[发明专利]电压钳位电路、马达驱动芯片及电压钳位控制方法

说明书

本发明揭示了一种电压钳位电路、马达驱动芯片及电压钳位控制方法，所述电压钳位电路包括：基准电流源、第一电流镜、第二电流镜、电流检测电路、电流检测控制电路、连接电路及钳位电路；钳位电路连接输出端X、输出端B，用以在马达驱动芯片工作在死区时间内对输出端B输出的电压进行钳位。本发明提出的电压钳位电路、马达驱动芯片及电压钳位控制方法，可解决传统马达驱动芯片死区时间内输出端电压为负值导致的一系列风险，提升电路的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明属于芯片控制电路技术领域，涉及一种驱动芯片，尤其涉及一种电压钳位电路、马达驱动芯片及电压钳位控制方法。

背景技术

马达驱动芯片是一类电机驱动芯片，一般利用该类芯片加上主处理器、电机及编码器等共同完成驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。在马达驱动芯片的内部组成结构中，以四个N型沟道MOS管搭建的H桥电路作为输出级是马达驱动芯片的核心部分，如图1所示。

该部分通过充电泵电路为上桥臂的第一MOS管M1和第二MOS管M2供电，在上桥臂与下桥臂之间则是两个输出端口OUT1和OUT2，输出端口之间则是连接着感性负载马达，通过数字逻辑电路可以控制H桥的四个N型沟道MOS管的栅极电压，进而控制四个N型沟道MOS管的导通状态从而控制输出电流的方向及大小，最终实现对马达的驱动功能。

在图1所示的H桥电路中，当数字逻辑电路控制第一MOS管M1和第四MOS管M4的栅极为高电平时，M1和M4导通，电流流向从OUT1至OUT2，设定此时的电流方向驱动电机正转；当数字逻辑电路控制第二MOS管M2和第三MOS管M3的栅极为高电平时，M2和M3导通，电流流向从OUT2至OUT1，此时的电流方向驱动电机反转。那么当马达进行正反转之间的切换或其他状态切换时，由于信号切换过程中可能导致切换瞬间存在同一侧上桥臂和下桥臂的N型沟道MOS管同时导通，使马达驱动芯片失去驱动电机的能力，为此需要加入死区时间来防止这一现象发生。

加入死区时间后，即在进行马达状态的切换操作时，通过数字逻辑电路控制H桥的四个N型沟道MOS管的栅极电压同时为低电平，则此时四个N型沟道MOS管均不导通，电感电流通过H桥电路中N型沟道MOS管衬底和漏极之间的寄生二极管进行维系，这样能有效地防止马达驱动芯片在状态切换时出现误触发的情况。

然而，工作在死区时间内的马达驱动芯片也存在其他风险，当进行状态切换时，由于电感电流不能突变，而四个N型沟道MOS管的沟道均不导通，则会出现负电流经由电阻Rs以及下桥臂的N型沟道MOS管的衬底和漏极之间的寄生二极管流入芯片以维持感性负载电流不能突变的电流需求，从而导致输出电压呈负值的情况。

当出现了上述情况使输出电压呈负压的情况时，由于电阻Rs的存在，在芯片与负载电机相连的输出端的电压可能会很低，即可能使芯片内与该输出端相连的其他器件或电路损坏，最终可能造成芯片参数变坏甚至部分功能失效的危害。

图2为一种传统内部集成有电流检测模块的马达驱动芯片输出级部分结构示意图；请参阅图2，假设当该芯片的数字逻辑模块控制CT1和CT4信号为高点平且CT2和CT3信号为低电平，即H桥电路中的第一MOS管M1和第四MOS管M4导通，第二MOS管M2和第三MOS管M3不导通，充电泵电路为H桥电路中的上桥臂MOS管M1和M2提供漏极电压，此时输出电流方向为从OUT1流向OUT2，记此时马达驱动芯片的工作状态为驱动电机正转，由于第四MOS管M4存在有导通阻抗，并且该导通阻抗很小，所以会在其漏极产生一个值约为输出电流乘以第四MOS管M4的导通阻抗的电压，该电压大小与输出电流成正比关系。但是由于H桥电路中的第三N型场效应晶体管M3不导通，故逻辑电路输出控制图中第三N型沟道MOS管NM3栅极的信号A为低电平，于是由检测电阻R1、第三N型沟道MOS管NM3和第二N型沟道MOS管NM2构成的内部电流检测电路处于不工作状态，不进行输出电流的检测。