Pwm驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流電機(jī)，特別涉及一種PWM驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制在直流電機(jī)驅(qū)動中被廣泛使用，這種驅(qū)動方式具有連續(xù)調(diào)節(jié)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。在某些應(yīng)用中，需要實(shí)現(xiàn)供電電壓變化下，PWM驅(qū)動輸出的電壓平均值保持基本恒定的功能。例如，在汽車燃油控制中，某些工況下，允許供電電壓在一定范圍波動，但需要電機(jī)端平均的電壓恒定，從而保證供油穩(wěn)定。
[0003]對于PWM控制的直流電機(jī)，當(dāng)供電電壓發(fā)生變化而負(fù)載保持不變時(shí)，如果可以根據(jù)輸入的變化調(diào)節(jié)PWM占空比，保持輸出電壓的平均值基本恒定，那么就可以獲得穩(wěn)定的電機(jī)電流，從而保證穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩輸出能力。目前，實(shí)現(xiàn)以上功能的PWM驅(qū)動電路通常使用微控制器或?qū)Ｓ玫挠布尚酒?br>[0004]針對微控制器實(shí)現(xiàn)的固定平均電壓的PWM方案，可以使用復(fù)雜的算法，所以控制上可以做的非常靈活，但存在以下問題:首先，需要微控制器芯片，并對控制芯片硬件資源有一定的要求，例如需要具備A/D及定時(shí)器模塊，因此，電路硬件成本較高；其次，需要軟件開發(fā)，存在相應(yīng)投入；此外，由于存在軟件失效的風(fēng)險(xiǎn)，對于可靠性要求較高的情況，還需額外設(shè)計(jì)電路確保軟件失效后的輸出狀態(tài)的可靠。
[0005]對于專用的硬件集成芯片方案，通常是由硬件將輸出電壓作為反饋與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，構(gòu)成輸出電壓的閉環(huán)控制，例如常見的DC-DC開關(guān)電源電路。然而，考慮到閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要對電路每個(gè)部分建立傳遞函數(shù)，分析并確認(rèn)環(huán)路的穩(wěn)定性，所以整個(gè)電路設(shè)計(jì)起來比較復(fù)雜。此外，為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，電路中需要使用較大容值的輸出電容，電路的成本也相應(yīng)升高。
[0006]汽車應(yīng)用中，對于單向驅(qū)動的燃油油栗電機(jī)，可以使用微控制器，通過PWM (PulseWidth Modulat1n，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(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。智能化的微控制器芯片的應(yīng)用，使得油栗電機(jī)的控制更將靈活。然而，由于微控制器在應(yīng)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栗驅(qū)動器，就需要引入獨(dú)立于微控制器外的監(jiān)控電路，當(dāng)監(jiān)測到微控制器功能異常，將主動將輸出切換到一個(gè)系統(tǒng)上認(rèn)為安全的狀態(tài)，與之對應(yīng)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(jié)構(gòu)。一種是硬件上共用一個(gè)驅(qū)動電路，但這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是PWM驅(qū)動電路與旁路驅(qū)動電路在硬件上相對獨(dú)立，分別由不同的驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)可以針對兩個(gè)路徑的電路分別設(shè)計(jì)和優(yōu)化，但兩個(gè)驅(qū)動電路的輸出存在相互影響的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)器件利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種PWM驅(qū)動器，當(dāng)負(fù)載供電電壓一定區(qū)間內(nèi)變化時(shí)，僅使用硬件電路便可在負(fù)載側(cè)得到平均值固定的PWM驅(qū)動電壓。
[0008]為解決上述區(qū)別技術(shù)特征，本發(fā)明提供的PWM驅(qū)動器，其包含基準(zhǔn)電壓源電路、占空比自適應(yīng)的PWM發(fā)生電路、功率開關(guān)驅(qū)動模塊及功率開關(guān)電路；
[0009]所述基準(zhǔn)電壓源電路，輸入端接負(fù)載供電電壓Vs，輸出第一分壓電壓Vx、第二分壓電壓 Vy ;Vx = KIVs, Vy = K2Vs，K1Vs-K2Vs>2Vzd, Kl、K2 為分壓系數(shù)，VZD為穩(wěn)壓電壓值；
