一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 2062349 U(45)授权公告日 2017.10.03

(21)申请号 201720243380.0(22)申请日 2017.03.13

(73)专利权人 广州市爱司凯科技股份有限公司

地址 510000 广东省广州市中新广州知识

城九佛建设新街18号自编112房(72)发明人 唐晖　李勇　

(74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所

(特殊普通合伙) 33240

代理人 王桂名(51)Int.Cl.

H02P 25/034(2016.01)

权利要求书2页 说明书4页 附图3页

()实用新型名称

一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统(57)摘要

本实用新型涉及一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其包括音圈电机、霍尔位置采集电路、霍尔电流采集电路、主控制芯片和全桥驱动电路，所述的霍尔位置采集电路和霍尔电流采集电路分别与主控制芯片连接，主控制芯片又与全桥驱动电路连接，全桥驱动电路的两个输出端分别连接音圈电机的电源两极。本实用新型涉及的音圈电机驱动系统能够满足打印时驱动音圈电机高频运动以及具有高精度的定位能力。

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1.一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其包括音圈电机，其特征在于：其还包括霍尔位置采集电路、霍尔电流采集电路、主控制芯片和全桥驱动电路，所述的霍尔位置采集电路和霍尔电流采集电路分别与主控制芯片连接，主控制芯片又与全桥驱动电路连接，全桥驱动电路的两个输出端分别连接音圈电机的电源两极；

所述的全桥驱动电路包括两个半桥驱动芯片U1、U2和四个N沟道MOS管D1、D2、D3、D4，半桥驱动芯片U1、U2的VDD端均与外接电源连接，VSS端均接地，SD端相互连接，半桥驱动芯片U1的HIN端与半桥芯片U2的LIN端连接，半桥驱动芯片U1的LIN端与半桥驱动芯片U2的HIN端连接，半桥驱动芯片U1的HO端和LO端分别与N沟道MOS管D1和N沟道MOS管D3的G极连接，VS端与音圈电机连接，半桥驱动芯片U2的HO端和LO端分别与N沟道MOS管D2和N沟道MOS管D4的G极连接，VS端与霍尔电流采集电路的输出端连接，N沟道MOS管D1的S极与N沟道MOS管D3的D极连接，N沟道MOS管D2的S极与N沟道MOS管D4的D极连接，N沟道MOS管D1的D极与N沟道MOS管D2的D极相互连接且与外接电源连接，N沟道MOS管D3的S极、N沟道MOS管D4的S极、半桥驱动芯片U1的COM端、半桥驱动芯片U2的COM端相互连接且均接地；

所述的霍尔电流采集电路包括霍尔电流传感器U3和模数转换芯片U4，模数转换芯片U4的IN+端连接霍尔电流传感器U3的VIOUT端，IN-端连接霍尔电流传感器U3的GND端，霍尔电流传感器U3的两个IP+端均连接半桥驱动芯片U2的VS端，两个IP-端均连接音圈电机；

所述的霍尔位置采集电路包括霍尔磁场传感器U5、模数转换芯片U6和电压跟随器OP，霍尔磁场传感器U5的VCC端连接外接电源，GND端接地，OUTPUT端连接电压跟随器OP的正极输入端，电压跟随器OP的输出端连接电压跟随器OP的负极输入端、以及模数转换芯片U6的IN﹣端，模数转换芯片U6的IN﹣端与电压跟随器OP连接并接地。

2.根据权利要求1所述的具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其特征在于：所述的全桥驱动电路还包括四个电阻R1、R2、R3、R4，电阻R1两端分别与半桥驱动芯片U1的HO端和N沟道MOS管D1的G极连接，电阻R2的两端分别与半桥驱动芯片U2的HO端和N沟道MOS管D2的G极连接，电阻R3的两端分别与半桥驱动芯片U1的LO端和N沟道MOS管D3的G极连接，电阻R4的两端分别与半桥驱动芯片U2的LO端和N沟道MOS管D4的G极连接。

