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一种H桥逆变器逻辑控制电路
申请号	CN202311598146.6	申请日	2024-02-09	公开(公告)号	CN117748902A	公开(公告)日	2024-03-22
申请人	贵州振华风光半导体股份有限公司;			发明人	马秀; 吴光旭; 李平;
摘要	一种H桥逆变器逻辑控制电路 ,本发明属于半导体集成电路领域。由非门、与门、异或门、或门按逻辑设计组成，所述逻辑控制电路通过逻辑控制输出2相4状态的控制信号，控制后级MOS管的交替导通，外部使能EN信号控制电机自锁，MCU输出的使能MCU_EN信号控制电机自锁，脉冲宽度调制信号PWM信号控制电机的转速，方向控制信号 F\R信号控制电机转动的方向。实现了电机转速与转向分开控制，同时具有刹车自锁的功能。解决了现有PWM控制方式在输入信号为不定态时，电机不受控，容易损坏伺服装置或者烧毁驱动器的问题。广泛应用于有刷电机驱动器的控制系统及其他相关领域。
权利要求	1.一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，包括：非门U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F，与门U2A、U2B、U2C，异或门U3A、U3B，或门U4A、U4B，隔离电路1，隔离电路2，隔离电路3，隔离电路4；所述U1A的输入端经过隔离电路1与PWM 信号端连接，U1B的输入端经过隔离电路2与F/R信号端连接，U1C的输入端经过隔离电路3与EN_MCU信号端连接，U1D的输入端经过隔离电路 4与EN信号端连接；所述U1A的输出端与U2A的一输入端、U3A的一输入端连接，U1B的输出端与U2A的另一输入端连接，U1B的输入端与U3B的输出端连接，U1C的输出端与U2C、U2B的输入端连接，U1D的输出端与U2B的另一输入端连接；所述U3A的输出端与U1E的一输入端连接，U3B的输出端与U4B的输入端连接，U2B的输出端与U1F的输入端连接，U1E的输出端与U4A的输入端连接，U1F输出端与U4A的另一输入端、U4B的另一输入端连接；所述逻辑控制电路的输出端为M1、M2、M3、M4，与栅极驱动电路的四个输入端对应连接；所述逻辑控制电路通过逻辑控制输出2相4状态的控制信号，控制后级MOS管的交替导通，外部使能EN信号控制电机自锁，MCU输出的使能MCU_EN信号控制电机自锁，脉冲宽度调制信号PWM信号控制电机的转速，方向控制信号F\R信号控制电机转动的方向。 2.如权利要求1所述的一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，所述U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F为一块6非门CMOS集成电路芯片。 3.如权利要求1所述的一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，所述U2A、U2B、U2C为一块三与门CMOS集成电路芯片。 4.如权利要求1所述的一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，所述U3A、U3B为一块二异或门CMOS集成电路芯片。 5.如权利要求1所述的一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，所述U4A、U4B为一块二或门CMOS集成电路芯片。 6.如权利要求1所述的一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，所述隔离电路为光耦隔离器。 7.如权利要求1所述的一种H桥逆变器逻辑控制电路，其特征在于，所述逻辑控制电路的真值表为：。
