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专利名称：一种微型电机堵转点电流检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种微型电机堵转点电流检测电路。
背景技术：
仪器仪表用微型电机驱动中，一般通过检测流经微型电机电流大小来判断电机是否堵转。微型电机堵转电流检测电路原理图如图IA所示，输入电源V。。输入受控开关Sl — 端，受控开关Sl另一端连接微型电机，微型电机与测量电阻&串联，即通过测量电阻电压Vs 表征流过微型电机的电流Is，比较器Al —输入端抽取测量电阻电压Vs，另一输入端接基准电压Vth，比较器输出端控制开关SW的开通和关断。通过设定Vth，正常状态下，当Vs < Vth 时，受控开关Sl接通，输入电源动微型电机正常工作；当微型电机产生堵转时，产生堵转电流Is—th，此时Vs > = Vth,控制受控开关Sl关断，电机停止工作，从而保护微型电机不被烧坏。以上方法的缺点是，在仪器仪表中，通常采用电池作为供电电源，输入电源Vcc会随着使用寿命的耗尽不断变�。琕th固定设置的情况下，比较器不能准确判断出堵转电流，造成堵转点电流检测的误判断，以下将结合图IB详细说明。如图IB所示，微型电机工作时的内阻为Rm，开关导通时内阻为Rw，微型电机正常工作时产生的反向电动势为Ve，微型电机正常工作时，流经微型电机的电流Is为Is= (Vcc-Ve)/(Rw+Rm+Rs)；堵转电流检测判断点为Is_th = Vth/Rs ；微型电机产生堵转后，Ve = 0，微型电机的堵转工作电流Is_short为Is_short = Vcc/(Rw+Rm+Rs)；堵转动作点电流Is_th与堵转电流Is_short的比值为Is_th/Is_short = ((Rw+Rm+Rs)/Rs)*(Vth/Vcc)；Is_th/Is_short比值与Vcc成反比，在电池供电系统中，电池使用初期，Vcc电压高，Is_th和Is_short相差�。�随着输入电压Vcc的减�。琕cc电压减小，Is_th和Is_short 相差小大，例如，Vcc从6V-3V变化，Is_th不变，而Is_short将减小两倍。如果最高电压和最低电压差比较大，高电压下的正常工作电流和低电压下的堵转点电流比较接近，容易引起微型电机误动作。如某微型电机的内阻Rm = 0.25 Ω，受控开关内阻Rw = 0. 35 Ω，输入电源电压为Vcc = 2. 8V 1. 2V，在2. 8V时额定工作电流为3�。�在1. 2V是额定工作电流为 1. 3�。�而在 1. 2V 是堵转电流 Is_short = Vcc/ (Rs+Rw) = 1. 2V/0. 6 Ω = 2k,因此有在 1. 2V 时短路电流小于2. 8V时的额定电流。如果将堵转电流按最低1. 2V条件下设置，那在2. 8V 下还未发生堵转就动作；反之，按最高电压条件下设置，则在1.2V条件下发生堵转也无法判断.

