阅读说明：本技术 一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法 (Motor driving circuit and driving method based on capacitor charging and discharging structure ) 是由 沈强 冯光涛 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法,电路包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器。本发明采用对片外电容充放电产生三角波的方法同时生成50％占空比的方波,占空比可调的方波和单稳态触发脉冲。通过修改片外电容值可以同时设定连续时钟的频率和单稳态脉冲的宽度。通过可编程充放电电流调校实现了50％占空比和频率的准确输出。电路结构简单,频率设置简单方便,避免了分别多次设置。频率变化范围广,使用范围更宽广。(The invention discloses a motor driving circuit and a driving method based on a capacitor charging and discharging structure, wherein the circuit comprises: the circuit comprises a 50% duty cycle clock generator, a duty cycle adjustable clock generator, a monostable trigger and an output selector. The invention adopts a method of generating triangular waves by charging and discharging off-chip capacitors to simultaneously generate square waves with 50% duty ratio, square waves with adjustable duty ratio and monostable trigger pulses. The frequency of the continuous clock and the width of the monostable pulse can be set simultaneously by modifying the value of the off-chip capacitance. Accurate output of 50% duty cycle and frequency is achieved through programmable charge-discharge current adjustment and calibration. The circuit structure is simple, the frequency setting is simple and convenient, and the respective repeated setting is avoided. The frequency variation range is wide, and the application range is wider.)

一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法。

背景技术

在电机控制与驱动领域中，常采用PWM时钟信号用于驱动直流电机。直流电机起动和调速性能好，调速范围广平滑，过载能力较强，受电磁干扰影响小，具有良好的启动特性和调速特性，维修比较便宜，比较节能环保。但是直流电机比较昂贵且寿命短。直流电机一般应用于反馈环路中闭环控制。系统通过传感器例如速度传感器，水位传感器等把输出的模拟量转化为电平信号，通过放大、转换形成的电平控制信号，并将其输入到电机驱动电路来控制输出时钟信号的占空比进而控制电机转速，从而使目标模拟量达到要求。对于步进式电机，其驱动电路多采用单稳态输出。步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度即步距角，因此可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的，同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进式电机不同于直流电机，是一种开环控制的方式。

目前已有的电机驱动方案一般都是功能单一的，电路复杂，成本高，功耗大，而且支持电机的类型单一所以无法大范围的覆盖各种应用系统的要求，从而增加了系统设计的复杂度。这对于当前设备小型化，低成本化的趋势代价太大。所以目前急需找到一种低成本方式的驱动电路来减小系统硬件的个数，能够通过简单的设置，实现各种不同的功能和性能，适应并简化应用电路的设计，支持足够多的电机类型从而使系统低成本化，小型化和应用设计简单化。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法，电路结构简单，频率设置简单方便，避免了分别多次设置，频率变化范围广，使用范围更宽广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器；

所述50％占空比时钟发生器，用于根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将所述50％占空比的时钟信号输入所述输出选择器和所述单稳态触发器，将所述三角波电压Vtri输入所述占空比可调时钟发生器；

所述占空比可调时钟发生器，用于根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比和最小占空比决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较所述三角波电压Vtri和所述占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将所述占空比可调时钟信号PWM输入所述输出选择器；

所述单稳态触发器，用于根据外部控制输入的电平信号和所述50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与所述50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将所述单稳态触发信号Pulse输入所述输出选择器；

所述输出选择器，用于根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述50％占空比时钟发生器，包括：充放电电容、电流源Iup、电流源Idn、串联开关SWP、串联开关SWN、第一比较器、第二比较器以及RS触发器；

所述充放电电容的充放电节点与所述电流源Iup、所述电流源Idn和所述占空比可调时钟发生器连接，用于产生三角波电压Vtri；

所述电流源Iup，通过所述串联开关SWP与vdd连接，用于对所述充放电电容进行充电；

所述电流源Idn，通过所述串联开关SWN与gnd连接，用于对所述充放电电容进行放电；

所述第一比较器，其正输入端接所述充放电电容的充放电节点，其负输入端接参考输入电压VH，用于判断所述三角波电压Vtri与所述参考输入参考VH的电压差极性；

所述第二比较器，其负输入端接所述充放电电容的充放电节点，其正输入端接参考输入电压VL，用于判断所述三角波电压Vtri与所述参考输入电压VL的电压差极性；

所述RS触发器由两个或非门组成，第一个或非门的R端连接所述第一比较器的输出端，第一个或非门的输出端连接所述50％占空比时钟发生器的CLK输出端、所述串联开关SWP的控制端以及第二个或非门的另一个输入端，第二个或非门的S端连接所述第二比较器的输出端，第二个或非门的CLK_B输出端连接所述串联开关SWN的控制端和第一个或非门的另一个输入端，所述RS触发器用于将所述第一比较器和所述第二比较器的输出逻辑转换为50％占空比的时钟信号CLK，并输入所述单稳态触发器。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述50％占空比时钟发生器用于：

