过电流保护电路，负载驱动装置，电机驱动装置，电气设备和电源装置的制作方法

专利名称：过电流保护电路，负载驱动装置，电机驱动装置，电气设备和电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如电机驱动装置等的负载驱动装置和电源装置，更 具体地涉及其中设置的过电流保护电路。
背景技术：
常规上许多诸如电机驱动装置等的负载驱动装置和电源装置结合 有多种保护电路(例如，过电流保护电路、过电压保护电路和过热保 护电路)，以增强其安全性。
在这些保护电路中，常规的过电流保护电路一般是如下配置的。 常规过电流保护电路监视流经保护对象(例如，该装置内部设置的负 载或元件)的驱动电流。当驱动电流已达到预定阈值，并在该状态保 持了预定时间(噪声掩蔽时间)时，常规过电流保护电路判断该装置 中出现过电流，并关闭该装置的操作。
作为上述内容相关的常规技术，专利文献l中公开并提出了一种 智能电力开关和开关装置，该智能电力开关为比较器设置与即使短时 间流动也会损坏半导体开关的大电流相对应的第一阈值，并在存储器 中存储比第一阚值小的第二阈值，当检测到的电流值等于或大于第一
阈值，或者当CPU判断比第二阈值大的电流在比给定时间段长的时间
内持续流动时，该智能电力开关使半导体开关截止。
专利文献2公开并提出了一种开关电源装置，包括熔丝、变压器 初级绕组、开关元件和串联在直流电压输入端子与接地端子之间的电 流检测电阻器，该开关电源装置使控制电路部分对开关元件进行开/ 关控制，以使与变压器的次级绕组相连的整流/平滑电路的输出电压保 持恒定，并且当电流检测电阻器检测到的电流检测电压超过预定阈值时，执行保护操作，其中保护二极管与电流检测电阻器并联，极性相 反，当开关元件短路时，该保护二极管在被施加超过其耐压的反向电 压时短路，从而使大电流流经熔丝，使熔丝熔断。
专利文献3公开并提出了一种半导体集成电路和电机驱动控制系 统，该半导体集成电路根据负载电流，对H桥电路的操作模式进行开 关控制。
专利文献l: JP-A-09-331625 专利文献2: JP-A-2001-145339 专利文献3: JP-B-366556
发明内容
本发明要解决的问题
确实，因为上述常规过电流保护电路可以在出现过电流时关闭装 置的操作，所以它可以降低保护对象(例如，该装置内部设置的负载 或元件)毁坏的风险。
此外，上述常规过电流保护电路具有如下优点因为将其配置为 仅当等于或大于预定阈值的驱动电流流动了预定时间时，才判断装置 中出现了过电流，所以瞬时噪声等几乎不会使其出现误动作。
然而，在上述常规过电流保护电路中，即使当监视的驱动电流显 著超过预定阈值时，例如当负载的阻抗分量较小或与负载相连的输出 端子和电源电压或地短路时，除非已经过针对噪声掩蔽而设置的预定 时间，否则不会判断出现了过电流，从而不会关闭装置。因此，在上 述常规过电流保护电路中，过大电流持续流经保护对象(例如，该装 置内部设置的负载或元件)，直到已经过上述预定时间。这可能引起保 护对象超过其安全操作区，导致毁坏。
虽然专利文献l中公开的常规技术可以解决上述问题，但是需要 CPU和存储器来实现过电流保护操作，从而导致设备尺寸和成本的不 希望的增加。
专利文献2中公开的常规技术也可以解决上述问题。但是，在该 常规技术中，通过使熔丝熔断，关闭装置。这使得装置一旦关闭，便 无法自动恢复。
另一方面，专利文献3中公开的常规技术根据负载电流，对H桥
电路的操作模式进行开关控制，旨在通过减小负载电流纹波，降低噪 声量，因此，无法解决上述问题。
鉴于上述常规中出现的问题，本发明的目的是提供一种能够向保 护对象(例如，装置内部设置的负载或元件)提供必要和足够保护的 过电流保护电路。
解决问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明，过电流保护电路具有传感电 容器，用于产生与流经保护对象的电流相对应的检测电压；第一比较 器，用于比较检测电压与第一阈值电压；第二比较器，用于比较检测 电压与第二阈值电压，第二阈值电压比第一阈值电压高；以及计时器
