本發(fā)明涉及電子技術,特別涉及一種直流電機單向驅(qū)動器。

背景技術：

汽車應用中，對于單向驅(qū)動的燃油油泵電機，可以使用微控制器，通過PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制調(diào)節(jié)其兩端電壓的平均值從而調(diào)整電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。智能化的微控制器芯片的應用，使得油泵電機的控制更將靈活。然而，由于微控制器在應用中都要涉及到軟件的編寫，并且隨著芯片集成度的不斷提高，內(nèi)部功能模塊數(shù)目的增多，其失效的形式也隨之增多。為避免這些失效對系統(tǒng)功能的影響，對于一些安全性要求較高的油泵驅(qū)動器，就需要引入獨立于微控制器外的監(jiān)控電路，當監(jiān)測到微控制器功能異常，將主動將輸出切換到一個系統(tǒng)上認為安全的狀態(tài)，與之對應的驅(qū)動路徑可以稱之為旁路驅(qū)動路徑。對于PWM驅(qū)動路徑和旁路驅(qū)動路徑，硬件上存在兩種結構。一種是硬件上共用一個驅(qū)動電路，但這種結構需要保證驅(qū)動電路在微控制器失效后功能保持正常，因此對驅(qū)動電路芯片的要求較高。另一種硬件結構是PWM驅(qū)動電路與旁路驅(qū)動電路在硬件上相對獨立，分別由不同的驅(qū)動電路實現(xiàn)。這種結構可以針對兩個路徑的電路分別設計和優(yōu)化，但兩個驅(qū)動電路的輸出存在相互影響的風險，同時器件利用率較低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種直流電機單向驅(qū)動器，能在保證控制功能及電路可靠性的前提下，簡化電路設計，提高PWM驅(qū)動芯片的利用率。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的直流電機單向驅(qū)動器，其包括微控制器芯片、PWM驅(qū)動芯片、微控制器監(jiān)控電路、功率開關電路、旁路驅(qū)動電路；

所述旁路驅(qū)動電路，包括旁路開關控制電路、旁路供電電路、旁路功率開關管；

所述旁路開關控制電路，用于控制所述旁路供電電路開啟和關閉；

所述旁路供電電路，用于為所述旁路功率開關管提供開啟電壓；

所述旁路功率開關管，輸出端接直流電機；

所述功率開關電路，輸出端接直流電機；

所述PWM驅(qū)動芯片，具有獨立電荷泵模塊；

所述獨立電荷泵模塊，電壓輸出端接所述旁路驅(qū)動電路的旁路供電電路；

所述微控制器芯片，控制所述PWM驅(qū)動芯片輸出PWM驅(qū)動信號到所述功率開關電路，控制所述功率開關電路輸出特定占空比的PWM驅(qū)動電壓；

所述微控制器芯片，輸出自身狀態(tài)信號到所述微控制器監(jiān)控電路；

所述微控制器監(jiān)控電路，當所述微控制器芯片輸出自身狀態(tài)信號為有效狀態(tài)時，輸出使能有效信號到所述PWM驅(qū)動芯片及所述旁路驅(qū)動電路的旁路開關控制電路；當所述微控制器芯片輸出自身狀態(tài)信號為無效狀態(tài)時，輸出使能無效信號到所述PWM驅(qū)動芯片及所述旁路驅(qū)動電路的旁路開關控制電路；

所述PWM驅(qū)動芯片，當所述微控制器監(jiān)控電路輸出使能有效信號時，允許輸出PWM驅(qū)動信號；當所述微控制器監(jiān)控電路輸出使能無效信號時，禁止輸出PWM驅(qū)動信號，并允許其獨立電荷泵模塊工作，輸出電壓到所述旁路驅(qū)動電路的旁路供電電路；

所述旁路驅(qū)動電路的旁路開關控制電路，當所述微控制器監(jiān)控電路輸出使能無效信號時，控制旁路供電電路開啟，為所述旁路功率開關管提供開啟電壓；當所述微控制器監(jiān)控電路輸出使能有效信號時，控制旁路供電電路關閉，禁止為所述旁路功率開關管提供開啟電壓。

較佳的，所述旁路功率開關管，采用具有過流及過溫保護功能的MOSFET管。

較佳的，所述功率開關電路，為半橋功率開關電路。

較佳的，所述微控制器芯片，通過內(nèi)部總線控制所述PWM驅(qū)動芯片輸出驅(qū)動信號。

較佳的，所述PWM驅(qū)動芯片，采用多模高頻PWM控制器UCC39421/2。

較佳的，所述旁路驅(qū)動電路，包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第四三極管、第五三極管、第六三極管、第三功率管、二極管；