3.根据权利要求1所述的具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其特征在于：所述的半桥驱动芯片U1的VB端依次连接二极管D5和电容C1，电容C1接地，半桥驱动芯片U1的VCC端连接在二极管D5和电容C1之间，半桥驱动芯片U1的VB端还与VS端连接，VB端和VS端之间还连接电容C2。

4.根据权利要求1所述的具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其特征在于：所述的半桥驱动芯片U2的VB端依次连接二极管D6和电容C3，电容C3接地，半桥驱动芯片U2的VCC端连接在二极管D6和电容C3之间，半桥驱动芯片U2的VB端还与VS端连接，VB端和VS端之间还连接电容C4。

5.根据权利要求1所述的具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其特征在于：所述的霍尔电流传感器U3的FILTER端与GND端相互连接，两端之间设有电容C5，VCC端连接有磁珠L1，模数转换芯片U4的REF端与磁珠L1连接，模数转换芯片U4REF端还连有去耦电容C7，去耦电容C7的另一端接地，模数转换芯片U4的VDD端、VIO端和SDI端相互连接，且连接有电容C8，霍尔电流传感器U3的VIOUT端通过由电阻R5和电容C6组成的滤波电路连接到模数转换芯片U4的IN+端，模数转换芯片U4的IN﹣端接地。

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6.根据权利要求1所述的具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其特征在于：所述的电压跟随器OP输出端与模数转换芯片U6之间还设有电阻R6和去耦电容C9，霍尔磁场传感器U5的VCC端连接有去耦电容C10，电压跟随器OP连接有去耦电容C11，模数转换芯片U6的REF端连接有去耦电容C12，VDD端连接有去耦电容C13和C14。

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一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统

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技术领域

[0001]本实用新型涉及一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统。

背景技术

[0002]CTP设备在高速打印过程中，打印镜头需要和版材表面保持固定的距离，以保持焦距不变，保证打印质量。而转鼓本身加工精度，版材和转鼓的贴合度都会造成版材表面与镜头距离发生变化，影响打印质量。因此需要控制承载镜头的音圈电机在打印时保持动态调整状态，使的镜头保持与版材表面的距离保持不变。因此需要一种控制音圈电机的驱动电路，能够驱动音圈电机高频运动以及具有高精度的定位能力。[0003]中国专利“基于N通道MOSFET的音圈电机高速驱动系统”(申请号201410719874.2)公开了一种音圈电机的驱动系统，解决现有电机驱动系统适用于高压领域，且无法实现对快速反射镜的控制的问题，本发明主要是针对音圈电机工作电压较低工作频率高的特点，现今的集成驱动器多专为高工作电压设计，采用四个N通道MOSFET及相关器件组成H桥电机驱动电路。该发明采用逻辑电路避免出现上电时桥的上下臂导通，采用高速CCD驱动器输出高频强驱动信号；根据MOSFET的开通及关闭时间不同的特点，控制器输出的驱动逻辑信号避免了在动态变化过程中上下臂同时导通；另外对驱动系统上电顺序进行了规定。然而，该技术并不能实现音圈的定位功能。

发明内容

[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，能够满足打印时驱动音圈电机高频运动以及具有高精度的定位能力。[0005]为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