电路，用于根据第一和第二比较器的比较输出信号，产生过电流保护 信号。这里，当检测电压已达到第一阈值电压时，计时器电路开始对 第一阈值时间进行计数。当检测电压保持在第一阈值电压以上，并且 己经过第一阈值时间时，计时器电路将过电流保护信号改变到禁用状 态，并开始对第二阈值时间进行计数。当已经过第二阈值时间时，计 时器电路将过电流保护信号返回到使能状态。在检测电压已达到第一 阈值电压，并且开始对第一阈值时间进行计数之后，当检测电压已达 到第二阈值电压时，计时器电路不等待经过第一阈值时间，而强制停 止对第一阈值时间的计数，将过电流保护信号改变到禁用状态，并开 始对第二阈值时间进行计数(第一配置)。
优选地，在具有上述第一配置的过电流保护电路中，计时器电路 包括电容器，具有从中提取充电电压的一端；第一恒流源，是对电 容器充电的装置；第二恒流源，是对电容器放电的装置；第一开关， 用于根据第一比较器的比较输出信号和过电流保护信号，对电容器的 充电/放电进行开关；第二开关，用于根据第二比较器的比较输出信号
和过电流保护信号，将电容器的一端与/从电压线连接/断开；第三比
较器，其输出逻辑根据充电电压高于还是低于预定下限设置电压而改
变；第四比较器，其输出逻辑根据充电电压高于还是低于预定上限设 置电压而改变；以及RS触发器，向其输入第三和第四比较器的比较输 出信号，并从其提取输出信号，作为过电流保护信号。这里，对第一 开关进行控制，以在检测电压己达到第一阈值电压时，通过第一恒流 源对电容器充电，并在检测电压还未达到第一阈值电压或过电流保护 信号改变到禁用状态时，通过第二恒流源对电容器放电。对第二开关 进行控制，以在检测电压已达到第二阈值电压时，将电容器的一端与 电源线相连，并在检测电压还未达到第二阈值电压或过电流保护信号 改变到禁用状态时，将电容器的一端从电源线断开(第二配置)。
优选地，在具有上述第一或第二配置的过电流保护电路中，在保 护对象的电流通路上设置多于一组的传感电阻器以及第一和第二比较 器组(第三配置)
根据本发明，负载驱动装置包括输出电路，具有与负载相连的 输出开关元件；控制电路，用于根据输出开关元件的打开/闭合控制， 向负载馈送驱动电流；以及过电流保护电路，用于通过监视驱动电流， 产生过电流保护信号。这里，负载驱动装置具有上述第一到第三配置 之一的过电流保护电路，作为所述过电流保护电路，并且控制电路配 置为当过电流保护信号处于禁用状态时，禁止输出开关元件的打开/ 闭合控制(第四配置)。
根据本发明，电机驱动装置是用于控制电机的驱动的电机驱动装 置，具有上述第四配置的负载驱动装置来作为向形成电机的电机线圈 馈送驱动电流的装置(第五配置)。
根据本发明，电气设备具有电机和用于控制电机的驱动的电机驱 动装置。这里，电气设备具有上述第五配置的电机驱动装置，作为电 机驱动装置(第六配置)。
根据本发明，电源装置具有输出电路，具有连接在输入和输出 端子之间的输出开关元件；控制电路，用于根据输出开关元件的打开/ 闭合控制，从输入电压产生所需输出电压；以及过电流保护单元，用
于通过对流经输出开关元件的电流进行监视，产生过电流保护信号。 这里，电源设备具有第一到第三配置之一的过电流保护电路，作为其 过电流保护电路，并且控制电路配置为当过电流保护信号处于禁用状 态时，禁止输出开关元件的打开/闭合控制(第七配置)。
本发明的有益效果
根据本发明，可以根据监视对象的电流值，确定对保护操作的需 要的紧急性，并根据确定结果，向保护对象提供必要和足够的保护。


图1是示出了具有本发明电机驱动装置的电气设备的一个实施例 的方框图。
图2是示出了计时器电路TMR的配置示例的方框图。 图3是示出了计时器电路TMR的操作示例的波形图。 图4是示出了计时器电路TMR的操作示例的波形图。 图5是示出了根据操作模式控制信号FIN和RIN而执行的栅极信
号产生操作的图。
图6是示出了各个操作模式(正向转动、反向转动、制动、空转)
下驱动电流通路的图。
图7是示出了本发明电源装置的一个实施例的方框图。
附图标记列表
1 电机
2 电机驱动装置
3 电源装置
21， 31 H桥电路，输出电路
22， 32 控制电路
23， 33 过电流保护电路
QH1， QH2 P沟道场效应晶体管(上侧开关元件)
QL1， QL2 N沟道场效应晶体管(下侧开关元件)
DH1， DH2， DL1， DL2 二极管
电机线圈
Ra， Rb传感电阻器
CMPla，CMPlb第一比较器
CMP2a，CMP2b第二比较器
0R1第一或电路
0R2第二或电路
TMR计时器电路
Cl电^■fr^F
11第一恒流源
12第二恒流源
SW1第一开关
SW2第二开关
CMP3第三比较器
CMP4第四比较器
El第一直流电压源
E2第二直流电压源
FFRS触发器
Lex线圈
Cex电容器
