Драйвер двигателя

 

Использование: при проектировании схем управления двигателями. Сущность изобретения: устройство состоит из двух полумостов на транзисторах. Контрольные выходы у обоих полумостов объединены и через выходной буфер соединены с контрольным входом драйвера двигателя. В устройстве осуществляется возможность постоянного контроля неисправности нагрузки, а именно ее обрыва, и выдача сигнала неисправности в случае аварии. 1 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в схемах управления двигателями.

Наиболее близким к изобретению является мостовой драйвер двигателя UDN-2998W [1] состоящий из двух полумостов, каждый из которых содержит первый транзистор n-p-n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательной шиной источника питания, а коллектор через первый резистор с коллектором второго и базой третьего транзисторов p-n-p-типа проводимости, коллектор последнего соединен с отрицательной шиной источника питания, а эмиттер с базами второго и четвертого транзисторов p-n-p-типа проводимости, эмиттеры которых соединены с положительной шиной источника питания, коллектором пятого транзистора n-p-n-типа проводимости и катодом первого диода, коллектор четвертого транзистора соединен с базой пятого транзистора, эмиттер которого соединен с выходом полумоста, анодом первого и катодом второго диодов и коллектором шестого транзистора n-p-n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательной шиной источника питания и анодом второго диода, а база с выходом первого инвертора, вход которого соединен с базой первого транзистора и входом полумоста, который у первого полумоста соединен с входом драйвера двигателя и через второй инвертор с входом второго полумоста, а выходы полумостов являются выходами драйвера двигателя. Недостатком данной схемы является отсутствие возможности контроля исправности нагрузки, что необходимо для повышения надежности работы системы в целом.

Цель изобретения осуществление возможности постоянного контроля исправности нагрузки, а именно ее обрыва, и выдача сигнала неисправности в случае аварии.

Драйвер двигателя отличается тем, что в каждый полумост введены седьмой транзистор p-n-p-типа проводимости, эмиттер которого соединен с положительной шиной источника питания, база с базой второго транзистора, а коллектор с выходом полумоста и с эмиттером восьмого транзистора p-n-p-типа проводимости, база которого через второй резистор соединена с базой второго транзистора и через третий резистор с базой третьего транзистора, а коллектор через четвертый резистор с контрольным выходом полумоста, которые у обоих полумостов объединены и через выходной буфер соединены с контрольным выходом драйвера двигателя.

На чертеже приведена схема драйвера двигателя.

Драйвер двигателя, состоящий из двух полумостов, каждый из которых содержит транзистор 1 n-p-n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательной шиной источника питания 2, а коллектор через резистор 3 с коллектором 4 и базой 5 транзисторов p-n-p-типа проводимости, коллектор последнего соединен с шиной 2, а эмиттер с базами 4 и 6 транзисторов p-n-p-типа проводимости, эмиттеры которых соединены с положительной шиной источника питания 7, коллектором транзистора 8 n-p-n-типа проводимости и катодом диода 9, коллектор транзистора 6 соединен с базой транзистора 8, эмиттер которого соединен с выходом 10 полумоста, анодом 9 и катодом 11 диодов и коллектором транзистора 12 n-p-n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с шиной 7 и анодом диода 11, а база с выходом инвертора 13, вход которого соединен с базой транзистора 1 и входом полумоста, который у первого полумоста соединен со входом драйвера двигателя 14 и через инвертор 15 со входом второго полумоста, выходы полумостов 10 и 16 являются выходами драйвера двигателя, транзистор 17 p-n-p-типа проводимости, эмиттер которого соединен с шиной 7, база с базой транзистора 4, а коллектор с выходом 10 полумоста и с эмиттером транзистора 18 p-n-p-типа проводимости, база которого через резистор 19 соединена с базой транзистора 4 и через резистор 20 с базой транзистора 5, а коллектор через резистор 21 с контрольным выходом полумоста, контрольные выходы обоих полумостов объединены и через выходной буфер 22 соединены с контрольным выходом 23 драйвера двигателя.

Схема работает следующим образом.

Управляющий сигнал, поступающий на вход драйвера двигателя 14, поступает на вход первого полумоста и через инвертор 15 на вход второго полумоста, т. е. полумосты работают в противофазном режиме.

Пусть на входе первого полумоста сигнал логической "1", который поступает на базу транзистора 1, открывая его, и на вход инвертора 13, на выходе которого появляется сигнал логического "0", удерживающий транзистор 12 в закрытом состоянии. Транзистор 1 открыт и его коллекторный ток равен току, протекающему через резистор 3: I_R3 (U_n U_бэт4 U_бэт5 U_кэт1)/R₃, где U_п напряжение источника питания; U_бэт4 и U_бэт5 падение напряжения на базо-эмиттерном переходе транзисторов 4 и 5; U_кэт1 напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 1.