发明内容
本发明实施例提供了一种微型电机堵转点电流检测电路，用于准确检测在不同输入电源电压下微型电机的堵转点电流。依据本发明实施例提供给的一种微型电机堵转点电流检测电路，包括微型电机， 进一步包括输入电源，所述输入电源的电压取值是变化的，用于为所述微型电机提供工作电压；微型电机电流采样电路，用于采样所述微型电机的电流，生成采样电压；开关，所述开关一端连接所述输入电源，另一端连接所述微型电机，用于控制所述微型电机的工作状态；比较器电路，一输入端接收所述采样电压，另一输入端接收基准电压，所述基准电压与所述输入电源成正比例关系，所述比较器的比较输出端输出开关信号，用于控制所述驱动开关的导通与关断。优选地，进一步包括，基准电压发生电路，所述基准电压发生电路用于接收所述输入电源，根据所述输入电源的变化产生所述基准电压。优选地，所述电流采样电路包括采样电阻，所述采样电阻与所述微型电机串联，所述采样电阻两端电压生成采样电压；所述基准电压发生电路包括分压电路，所述分压电路进一步包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联，所述第一电阻另一端与所述输入电源连接，所述第二电阻另一端接地，抽取所述第二电阻两端电压为分压电压。优选地，所述基准电压发生电路进一步包括电压电流转换电路和偏置电阻，所述电压电流转换电路用于将所述分压电压转换成基准电流；所述偏置电阻用于采样所述基准电流，生成所述基准电压。优选地，所述电压电流转换电路进一步包括运算放大器、第一场效应管、第二场效应管、第十二场效应管、堵转电流设置电阻和第七场效应管，所述运算放大器一输入端接收所述分压电压，另一输入端连接第一基准电压，输出端连接所述第十二场效应管的栅极，所述第十二场效应管的源极与所述堵转电流设置电阻串联，所述堵转电流设置电阻两端电压为第一基准电压，所述堵转电流设置电阻另一端接地，所述第十二场效应管的漏极与所述第一场效应管漏极连接，所述第一场效应管栅极和漏极相连，所述第一场效应管栅极和所述第二场效应管栅极相连，所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极相连，所述第二场效应管的漏极与所述第七场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的栅极和漏极连接，所述第七场效应管的源极接地。优选地，所述比较电路进一步包括第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、 第六场效应管、第八场场效应管、第九场效应管和反相器，所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极连接，所述第三场效应管的栅极和所述第三场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管的栅极连接，所述第五场效应管的栅极和所述第五场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的漏极和所述第五场效应管的源极连接，所述第四场效应管的漏极和所述第六场效应管的漏
5极连接，所述第八场效应管的栅极和所述第九场效应管的栅极相连，所述第八场效应管源极和所述第九场效应管的源极接地，所述第五场效应管的漏极和所述第八场效应管的漏极相连，所述第六场效应管的漏极和所述第九场效应管的漏极相连，所述第三场效应管的源极作为所述比较器电路的一输入端接收所述基准电压，所述第四场效应管的源极作为所述比较器的另一输入端接收所述采样电压，所述第六场效应管的漏极输出信号输入所述反相器，所述反相器的输出信号控制所述开关的导通与关断。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点(1)通过设定基准电压随输入电源变化，能准确检测出不同输入电源电压下的堵转电流点，提高微型电机工作的可靠性，避免烧坏微型电机。(2)通过采用电压电流转换电路，减小基准电压的取值，可降低系统功耗。