具体实施例方式
图1是示出了具有本发明电机驱动装置的电气设备的一个实施例 的方框图(部分地包括电路元件)。
如该图所示，本实施例的电气设备包括电机1和用于控制电机1
的驱动的电机驱动装置2。
电机1是单相DC电机，沿与流经电机线圈1的驱动电流相对应的 方向转动，其四个操作模式(正向转动、反向转动、制动、空转)由 电机驱动装置2切换。
具有这种能够反向转动的电机1的电气设备机构的示例有托盘打
开/关闭机构、磁带录像机的磁带弹出机构、打印机的自动裁纸机构、 摄像机的聚焦机构和空调的换气口的打开/关闭机构。如上所述，电机 1可以安装到种类非常广泛的产品中。
作为向形成电机l的电机线圈L馈送驱动电流的装置，电机驱动
装置2包括配备有H桥电路21的负载驱动装置、控制电路22和过电 流保护电路23。
H桥电路21配备有相对于形成电机1的电机线圈L (电抗负载) 而连接成H桥形状的四个开关元件(P沟道场效应晶体管QH1和QH2、 N沟道场效应晶体管QL1和QL2)。
以下详细描述H桥电路21的内部配置。
作为上侧开关元件的晶体管QH1和QH2的源极均与施加有电源电 压Vcc的电源输入端子相连。作为下侧开关元件的晶体管QL1和QL2 的源极均与接地端子相连。晶体管QH1和QL1的漏极在节点处连接在 一起，该节点与连接有电机线圈L的一端的第一输出端子相连。晶体 管QH2和QL2的漏极在节点处连接在一起，该节点与连接有电机线圈 L的另一端的第二输出端子相连。晶体管QH1、 QH2、 QL1和QL2的栅 极与控制电路22的各个栅极信号输出端子相连。
如图1所示，二极管DH1、 DH2、 DL1和DL2分别与晶体管QH1、 QH2、 QL1和QL2并联，以面向图中所示方向，并用作电机线圈L的反 电动势吸收元件。在寄生二极管附在晶体管QH1、 QH2、 QL1和QL2上 的情况下，这种寄生二极管可以用作反电动势吸收元件。
控制电路22是负责控制在晶体管QH1、 QH2、 QL1和QL2的主体， 是用于根据从装置外部输入的操作模式信号FIN和RIN，产生晶体管 QH1、 QH2、 QL1和QL2的栅极信号以选择要导通的晶体管的装置。控 制电路22配置为当从过电流保护电路23输入的过电流保护信号EN 处于使能状态时，允许晶体管的打开/闭合控制，而当过电流保护信号 EN处于禁用状态时，禁止晶体管的打开/闭合控制。注意，稍后将详 细描述控制电路22执行的对电机1的操作模式的切换控制。
过电流保护电路23是用于监视流经保护对象(H桥电路21中的 晶体管或电机线圈L)的驱动电流ia和ib，并产生过电流保护信号
EN的装置。
以下详细描述过电流保护电路23的内部配置。
如图1所示，过电流保护电路23配备有传感电阻器Ra和Rb、第 一比较器CMPla和CMPlb、第二比较器CMP2a和CMP2b、第一或电路 0R1、第二或电路0R2和计时器电路TMR。
传感电阻器Ra连接在电源端子与H桥电路21之间，并根据流经 该电流通路的驱动电流ia，产生检测电压(传感电阻器Ra两端的电 压)Va，传感电阻器Rb连接在H桥电路21与接地端子之间，并根据 流经该电流通路的驱动电流ib，产生检测电压(传感电阻器Rb两端 的电压)Vb。
第一比较器CMPla和CMPlb均是比较装置，其输出逻辑是根据检 测电压Va和Vb中对应电压高于还是低于第一阈值电压VrefL而改变 的。注意，第一比较器CMPla和CMPlb的比较输出信号均是二进制信 号，当检测电压Va和Vb中对应电压高于第一阈值电压VrefL时，该 二进制信号呈高电平，当检测电压Va和Vb中对应电压低于第一阈值 电压VrefL时，该二进制信号呈低电平。
第二比较器CMP2a和CMP2b均是比较装置，其输出逻辑是根据检 测电压Va和Vb中对应电压高于还是低于第二阈值电压VrefH而改变 的，第二阈值电压VrefH高于第一阈值电压VrefL。注意，第二比较 器CMP2a和CMP2b的比较输出信号均是二进制信号，当检测电压Va 和Vb中对应电压高于第二阈值电压VrefH时，该二进制信号呈高电平， 当检测电压Va和Vb中对应电压低于第二阈值电压VrefH时，该二进 制信号呈低电平。
上述第一和第二阈值电压VrefL和VrefH均设置在形成H桥电路 21的晶体管的安全操作区内。
第一或电路0R1是对第一比较器CMPla和CMPlb的比较输出信号 进行或运算、并向计时器电路TMR发送由此获得的运算结果信号(以 下称作第一或信号)的装置。