所述微控制器監(jiān)控電路輸出的使能信號，經(jīng)第一電阻接第四三極管的基極；

所述第四三極管，發(fā)射極接地，集電極經(jīng)第二電阻接第五三極管的基極；

所述第五三極管，發(fā)射極接所述PWM驅(qū)動芯片的獨立電荷泵模塊的電壓輸出端，集電極經(jīng)第四電阻接所述第六三極管的基極；

所述第三功率管，為N型MOSFET管，柵極接所述第五三極管的發(fā)射極，漏極接驅(qū)動電源，源極接所述第五三極管的集電極及直流電機；

所述二極管，正端接所述第六三極管的基極，負端接所述第六三極管的集電極；

所述第三電阻，接在所述第五三極管的集電極同地之間；

所述第五電阻，接在所述第五三極管的發(fā)射極同基極之間。

本發(fā)明的直流電機單向驅(qū)動器，電機的PWM驅(qū)動和旁路驅(qū)動兩個驅(qū)動路徑的硬件電路相對獨立，由微控制監(jiān)控電路根據(jù)微控制器芯片S1的工作狀態(tài)，對兩個路徑進行切換。由于共用了PWM驅(qū)動芯片的電荷泵模塊的輸出電壓，旁路驅(qū)動電路可以使用成本低廉的N型MOSFET作為功率開關管。本發(fā)明的直流電機單向驅(qū)動器，可以保證在微控制器芯片S1正常工作時，PWM驅(qū)動芯片S2驅(qū)動功率開關電路工作，使旁路驅(qū)動電路旁路的旁路功率開關管可靠關閉；而在在微控制器芯片S1失效時，通過旁路驅(qū)動電路保持基本的驅(qū)動功能(電機的開關控制)不受到影響，在保證控制功能及電路可靠性的前提下，簡化了電路設計，提高了PWM驅(qū)動芯片S2的利用率。。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面對本發(fā)明所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的直流電機單向驅(qū)動器一實施例示意圖；

圖2是本發(fā)明的直流電機單向驅(qū)動器另一實施例示意圖電路圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例一

直流電機單向驅(qū)動器，如圖1所示，包括微控制器芯片S1、PWM驅(qū)動芯片S2、微控制器監(jiān)控電路S3、功率開關電路、旁路驅(qū)動電路；

所述旁路驅(qū)動電路，包括旁路開關控制電路、旁路供電電路、旁路功率開關管；

所述旁路開關控制電路，用于控制旁路供電電路開啟和關閉；

所述旁路供電電路，用于為所述旁路功率開關管提供開啟電壓；

所述旁路功率開關管，輸出端接直流電機；

所述功率開關電路，輸出端接直流電機；

所述PWM驅(qū)動芯片S2，具有獨立電荷泵模塊；

所述獨立電荷泵模塊，電壓輸出端VPUMP接所述旁路驅(qū)動電路的旁路供電電路；

微控制器芯片S1，控制所述PWM驅(qū)動芯片S2輸出PWM驅(qū)動信號到所述功率開關電路，PWM驅(qū)動信號控制所述功率開關電路輸出特定占空比的PWM驅(qū)動電壓，從而控制直流電機實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；

所述微控制器芯片S1，輸出自身狀態(tài)信號到所述微控制器監(jiān)控電路S3；

所述微控制器監(jiān)控電路S3，當所述微控制器S1輸出自身狀態(tài)信號為有效狀態(tài)時，輸出使能有效信號到所述PWM驅(qū)動芯片S2及所述旁路驅(qū)動電路的旁路開關控制電路；當所述微控制器芯片S1輸出自身狀態(tài)信號為無效狀態(tài)時，輸出使能無效信號到所述PWM驅(qū)動芯片S2及所述旁路驅(qū)動電路的旁路開關控制電路；

所述PWM驅(qū)動芯片S2，當所述微控制器監(jiān)控電路S3輸出使能有效信號時，允許輸出PWM驅(qū)動信號；當所述微控制器監(jiān)控電路S3輸出使能無效信號時，禁止輸出PWM驅(qū)動信號，并允許其獨立電荷泵模塊工作，輸出電壓到所述旁路驅(qū)動電路的旁路供電電路；

所述旁路驅(qū)動電路的旁路開關控制電路，當所述微控制器監(jiān)控電路S3輸出使能無效信號時，控制旁路供電電路開啟，為所述旁路功率開關管提供開啟電壓；當所述微控制器監(jiān)控電路S3輸出使能有效信號時，控制旁路供電電路關閉，禁止為所述旁路功率開關管提供開啟電壓。

實施例一的直流電機單向驅(qū)動器，微控制器芯片S1正常工作時，微控制器監(jiān)控電路S3監(jiān)測到微控制器S1的自身狀態(tài)信號為有效狀態(tài)，使能PWM驅(qū)動芯片S2，同時關閉旁路驅(qū)動電路。微控制器芯片S1工作異?；驌p壞時，微控制器監(jiān)控電路S3監(jiān)測到微控制器S1的自身狀態(tài)信號為無效狀態(tài)，則禁止PWM驅(qū)動芯片S2輸出PWM驅(qū)動信號，同時開啟旁路驅(qū)動電路，此時功率開關電路處于關閉狀態(tài)，而旁路驅(qū)動電路直接驅(qū)動直流電機。