[0006]本实用新型涉及的一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其包括音圈电机，其特征在于：其还包括霍尔位置采集电路、霍尔电流采集电路、主控制芯片和全桥驱动电路，所述的霍尔位置采集电路和霍尔电流采集电路分别与主控制芯片连接，主控制芯片又与全桥驱动电路连接，全桥驱动电路的两个输出端分别连接音圈电机的电源两极；所述的全桥驱动电路包括两个半桥驱动芯片U1、U2和四个N沟道MOS管D1、D2、D3、D4，半桥驱动芯片U1、U2的VDD端均与外接电源连接，VSS端均接地，SD端相互连接，半桥驱动芯片U1的HIN端与半桥芯片U2的LIN端连接，半桥驱动芯片U1的LIN端与半桥驱动芯片U2的HIN端连接，半桥驱动芯片U1的HO端和LO端分别与N沟道MOS管D1和N沟道MOS管D3的G极连接，VS端与音圈电机连接，半桥驱动芯片U2的HO端和LO端分别与N沟道MOS管D2和N沟道MOS管D4的G极连接，VS端与霍尔电流采集电路的输出端连接，N沟道MOS管D1的S极与N沟道MOS管D3的D极连接，N沟道MOS管D2的S极与N沟道MOS管D4的D极连接，N沟道MOS管D1的D极与N沟道MOS管D2的D极相互连接且与外接电源连接，N沟道MOS管D3的S极、N沟道MOS管D4的S极、半桥驱动芯片U1的COM端、半桥驱动芯片U2的COM端相互连接且均接地；所述的霍尔电流采集电路包括霍尔电流传感器U3和模数转换芯片U4，模数转换芯片U4的IN+端连接霍尔电流传感器U3的

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VIOUT端，IN-端连接霍尔电流传感器U3的GND端，霍尔电流传感器U3的两个IP+端均连接半桥驱动芯片U2的VS端，两个IP-端均连接音圈电机；所述的霍尔位置采集电路包括霍尔磁场传感器U5、模数转换芯片U6和电压跟随器OP，霍尔磁场传感器U5的VCC端连接外接电源，GND端接地，OUTPUT端连接电压跟随器OP的正极输入端，电压跟随器OP的输出端连接电压跟随器OP的负极输入端、以及模数转换芯片U6的IN﹣端，模数转换芯片U6的IN﹣端与电压跟随器OP连接并接地。[0007]优选地，所述的全桥驱动电路还包括四个电阻R1、R2、R3、R4，电阻R1两端分别与半桥驱动芯片U1的HO端和N沟道MOS管D1的G极连接，电阻R2的两端分别与半桥驱动芯片U2的HO端和N沟道MOS管D2的G极连接，电阻R3的两端分别与半桥驱动芯片U1的LO端和N沟道MOS管D3的G极连接，电阻R4的两端分别与半桥驱动芯片U2的LO端和N沟道MOS管D4的G极连接。[0008]优选地，所述的半桥驱动芯片U1的VB端依次连接二极管D5和电容C1，电容C1接地，半桥驱动芯片U1的VCC端连接在二极管D5和电容C1之间，半桥驱动芯片U1的VB端还与VS端连接，VB端和VS端之间还连接电容C2。所述的电容C1是电源的去耦电容，二极管D5和电容C2构成电压自举电路，提供上桥臂N沟道MOS管导通所需要的G极电压。[0009]优选地，所述的半桥驱动芯片U2的VB端依次连接二极管D6和电容C3，电容C3接地，半桥驱动芯片U2的VCC端连接在二极管D6和电容C3之间，半桥驱动芯片U2的VB端还与VS端连接，VB端和VS端之间还连接电容C4。所述的电容C3是电源的去耦电容，二极管D6和电容C4构成电压自举电路，提供上桥臂N沟道MOS管导通所需要的G极电压。[0010]优选地，所述的霍尔电流传感器U3的FILTER端与GND端相互连接，两端之间设有电容C5，VCC端连接有磁珠L1，模数转换芯片U4的REF端与磁珠L1连接，模数转换芯片U4REF端还连有去耦电容C7，去耦电容C7的另一端接地，模数转换芯片U4的VDD端、VIO端和SDI端相互连接，且连接有电容C8，霍尔电流传感器U3的VIOUT端通过由电阻R5和电容C6组成的滤波电路连接到模数转换芯片U4的IN+端，模数转换芯片U4的IN﹣端接地。[0011]所述的磁珠L1用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，电容C6和电阻R5构成低通滤波器电路。[0012]优选地，所述电压跟随器OP输出端与模数转换芯片U6之间还设有电阻R6和去耦电容C9，霍尔磁场传感器U5的VCC端连接去耦电容C10，电压跟随器OP连接有去耦电容C11，模数转换芯片U6的REF端连接有去耦电容C12，VDD端连接有去耦电容C13和C14。所述的电容C9和电阻R6构成低通滤波电路。