第一或电路0R2是对第二比较器CMP2a和CMP2b的比较输出信号 进行或运算、并向计时器电路TMR发送由此获得的运算结果信号(以
下称作第二或信号)的装置。
计时器电路TMR是根据第一和第二或信号(即，第一和第二比较 器的比较输出信号)产生过电流保护信号EN的装置。稍后将详细描述 计时器电路TMR的配置和操作。
如上所述，在本实施例的过电流保护电路23中，在受保护的H 桥电路21的电流通路上设置有多于一组(在本实施例中，两组)的驱 动电流检测装置(传感电阻器以及第一和第二比较器)。采用这种配置， 可以提高驱动电流检测的精度。此外，采用类似本实施例的在H桥电 路21的电源端子侧与接地端子侧均设置驱动电流检测装置的配置，可 以适当地检测在与电机线圈L相连的输出端子和电源电压或地短路时 出现的过电流。要注意，驱动电流检测装置组的数量不必多于一组。
接下来，参考图2详细描述上述计时器电路TMR的具体内部配置。
图2是示出了计时器电路TMR的配置示例的方框图。
如图2所示，本实施例的计时器电路TMR配备有电容器C1、第一 恒流源Il、第二恒流源I2、第一开关SW1、第二开关SW2、第一直流 电压源E1、第二直流电压源E2、第三比较器CMP3、第四比较器CMP4 和RS触发器FF。
电容器Cl的一端与第一开关SW1的共用端子、第二开关SW2的一 端、第三比较器CMP3的反相输入端子(_)和第四比较器CMP4的非反 相输入端子(+ )相连，并且从电容器C1的这一端提取充电电压Vc。 电容器C1的另一端接地。
第一恒流源II是对电容器Cl充电的装置。第一恒流源II的一端 与电源端子相连，另一端与第一开关SW1的第一开关端子相连。
第二恒流源12是对电容器Cl放电的装置。第二恒流源12的一端 与第一开关SW1的第二开关端子相连，另一端接地。
第一开关SW1是根据第一或信号(即，第一比较器CMPla和CMPlb 的比较输出信号)和过电流保护信号EN，对电容器C1的充电/放电进 行切换的装置。
更具体地，当第一或信号呈高电平(即，检测电压Va和Vb之一 已达到第一阈值电压VrefL)时，对本实施例的第一开关SW1进行控
制，以将其共用端子与第一开关端子相连，从而通过第一恒流源II 对电容器C1充电。另一方面，当第一或信号呈低电平(即，检测电压
Va和Vb均未达到第一阈值电压VrefL)时，或当过电流保护信号EN 改变到禁用状态(在本实施例中，低电平)时，对第一开关SW1进行 控制，以将其共用端子与第二开关端子相连，从而通过第二恒定电流 源I2对电容器Cl放电。
第二开关SW2是根据第二或信号(即，第二比较器CMP2a和CMP2b 的比较输出信号)和过电流保护信号EN，将电容器C1的一端与/从电 源线连接/断开的装置。
更具体地，当第二或信号呈高电平(即，检测电压Va和Vb之一 己达到第二阈值电压VrefH)时，将本实施例的第二开关SW2切换到 导通状态，以将电容器C1的一端与电源线相连。另一方面，当第二或 信号呈低电平(即，检测电压Va和Vb均未达到第二阈值电压VrefH) 时，或当过电流保护信号EN改变到禁用状态(在本实施例中，低电平) 时，将第二开关SW2切换到切断状态，以将电容器C1的一端从电源线 断开。
第一直流电压源E1是用于产生充电电压Vc的下限设置电压Vthl 的装置，其正极端子与第三比较器CMP3的非反相输入端子(+ )相连， 其负极端子接地。在下限设置电压Vthl设为0的情况下，第一直流电 压源E1不是必需的，第三比较器CMP3的非反相输入端子(+ )只须简 单地接地。
第二直流电压源E2是用于产生充电电压Vc的上限设置电压Vth2 (〉Vthl)的装置，其正极端子与第四比较器CMP4的反相输入端子(-) 相连，其负极端子接地。
第三比较器CMP3是其输出逻辑根据下限设置电压Vthl是高于还 是低于充电电压Vc而改变的比较装置。注意，第三比较器CMP3的比 较输出信号是二进制信号，当下限设置电压Vthl高于充电电压Vc时， 该二进制信号呈高电平，当下限设置电压Vthl低于充电电压Vc时， 该二进制信号呈低电平。
第四比较器CMP4是其输出逻辑根据充电电压Vc是高于还是低于
上限设置电压Vth2而改变的比较装置。注意，第四比较器CMP4的比 较输出信号是二进制信号，当充电电压Vc高于上限设置电压Vth2时， 该二进制信号呈高电平，当充电电压Vc低于上限设置电压Vth2时， 该二进制信号呈低电平。