Схема, построенная на транзисторах 4-6 и 17, является токовым зеркалом, в котором коллекторный ток транзисторов 6 и 17 равен коллекторному току транзистора 4 I_кт4 I_кт6 I_кт17 I_кт1 I_бт5 I_R3 I_бт5, следовательно, коллекторный ток транзисторов 6 и 17 определяется резистором 3.

Коллекторный ток транзистора 6 поступает в базу транзистора 8, который открывается, и на выходе полумоста формируется выходной ток I_вых I_кт17 + I_эт8 I_кт17 + I_{кт6. ˙}β_т8 I_кт6(1 + β_т8), где β_т8 коэффициент усиления по току транзистора 8.

Для обеспечения нормальной работы схемы выходной ток, формируемый схемой, выбирается из условия I_вых > I_нагр, где I_нагр нагрузочный ток, определяемый сопротивлением нагрузки.

В случае, если на входе 14 драйвера двигателя сигнал логического "0", транзистор 1, а следовательно и транзисторы 4-6,8 и 17 закрыты, а транзистор 12 открыт, коммутируя нагрузку на отрицательную шину источника питания.

Таким образом полумосты работают в противофазе, при этом один конец нагрузки закоммутирован на положительную шину источника питания, а второй на отрицательную. При изменении сигнала на входе драйвера двигателя ток через нагрузку меняется на противоположный.

При исправном состоянии нагрузки напряжение на выходе полумоста при включенном верхнем ключе: U_вых U_п U_кэт6 U_бэт8, где U_кэт6 напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 6; U_бэт8 падения напряжения на базо-эмиттерном переходе транзистора 8. При этом напряжение на базе транзистора 18 U_бт18 U_п U_бэт4 U_R19, где U_R19 падение напряжения на резисторе 19.

Пусть величины резисторов 19 и 20 равны, тогда
U_бэт5 U_R19 + U_R20 2U_R19
Следовательно,
U_R19 U_бэт5/2.

Напряжение на базо-эмиттерном переходе транзистора 18 равно
U_бэт18 U_вых U_бт18 U_п U_кэт6 U_бэт8 -(U_п U_бэт4 U_бэт5) U_бэт4 + U_бэт5/2 U_кэт6 -U_бэт8
Из данного выражения видно, что напряжение на базо-эмиттерном переходе транзистора 18 недостаточно для его открывания, и данный транзистор закрыт.

Следовательно, ток на входе буфера 22 отсутствует, и он не выдает на контрольный выход 23 драйвера двигателя сигнал о неисправности нагрузки.

В случае обрыва нагрузки нагрузочный ток уменьшается до нуля и становится меньше коллекторного тока транзистора 6, при этом
U_вых U_кэт10
При этом
U_бэт18 U_бэт4 + U_бэт5/2 U_кэт6, считая, что
U_бэт18 U_бэт4 U_бэт5, и учитывая, что
U_кэт6 < U_кэт5/2, видим, что его напряжение на базе транзистора 18 становится достаточным для его открывания, и на контрольном выходе полумоста является ток, который ограничивается резистором 21. Этот ток поступает на вход буфера 22 и на контрольном выходе 23 драйвера двигателя появляется сигнал обрыва нагрузки. Сигнал неисправности приходит с того полумоста, верхний ключ которого находится во включенном состоянии.

При этом обеспечивается полный контроль нагрузки на обрыв, включая случай, когда один из выводов нагрузки оборван и закоротился на одну из шин питания.

Формула изобретения

ДРАЙВЕР ДВИГАТЕЛЯ, состоящий из двух полумостов, каждый из которых содержит первый транзистор n - p - n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательной шиной источника питания, а коллектор через первый резистор - с коллектором второго и базой третьего транзисторов p - n - p-типа проводимости, коллектор последнего соединен с отрицательной шиной источника питания, а эмиттер - с базами второго и четвертого транзисторов p - n - p-типа проводимости, эмиттеры которых соединены с положительной шиной источника питания, коллектором пятого транзистора n - p - n-типа проводимости и катодом первого диода, коллектор четвертого транзистора соединен с базой пятого транзистора, эмиттер которого соединен с выходом полумоста, анодом первого и катодом второго диодов и коллектором шестого транзистора n - p - n-типа проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательной шиной источника питания и анодом второго диода, а база - с выходом первого инвертора, вход которого соединен с базой первого транзистора и входом полумоста, который у первого полумоста соединен с входом драйвера двигателя и через второй инвертор - с входом второго полумоста, а выходы полумостов являются выходами драйвера двигателя, отличающийся тем, что в каждый полумост введены седьмой транзистор p - n - p-типа проводимости, эмиттер которого соединен с положительной шиной источника питания, база - с базой второго транзистора, а коллектор - с выходом полумоста и эмиттером восьмого транзистора p - n - p-типа проводимости, база которого через второй резистор соединена с базой второго транзистора и через третий резистор - с базой - третьего транзистора, а коллектор через четвертый резистор с контрольным выходом полумоста, при этом контрольные выходы у обоих полумостов объединены и через выходной буфер соединены с контрольным выходом драйвера двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1