[0013]采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

[0014]本实用新型全桥驱动电路可以驱动音圈电机在小于1mm的范围内高频双向运动及定位；高频电流采样，并且可以检测正负方向的电流，通过14位的模数转换芯片，采样精度高；传统的编码器体积大，成本高，安装麻烦，通过霍尔磁场传感器，可以同样获得高精度的位置信号，且占用空间小，成本低，安装简单。附图说明

[0015]图1是本实用新型具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统的结构示意图；[0016]图2是本实用新型全桥驱动电路及霍尔电流采集电路原理图；[0017]图3是本实用新型霍尔位置采集电路。

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示意图中的标注说明：1霍尔位置采集电路、2主控制芯片、3霍尔电流采集电路、4

全桥驱动电路、5音圈电机。

具体实施方式

[0019]为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来本实用新型的范围。[0020]结合附图1所示，本实用新型涉及的一种具有位置及电流反馈功能的音圈电机驱动系统，其包括音圈电机5、霍尔位置采集电路1、霍尔电流采集电路3、主控制芯片2和全桥驱动电路4，所述的霍尔位置采集电路和霍尔电流采集电路分别与主控制芯片连接，主控制芯片又与全桥驱动电路连接，全桥驱动电路的两个输出端分别连接音圈电机的电源两极。[0021]结合附图2所示，所述的全桥驱动电路包括两个半桥驱动芯片U1、U2和四个N沟道MOS管D1、D2、D3、D4，半桥驱动芯片U1、U2的VDD端均与外接电源连接，VSS端均接地，SD端相互连接，半桥驱动芯片U1的HIN端与半桥芯片U2的LIN端连接，半桥驱动芯片U1的LIN端与半桥驱动芯片U2的HIN端连接，半桥驱动芯片U1的HO端和LO端分别与N沟道MOS管D1和N沟道MOS管D3的G极连接，VS端与音圈电机连接，半桥驱动芯片U2的HO端和LO端分别与N沟道MOS管D2和N沟道MOS管D4的G极连接，VS端与霍尔电流采集电路的输出端连接，N沟道MOS管D1的S极与N沟道MOS管D3的D极连接，N沟道MOS管D2的S极与N沟道MOS管D4的D极连接，N沟道MOS管D1的D极与N沟道MOS管D2的D极相互连接且与外接电源连接，N沟道MOS管D3的S极、N沟道MOS管D4的S极、半桥驱动芯片U1的COM端、半桥驱动芯片U2的COM端相互连接且均接地。全桥驱动电路还包括四个电阻R1、R2、R3、R4，电阻R1两端分别与半桥驱动芯片U1的HO端和N沟道MOS管D1的G极连接，电阻R2的两端分别与半桥驱动芯片U2的HO端和N沟道MOS管D2的G极连接，电阻R3的两端分别与半桥驱动芯片U1的LO端和N沟道MOS管D3的G极连接，电阻R4的两端分别与半桥驱动芯片U2的LO端和N沟道MOS管D4的G极连接。所述的半桥驱动芯片U1的VB端依次连接二极管D5和电容C1，电容C1接地，半桥驱动芯片U1的VCC端连接在二极管D5和去耦电容C1之间，半桥驱动芯片U1的VB端还与VS端连接，VB端和VS端之间还连接电容C2，二极管D5和电容C2构成电压自举电路，提供上臂的M沟道MOS管导通所需的G极电压。半桥驱动芯片U2的VB端依次连接二极管D6和电容C3，电容C3接地，半桥驱动芯片U2的VCC端连接在二极管D6和电容C3之间，半桥驱动芯片U2的VB端还与VS端连接，VB端和VS端之间还连接电容C4。二极管D6和电容C4构成电压自举电路，提供上臂的M沟道MOS管导通所需的G极电压。[0022]全桥驱动电路连接音圈电机的电源两端，通过调整PWM的占空比，可以调整加到音圈电机上的电压值和电流方向，从而驱动音圈电机进行正反向的运动，并且可以定位在指定的位置上。当PWM占空比是50％时，电机停止运动。两路PWM信号电平相反：PWM0为高电平时，PWM1为低电平，PWM0为低电平时，PWM1为高电平，并且PWM0和PWM1之间设有死区，避免全桥驱动电路出现上下桥臂短路状态时损坏器件。[0023]结合附图2所示，所述的霍尔电流采集电路包括霍尔电流传感器U3和模数转换芯片U4，模数转换芯片U4的IN+端连接霍尔电流传感器U3的VIOUT端，IN-端连接霍尔电流传感器U3的GND端，霍尔电流传感器U3的两个IP+端均连接半桥驱动芯片U2的VS端，两个IP-端均连接音圈电机。所述的霍尔电流传感器U3的FILTER端与GND端相互连接，两端之间设有电容C5，VCC端连接有磁珠L1，磁珠L1用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静