当所述三角波电压Vtri为0且低于所述参考输入电压VL时，所述第二比较器输出为高电平，所述第一比较器输出为低电平，所述RS触发器输出为高电平，使所述串联开关SWN断开同时所述串联开关SWP闭合，通过所述电流源Iup对所述充放电电容进行充电；

维持所述三角波电压Vtri上升，当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VL且低于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器和所述第二比较器的输出都为0，所述RS触发器维持输出不变；

当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器输出1，所述第二比较器输出0，所述RS触发器输出为低电平，使所述串联开关SWP断开同时所述串联开关SWN闭合，通过所述电流源Idn对所述充放电电容进行放电；

维持所述三角波电压Vtri下降，当所述三角波电压Vtri高于所述参考输入电压VL且低于所述参考输入电压VH时，所述第一比较器和所述第二比较器的输出都为0，所述RS触发器维持输出不变；

反复上述过程，实现周期性工作并输出50％占空比的时钟信号CLK，其方波频率Tclk₅₀为：

若所述电流源Idn与所述电流源Iup均复制于同一个参考电流源Isrc，则所述50％占空比的时钟信号CLK的方波频率Tclk₅₀为：

其中，C₀为所述充放电电容的容值，VH为所述参考输入电压VH的电压值，VL为所述参考输入电压VL的电压值，Iup为所述电流源Iup的电流值，Idn为所述电流源Idn的电流值，Isrc为所述参考电流源Isrc的电流值。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述占空比可调时钟发生器，包括：第一负反馈放大器、第二负反馈放大器、第一电阻、NFET、第二电阻和第三比较器；

所述第一负反馈放大器的正输入端接参考电压Vduty_min，负输入端与输出端相连，输出端与第一电阻的一端连接；

所述第二负反馈放大器的正输入端接外部控制电压Vctl的控制端，负输入端接所述NFET的源极，输出端与所述NFET的栅极连接；

所述NFET的源极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述NFET的漏极与所述第一电阻的另一端连接，所述NFET的漏极将由外部控制电压Vctl转化得到的占空比参考电压Vduty输入所述第三比较器的负输入端；

所述第三比较器，其正输入端接所述三角波电压Vtri，其负输入端接所述NFET的漏极，其输出端与所述占空比可调时钟发生器的PWM输出端连接，用于比较所述三角波电压Vtri和所述占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述第三比较器用于：

当所述三角波电压Vtri大于所述占空比参考电压Vduty时，输出为1；

当所述三角波电压Vtri小于所述占空比参考电压Vduty时，输出为0。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述占空比参考电压Vduty为：

Vduty＝(VH-(VH-VL)*min_duty)-Vctl*R1/R2；

所述占空比参考电压Vduty的占空比Duty与所述外部控制电压Vctl之间的关系为：

当Vctl＝0时，Duty＝min_duty，Vduty＝Vduty_min，Vduty_min＝VH-(VH-VL)*min_duty；

当Vctl＝1时，Duty＝max_duty，Vduty＝Vduty_max，Vduty_max＝VL+(VH-VL)*(1-max_duty)；

其中，Vduty为所述占空比参考电压Vduty的电压值，Duty为所述占空比参考电压Vduty的占空比，Vctl为外部控制电压Vctl的电压值，R1为第一电阻的阻值，R2为第二电阻的阻值，VH为所述参考输入电压VH的电压值，VL为所述参考输入电压VL的电压值，Vduty_min为所述参考电压Vduty_min的电压值，min_duty为设定的最小占空比，max_duty为最大占空比，Vctl的范围为0-1V，Vduty在Vduty_max和Vduty_min电压范围内变化。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述单稳态触发电路，包括：第一D触发器、第二D触发器和与门；