實施例一的直流電機單向驅(qū)動器，電機的PWM驅(qū)動和旁路驅(qū)動兩個驅(qū)動路徑的硬件電路相對獨立，由微控制監(jiān)控電路根據(jù)微控制器芯片S1的工作狀態(tài)，對兩個路徑進行切換。由于共用了PWM驅(qū)動芯片的電荷泵模塊的輸出電壓，旁路驅(qū)動電路可以使用成本低廉的N型MOSFET作為功率開關管。實施例一的直流電機單向驅(qū)動器，可以保證在微控制器芯片S1正常工作時，PWM驅(qū)動芯片S2驅(qū)動功率開關電路工作，使旁路驅(qū)動電路旁路的旁路功率開關管可靠關閉；而在在微控制器芯片S1失效時，通過旁路驅(qū)動電路保持基本的驅(qū)動功能(電機的開關控制)不受到影響，在保證控制功能及電路可靠性的前提下，簡化了電路設計，提高了PWM驅(qū)動芯片S2的利用率。

實施例二

基于實施例一的直流電機單向驅(qū)動器，所述旁路功率開關管，采用具有過流及過溫保護功能的MOSFET(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)。

較佳的，所述功率開關電路，為半橋功率開關電路。

較佳的，所述微控制器芯片S1，通過內(nèi)部總線控制所述PWM驅(qū)動芯片S2輸出驅(qū)動信號。

較佳的，所述PWM驅(qū)動芯片S2，采用多模高頻PWM控制器UCC39421/2。

實施例二的直流電機單向驅(qū)動器，旁路驅(qū)動電路的旁路功率開關管采用具有過流和過溫保護功能的MOSFET，即使在旁路驅(qū)動模式下，仍具備輸出的抗短路和過流功能。

實施例三

基于實施例一的直流電機單向驅(qū)動器，如圖2所示，所述旁路驅(qū)動電路，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第四三極管T4、第五三極管T5、第六三極管T6、第三功率管T3、二極管D1；

所述微控制器監(jiān)控電路S3輸出的使能信號，經(jīng)第一電阻R1接第四三極管T4的基極；

所述第四三極管T4，發(fā)射極接地，集電極經(jīng)第二電阻R2接第五三極管T5的基極；

所述第五三極管T5，發(fā)射極接所述PWM驅(qū)動芯片S2的獨立電荷泵模塊的電壓輸出端VPUMP；集電極經(jīng)第四電阻R4接所述第六三極管T6的基極；

所述第三功率管T3，為N型MOSFET管，柵極接所述第五三極管T5的發(fā)射極，漏極接驅(qū)動電源，源極接所述第五三極管T5的集電極及直流電機；

所述二極管D1，正端接所述第六三極管T6的基極，負端接所述第六三極管T6的集電極；

所述第三電阻R3，接在所述第五三極管T5的集電極同地之間；

所述第五電阻R5，接在所述第五三極管T5的發(fā)射極同基極之間。

所述功率開關電路，包括第一功率管T1、第二功率管T2、第六電阻R6、第七電阻R7。

實施例三的直流電機單向驅(qū)動器，微控制器芯片S1正常工作時，微控制器監(jiān)控電路S3監(jiān)測到微控制器S1的自身狀態(tài)信號為有效狀態(tài)，使能PWM驅(qū)動芯片S2，同時關閉第四三極管T4，使得第五三極管T5進入截止狀態(tài)，第三電阻R3與第四電阻R4串聯(lián)后為第六三極管T6的基極提供下拉，從而保證第六三極管T6的集射電壓Vec小于第三功率管T3的開啟電壓，第三功率管T3可靠關閉。微控制器芯片S1正常工作時，通過內(nèi)部 總線控制PWM驅(qū)動芯片S2輸出驅(qū)動信號，控制半橋功率開關電路中的第一功率管T1和第二功率管T2按照需要輸出特定占空比的PWM驅(qū)動電壓，從而控制電機實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。微控制器芯片S1工作異?；驌p壞時，微控制器監(jiān)控電路S3監(jiān)測到微控制器S1的自身狀態(tài)信號為無效狀態(tài)，則禁止PWM驅(qū)動芯片S2輸出PWM驅(qū)動信號，同時開啟旁路驅(qū)動電路，此時半橋功率開關電路中的第一功率管T1和第二功率管T2同時處于關閉狀態(tài)，微控制器監(jiān)控電路S3輸出使能無效信號，控制第四三極管T4導通，則第五三極管T5開啟，所述PWM驅(qū)動芯片S2的獨立電荷泵模塊的電壓輸出端VPUMP通過第五三極管T5、第四電阻R4(限流)、二極管D1(防反)為第三功率管T3提供高電平驅(qū)動電壓，使得第三功率管T3開通，電機在100％電源電壓下驅(qū)動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。