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电脉冲的能力，模数转换芯片U4的REF端与磁珠L1连接。模数转换芯片U4REF端还连有去耦电容C7，去耦电容C7的另一端接地，模数转换芯片U4的VDD端、VIO端和SDI端相互连接，且连接有电容C8，霍尔电流传感器U3的VIOUT端通过由电阻R5和电容C6组成的滤波电路连接到模数转换芯片U4的IN+端，模数转换芯片U4的IN﹣端接地，电容C6和电阻R5构成低通滤波器电路。[0024]霍尔电流传感器供电5V，可以检测最大正负5安培的电流。根据185mv/安培的转换公式将正负电流转换为模拟电压。当电流为0时，霍尔电流传感器输出2.5伏中点电压。将霍尔电流传感器串接入音圈电机的电源线，根据霍尔效应原理，将电流大小转换为模拟电压，并通过14位的模数转换芯片，以1兆赫兹的高转换频率转换成数字信号由主控制芯片接收。[0025]结合附图3所示，所述的霍尔位置采集电路包括霍尔磁场传感器U5、模数转换芯片U6和电压跟随器OP，所述的电压跟随器OP采用一个放大电路，霍尔磁场传感器U5的VCC端连接外接电源，GND端接地，GND端连接电压跟随器OP的+极，电压跟随器OP的输出端连接电压跟随器OP的负极以及模数转换芯片U6的IN+端，模数转换芯片U6的IN﹣端与电压跟随器OP连接。所述的电压跟随器OP输出端与模数转换芯片U6之间还设有电阻R6和电容C9，构成低通滤波电路，霍尔磁场传感器U5的VCC端连接有去耦电容C10，电压跟随器OP连接有去耦电容C11，模数转换芯片U6的REF端连接有去耦电容C12，VDD端连接有去耦电容C13和C14。[0026]在音圈电机上，装有两块磁铁，磁铁间距离微大于音圈电机运动范围，且两块磁铁同极性面对面安装。当音圈电机处于中点位置时，将霍尔磁场传感器安装在磁铁中点位置。霍尔磁场传感器可以检测正负600高斯的磁场强度，根据3.125mv/高斯的转换公式将磁场转换为模拟电压。当霍尔磁场传感器在两块磁铁的中点位置时，检测到的磁场强度为0，霍尔磁场传感器输出2.5伏中点电压。通过14位的模数转换芯片，以1兆赫兹的高转换频率转换成数字信号由主控制芯片接收。在整个音圈电机运动范围内，磁场呈线性变化，通过测量和校准，将霍尔磁场传感器的检测输出转换为400um的位置范围。从而可以控制音圈电机的运动和定位。

[0027]以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

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图2

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