一種串聯(lián)電阻法相電流檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供的一種串聯(lián)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(xiàn)相電流檢測，進(jìn)而實現(xiàn)斬波橫流控制；通過數(shù)字信號控制放大的信號與采樣電壓信號的比值，實現(xiàn)不同的相電流值的檢測，進(jìn)而實現(xiàn)微步細(xì)分控制；采用由MOS管開關(guān)的電阻陣列，實現(xiàn)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(jī)失調(diào)誤差對相電流控制精度的影響大大減?。煌瑫r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(shù)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】—種串聯(lián)電阻法相電流檢測電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動芯片中的串聯(lián)電阻法相電流檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片中普遍采用斬波橫流技術(shù)和細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動技術(shù)。斬波橫流技術(shù)可以使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，整個系統(tǒng)功耗減小，電源效率提高；細(xì)分步進(jìn)技術(shù)可以極大的改善電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，提高勻速性，減輕甚至消除震蕩。
[0003]要實現(xiàn)上述技術(shù)，需要檢測電機(jī)繞組相電流大小，在非移動設(shè)備應(yīng)用中常采用串聯(lián)電阻法檢測，即將電機(jī)繞組和一個電阻串聯(lián)，將相電流值轉(zhuǎn)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(wěn)定在設(shè)定值上，實現(xiàn)相電流的閉環(huán)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(xiàn)電機(jī)的細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動。串聯(lián)電阻法穩(wěn)定、精確度高且可以降低芯片整體成本。
[0004]傳統(tǒng)的串聯(lián)電阻法相電流檢測電路如圖1所示，數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊輸入?yún)⒖茧妷篤kef和控制數(shù)字信號CTL，參考電壓Vkef在CTL信號控制下，降壓得到數(shù)-模轉(zhuǎn)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(lián)檢測電阻Rsen接地，電機(jī)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(jī)繞組LO電流成正比，比例系數(shù)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(dá)到VDAC，此時比較器輸出信號Vtot變?yōu)楦唠娖剑筆WM控制電路產(chǎn)生一個固定時間的脈沖信號，該信號經(jīng)邏輯及預(yù)驅(qū)動電路控制H橋電路，使繞組LO相電流進(jìn)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(jīng)歷固定時間的衰減，相電流Iui波形如圖2所示，圍繞固定值1上下波動，因為波動幅度很小，可以認(rèn)為相電流穩(wěn)定在10。
[0006]如圖3所示，當(dāng)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(xiàn)了細(xì)分驅(qū)動控制。
[0007]因為比較器存在隨機(jī)失調(diào)誤差，當(dāng)Vda。值很小的時，該失調(diào)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(shù)-模轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電阻難以選擇，且往往面積很大。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于實現(xiàn)斬波橫流控制和細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動控制的同時，降低比較器隨機(jī)失調(diào)誤差對相電流檢測的精度影響，提聞步進(jìn)電機(jī)的相電流檢測精度，從而提聞步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動控制精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的是提高電機(jī)，特別是步進(jìn)電機(jī)的相電流檢測精度，降低比較器隨機(jī)失調(diào)誤差對相電流檢測的影響，同時優(yōu)化相電流檢測電路的結(jié)構(gòu)。
[0010]本實用新型提供一種新型的串聯(lián)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(xiàn)斬波橫流控制；通過數(shù)字編碼控制非線性可變增益放大器的增益，實現(xiàn)細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動。該結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)簡單，精確度高，同時可以降低后級比較器隨機(jī)失調(diào)誤差對電路精度的影響。
[0011]本實用新型提供的串聯(lián)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(guān)的電阻陣列，以改變電路放大倍數(shù)，實現(xiàn)可變增益。
[0012]本實用新型提供一種串聯(lián)電阻法相電流檢測電路，包括輸入端VB1、VSEN、Vkef和輸出端Vqut，所述串聯(lián)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m晶體管Ql、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(jīng)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(fā)射極經(jīng)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(fā)射極經(jīng)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(fā)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(lián)電阻法相電流檢測電路還包括由MOS管開關(guān)的電阻陣列，由MOS管開關(guān)的電阻陣列串聯(lián)到P型MOS管MP9的漏極，以改變電路放大倍數(shù)，實現(xiàn)可變增益。