RS触发器FF是根据输入其置位端子(S)的第三比较器CMP3的 比较输出信号和输入其复位端子(R)的第四比较器CMP4的比较输出 信号，从其输出端子(Q)发送过电流防止信号EN的装置。更具体地， RS触发器FF的输出逻辑以如下方式反复改变逻辑电平当充电电压 Vc已达到上限设置电压Vth2时，呈低电平(禁用状态)，当充电电压 Vc已达到下限设置电压Vthl时，返回高电平(使能状态)。
接下来，参考图3和4详细描述上述配置的计时器电路TMR的操作。
图3和4均是示出了计时器电路TMR的操作示例的波形图。在这 些图中，左侧的附图标记"Va、 Vb"和"Vc"指示检测电压Va和Vb 以及充电电压Vc的电压波形，附图标记"0R1"， "0R2"和"EN"指示 第一和第二或信号以及过电流保护信号EN的逻辑状态。附图标记 "SW1"指示第一幵关SW1的开关状态，附图标记"SW2"指示第二开 关SW2的断开/闭合状态。
首先描述图3所示的情况(其中检测电压Va和Vb之一已达到第 一阈值电压Vrefl，但还未达到第二阈值电压VrefH)。
在时间t10，启动电机驱动装置2。在时间tll，当检测电压Va 和Vb之一已达到第一阈值电压Vrefl时，第一或信号变为高电平，第 一开关SW1将其共用端子与第一开关端子相连。由此，通过第一恒流 源I1对电容器C1充电，充电电压Vc开始上升。
将第一恒流源II产生的恒定电流(充电电流)调整到如下电流值， 在该电流值上，使电容器Cl的充电电压Vc从下限设置电压Vthl升高 到上限设置电压Vth2要花费第一阈值时间Tl (例如，lO[ps])。艮P， 当开始对电容器C1充电时，开始对第一阈值时间T1计数。
在时间tll之后，在时间tl2，当已经过第一阈值时间Tl，并且 检测电压Va和Vb保持在第一阈值电压VrefL以上，充电电压Vc已达 到上限设置电压Vth2时，第四比较器CMP4的比较输出信号变为高电 平，将RS触发器FF复位，并且过电流保护信号EN改变到禁用状态(低 电平)。由此，在控制电路22中，禁止形成H桥电路21的晶体管的导 通/截止控制，并停止电机1的驱动。这引起检测电压Va和Vb的快速 下降，使第一或信号变为低电平。
这里，当过电流保护信号EN在第一或信号变为低电平之前改变到 禁用状态时，第一开关SW1将共用端子与第二开关端子相连。由此， 通过第二恒流源12对电容器Cl放电，充电电压Vc开始下降。
将第二恒流源12产生的恒定电流(放电电流)调整到如下电流值， 在该电流值上，使电容器Cl的充电电压Vc从上限设置电压Vth2降低 到下限设置电压Vthl要花费第二阈值时间T2 (例如，290[ps])。艮卩， 当开始对电容器C1放电时，开始对第二阈值时间T2计数。
在时间tl2之后，在时间tl3，当已经过第二阈值时间T2，并且 充电电压Vc己达到下限设置电压Vthl时，第三比较器CMP3的比较输 出信号变为高电平时，将RS触发器FF置位，并且过电流保护信号EN 返回到使能状态(高电平)。由此，在控制电路22中，再次允许形成 H桥电路21的晶体管的导通/截止控制，并尝试恢复电机l的驱动。
在时间tl3，重启动电机驱动装置2。此后，以与上述相同的方式 重复过电流保护操作。
艮P，在时间tl4，当检测电压Va和Vb之一已达到第一阈值电压 VrefL时，再次开始对第一阈值时间T1计数。在时间t15，当完成对 第一阈值时间T1的计数时，过电流保护信号EN改变到禁用状态，再 次停止对电机l的驱动。
如前所述，图3示出了检测电压Va和Vb之一已达到第一阈值电 压Vrefl、但还未达到第二阈值电压VrefH的情况。因此，第二或信 号决不会变为高电平，相应地，第二开关SW2决不会切换到导通状态。
接下来，描述图4所示情况(其中检测电压Va和Vb之一也已达 到第二阈值电压VrefH)。
在时间t20，启动电机驱动装置2。在时间t21，当检测电压Va 和Vb之一已达到第一阈值电压Vrefl时，第一或信号变为高电平，第
一开关SW1将其共用端子与第一开关端子相连。由此，通过第一恒流 源I1对电容器C1充电，充电电压Vc开始上升(即，开始对第一阈值 时间Tl计数)。