说明书全文	一种H桥逆变器逻辑控制电路技术领域 [0001] 本发明属于半导体集成电路领域，进一步来说涉及H桥电路领域，具体来说，涉及一种应用于H桥逆变电路的逻辑控制电路。背景技术 [0002] 在现有电机驱动领域，对于H桥控制的有刷直流电机，主要是采用脉冲宽度调制信号（简称PWM）控制有刷直流电机的方向和速度，通过PWM控制H桥的开关状态，改变电机的电流方向，实现电机的正反转。此控制方式的优点是控制原理简单，缺点是不能刹车，电机在主控芯片未给启动命令时，电机便出现转动，在高可靠的伺服系统中，容易导致系统开环。尤其在位置闭环控制的情况下，在输入信号为不定态时，电机不受控，容易损坏伺服装置或者烧毁驱动器的MOS管。传统逻辑电路原理框图及应用电路如图1所示。 [0003] 有鉴于此，特提出本发明。发明内容 [0004] 本发明所要解决的技术问题是：解决现有PWM控制方式在输入信号为不定态时，电机不受控，容易损坏伺服装置或者烧毁驱动器的问题。 [0005] 本发明的发明构思是：将电机转速与转向分开控制，同时具有刹车自锁的功能，防止电机在输入信号为不定态时电机出现一定方向的转动。采用门电路如由非门、与门、异或门、或门等门电路组成的半导体集成逻辑控制电路来实现自锁制动（self‑locking brake）、方向控制以及栅极驱动电路单电源工作等逻辑控制功能。 [0006] 为此，本发明提供一种H桥逆变器逻辑控制电路，如图2所示。包括非门U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F，与门U2A、U2B、U2C，异或门U3A、U3B，或门U4A、U4B，隔离电路1，隔离电路2，隔离电路3，隔离电路4。 [0007] U1A的输入端经过隔离电路1与PWM信号端连接，U1B的输入端经过隔离电路2与F/R信号端连接，U1C的输入端经过隔离电路3与EN_MCU信号端连接，U1D的输入端经过隔离电路4与EN信号端连接。 [0008] U1A的输出端与U2A的一输入端、U3A的一输入端连接，U1B的输出端与U2A的另一输入端连接，U1B的输入端与U3B的输出端连接，U1C的输出端与U2C、U2B的输入端连接，U1D的输出端与U2B的另一输入端连接；U3A的输出端与U1E的一输入端连接，U3B的输出端与U4B的输入端连接，U2B的输出端与U1F的输入端连接，U1E的输出端与U4A的输入端连接，U1F输出端与U4A的另一输入端、U4B的另一输入端连接；所述逻辑控制电路的输出端为M1、M2、M3、M4，与栅极驱动电路的四个输入端对应连接。 [0009] 如图2所示，本发明是一种由门电路组成的逻辑运算电路，通过逻辑控制输出2相4状态的控制信号，控制后级MOS管的交替导通。外部使能（EN）信号控制电机自锁，MCU输出的使能（MCU_EN）控制电机自锁，脉冲宽度调制信号（PWM）控制电机的转速，方向控制信号（F\R）控制电机转动的方向。 [0010] 外部使能（EN）信号控制电机自锁，是指当外部机械使能信号（EN）为低电平时，H桥逆变电路两个下管（Q2、Q4）导通，实现电机自锁Brake状态。 [0011] MCU输出的使能（MCU_EN）控制电机自锁，是指在MCU_EN为低电平时，H桥逆变电路两个下管（Q2、Q4）导通，实现电机自锁Brake状态。 [0012] 脉冲宽度调制信号（PWM）控制电机的转速，是指当PWM信号由小变大时，通过此逻辑运算，可实现电机速度由慢至快。 [0013] 方向控制信号（F\R）控制电机转动的方向，是指当F/R为高电平时，Q1、Q2管子导通，电机顺时针转动，当F/R为低电平时，Q3、Q4管子导通，电机逆时针转动（相较于F/R为高电平时的状态）。 [0014] 当使能信号EN=0（低电平），PWM信号正常输出，方向控制信号F/R为任意值时，输出M1(控制MOS管Q1的信号)=M3(控制MOS管Q3的信号)=0，M2(控制MOS管Q2的信号)=M4(控制MOS管Q4的信号)=1，此时A、B绕组短接，即电机处于自锁刹车状态。 [0015] 当使能信号MCU_EN=0（低电平），PWM信号正常输出，方向控制信号F/R为任意值时，输出M1(控制MOS管Q1的信号)=M3(控制MOS管Q3的信号)=0，M2(控制MOS管Q2的信号)=M4(控制MOS管Q4的信号)=1，此时A、B绕组短接，即电机处于自锁刹车状态。 [0016] 当使能信号EN=1（高电平），使能信号MCU_EN=1（高电平），同时F/R=1（高电平）时，输出M1=M2=PWM，M4= ，因M1与M4此时为互补信号，栅极驱动电路高端的工作电源同样可通过自举电容(图2中C1)充放电获得，此状态下的逻辑，电机顺时针转动。此部分电路功能仿真图见图4所示。 [0017] 当使能信号EN=1（高电平），使能信号MCU_EN=1（高电平），同时F/R=0（低电平）时，输出M3=M4=PWM，M2= ，因M2与M3此时为互补信号，栅极驱动电路高端的工作电源可通过自举电容(图2中C2)充放电获得，此状态下的逻辑，电机逆时针转动。