所述第一D触发器的D端接外部控制输入，CK端接所述CLK_B输出端，Q端连接所述第二D触发器的D端和所述与门的第一输入端；

所述第二D触发器的D端接所述第一D触发器的Q端，CK端接所述CLK输出端，

端连接所述与门的第二输入端；

所述与门的输出端与所述单稳态触发器的Pulse输出端连接。

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述电机驱动电路包括两个工作模式：

当所述模式选择输入为高电平时，选择驱动步进式电机的模式，所述第一脉冲输出端输出所述50％占空比的时钟信号CLK，所述第二脉冲输出端输出所述单稳态触发信号Pulse；

当所述模式选择输入为低电平时，选择驱动直流式电机的模式，所述第一脉冲输出端输出所述占空比可调时钟信号PWM，所述第二脉冲输出端输出所述50％占空比的时钟信号CLK；

进一步，如上所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，所述输出选择器，包括：用于接收所述50％占空比的时钟信号CLK的CLK输入端口，用于接收所述单稳态触发信号Pulse的Pulse输入端口，用于接收所述占空比可调时钟信号PWM的PWM输入端口，以及用于接收片外输入的模式选择输入端口。

一种基于电容充放电结构的电机驱动方法，应用于本发明所述的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，包括：

(1)50％占空比时钟发生器根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将所述50％占空比的时钟信号输入输出选择器和单稳态触发器，将所述三角波电压Vtri输入占空比可调时钟发生器；

(2)所述占空比可调时钟发生器根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比和最小占空比决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较所述三角波电压Vtri和所述占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将所述占空比可调时钟信号PWM输入所述输出选择器；

(3)所述单稳态触发器根据外部控制输入的电平信号和所述50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与所述50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将所述单稳态触发信号Pulse输入所述输出选择器；

(4)所述输出选择器根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合。

本发明的有益效果在于：本发明采用对片外电容充放电产生三角波的方法同时生成50％占空比的方波，占空比可调的方波和单稳态触发脉冲。通过修改片外电容值可以同时设定连续时钟的频率和单稳态脉冲的宽度。通过可编程充放电电流调校实现了50％占空比和频率的准确输出。电路结构简单，频率设置简单方便，避免了分别多次设置。频率变化范围广，使用范围更宽广。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路的详细结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路工作过程中的波形图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

如图1-3所示，一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，包括：50％占空比时钟发生器、占空比可调时钟发生器、单稳态触发器和输出选择器；

(1)50％占空比时钟发生器

50％占空比时钟发生器，用于根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将50％占空比的时钟信号输入输出选择器和单稳态触发器，将三角波电压Vtri输入占空比可调时钟发生器。

50％占空比时钟发生器，包括：充放电电容C₀、电流源Iup、电流源Idn、串联开关SWP、串联开关SWN、第一比较器Comp1、第二比较器Comp2以及RS触发器。

充放电电容C₀的充放电节点与电流源Iup、电流源Idn和占空比可调时钟发生器连接；电流源Iup，通过串联开关SWP与vdd连接，用于对充放电电容C₀进行充电；电流源Idn，通过串联开关SWN与gnd连接，用于对充放电电容C₀进行放电。

第一比较器，其正输入端接充放电电容C₀的充放电节点，其负输入端接参考输入电压VH，用于判断充放电节点产生的三角波电压Vtri与参考输入参考VH的电压差极性。

第二比较器，其负输入端接充放电电容C₀的充放电节点，其正输入端接参考输入电压VL，用于判断充放电节点产生的三角波电压Vtri与参考输入电压VL的电压差极性。

RS触发器由两个或非门组成，第一个或非门的R端连接第一比较器的输出端，第一个或非门的输出端连接50％占空比时钟发生器的CLK输出端、串联开关SWP的控制端以及第二个或非门的另一个输入端，第二个或非门的S端连接第二比较器的输出端，第二个或非门的CLK_B输出端连接串联开关SWN的控制端和第一个或非门的另一个输入端，RS触发器用于将第一比较器和第二比较器的输出逻辑转换为50％占空比的时钟信号CLK，并输入单稳态触发器。