另一方面，在开始对第一阈值时间T1计数之后，在时间t22，当 检测电压Va和Vb之一也已达到第二阈值电压VrefH时，第二或信号 变为高电平，第二开关SW2切换到导通状态。由此，将电容器C1短路 到电源线，然后对其快速充电，充电电压Vc急剧上升至上限设置电压 Vth2。如上所述，当充电电压Vc己达到上限设置电压Vth2时，第四 比较器CMP4的比较输出信号变为高电平，将RS触发器FF复位，过电 流保护信号EN改变到禁用状态(低电平)。由此，在控制电路22中， 禁止形成H桥电路21的晶体管的导通/截止控制，并停止电机1的驱 动。这引起检测电压Va和Vb的快速下降，使第一和第二或信号都变 为低电平。
这里，当过电流保护信号EN在第一或信号变为低电平之前改变到 禁用状态时，第一开关SW1将共用端子与第二开关端子相连，当过电 流保护信号EN在第二或信号变为低电平之前改变到禁用状态时，第二 开关SW2切换到断开状态。由此，通过第二恒流源I2对电容器C1放 电，充电电压Vc开始下降(即，开始对第二阈值时间T2计数)。
在时间t22之后，在时间t23，当已经过第二阈值时间T2，并且 充电电压Vc已达到下限设置电压Vthl时，第三比较器CMP3的比较输 出信号变为高电平，将RS触发器FF置位，并且过电流保护信号EN 返回到使能状态(高电平)。由此，在控制电路22中，再次允许形成 H桥电路21的晶体管的导通/截止控制，并尝试恢复电机l的驱动。
在时间t23，重启动电机驱动装置2。此后，以与上述相同的方式 重复过电流保护操作。
艮P，在时间t24，当检测电压Va和Vb之一已达到第一阈值电压 VrefL时，再次开始对第一阈值时间T1计数。在时间t25，检测电压 Va和Vb之一也已达到第二阈值电压VrefH时，不再等待经过第一阈 值时间T1，而是强制停止对第一阈值时间Tl的计数，过电流保护信 号EN改变到禁用状态，再次停止对电机l的驱动。
如上所述，在本实施例的过电流保护电路23中，如下配置计时器
电路TMR。当检测电压Va和Vb之一已达到第一阈值电压Vrefl，计时 器电路TMR开始对第一阈值时间Tl计数。当已经过第一阈值时间Tl， 并且检测电压Va和Vb保持在第一阈值电压VrefL以上时，计时器电 路TMR将过电流保护信号EN改变到禁用状态，并开始对第二阈值时间 T2计数。当已经过第二阈值时间T2时，计时器电路TMR将过电流保 护信号EN返回至使能状态。另一方面，在检测电压Va和Vb之一已达 到第一阈值电压Vrefl，并且开始对第一阈值时间T1计数之后，当检 测电压Va和Vb之一己达到第二阈值电压VrefH时，计时器TMR不再 等待经过第一阈值时间T1，而是强制停止对第一阈值时间T1的计数， 将过电流保护信号EN改变到禁用状态，并开始对第二阈值时间T2计 数。
采用这种配置，当监视到驱动电流ia和ib过大时，例如当电机 线圈L的阻抗分量较小或与电机线圈L相连的输出端子和电源电压或 地短路时，可以立即关闭对电机l的驱动，而不等待经过针对噪声掩 蔽设置的第一阈值时间T1。
因此，采用本实施例的过电流保护电路23，可以有效降低由于过 大的驱动电流ia和ib (即过电流)在第一阈值时间Tl流逝之前持续 流经保护对象而超过其安全操作区(见图4中附图标记"Va"和"Vb" 的虚线)导致保护对象损坏的风险。
此外，本实施例的过电流保护电路23的优点如下因为其配置为 除非检测电压Va和Vb已达到第二阈值电压VrefH，否则在已经过第 一阈值时间Tl之后关闭对电机1的驱动，所以瞬时噪声等几乎不会使 其误动作。
此外，本实施例的过电流保护电路23消除了对用于实现过电流保 护操作的CPU和存储器的需求。这有利地帮助了将装置尺寸和成本的 增加最小化。
采用本实施例的过电流保护电路23，即使在关闭电机1的驱动之 后，也可以等到第二阈值时间T2经过之后，尝试恢复电机l的驱动。 由此，如果消除了过电流原因，可以使电机驱动装置2恢复正常操作，
而无需执行任何类型的恢复工作。
如上所述，根据本发明，可以根据受监视对象的电流值，确定对 保护操作需求的紧急性，并根据确定结果向保护对象提供必要和足够 的保护。
接下来，参考图5和6描述由控制电路22执行的操作模式切换控制。
图5是示出了根据操作模式控制信号FIN和RIN而执行的栅极信 号产生操作的图，图6是示出了各个操作模式(正向转动、反向转动、 制动和空转)中的驱动电流通路的图。
在图5中，左侧的附图标记"FIN"和"RIN"指示从装置外部输 入的操作模式控制信号FIN和RIN的逻辑状态，附图标记"QH1"、 "QH2"、 "QL1"和"QL2"指示形成H桥电路21的晶体管QH1、 QH2、 QL1和QL2的栅极信号的逻辑状态。附图标记"模式"指示电机1的 操作模式。