此部分电路功能仿真图见图5所示。 [0018] 本发明的技术效果：为实现了转速与转向信号分开控制，兼有自锁刹车、栅极驱动电路单电源工作的逻辑功能。 [0019] 控制方式简单，成本低，拓展有刷电机的控制功能。 [0020] 逻辑控制电路的4路输入信号均带有隔离电路，外部的芯片或者其他设备可直接连接该逻辑电路，无需单独加隔离电路。 [0021] 可广泛应用于有刷电机驱动器的控制系统及其他相关领域。附图说明 [0022] 图1为传统逻辑电路原理框图及应用电路结构示意图。 [0023] 图2为本发明的电路原理框图及应用电路结构示意图。 [0024] 图3为控制逻辑时序仿真图示意图（EN=0,F/R=任意值）。 [0025] 图4为控制逻辑时序仿真图示意图（EN=1,F/R=0）。 [0026] 图5为控制逻辑时序仿真图示意图（EN=1,F/R=1）。 [0027] 图中：U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F为非门，U2A、U2B、U2C为与门，U3A、U3B为异或门，U4A、U4B为或门，Q1、Q2、Q3、Q4为MOS管，IC1与IC2为栅极驱动芯片，M为电机。 [0028] PWM为脉冲宽度调制信号，EN为外部使能信号，MCU_EN为MCU的输出使能信号，F\R为方向控制信号。实施方式 [0029] 如图2‑5所示，所述一种H桥逆变器逻辑控制电路，具体实施方式如下：所述U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F为一块六非门CMOS集成电路芯片。 [0030] 所述U2A、U2B、U2C为一块三与门CMOS集成电路芯片。 [0031] 所述U3A、U3B为一块二异或门CMOS集成电路芯片。 [0032] 所述U4A、U4B为一块二或门CMOS集成电路芯片。 [0033] 所述隔离电路为光耦隔离器。 [0034] 采用四片门电路芯片组成逻辑控制电路，通过逻辑控制输出2相4状态的控制信号，控制后级MOS管的交替导通。 [0035] 如图2所示，外部使能（EN）信号控制电机自锁，指使能信号（EN）通过光耦隔离，经与门及其他逻辑运算，控制逆变桥电路中的Q2、Q4导通（两个半桥的下管导通），同时控制Q1、Q3不通（两个半桥的上管不通），从而使得逆变桥的A、B两相短接并与Q2、Q4形成一个导通回路，导致电机处于自锁状态，此时电机不因外力的影响而出现转动。 [0036] MCU输出的使能（MCU_EN）控制电机电机自锁，指使能信号（MCU_EN）通过光耦隔离，经与门及其他逻辑运算，控制逆变桥电路中的Q2、Q4导通（两个半桥的下管导通），同时控制Q1、Q3不通（两个半桥的上管不通），从而使得逆变桥的A、B两相短接，并与Q2、Q4形成一个导通回路，导致电机处于自锁状态，此自锁有效防止MCU上电时刻，没有电平输出时，控制电机不随意摆动。 [0037] 脉冲宽度调制信号（PWM）控制电机的转速，指在外部使能信号（EN）与MCU输出的使能（MCU_EN）信号均为高电平，MCU正常输出脉冲宽度调制信号（PWM）时，PWM经逻辑运算电路正常控制电机转动。此状态下，PWM占空比为99%时，速度最快；PWM占空比为1%时，速度最慢。 [0038] 方向控制信号（F\R）控制电机转动的方向，是通过一个非门电路控制MOS管Q1、Q2或Q3、Q4开通，从而控制电机按导通方向转动。 [0039] 方向控制信号（F\R）控制电机转动的方向，是通过或门电路实现两个半桥的下管互补导通，即Q2与Q4互补导通。以图2中第1个半桥为例，后级的栅极驱动电路的控制电源（VB）通过Q4的导通与关断，实现自举电容（图2中C1与C2）充电与放电。过程中，下桥臂Q4导通，自举电容充电；下桥臂Q4关断，自举电容通过自身存储能量维持上桥臂Q1管子导通，即该逻辑运算可适配需要上桥臂自举电容供电的驱动芯片。 [0040] 详细的逻辑控制功能如表1所示。 [0041] 表1 本发明控制逻辑电路的真值表 [0042] EN、F/R取不同值时的控制逻辑时序仿真图示意图如图3‑5所示。 [0043] 最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。

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