图IA是现有技术微型电机堵转点电流检测电路原理图；图IB是现有技术微型电机堵转点电流检测电路工作等效电路图；图2是本发明实施例一微型电机堵转点电流检测电路的原理框图；图3是本发明实施例二微型电机堵转点电流检测电路的原理框图；图4是本发明实施例二微型电机堵转点电流检测电路的应用例一的电路图；图5是本发明实施例二微型电机堵转点电流检测电路的应用例二的电路图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种微型电机堵转点电流检测电路，用于在微型电机工作电源取值变化时正确检测堵转点电流，避免微型电机因堵转过流，烧坏微型电机。参考图2，所示为本发明实施例一的微型电机堵转点电流检测电路的原理框图，包括输入电源31，输入电源的电压取值是变化的，用于为微型电机30提供工作电压 Vcc;微型电机电流采样电路34，用于采样微型电机30的电流，生成采样电压Vs ；开关32，开关32 —端连接输入电源31，另一端连接微型电机30，用于控制微型电机30的工作状态；比较器电路33，一输入端接收采样电压\，另一输入端接收基准电压Vth，基准电压Vth与输入电源电压Vcc成正比例关系，比较器电路33的比较输出端输出开关信号SW， 用于控制驱动开关32的导通与关断。正常工作状态下，表征流过微型电机30的电流信号的采样电压VS小于Vth，比较器电路输出信号SW控制开关导通，微型电机正常工作；当检测到表征流过微型电机30的电流信号的采样电压VS大于或等于Vth时，表示微型电机30已经堵转过流，比较器电路输出信号SW控制开关关断，微型电机30停止工作，从而保护微型电机不被过大的堵转电流烧坏。进一步的，为了保证基准电压Vth与输入电源电压Vrc成正比例关系，基准电压Vth 随着输入电源V。。的变化而变化，参考图3，本发明实施例二微型电机堵转点电流检测电路还包括基准电压发生电路35，基准电压发生电路35用于接收输入电源电压\c，根据输入电源电压的变化产生所述基准电压Vth。基准电压发生电路35具体实现可采用如图4所示的由第一电阻Rl和第二电阻& 串联组成的分压电路，第一电阻R1另一端与输入电源连接，所述第二电阻&另一端接地，抽取所述第二电阻民两端电压为分压电压，分压电压作为基准电压Vth输入比较器Cl。比较器的比较参考电压Vth不再是固定不变的，而是随电压Vrc变化的，Vth = b*VCC，其中b = R2/ (R^R2)；Is th = Vth/Rs = b*Vcc/Rs ；Is th/Is sh。rt = (Rw+Rffl+Rs)*b/Rs ；从上式可以看出，电路正常工作时，开关Sl导通内阻Rw为固定值，电机正常工作内阻Rm也为固定值，Rs与b也都是固定值，因此Is—th/Is—shOTt也是个固定常数，不随电压V。。 变化而变化，从而能准确判断堵转电流。图4直接采用分压电压作为基准电压Vth，Vth的取值较大，会使微型电机电流采样电路34和基准电压生成电路35的功耗较大。为了进一步减小基准电压生成电路35和电流采样电路34的功耗，降低电路整体功耗，提高电源使用寿命，基准电压发生电路35进一步包括电压电流转换电路和偏置电阻，电压电流转换电路用于将所述分压电压转换成基准电流，偏置电阻用于采样所述基准电流，生成基准电压。参考图5，所示为实施例电路的原理图，基准电压发生电路35的电压电流转换电路进一步包括运算放大器Qtl、第一场效应管仏、第二场效应管( 、第十二场效应管Ci12、堵转电流设置电阻I^xt和第七场效应管仏，运算放大器％ —输入端接收分压电压Vdet，另一输入端连接第一基准电压Vthi，输出端连接第十二场效应管Q12的栅极，第十二场效应管Q12的源极与堵转电流设置电阻Rrart串联，堵转电流设置电阻Rrart另一端接地，堵转电流设置电阻 Rext两端电压为第一基准电压Vthi，第十二场效应管Q12的漏极与第一场效应管％漏极连接， 第一场效应管仏栅极和漏极相连，第一场效应管仏栅极和第二场效应管％栅极相连，第一场效应管A的源极和第二场效应管( 的源极相连，第二场效应管％的漏极与第七场效应管Q7的漏极相连，第七场效应管A的栅极和漏极连接，第七场效应管A的源极接地。比较电路33进一步包括第三场效应管Q3、第四场效应管&、第五场效应管Q5、第六场效应管％、第八场效应管( 、第九场效应管％和反相器(^，第三场效应管A和第四场效应管A为PMOS管，组成电流镜；第五场效应管A和第六场效应管％为PMOS管，组成电流镜；第八场场效应管％和第九场效应管％为尺寸相同的PMOS管，与第七场效应管A共同组成电流镜。