当操作模式控制信号FIN和RIN分别呈高电平和低电平时，控制 电路22产生使晶体管QH1和QL2导通而使晶体管QH2和QL1截止的栅 极信号，以将电机l置于"正向转动模式"。由于产生这些栅极信号， 驱动电流沿图6 (a)所示通路，经由H桥电路21，通过形成电机1 的电机线圈L，沿正向驱动电机l。
另一方面，当操作模式控制信号FIN和RIN分别呈低电平和高电 平时，控制电路22产生使晶体管QH2和QL1导通而使晶体管QH1和 QL2截止的栅极信号，以将电机l置于"反向转动模式"。由于产生这 些栅极信号，驱动电流沿图6 (b)所示通路，经由H桥电路21，通过 形成电机1的电机线圈L，沿反向驱动电机l。
当操作模式控制信号FIN和RIN均呈高电平时，控制电路22产生 使晶体管QL1和QL2导通而使晶体管QH1和QH2截止的栅极信号，以 将电机l置于"制动模式"。由于产生这些栅极信号，使驱动电流偏转 离开形成电机l的电机线圈L，并沿图6 (c)所示的通路经由H桥电 路21流入接地端子，将电机1制动。
当操作模式控制信号FIN和RIN均呈低电平时，控制电路22产生
使晶体管QH1、QH2、 QL1和QL2截止的栅极信号，以将电机1置于"空 转模式"。由于产生这些栅极信号，根据形成电机1的电机线圈L的反 电动势，驱动电流沿图6 (c)所示的通路流经H桥电路21，使电机l 空转。
如上所述，在本实施例的电机驱动装置中，由于使用场效应晶体 管作为H桥电路21的开关元件，所以可以实现比使用双极型晶体管作 为开关元件时高的对导通/截止控制的响应。然而，即使将双极型晶体 管用作开关元件，也可以实现本发明的上述效果。因此，不一定必须 使用场效应晶体管。
上述实施例针对驱动单相DC电机的配置。然而，本发明不限于这 种特定配置，而可以用于对其他任何类型的电机(音圈电机、步进电 机等)进行驱动的多种电机驱动装置。
此外，本发明不仅可以应用于电机驱动装置， 一般还可以应用于 对其他任何类型的负载(特别是电感性负载)进行驱动的负载驱动装 置。
如图7所示，本发明可以用作电源装置的过电流防止装置。图7 所示的电源装置包括输出电路31，配备有连接在输入和输出端子之 间的输出开关元件QH1和QH2;控制电路32，用于根据输出开关元件 QH1和QH2的打开/闭合控制，驱动LC滤波器(线圈Lex和电容器Cex)， 其中LC滤波器与开关元件连在一起的节点相连，并从输入电压Vin 产生所需输出电压Voui:;以及过电流保护电路33 (具有与上述过电流 保护电路23类似的配置)，用于通过对流经开关元件QH1和QH2的电 流ia和ib进行监视，产生过电流保护信号EN。控制电路32配置为 当过电流保护信号EN处于禁用状态时，禁止对输出开关元件QH1和 QH2的打开/闭合控制。
显然，依据上述教义，本发明可以有多种修改和改变。因此要理 解，在所附权利要求的范围内，可以采用除上述具体描述之外的其他 方式来实施本发明。
例如，上述实施例针对将电容器C1的充电/放电电路用作对第一 和第二阈值时间T1和T2计数的装置。但是，本发明不限于这种特定
配置，而可以配置为采用计数器等执行该计数操作。
上述实施例针对由第一开关SW1选择性地切换第一和第二恒流源
Il和12与电容器C1之间的连接来作为对电容器C1的充电/放电进行
切换的装置的配置。但是，本发明不限于这种特定配置，而可以配置
为对第一和第二恒流源n和12本身进行可操作状态和不可操作状态
之间的选择性切换。
上述实施例针对当过电流保护信号EN在第一和第二或信号变为 低电平之前改变到禁用状态时执行第一和第二开关SW1和SW2的开关 控制的配置。但是，本发明不限于这种特定配置。在给定优先级以简 化电路配置的情况下，本发明可以配置为只根据第一和第二或信号来 执行第一和第二开关SW1和SW2的开关控制。然而，因为第一和第二 或信号在过电流保护信号EN改变到禁用状态之后稍晚一点变为低电 平，所以从无延迟地开始对第二阈值时间T2进行计数的观点看来，优 选的是采用上述实施例中描述的配置。
工业实用性
本发明在使诸如电机驱动装置等负载驱动装置和电源装置更加安 全地抵抗过电流方面是有用的。本发明特别适合要求高可靠性的应用 (例如，车载装置)。
权利要求
