一种多路感性负载驱动控制电路

南京富士通电子信息科技股份有限公司 徐 森

本文论述了一种多路感性负载的驱动控制电路，其特点在于使用了大功率场效应管为多路感性负载的感应电流提供放电通路；使用二极管阵列组成的或门来控制每一路感性负载的感应电流放电时间，可以做到独立控制每一路感性负载感应电流的放电时间；使用TVS二极管来快速泄放感性负载经过场效应管放电之后残余的感应电流。与常规的感性负载驱动电路相比，本方案使用大功率场效应管作为反向放电通路，效率高、发热小、驱动能力大。使用二极管阵列实现或门把多路控制信号进行组合，简化了放电电路的控制逻辑，降低了物料成本。

在驱动感性负载的电路中，通常都会遇到如下问题：如何控制感性负载的感应电流的放电曲线；如何有效防止驱动器件发热以及如何降低电路的成本。本设计的电路方案针对这些现实存在的棘手问题提出了有效的解决办法，综合利用了二极管、大功率场效应管和TVS二极管的特性；使用了大功率场效应管为多路感性负载的感应电流提供放电通路；使用二极管阵列组成的或门来控制每一路感性负载的感应电流的放电时间，配合MCU的软件设计，可以做到控制每一路感性负载的感应电流的放电时间；使用TVS二极管来快速泄放感性负载经过场效应管放电之后残余的感应电流，降低了器件成本，减小了器件发热。

1 技术背景

如图1所示，针式打印机的打印头是由24根打印针组成，每根打印针的动作都有与其对应的一个电磁铁来控制，电磁铁的线圈充电，磁场力吸引打印针向下出针击打碳带印字，电磁铁线圈放电磁场力减弱，弹簧复位使打印针回归到初始位置。因此，驱动打印头的电路需要能独立控制24根打印针的电磁铁的充电和放电。通常的做法是每个电磁铁的控制电路都需要1个NMOS管、1个续流二极管、1个放电回路控制单元；此做法使用的电子器件较多，成本比较高。本方案设计的电路使用1个大功率场效应管和1个TVS二极管作为共用的放电电路，二极管阵列组成的或门控制场效应管的放电，简化了电路结构，降低了成本。

图1 打印头和打印针结构示意图

2 硬件电路设计

多路感性负载驱动电路如图2所示，PIN1-PIN12是12路感性负载的驱动信号，当PIN1-PIN12中的任一路信号为高电平时，与其对应的L1-L12中的被驱动的一路感性负载开始充电。当PIN1-PIN12为低电平时，驱动L1-L12的场效应管TR1-TR12关闭，感性负载结束充电状态。由于电感上的电流不能突变，电感L1-L12上产生反电动势，此反电动势继续维持电流在反向放电电路中流动（反向放电电路由D1-D12、TVS、Q2组成）。FLYBK1-FLYBK12是12路感性负载L1-L12的反向放电电路的控制信号，当FLYBK1-FLYBK12中的任一路信号为高电平时，二极管阵列DM1、DM2、DM3组成的或门驱动Q1的基极到高电平，三极管Q1开启，大功率场效应管Q2的栅极被驱动为低，Q2导通，L1-L12中感应电流通过Q2释放。当FLYBK1-FLYBK12为低电平时，经过场效应管放电之后电感中残余的感应电流通过TVS释放掉。如图2所示：DM1-DM3是二极管阵列，每个芯片集成了4个二极管。FLYBK1-FLYBK12通过电阻R1-R12与二极管阵列DM1-DM3的阳极相接。DM1-DM3的阴极接在一起驱动三极管Q1的基极；Q1的发射极接地，Q1集电极通过R13、R14接Q2的栅极；Q2的漏极与源极与TVS并联。Q2的漏极、TVS的阳极、负载L1-L12的一端，接高压端VH。Q2的源极、TVS的阴极、D1-D12的阴极接一起。R15跨接在Q2的栅极与源极之间。D1-D12的阳极分别与L1-L12的另一端、TR1-TR12的漏极接一起。TR1-TR12的源极共同接地,驱动信号PIN1-PIN12分别与TR1-TR12的栅极相接。

图2 多路感性负载驱动电路

结束语：本文论述了一种适用于针式打印机打印头的多路感性负载控制电路，利用二极管阵列组成的或门控制NMOS管在感性负载放电阶段时开启，实现感性负载感应电流的放电。本电路方案成本低，发热量小，有良好的应用价值。