具体地，当电压Vtri为0，低于VL时，Comp2的输出为高，Comp1的输出为低。RS触发器输出高，SWN断开同时SWP闭合，电流源Iup对充放电电容C₀进行充电；Vtri上升，当Vtri高于VL且低于VH时，Comp2和Comp1的输出都为0，RS触发器维持输出不变。当Vtri高于VH时，Comp1输出1，Comp2输出0，RS触发器输出为低电平，SWP断开同时SWN闭合，电流源Idn对充放电电容C₀进行放电；Vtri下降，Vtri高于VL低于VH时，Comp2和Comp1的输出都为0，RS触发器维持输出不变。如此反复，周期性工作并输出50％占空比的时钟信号CLK，其方波频率为：

电流源Idn与电流源Iup均复制于同一个参考电流源Isrc，该电流源可编程电流源，同时Idn也是可编程电流源。通过调整Idn可以微调占空比。当微调其电流值与Iup相等时，能得到50％占空比的时钟信号CLK。当微调Isrc时，Iup和Idn会同时增大或者减小，进而微调时钟信号CLK的方波频率。这种方法用来校正芯片制造中的工艺偏差，可以把偏差控制在±1％，实现高精度。时钟信号CLK的方波频率为：

充放电电容C₀为片外电容，充放电电容C₀的容值根据系统要求频率的变化而变化，频率越高容值越小，频率越低容值越大，增加了系统设计的灵活性。

(2)占空比可调时钟发生器

占空比可调时钟发生器，用于根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比max_duty和最小占空比min_duty决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较三角波电压Vtri和占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将占空比可调时钟信号PWM输入输出选择器。

占空比可调时钟发生器即可变占空比时钟发生器电路，包括：第一负反馈放大器amp1、第二负反馈放大器amp2、第一电阻R1、NFET、第二电阻R2和第三比较器comp_PWM；

第一负反馈放大器的正输入端接参考电压Vduty_min，负输入端与输出端相连，输出端与第一电阻R1的一端连接。

第二负反馈放大器的正输入端接外部控制电压Vctl的控制端，负输入端接NFET的源极，输出端与NFET的栅极连接。

NFET的源极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地，NFET的漏极与第一电阻R1的另一端连接，NFET的漏极将由外部控制电压Vctl转化得到的占空比参考电压Vduty输入第三比较器的负输入端。

这个电路决定了可以允许的最大占空比max_duty并把外部电压控制信号Vctl转换成内部在Vduty_max和Vduty_min范围内的参考电压信号Vduty。

第三比较器的正输入端接三角波电压Vtri，负输入端接NFET的漏极，输出端与占空比可调时钟发生器的PWM输出端连接，用于比较三角波电压Vtri和占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM。

具体的，Vctl电压通过负反馈放大器amp2和NFET使电阻R2上的电压等于Vctrl。此时电阻R2上的电流I_R2＝Vctl/R1。R1与R2是串联的，所以R1的电流等于R2的电流。R1两端的压降V_R1＝Vctl*R2/R1。R1的上端与负反馈放大器amp1相连。amp1实际上作为一个电压等于Vduty_min的电源工作的，它提供电流I_R2。所以电阻R1的下端电压Vduty＝Vduty_min-Vctl*R1/R2。比较器comp_PWM检测三角波Vtri和Vctl转换后的电压Vduty的压差，从而输出不同占空比的方波信号。当三角波电压Vtri大于Vduty时，比较器comp_PWM输出为1。当三角波Vtri小于Vduty时，比较器comp_PWM输出为0。依据前述三角波电压Vtri的工作原理，comp_PWM输出1的时间也就是Vtri大于Vduty的时间T_high＝C₀*(VH-Vduty)/Isrc。方波周期是T_clk＝C₀*(VH-VL)/Isrc。Duty＝T_high/T_clk＝(VH-Vduty)/(VH-VL)。当Vctl＝1时，就能得到我们想要的占空比max_duty，此时Vduty_max＝VL+(VH-VL)*(1-max_duty)。当Vctl在0V到1V范围内变化时，输出的占空比参考电压Vduty的占空比Duty与Vctl的关系不随方波频率而变化，并满足以下关系式：

其中，R1/R2＝(max_duty-min_duty)*(VH-VL)，Vctl的范围为0-1V，Vctl＝0V代表min_duty，Vctl＝1V代表max_duty。