[0010]所述占空比自適應(yīng)的PWM發(fā)生電路，包括參考輸入模塊、PWM信號發(fā)生模塊和電壓調(diào)整模塊；
[0011]所述參考輸入模塊，輸出控制參考電壓Vref到PWM信號發(fā)生模塊，Vref = Vx_VZD或者 Vref = Vy+VZD；
[0012]所述PWM信號發(fā)生模塊，第一輸入端接控制參考電壓Vref，第二輸入端接所述電壓調(diào)整模塊輸出的反饋電壓，并根據(jù)控制參考電壓Vref及所述電壓調(diào)整模塊輸出的反饋電壓，輸出一定頻率的PWM信號到所述電壓調(diào)整模塊的輸入端；
[0013]當(dāng)Vref = Vx_VZD:Ton = P/ (Vx~V ZD-Vy)，Toff = P/VZD；
[0014]當(dāng)Vref = Vy+VZD:Ton = P/V z，Toff = P/ (Vx-VZD-Vy)；
[0015]Ton為所述PWM信號的高電平持續(xù)時(shí)間，Toff為所述PWM信號的低電平持續(xù)時(shí)間，P為電路傳遞系數(shù)；
[0016]所述電壓調(diào)整模塊，將PWM信號的高電平值調(diào)整到Vx，低電平值調(diào)整到Vy，輸出到所述功率開關(guān)驅(qū)動模塊，并作為反饋電壓接到所述PWM信號發(fā)生模塊的第二輸入端；
[0017]所述功率開關(guān)驅(qū)動模塊，驅(qū)動所述功率開關(guān)電路中的負(fù)載功率開關(guān)接通或斷開；
[0018]所述負(fù)載功率開關(guān)和負(fù)載串接在負(fù)載供電電壓Vs同地之間。
[0019]較佳的，所述PWM信號發(fā)生模塊，包括第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第一運(yùn)算放大器、第二比較器、第一電容；
[0020]所述第一運(yùn)算放大器，正輸入端作為PWM信號發(fā)生模塊的第一輸入端接控制參考電壓Vref，負(fù)輸入端作為PWM信號發(fā)生模塊的第二輸入端經(jīng)第二電阻接所述電壓調(diào)整模塊的輸出端；
[0021]所述第一電容，接在所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端及其輸出端之間；
[0022]所述第三電阻，接在所述第一運(yùn)算放大器的輸出端同第二比較器正輸入端之間；
[0023]所述第四電阻，接在比較電壓Vz同第二比較器負(fù)輸入端之間，Vx>Vz>Vy ;
[0024]所述第二比較器的正輸入端，并經(jīng)第五電阻接所述電壓調(diào)整模塊的輸出端；
[0025]所述電壓調(diào)整模塊，包括第六電阻、第七電阻、第一 NPN三極管、第二 NPN三極管；
[0026]所述第六電阻，接在負(fù)載供電電壓Vs同所述第二比較器的輸出端之間；
[0027]所述第七電阻，接在所述第二比較器的輸出端同第一 NPN三極管及第二 PNP三極管的基極之間；
[0028]所述第一 NPN三極管，集電極接第一分壓電壓Vx ；
[0029]所述第二 PNP三極管，集電極接第二分壓電壓Vy ；
[0030]所述第一 NPN三極管的發(fā)射極同第二 PNP三極管的發(fā)射極相接并作為所述電壓調(diào)整模塊的輸出端。
[0031]較佳的，所述第七電阻兩端并聯(lián)有第二二極管；
[0032]第二二極管的正端接所述第二比較器的輸出端。
[0033]較佳的，所述基準(zhǔn)電壓源電路，包括第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第四運(yùn)算放大器、第五運(yùn)算放大器；
[0034]第十電阻、第十一電阻、第十二電阻依次串接在負(fù)載供電電壓Vs同地之間；
[0035]所述第四運(yùn)算放大器，其正輸入端接在第十電阻同第十一電阻的串接點(diǎn)，其負(fù)輸入端同其輸出端短接；
[0036]所述第五運(yùn)算放大器，其正輸入端接在第十一電阻同第十二電阻的串接點(diǎn)，其負(fù)輸入端同其輸出端短接；
[0037]第十三電阻、第十四電阻串接在第四運(yùn)算放大器的輸出端同第五運(yùn)算放大器的輸出端之間；
[0038]第四運(yùn)算放大器的輸出端輸出第一分壓電壓Vx ;
[0039]第五運(yùn)算放大器的輸出端輸出第二分壓電壓Vy。
[0040]較佳的，所述基準(zhǔn)電壓源電路還包括第六運(yùn)算放大器；
[0041]所述第六運(yùn)算放大器，其正輸入端接在第十三電阻同第十四電阻的串接點(diǎn)，其負(fù)輸入端同其輸出端短接并作為比較電壓Vz的輸出端。
[0042]較佳的，所述參考輸入模塊，包括第一電阻、第一穩(wěn)壓二極管；
[0043]所述第一穩(wěn)壓二極管，其負(fù)端接第一分壓電壓Vx，其正端接所述PWM信號發(fā)生模塊的第一輸入端；
[0044]所述第一電阻，接在第一穩(wěn)壓二極管正端同地之間；
[0045]所述功率開關(guān)驅(qū)動模塊，包括第三比較器、第八電阻、第九電阻、第十電阻；
[0046]所述第八電阻，接在比較電壓Vz同第三比較器的正輸入端之間；
[0047]所述第三比較器的負(fù)輸入端，接所述電壓調(diào)整模塊的輸出端；
[0048]所述第九電阻，接在第一工作電壓VDD同第三比較器的輸出端之間；
[0049]所述第十電阻，接在第三比較器的輸出端同功率開關(guān)電路輸入端之間。
[0050]較佳的，所述參考輸入