在开关模块中使用的通信系统技术方案

在开关模块中使用的通信系统包括耦合以控制开关模块的低侧开关的切换的低侧控制块。低侧控制块还耦合成以低侧基准系统地为基准。高侧控制块耦合以控制开关模块的高侧开关的切换。高侧控制块还耦合成以开关模块的浮动节点为基准。在稳态操作期间，低侧控制块耦合以在每个切换周期期间向高侧控制块发送信号，以接通和关断高侧开关。通过第一单线通信链路从高侧控制块向低侧控制块传输状态更新。

【技术实现步骤摘要】
在开关模块中使用的通信系统
本专利技术大体上涉及半桥逆变器的低侧控制块与高侧控制块之间的故障和状态通信。更具体地，本专利技术涉及半桥逆变器模块中的高侧控制块和低侧控制块之间的通信，该半桥逆变器模块可以用于2相或3相无刷直流(dc)(BLDC)或同步电机驱动装置。
技术介绍
家用和工业用电器诸如通风扇、冷却系统、冰箱、洗碗机、洗衣机/烘干机以及许多其他大型产品/货品通常利用将能量从电源传递至机械负载的电动机。用于驱动电动机的电能通过驱动系统提供，该驱动系统从电源(如，从交流(ac)低频源)中汲取电能。从电源中接收的电能通过功率转换器处理，并转换成期望形式的电能，电能被供应至电机以实现期望的机械输出。电机的期望的机械输出可以为例如电机的速度、电机轴的扭矩或位置。电机及其相关的电路诸如电机驱动装置表示了网络负载的一大部分。电机驱动装置的功能、效率、大小和价格是这些产品的供应商考虑的挑战性和竞争性的因素。电机驱动装置中的功率转换器的功能包括向电机提供输入电信号，诸如用于电机轴上的期望的机械输出负载运动(如，旋转/力)的电压、电流、频率和相位。在一个示例中，功率转换器可以是将dc输入转变成期望的电压、电流、频率和相位的ac输出的逆变器。功率转换器的控制器响应于从传感器块接收的信号调节能量流。在闭环系统中，通过将实际值与期望值进行比较将低功率感测信号从电机或功率转换器发送至控制器。控制器根据实际值与期望值的比较调整输出，以维持目标输出。因其较高的稳定性和效率而众所周知的无刷dc(BLDC)电机代替有刷dc和ac电机，成为市场上的热门选择。无刷dc电机广泛地用于家用电器，诸如冰箱、空调、吸尘器、洗衣机/烘干机以及其他大型货品和电动工具诸如电钻或其他电力工具。BLDC电机需要功率转换器，该功率转换器通常包括三相或三个单相半桥开关模块的逆变级。半桥切换器模块可以包括在集成电路内的功率开关和控制器，这提供了具有较小尺寸和较高效率的紧凑型结构。半桥切换器的功能和操作的可靠性取决于从传感器接收的反馈和错误信号的处理以及用以调节期望的输出和针对可能的故障提供有效保护的控制器的响应。
技术实现思路
本专利技术的实施方案提供了在开关模块中使用的通信系统，包括：低侧控制块，所述低侧控制块耦合以控制所述开关模块的低侧开关的切换，其中，所述低侧控制块还耦合成以低侧基准系统地(low-sidereferencesystemground)为基准；以及高侧控制块，所述高侧控制块耦合以控制所述开关模块的高侧开关的切换，其中，所述高侧控制块还耦合成以所述开关模块的浮动节点为基准，其中，在稳态操作期间，所述低侧控制块耦合以在每个切换周期期间向所述高侧控制块发送信号，以接通和关断所述高侧开关，其中，通过第一单线通信链路从所述高侧控制块向所述低侧控制块传输状态更新。附图说明参考以下附图对本专利技术的非限制性和非详尽的实施方案进行描述，其中，除非另有规定，否则贯穿各个视图，相同的附图标记指示相同的部分。图1A示出了根据本专利技术的教导的分别耦合至高压总线并由单个控制器控制的三个半桥逆变器模块的示例性系统级块的全视图。图1B示出了根据本专利技术的教导的电机绕组至底架的示例性短路故障，该短路故障可以导致通过高侧开关的短路电流，引起用于保护的高侧控制至低侧控制的通信。图2示出了根据本专利技术的教导的示出了半桥逆变器模块内的开关器件和控制块以及包括高侧至低侧通信的相关信号的更多细节的实施例。