一種多路感性負載驅動控制電路

南京富士通電子信息科技股份有限公司 徐 森

本文論述了一種多路感性負載的驅動控制電路，其特點在于使用了大功率場效應管為多路感性負載的感應電流提供放電通路；使用二極管陣列組成的或門來控制每一路感性負載的感應電流放電時間，可以做到獨立控制每一路感性負載感應電流的放電時間；使用TVS二極管來快速泄放感性負載經過場效應管放電之后殘余的感應電流。與常規的感性負載驅動電路相比，本方案使用大功率場效應管作為反向放電通路，效率高、發熱小、驅動能力大。使用二極管陣列實現或門把多路控制信號進行組合，簡化了放電電路的控制邏輯，降低了物料成本。

在驅動感性負載的電路中，通常都會遇到如下問題：如何控制感性負載的感應電流的放電曲線；如何有效防止驅動器件發熱以及如何降低電路的成本。本設計的電路方案針對這些現實存在的棘手問題提出了有效的解決辦法，綜合利用了二極管、大功率場效應管和TVS二極管的特性；使用了大功率場效應管為多路感性負載的感應電流提供放電通路；使用二極管陣列組成的或門來控制每一路感性負載的感應電流的放電時間，配合MCU的軟件設計，可以做到控制每一路感性負載的感應電流的放電時間；使用TVS二極管來快速泄放感性負載經過場效應管放電之后殘余的感應電流，降低了器件成本，減小了器件發熱。

1 技術背景

如圖1所示，針式打印機的打印頭是由24根打印針組成，每根打印針的動作都有與其對應的一個電磁鐵來控制，電磁鐵的線圈充電，磁場力吸引打印針向下出針擊打碳帶印字，電磁鐵線圈放電磁場力減弱，彈簧復位使打印針回歸到初始位置。因此，驅動打印頭的電路需要能獨立控制24根打印針的電磁鐵的充電和放電。通常的做法是每個電磁鐵的控制電路都需要1個NMOS管、1個續流二極管、1個放電回路控制單元；此做法使用的電子器件較多，成本比較高。本方案設計的電路使用1個大功率場效應管和1個TVS二極管作為共用的放電電路，二極管陣列組成的或門控制場效應管的放電，簡化了電路結構，降低了成本。

圖1 打印頭和打印針結構示意圖

2 硬件電路設計

多路感性負載驅動電路如圖2所示，PIN1-PIN12是12路感性負載的驅動信號，當PIN1-PIN12中的任一路信號為高電平時，與其對應的L1-L12中的被驅動的一路感性負載開始充電。當PIN1-PIN12為低電平時，驅動L1-L12的場效應管TR1-TR12關閉，感性負載結束充電狀態。由于電感上的電流不能突變，電感L1-L12上產生反電動勢，此反電動勢繼續維持電流在反向放電電路中流動（反向放電電路由D1-D12、TVS、Q2組成）。FLYBK1-FLYBK12是12路感性負載L1-L12的反向放電電路的控制信號，當FLYBK1-FLYBK12中的任一路信號為高電平時，二極管陣列DM1、DM2、DM3組成的或門驅動Q1的基極到高電平，三極管Q1開啟，大功率場效應管Q2的柵極被驅動為低，Q2導通，L1-L12中感應電流通過Q2釋放。當FLYBK1-FLYBK12為低電平時，經過場效應管放電之后電感中殘余的感應電流通過TVS釋放掉。如圖2所示：DM1-DM3是二極管陣列，每個芯片集成了4個二極管。FLYBK1-FLYBK12通過電阻R1-R12與二極管陣列DM1-DM3的陽極相接。DM1-DM3的陰極接在一起驅動三極管Q1的基極；Q1的發射極接地，Q1集電極通過R13、R14接Q2的柵極；Q2的漏極與源極與TVS并聯。Q2的漏極、TVS的陽極、負載L1-L12的一端，接高壓端VH。Q2的源極、TVS的陰極、D1-D12的陰極接一起。R15跨接在Q2的柵極與源極之間。D1-D12的陽極分別與L1-L12的另一端、TR1-TR12的漏極接一起。TR1-TR12的源極共同接地,驅動信號PIN1-PIN12分別與TR1-TR12的柵極相接。

圖2 多路感性負載驅動電路

結束語：本文論述了一種適用于針式打印機打印頭的多路感性負載控制電路，利用二極管陣列組成的或門控制NMOS管在感性負載放電階段時開啟，實現感性負載感應電流的放電。本電路方案成本低，發熱量小，有良好的應用價值。