第三场效应管A的栅极和第四场效应管Α的栅极连接，第三场效应管( 的栅极和第三场效应管( 的漏极连接，第五场效应管A的栅极和第六场效应管％的栅极连接，第五场效应管A的栅极和第五场效应管Q5的漏极连接，第三场效应管的漏极( 和第五场效应管A的源极连接，第四场效应管A的漏极和第六场效应管％的漏极连接，第八场效应管％ 的栅极和第九场效应管的栅极相连，第八场效应管％源极和第九场效应管％的源极接地， 第五场效应管Q5的漏极和第八场效应管％的漏极相连，第六场效应管延的漏极和第九场效应管％的漏极相连，第三场效应管( 的源极作为比较器电路33的一输入端接收基准电压Vth，第四场效应管A的源极作为比较器电路33的另一输入端接收采样电压Vs，第六场效应管％的漏极输出信号输入反相器(^，反相器Q11的输出信号SW控制开关的导通与关断。分析图5所示电路工作过程如下对于运算放大器Q。，Vthi = Vdet = Vcc^R1/ (R1+R2)，令 a = R1/ (R1+R2)，有 Vthi = a*Vcc ；由Qtl，Q12, Q1, Rext 组成的电流电压转换电路中，电流 Iref = VTH1/Rext = a*Vcc/Rext ；Q1, Q2为尺寸相同的PMOS管，组成电流镜，有仏，Q2的电流相等，Q2, Q7的电流也是 Iref ；Q8, Q9与Q7是尺寸相等的NMOS管，因此流经Q8, Q9的电流也为Iref。Q3, Q4, Q5, Q6, Q8, Q9组成比较器，其中Vth, Vs为比较器的输入端电压，Vgl为比较器输出端输出信号，Q11为施密特输入反相器，对Vgl进行波形整形，Ra为偏置电阻，对电压电流转换后的电流Iref进行采样，生成基准电压Vth，Rs为输出测量电阻，Ra的电流为Iref，Rs的电流为IMf+Is，工作状态下，Is >> I_ref，因此取Rs的电流为Is。对于比较器电路，在Vth = Vs时，SW为维持状态；Vth > Vs时，Vgl为高，SW为低，驱动开关管Qltl开启，输出高电位驱动电机运动微型电机正常工作；Vth < Vs时，Vgl为低SW为高，驱动开关管Qltl关断，微型电机停止工作；在工作时，Vth = Vcc-Iref*Ra ；Vs = Vcc-Is^Rs ；因此，只要设置堵转时电流满足Vth = VS就可以测量到堵转电流点。Vth = VS 即有 Is*Rs = Iref*Ra ；Is = (Ra/Rs)*I_ref，Iref = a*VCC/R_ext ；Is = a*Vcc/R_ext*(Ra/Rs) = (Rl/(R1+R2))*(Ra/Rs)/Rext*VCC ；令k = (Rl/(R1+R2))*(Ra/Rs)/Rext，因为 Rl, R2, Ra, Rs, Rext 都为固定值，所以 k为一常数；Is = k*VCC，上式中看出，堵转点设置电流和VCC成正比，使得堵转设置电流和实际堵转电流成线性关系，而实现精确目标控制。在这样的电路设置下，Iref的电流可设置成小于1mA，Rs < 50πιΩ，通常Is < 1Α， 实际在Rs上的功耗小于50mW，如采用图IA架构外部分立器件所设计的电路，通常Rs = 0. 5Ω，功耗降为500mW，采用图5的实施方法可降低功耗10倍以上，对于电池供电系统来说，节省了电池消耗，延长电池使用时间。通过上述实施例能准确测量出不同输入电压下的堵转电流，针对电池供电或供电电压变化的微型电机控制系统，能依据电流大小来准确地判断堵转点，保证堵转点检测不受输入电压变化的影响，提高电路可靠性。以上对本发明所提供的一种微型电机堵转点电流检测电路进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
8
权利要求
1.一种微型电机堵转点电流检测电路，包括微型电机，其特征在于，进一步包括输入电源，所述输入电源的电压取值是变化的，用于为所述微型电机提供工作电压；微型电机电流采样电路，用于采样所述微型电机的电流，生成采样电压；开关，所述开关一端连接所述输入电源，另一端连接所述微型电机，用于控制所述微型电机的工作状态；比较器电路，一输入端接收所述采样电压，另一输入端接收基准电压，所述基准电压与所述输入电源成正比例关系，所述比较器的比较输出端输出开关信号，用于控制所述驱动开关的导通与关断。