将Vctl转换成Vduty，Vduty＝(VH-(VH-VL)*min_duty)-Vctl*R1/R2。

当Vctl＝0时对应min_duty，Vduty_min＝VH-(VH-VL)*min_duty。

当Vctl＝1时对应max_duty，Vduty_max＝VL+(VH-VL)*(1-max_duty)。

Vduty就在Vduty_max和Vduty_min范围内变化。

可编程参考电压Vduty_min。设置外部控制电压Vctl(0-1V)为其最小值0V。通过微调Vduty_min的电压使Vduty_min加上放大器amp1的失调电压offset1的和等于VH-min_duty*(VH-VL)。这样就可以精确调整min_duty，使其精度满足要求，比如±1％的误差。可编程放大器amp2的失调电压offset2。设置外部控制电压Vctl为其最大值1V，通过微调offset2的电压使Vduty的电压等于VL+(1-max_duty)*(VH-VL)。这样就可以精确调整max_duty，使其精度满足要求，比如±1％误差。通过微调可以保证Vctl控制方波的占空比在max_duty和min_duty的范围内变化。

(3)单稳态触发器

单稳态触发器，用于根据外部控制输入的电平信号和50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将单稳态触发信号Pulse输入输出选择器；

单稳态触发电路，包括：第一D触发器D1、第二D触发器D2和与门And；

第一D触发器的D端接外部控制输入，CK端接CLK_B输出端，Q端连接第二D触发器的D端和与门的第一输入端。

第二D触发器的D端接第一D触发器的Q端，CK端接CLK输出端，端连接与门的第二输入端。

与门的输出端与单稳态触发器的Pulse输出端连接。

具体地，当外部控制输入端的电压为低的时候，D1的D端为0，D1的Q端为0，D2的端为1。当外部控制输入端电压为高的时候，D1的D端变高，当CLK_B的上升沿也就是CLK的下降沿来时D1的Q端从低变高，半个周期之后，当下一个CLK的脉冲的上升沿来的时候D2的

端由高变为低。D1的Q端与D2的端有半个周期同时为高。把D1的Q端与D2的端连接到与门And的输入，与门And的输出就是脉冲宽度为CLK半个周期宽的单稳态脉冲。简而言之，单稳态脉冲就是从每次外部控制输入端从低变高之后的CLK的第一个下降沿开始到CLK下一个周期的上升沿为止的一个脉冲。

(4)输出选择器

输出选择器，用于根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合，若模式选择输入为高电平，则第一脉冲输出端为50％占空比的时钟信号CLK，第二脉冲输出端为单稳态触发信号Pulse，若模式选择输入为低电平，则第一脉冲输出端为占空比可调时钟信号PWM，第二脉冲输出端为50％占空比的时钟信号CLK。同时增强两个脉冲输出端的驱动能力。

输出选择器，包括：用于接收50％占空比的时钟信号CLK的CLK输入端口，用于接收单稳态触发信号Pulse的Pulse输入端口，用于接收占空比可调时钟信号PWM的PWM输入端口，以及用于接收片外输入的模式选择输入端口。

本发明的基于电容充放电结构的电机驱动电路可包括两个工作模式。当模式选择输入为高电平时，选择的是驱动步进式电机的模式，此时输出端的组合选择的是脉冲输出1(第一脉冲输出端)为连续50％占空比时钟CLK，脉冲输出2(第二脉冲输出端)为单稳态脉冲Pulse。单稳态脉冲的宽度与50％占空比时钟的低电平的宽度一样。此时为了低功耗的考虑，占空比可调时钟发生器会被关闭。50％占空比时钟发生器中，电流通过对外接电容的充放电实现电容端电压随时间线性增长或者线性减小。通过设置两个参考电压VH和VL并控制充电电流和放电电流对电容周期性的充放电，从而实现周期性方波的产生，当充电电流等于放电电流的时候，就会得到50％占空比的方波。根据50％占空比的方波，当外部控制输入端电位从低变为高时，单稳态触发器开始工作，当单稳态触发器探测到50％占空比方波的下降沿，单稳态触发器就会锁存高电平半个周期直到50％占空比方波的下个周期的上升沿，并把它作为单稳态信号输出到脉冲输出2。当脉冲输出2输出结束变为0时，单稳态触发器就置零并等待下一个外部控制输入端从低电平到高电平的变化，使其重新工作。当模式选择输入为低电平时，选择的是驱动直流式电机的模式，脉冲输出1为占空比可调时钟PWM，脉冲输出2为连续50％占空比时钟CLK。同时增强脉冲输出1和脉冲输出2的驱动能力。50％占空比的时钟信号工作如上，电容端因为电流源对电容的周期性充放电产生了一个三角波Vtri。可变占空比方波时钟信号的最大占空比和最小占空比都在三角波上有其对应的电压值Vmax_duty和Vmin_duty。外部电压控制端的电压Vctl通过电阻比例放大电路转化为在Vmax_duty和Vmin_duty范围内的连续变化电压Vduty。比较器通过比较Vduty和三角波Vtri的差值输出不同占空比的方波信号。