[0029]進(jìn)一步地，由MOS管開關(guān)的電阻陣列包括電阻陣列和開關(guān)陣列。[0030]進(jìn)一步地，電阻陣列包括串聯(lián)的電阻R3、R4、…、Rn+2。
[0031]進(jìn)一步地，開關(guān)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(diǎn)；
[0033]N型MOS管MN2的漏極連接到電阻R4與電阻R5連接點(diǎn)；
[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(shù)字信號Y。、Y1.....Y1^1連接，以控制
N型MOS管的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的串聯(lián)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(xiàn)相電流檢測，進(jìn)而實現(xiàn)斬波橫流控制；
[0039](2)通過數(shù)字 信號控制放大的信號與采樣電壓信號的比值，實現(xiàn)不同的相電流值的檢測，進(jìn)而實現(xiàn)微步細(xì)分控制；
[0040](3)采用由MOS管開關(guān)的電阻陣列，實現(xiàn)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(jī)失調(diào)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(shù)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(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)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(lián)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(lián)電阻法相電流檢測電路隨相電流^隨乂.變化的曲線；
[0045]圖4是本實用新型的一個實施例的串聯(lián)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(lián)電阻法相電流檢測電路在電機(jī)驅(qū)動芯片中應(yīng)用的具體實現(xiàn)；
[0047]圖6是圖4所示的串聯(lián)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，本實用新型的一個實施例的串聯(lián)電阻法相電流檢測電路，將采樣電壓Vsen信號放大得到Vtca信號，再通過比較器電路將Vtca與參考電壓Vkef相比較，輸出Vqut信號，實現(xiàn)相電流檢測，進(jìn)而實現(xiàn)斬波橫流控制；并且通過數(shù)字信號YpYp…、Yim控制Vtca與Vsen的比值，實現(xiàn)不同的相電流值的檢測，進(jìn)而實現(xiàn)微步細(xì)分控制。
[0049]MPO、MP2與MP2、MP3和MP4、MP5構(gòu)成共源共柵電流鏡，并且Idmp3 = Idmp5。共源共柵結(jié)構(gòu)可以抑制溝道長度調(diào)制效應(yīng)的影響，增加電流源的阻抗，此后分析中將其當(dāng)做理想電流源處理。
[0050]MP4、MP5、Q2、R2、MP6、MP7 構(gòu)成一個反饋系統(tǒng)，MP4、MP5、Q2 構(gòu)成前置放大器，MP6、MP7構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)；MP2、MP3、Ql、R1構(gòu)成升壓電路；R3、R4、...RN+1、RN+2構(gòu)成電阻陣列，MN”MN2.....MNn構(gòu)成開關(guān)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(dāng)輸入電壓Vsen升高Λ Vin，此時A點(diǎn)電壓同樣升高Λ VIN;由于通過Q2的電流恒定，C點(diǎn)電壓在很小誤差范圍內(nèi)也同樣升高AVin，則通過R2電阻的電流增量從
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)電阻法相電流檢測電路，其特征在于，包括輸入端VB1、Vsen, Vkef和輸出端Vout,所述串聯(lián)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，N型MOS管ΜΝ0,電阻R0, R1' R2,晶體管Ql、Q2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MP0、MP2、MP4的柵極連接在一起，所述P型MOS管MP0、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(jīng)由所述電阻Rtl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(fā)射極經(jīng)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(fā)射極經(jīng)由電阻R2與地連接； 所述晶體管Ql、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(fā)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Vtot與所述比較器的輸出連接； 所述串聯(lián)電阻法相電流檢測電路還包括由MOS管開關(guān)的電阻陣列，所述由MOS管開關(guān)的電阻陣列串聯(lián)到所述P型MOS管MP9的漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電阻法相電流檢測電路，其特征在于，所述由MOS管開關(guān)的電阻陣列包括電阻陣列和開關(guān)陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)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(lián)的電阻r3、r4、…、rn+2。
【文檔編號】H02P8/12GK203827233SQ201320837817
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)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