2.根据权利要求1所述的微型电机堵转点电流检测电路，其特征在于，进一步包括，基准电压发生电路，所述基准电压发生电路用于接收所述输入电源，根据所述输入电源的变化产生所述基准电压。
3.根据权利要求2所述的微型电机堵转过电流保护点检测电路，其特征在于，所述电流采样电路包括采样电阻，所述采样电阻与所述微型电机串联，所述采样电阻两端电压生成采样电压；所述基准电压发生电路包括分压电路，所述分压电路进一步包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联，所述第一电阻另一端与所述输入电源连接，所述第二电阻另一端接地，抽取所述第二电阻两端电压为分压电压。
4.根据权利要求3所述的微型电机堵转点电流检测电路，其特征在于，所述基准电压发生电路进一步包括电压电流转换电路和偏置电阻，所述电压电流转换电路用于将所述分压电压转换成基准电流；所述偏置电阻用于采样所述基准电流，生成所述基准电压。
5.根据权利要求4所述的微型电机堵转点电流检测电路，其特征在于，所述电压电流转换电路进一步包括运算放大器、第一场效应管、第二场效应管、第十二场效应管、堵转电流设置电阻和第七场效应管，所述运算放大器一输入端接收所述分压电压，另一输入端连接第一基准电压，输出端连接所述第十二场效应管的栅极，所述第十二场效应管的源极与所述堵转电流设置电阻串联，所述堵转电流设置电阻两端电压为第一基准电压，所述堵转电流设置电阻另一端接地， 所述第十二场效应管的漏极与所述第一场效应管漏极连接，所述第一场效应管栅极和漏极相连，所述第一场效应管栅极和所述第二场效应管栅极相连，所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极相连，所述第二场效应管的漏极与所述第七场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的栅极和漏极连接，所述第七场效应管的源极接地。
6.根据权利要求1或5所述的微型电机堵转点电流检测电路，其特征在于，所述比较电路进一步包括第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第八场场效应管、第九场效应管和反相器，所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极连接，所述第三场效应管的栅极和所述第三场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管的栅极连接，所述第五场效应管的栅极和所述第五场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的漏极和所述第五场效应管的源极连接，所述第四场效应管的漏极和所述第六场效应管的漏极连接，所述第八场效应管的栅极和所述第九场效应管的栅极相连，所述第八场效应管源极和所述第九场效应管的源极接地，所述第五场效应管的漏极和所述第八场效应管的漏极相连，所述第六场效应管的漏极和所述第九场效应管的漏极相连，所述第三场效应管的源极作为所述比较器电路的一输入端接收所述基准电压，所述第四场效应管的源极作为所述比较器的另一输入端接收所述采样电压，所述第六场效应管的漏极输出信号输入所述反相器，所述反相器的输出信号控制所述开关的导通与关断。
全文摘要
本发明实施例公开了一种微型电机堵转点电流检测电路，用于准确检测微型电机的堵转点电流。本发明实施例的微型电机堵转点电流检测电路包括包括微型电机；输入电源，输入电源的电压取值是变化的，用于为微型电机提供工作电压；微型电机电流采样电路，用于采样微型电机的电流，生成采样电压；开关，开关一端连接输入电源，另一端连接微型电机，用于控制微型电机的工作状态；比较器电路，一输入端接收采样电压，另一输入端接收基准电压，基准电压与输入电源成正比例关系，比较器的比较输出端输出开关信号，用于控制驱动开关的导通与关断。
文档编号G01R31/34GK102323551SQ201110271688
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者范立新 申请人:开源集成电路(苏州)有限公司