[发明专利]用于步进电机的电荷泵驱动电路系统

说明书

技术领域

本发明涉及电荷升压电路技术领域，具体涉及一种用于步进电机的电荷泵驱动电路系统。

背景技术

如图1所示，现有技术中的带有稳压装置的电荷泵电路的示意图。已知的电荷泵电路主要由第一电容C1，第二电容C2以及开关电路组成。具体而言，开关组合电路由第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4组成。第一开关S1耦合于输入电压Vin与第一电容C1的第一电极NA之间。第二开关S2耦合于第一电容C1的第一电极NA与地面参考地位之间。第三开关S3耦合于输入电压Vin与第一电容C1的第二电极NB之间。第四开关S4耦合于第一电容C1的第二电极NB与输出端OUT之间。第二电容C2的第一电极NC耦合于输出端OUT，因此也连带耦合于第四开关S4。第二电容C2的第二电极ND耦合于输入端。

已知的电荷泵电路的操作方法由第一阶段与第二阶段所构成。在第一阶段中，第一与第四开关S1和S4皆处于不导通状态并且第二与第三开关S2与S3皆处于导通状态，使得第一电容C1的第一电极NA耦合于地面参考电位并且第一电容C1的第二电极NB耦合于输入电压Vin。因此在第一阶段中，第一电容C1被充电，使得第二与第一电极NB与NA间的电位差升高至一个Vin。随后在第二阶段中，第一与第四开关S1与S4皆处于导通状态并且第二与第三开关S2与S3皆处于不导通状态，使得第一电容C1的第一电极NA耦合于输入电压Vin并且第一电容C1的第二电极NB耦合于输出端NC。结果，在第二阶段开始时，第一电容C1的第二电极NB处的电压从原本的Vin被瞬间提高至2*Vin。经由已导通的第四开关S4，此电压2*Vin施加输出端NC，使得已知的电荷泵电路得以有效地提供2*Vin的输出电压Vo1。

电荷泵电路在没有稳压装置的情况下仅能提供固定在2*Vin的输出电压Vo1。为了提供可在Vin与2*Vin之间任意调整的输出电压Vout，已知的电荷泵电路的第二电容C2的第一电极NC与输出端OUT间必须额外设置线性电压调节器。根据驱动电路对电荷泵输出电压的要求，线性电压调节器将与第二电容C2的第一电极NC上的泵电压Vo1转换成介于Vin与2*Vin之间的输出电压Vout。虽然线性电压调节器有效地将固定的泵电压Vo1转换成介于Vin与2*Vin之间的可调整输出电压Vout，但是线性电压调节器造成转换效率下降而浪费能源的缺点。

如图2所示，步进电机驱动芯片H桥驱动电压与电源电压关系其电源电压范围变化大，且要求H桥驱动电压跟随输入电压线性变化，线性稳压器在高压环境下难以正常工作，也不能保持输出电压跟随输入电压呈线性变化关系。因此，现有的电荷泵在不改变其拓扑结构下很难满足这一要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种输出电压跟随输入电压线性变化的用于步进电机的电荷驱动电路系统。

本发明用于电机的电荷驱动电路，至少包括电荷泵转换电路和反馈控制电路，其中所述电荷泵转换电路至少包括由一对PMOS开关管和一对NMOS开关管以及第一电容构成的H桥拓扑结构、耦合于地面电位和输出端之间的第二电容，其中所述的一对PMOS开关管和一对NMOS开关管分别各自连接第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器；

所述反馈控制电路，生成脉冲宽度信号，控制所述的PMOS开关管和NMOS开关管的导通与关断，基于所述PMOS开关管和所述NMOS开关管的导通与关断控制所述电荷泵转换电路分别处于第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段，其中，第一阶段，第一电容完成充电，第二电容不断向外输出电流；电第二阶段，第一电容既不充电也不放电，第二电容继续向外输出电流；第三阶段，第一电容放电，对第二电容进行充电，并且向输出负载提供电流；第四阶段，第 一电容处于浮置状态，第二电容向外输出电流，电荷泵完成一个周期的充放电过程。

进一步地，所述反馈控制电路至少包括OSC震荡器、电压比较器以及脉冲宽度调制器，其中所述电压比较器用于检测电容两极板的电压和输出电压的大小，根据检测结构生成脉冲宽度调制信号，控制所述的开关管的导通与截止。

本发明有益效果：

本发明实现了一种能够用于步进电机的电荷泵升压电路，该电荷泵电路的输出电压跟随输入电压线性变化，可以作为步进电机的高压DMOS管的驱动电路，具有较高的转换效率和比较简单的结构。

附图说明

图1现有技术中的带有稳压装置的电荷泵电路的示意图；

图2是步进电机驱动芯片H桥驱动电压与电源电压关系；

图3是本发明用于步进电机的电荷泵驱动电路系统的电路示意图；