下面详细介绍本发明实施例电容充放电电机驱动工作过程中的波形。图3为本发明实施例基于电容充放电结构的电机驱动电路工作时序示意图。

(1)50％占空比方波CLK。

开始片外电容C₀端电压Vtri小于VL，比较器Comp2输出高，RS触发器输出CLK设置为1。上拉电流开始工作，Vtri开始线性上升，当超过VL但是小于VH的时候，RS触发器保持输出不变。当Vtri达到VH的时候，比较器Comp1输出高，RS触发器输出CLK复位为0。下拉电流开始工作，当超过VL但是小于VH的时候，RS触发器保持输出不变。RS触发器周期性的变化且Vtri的上升下降斜率一致，所以得到了50％占空比的方波信号。如此反复周期性的工作。频率与外接电容的容值成反比，因为电容充放电电流固定，电容充放电的时间与电容成反比。

(2)单稳态方波Pulse。单稳态脉冲Pulse就是从每次外部控制输入端从低变高之后的CLK的第一个下降沿开始，到下一个CLK周期的上升沿为止的一个脉冲。

(3)占空比可调的方波PWM。

Vctl从0逐渐变化到1，Vduty按照前述转换公式从Vduty_min逐渐变化到Vduty_max,Vduty是逐渐减小的。比较器comp_PWM比较Vtri和Vduty的大小，Vtri大于Vduty时，比较器comp_PWM的输出PWM输出1，反之PWM输出0。由波形图可见，随着Vctl逐渐变高，Vduty电压的逐渐减小，Vtri大于Vduty的时间就越来越长，所以比较器comp_PWM的输出PWM的高电平的时间就越来越长，PWM输出低电平的时间就越来越少，从而实现了比较器输出的方波信号PWM的占空比越来越大。

一种基于电容充放电结构的电机驱动方法，应用于本发明的一种基于电容充放电结构的电机驱动电路，包括：

(1)50％占空比时钟发生器根据外部电容的不同电容值，对外部电容进行充放电，产生50％占空比的时钟信号CLK和三角波电压Vtri，将50％占空比的时钟信号输入输出选择器和单稳态触发器，将三角波电压Vtri输入占空比可调时钟发生器；

(2)占空比可调时钟发生器根据外部控制电压Vctl的电压值，将外部控制电压转化为由最大占空比和最小占空比决定的电压范围内的占空比参考电压Vduty，比较三角波电压Vtri和占空比参考电压Vduty，根据比较结果输出占空比可调时钟信号PWM，将占空比可调时钟信号PWM输入输出选择器；

(3)单稳态触发器根据外部控制输入的电平信号和50％占空比的时钟信号CLK，产生一个宽度与50％占空比的时钟信号CLK的低电平宽度相同的单稳态触发信号Pulse，将单稳态触发信号Pulse输入输出选择器；

(4)输出选择器根据模式选择输入的电平高低，选择第一脉冲输出端和第二脉冲输出端的输出组合。

本发明基于电容充放电结构的电机驱动电路及驱动方法，具有以下有益效果：

(1)本发明采用对片外电容充放电产生三角波的方法同时生成50％占空比的时钟，占空比可调的时钟，和单稳态出发脉冲。通过修改片外电容值可以同时设定50％占空比时钟的频率、可调占空比时钟的频率和单稳态脉冲的宽度。通过可编程充放电电流调校实现了50％占空比和频率的准确输出。电路结构简单，频率设置简单方便，避免了分别多次设置。频率变化范围广，使用范围更宽广。

(2)本发明采用一种Vctl电平转换的方法以及可编程电压源调校，通过简单的电路实现了对时钟占空比的精确调整，同时电路简单，节省了功耗和面积。

(3)本发明通过对两种输出组合的选择，可以选择支持直流电机和步进电机的驱动，一颗芯片支持两种电机。这在系统设计的时候提供了很大的灵活性并减少了系统的元器件和成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。