1.一种过电流保护电路，包括传感电阻器，用于产生与流经保护对象的电流相对应的检测电压；第一比较器，用于比较所述检测电压与第一阈值电压；第二比较器，用于比较所述检测电压与第二阈值电压，所述第二阈值电压比所述第一阈值电压高；以及计时器电路，用于根据第一和第二比较器的比较输出信号，产生过电流保护信号，其中，当所述检测电压已达到第一阈值电压时，计时器电路开始对第一阈值时间进行计数，当所述检测电压保持在第一阈值电压以上，并且已经过第一阈值时间时，计时器电路将所述过电流保护信号改变到禁用状态，并开始对第二阈值时间进行计数，当已经过第二阈值时间时，计时器电路将所述过电流保护信号返回到使能状态，以及在所述检测电压已达到第一阈值电压，并且开始对第一阈值时间进行计数之后，当所述检测电压已达到第二阈值电压时，计时器电路不等待经过第一阈值时间，而强制停止对第一阈值时间的计数，将所述过电流保护信号改变到禁用状态，并开始对第二阈值时间进行计数。
2. 根据权利要求l所述的过电流保护电路，其中 计时器电路包括电容器，具有从中提取充电电压的一端；第一恒流源，是用于对所述电容器充电的装置；第二恒流源，是用于对所述电容器放电的装置；第一开关，用于根据所述第一比较器的比较输出信号和所述过电 流保护信号，对所述电容器的充电/放电进行切换；第二开关，用于根据所述第二比较器的比较输出信号和所述过电 流保护信号，将所述电容器的所述一端与/从电源线连接/断开； 第三比较器，其输出逻辑根据所述充电电压是高于还是低于预定下限设置电压而改变；第四比较器，其输出逻辑根据所述充电电压是高于还是低于预定上限设置电压而改变；以及RS触发器，向其输入所述第三和第四比较器的比较输出信号，并 从其提取输出信号，作为所述过电流保护信号，对所述第一开关进行控制，以在所述检测电压己达到第一阈值电压时，通过第一恒流源对所 述电容器充电，以及在所述检测电压还未达到第一阈值电压或所述过电流保护信号改 变到禁用状态时，通过第二恒流源对所述电容器放电，以及对所述第二开关进行控制，以在所述检测电压已达到第二阈值电压时，将所述电容器的所述 一端与电源线相连，以及在所述检测电压还未达到第二阈值电压或所述过电流保护信号改 变到禁用状态时，将所述电容器的所述一端从电源线断开。
3. 根据权利要求l所述的过电流保护电路，其中 在保护对象的电流通路上设置多于一组的传感电阻器以及第一和第二比较器。
4. 一种负载驱动装置，包括输出电路，具有与负载相连的输出开关元件；控制电路，用于根据所述输出开关元件的打开/闭合控制，向所述 负载馈送驱动电流；以及过电流保护电路，用于通过监视所述驱动电流，产生过电流保护 信号，其中所述负载驱动装置包括权利要求1所述的过电流保护电路，作为 所述过电流保护电路，以及所述控制电路被配置为当过电流保护信号处于禁用状态时，禁止 所述输出开关元件的打开/闭合控制。
5. —种电机驱动装置，用于控制电机的驱动，包括 权利要求4所述的负载驱动装置，作为向形成电机的电机线圈馈 送驱动电流的装置。
6. —种电气设备，包括 电机；以及电机驱动装置，用于控制所述电机的驱动，其中所述电气设备包括权利要求5所述的电机驱动装置，作为所述电机驱动装置。
7. —种电源装置，包括-输出电路，具有连接在输入和输出端子之间的输出开关元件；控制电路，用于根据所述输出开关元件的打开/闭合控制，从输入 电压产生所需输出电压；以及过电流保护电路，用于通过对流经所述输出开关元件的电流进行 监视，产生过电流保护信号，其中所述电源装置包括权利要求1所述的过电流保护电路，作为所述 过电流保护电路，以及所述控制电路被配置为当过电流保护信号处于禁用状态时，禁止 所述输出开关元件的打开/闭合控制。
全文摘要
在根据本发明的过电流保护电路(23)中，如下配置根据检测电压Va(Vb)与VrefL和VrefH之间的比较结果来产生过电流保护信号EN的计时器电路TMR。当Va(Vb)已达到VrefL时，计时器电路TMR开始对T1计数。当已经过T1，并且Va(Vb)保持在VrefL以上时，计时器电路TMR将EN改变到禁用状态，并开始对T2计数。当已经过T2时，计时器电路TMR将EN返回到使能状态。另一方面，在Va(Vb)已达到VrefL，并开始对T1计数之后，当Va(Vb)已达到VrefH，计时器电流TMR不等待T1经过，而强制停止对T1的计数，将EN改变到禁用状态，并开始对T2计数。采用这种配置，可以向保护对象(例如，装置内部设置的负载或元件)提供必要和足够保护的过电流保护电路。
文档编号H02P7/18GK101103507SQ200680001898
公开日2008年1月9日 申请日期2006年8月25日 优先权日2005年9月6日
发明者平田茂 申请人:罗姆股份有限公司