[发明专利]一种新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电荷泵，特别地，涉及一种新型的直流/步进电机驱动器芯片中的电荷泵电路。

背景技术

电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC变换器，它能使输入电压升高或降低，也可以用来产生负压。通过利用电荷泵能够产生高于输入电压的电压，因此它非常适用于H桥功率驱动电路，可作为H桥高端功率管的驱动电压。虽然其增加了系统的复杂性，但能够提供多路功率输出，并提高系统整体效率，故在电机电子产品中得到广泛应用。

电荷泵电路内部的开关晶体管以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，因此电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和电磁干扰(Electro MagneticInterference，EMI)。

在电荷泵电路中，内部开关晶体管的状态切换对应的电路状态是由内部OSC(Oscillator振荡器)的振荡频率决定的。电荷泵几个主要指标中，输出电压纹波主要与电荷泵工作频率、输出电流大小以及泵电容大小有关，最大输出电流与泵电容和工作频率有关，效率与电压因数和工作频率相关。

现有的电荷泵电路若用于电机驱动器中，存在以下两个缺点：

1.固定的电路拓扑结构决定电压因数，即输出电压与输入电压的比值。在电机驱动器工作时，需要的是一个高于电源电压的电压值，而此电压值与电源电压的差值需要保持恒定，同时电机驱动器的工作电压也是随应用系统变化而不同的。因此所需的电压因数是变化的，而现有的固定拓扑结构的电荷泵很难满足这个要求。

2.电荷泵相比较其他的DC—DC变换器具有较高的能量利用效率，一般可达80％以上，但若电压因数很小时，输出电压与输入电压的差值比较小的情况会导致现有的电荷泵效率大大降低，大部分能量会被电荷泵的开关管以及偏置电路消耗，同时也产生不必要的热能影响芯片正常工作。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于电机驱动器的电荷泵，来实现电机驱动器中H桥高端功率管的驱动，同时满足低纹波和低功耗的要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路，其采用特殊的反馈机制对输出电压进行调节，保证输出电压与输入电压的差值恒定，从而保证H桥高端功率管的栅源电压Vgs固定，使得高端功率管导通电阻恒定，从而提高电机驱动器的驱动性能；同时布现有的基础上，提高电荷泵的工作效率，达到节省功耗的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路，其包括至少一对PMOS开关管、至少一对NMOS开关管、反馈控制单元、OSC振荡器、与所述MOS开关管数量相同的驱动器单元；其中，所述PMOS开关管与所述NMOS开关管构成一组H桥拓扑结构，所述PMOS开关管和NMOS开关管分别与各自对应的驱动器单元连接，且至少一个PMOS开关管与所述反馈控制单元连接，所述反馈控制单元与所述OSC振荡器连接。

如上述的新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路，其中，包括两个PMOS管，分别为第一PMOS管和第二PMOS管；两个NMOS管，分别为第一NMOS管和第二NMOS管。

进一步地，如上述的新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路，其中，所述反馈控制单元与所述第二PMOS管相连。

再进一步地，如上述的新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路，其中，所述驱动器单元分别接收来自所述OSC振荡器单元的两相非交叠时钟信号，并对应输出不同的栅极驱动信号。

再进一步地，如上述的新型的电机驱动器芯片中的电荷泵电路，其中，所述驱动器单元的输出电压随所述OSC振荡器输出的两相非交叠时钟信号的电压的升高而降低；随所述OSC振荡器输出的两相非交叠时钟信号的电压的降低而升高。