图3示出了根据本专利技术的教导的用于对高侧控制至低侧控制的状态报告进行编码和解码的示例性电路。图4是根据本专利技术的教导的示出了时间间隔的示例的高侧至低侧通信的电流脉冲信号的一个实施例的时间图。贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部件。本领域技术人员将理解，附图中的元件仅出于简洁和清楚的目的示出，并且不一定按比例绘制。例如，为了有助于提高对本专利技术的各种实施方案的理解，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大。另外，为了帮助减少对本专利技术的这些各种实施方案的视图的阻挡，通常不描绘商业可行的实施方案中使用或需要的常用但容易理解的元件。具体实施方式为了提供对所描述实施方案的透彻理解，在下面的描述中陈述了具体的细节，诸如装置类型、电压、部件值、电路配置等。然而，本领域普通技术人员将理解，实践所描述的实施方案可能不需要这些具体的细节。还可以理解，为了避免使所描述的实施方案模糊不清，未详细描述或者以框图的形式示出公知的电路结构和元件。贯穿整个说明书，提及“一个实施方案”、“实施方案”、“一个实施例”或“实施例”意味着包含该实施方案或实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，贯穿整个说明书，各处出现的词组“在一个实施方案中”、“在实施方案中”、“一个实施例”或“实施例”不一定都指同一实施方案或实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何适合的组合和/或子组合的方式结合在一个或多个实施方案或实施例中。特定特征、结构或特性可以包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他适合的部件中。另外，可以理解本文提供的附图是出于向本领域普通技术人员进行解释的目的。在本申请的上下文中，当晶体管处于“关断状态”或“关断”时，晶体管基本上不传导电流。相反，当晶体管处于“导通状态”或“导通”时，晶体管基本上能够传导电流。举例来说，在一个实施方案中，高压晶体管包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)，其中高压支撑在第一端子(漏极)与第二端子(源极)之间。高压MOSFET包括功率开关，功率开关由集成控制器电路驱动以调节提供给负载的能量。出于本公开内容的目的，“接地”或“接地电位”指限定或测量电子电路或集成电路(IC)的所有其他电压或电位所参考的基准电压或电位。半桥逆变器模块耦合以响应于系统控制器驱动多相电机。每个半桥逆变器模块的开关块包括耦合至低侧开关的高侧开关，其中高侧开关与低侧开关之间的中点端子耦合至多相电机的相应相端子。如将示出的，根据本专利技术的教导的实施例提供了与系统控制器(如，微控制器μC)对接的半桥逆变器模块的紧凑包容结构(inclusivestructure)。因此，在一个实施例中，根据本专利技术的教导，受控的半桥逆变器(如，切换器)将需要较少的外部部件和减少的引脚使用量。将理解，虽然本公开内容的示例性附图和描述重点在于用于多相电机驱动装置(如，BLDC电机)的半桥逆变器模块中高侧与低侧控制块或驱动器之间的状态和故障通信的应用，但这不应视为限制。正如本领域技术人员将会理解的，在包括以地(如，低侧开关的源极)为基准的低侧开关和控制块或驱动器以及以浮动节点(如，高侧开关的源极)为基准的高侧控制块或驱动器的任何开关器件/模块中都可以使用根据本专利技术的教导的实施例。在各种实施例中，所公开的高侧与低侧控制块或驱动器之间的故障和状态更新的通信的实施例为各种应用提供快速且可靠的保护。根据本专利技术的教导还可以理解，在本公开内容中示出的示例性负载可以是各种单相或多相负载，诸如ac或dc电机驱动装置或其他适合类型的负载。如所提及的，BLDC电机在家用电器和电力工具中变得越来越受欢迎。BLDC电机变得越来越受欢迎的其中一些主要原因在于与有刷或通用电机相比，BLDC电机更高效、更可靠且可闻噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】
