直流電源端連接到相對(duì)于地電位具有一定電勢(shì)差的電位。當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“斷”控制信號(hào)時(shí)，電荷池被直流電源端充電而儲(chǔ)存電荷，但此時(shí)控制端與比較端之間保持小于一定的觸發(fā)電壓的電勢(shì)差。當(dāng)信號(hào)輸入端接收到“通”控制信號(hào)時(shí)，電荷池通過(guò)分別連接控制端與比較端的電路放電，使控制端與比較端之間電勢(shì)差大于所述觸發(fā)電壓。
文檔編號(hào)H02P7/28GK201639533SQ200920219269
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
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