在开关模块中使用的通信系统，包括：低侧控制块，所述低侧控制块耦合以控制所述开关模块的低侧开关的切换，其中，所述低侧控制块还耦合成以低侧基准系统地为基准；以及高侧控制块，所述高侧控制块耦合以控制所述开关模块的高侧开关的切换，其中，所述高侧控制块还耦合成以所述开关模块的浮动节点为基准，其中，在稳态操作期间，所述低侧控制块耦合以在每个切换周期期间向所述高侧控制块发送信号，以接通和关断所述高侧开关，其中，通过第一单线通信链路从所述高侧控制块向所述低侧控制块传输状态更新。

【技术特征摘要】
2016.10.27 US 15/336,6581.在开关模块中使用的通信系统，包括：低侧控制块，所述低侧控制块耦合以控制所述开关模块的低侧开关的切换，其中，所述低侧控制块还耦合成以低侧基准系统地为基准；以及高侧控制块，所述高侧控制块耦合以控制所述开关模块的高侧开关的切换，其中，所述高侧控制块还耦合成以所述开关模块的浮动节点为基准，其中，在稳态操作期间，所述低侧控制块耦合以在每个切换周期期间向所述高侧控制块发送信号，以接通和关断所述高侧开关，其中，通过第一单线通信链路从所述高侧控制块向所述低侧控制块传输状态更新。2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，第一通信链路、第二通信链路和第三通信链路耦合在所述高侧控制块与所述低侧控制块之间，其中，第一单线通信链路为所述第一通信链路，其中，所述第一通信链路将编码的状态更新从所述高侧控制块传输至所述低侧控制块，其中，所述第二通信链路耦合以向所述高侧控制块提供接通开关信号，并且其中，所述第三通信链路耦合以向所述高侧控制块提供关断开关信号。3.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述高侧控制块耦合以当所述低侧开关已经接通时，在下一切换周期期间通过第一通信链路将所述状态更新传输至所述低侧控制块。4.根据权利要求1所述的通信系统，其中，从所述高侧控制块到所述低侧控制块的编码的状态更新的通信是通过传递电流脉冲幅度的第一单线通信链路进行的。5.根据权利要求4所述的通信系统，其中，通过所述第一单线通信链路进行的从所述高侧控制块到所述低侧控制块的所述编码的状态更新的通信发生在一通信时间段内，所述通信时间段具有比所述开关模块的切换周期的持续时间短的持续时间。6.根据权利要求3所述的通信系统，其中，接收对故障进行编码的电流脉冲的以系统地为基准的所述低侧控制块将所述故障解码为多位二进制码，并且通过所述开关模块上的故障端子以及通过故障总线将所述故障传输至系统控制器，所述系统控制器也耦合成以所述低侧基准系统地为基准。7.根据权利要求3所述的通信系统，其中，故障和信息从所述高侧控制块到所述低侧控制块的通信的优先级是按照所述故障和信息对开关器件和所述通信系统的风险的顺序。8.根据权利要求7所述的通信系统，其中，当所述高侧控制块在同一时间检测到两个故障时，所述高侧控制块耦合以在下一次所述低侧开关器件接通时将具有较高优先级的故障传输至所述低侧控制块。9.根据权利要求7所述的通信系统，其中，从所述高侧控制块传输至所述低侧控制块的优先级最高的通信是系统错误故障。10.根据权利要求9所述的通信系统，其中，从所述高侧控制块到所述低侧控制块没有通信能够表明高侧电源电压在目标范围以外。11.根据权利要求9所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·鲍尔勒，M·Y·张，尤里·盖克诺基，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国,US