用于减少电动机逆变器中的换向损失的方法技术

本申请案的实施例涉及一种用于减少电动机逆变器中的换向损失的方法。电路包括多相栅极驱动器(102)，所述多相栅极驱动器(102)待耦合到多相逆变器(104a)以用于驱动多相电动机(110)。针对每一相，所述多相栅极驱动器(102)用于根据脉冲宽度调制PWM控制信号开启和关闭所述多相逆变器(104a)的给定对的高侧和低侧晶体管(Q1/Q2、Q3/Q4、Q5/Q6)中的高侧晶体管(Q1、Q3、Q5)，中断到所述给定对的所述高侧晶体管(Q1、Q3、Q5)的所述PWM控制信号并关闭所述给定对的所述高侧晶体管(Q1、Q3、Q5)，且开启所述给定对的所述低侧晶体管(Q2、Q4、Q6)，直到通过所述低侧晶体管(Q2、Q4、Q6)的电流电平下降到低于阈值，此时，关闭所述低侧晶体管(Q2、Q4、Q6)。

Method to reduce commutation loss in motor inverter

The embodiment of the present application relates to a method for reducing commutation loss in a motor inverter. The circuit includes a polyphase gate driver (102) to be coupled to a polyphase inverter (104a) for driving a polyphase motor (110). For each phase, the polyphase gate driver (102) is used to turn on and off the high side and low side transistors (Q1 / Q2, Q3 / Q4, Q5 / Q6) of the given pair of the polyphase inverter (104a) according to the pulse width modulation PWM control signal, interrupt the PWM control signal of the high side transistors (Q1, Q3, Q5) of the given pair and turn off the given pair The high side transistors (Q1, Q3, Q5) of the, and the low side transistors (Q2, Q4, Q6) of the given pair are turned on until the current level through the low side transistors (Q2, Q4, Q6) drops below the threshold, at this time, the low side transistors (Q2, Q4, Q6) are turned off.

【技术实现步骤摘要】
用于减少电动机逆变器中的换向损失的方法相关申请案的交叉参考本申请案主张2018年1月24日申请的标题为“用于减少无刷电动机逆变器中的换向损失的方法(AMethodtoReducetheCommutationLossinaBrushlessMotorInverter)”的印度临时专利申请案第201841002787号的优先权，所述临时专利申请案的全部内容据此以引用的方式并入本文中。
本申请案的实施例涉及用于减少换向损失的技术。
技术介绍
电动机是由电动机驱动器电路(“电动机驱动器”)电驱动。电动机驱动器包含栅极驱动器和功率级。功率级包括一或多个功率晶体管，功率晶体管将电流提供到电动机的绕组。电动机驱动电路的效率受人关注。电动机驱动器的效率取决于功率级的功率晶体管和栅极驱动器中的损失。采用了各种控制算法，且一些控制算法相比于其它控制算法具有较低效率。
技术实现思路
在一个实例中，一种电路包括多相栅极驱动器，所述多相栅极驱动器待耦合到多相逆变器以用于驱动多相电动机。针对每一相，所述多相栅极驱动器用于根据脉冲宽度调制(PWM)控制信号开启和关闭所述多相逆变器的给定对的高侧和低侧晶体管中的高侧晶体管，中断到所述给定对的所述高侧晶体管的所述PWM控制信号并关闭所述给定对的所述高侧晶体管，且开启所述给定对的所述低侧晶体管，直到通过所述低侧晶体管的电流电平下降到低于阈值，此时，关闭所述低侧晶体管。在又一实例中，一种用于控制包含多个绕组的多相电动机的方法包括：针对多对功率晶体管当中的给定对的功率晶体管，每一对包括连接到低侧晶体管的高侧晶体管，根据脉冲宽度调制(PWM)控制信号开启和关闭所述给定对的所述高侧晶体管。所述方法接着包含：在开启和关闭所述给定对的所述高侧晶体管时，按顺序开启其它对的功率晶体管中的每一者中的所述低侧晶体管，同时关闭所有其它低侧晶体管。所述方法进一步包含：关闭所述给定对的所述高侧晶体管；开启所述给定对的所述低侧晶体管；确定通过所述给定对的所述低侧晶体管的电流下降到低于指示能量已消散在所述多相电动机的绕组中的阈值；及响应于所述确定所述电流已下降到低于所述阈值，关闭所述给定对的所述低侧晶体管。附图说明针对各种实例的详细描述，现在将参考附图，附图中：图1绘示根据实例的用于采用多相电动机的绕组的主动去磁来驱动所述电动机的系统。图2绘示可用于图1的系统中的多相逆变器。图3展示根据实例的包括多相逆变器的晶体管的可能操作状态的表格。图4展示根据实例的具有主动去磁的多相栅极驱动器的至少一部分的实例。图5展示关于图4的实例的时序图。图6展示根据实例的具有主动去磁的多相栅极驱动器的另一部分的实例。图7展示关于图4的实例的另一时序图。图8展示根据实例的包括多相逆变器的晶体管的可能操作状态的另一表格。图9展示采用主动去磁的电动机驱动器的另一实例。图10展示根据实例的用于对电动机的绕组进行主动去磁的方法流程。具体实施方式如上文所提及，电动机驱动器的低效的来源之一与电源开关相关。功率晶体管展现二极管损失、传导损失和切换损失。二极管损失发生在电动机的操作循环期间，其中准许存储在给定电动机绕组中的能量消散返回通过电动机驱动器且尤其是通过功率晶体管的体二极管作为“续”电流。所揭示的实例涉及用于驱动多相电动机(例如，无刷直流电(DC)电动机、永磁体同步电动机等)的电动机控制器。本文中所描述的多相电动机也可被称为N相电动机，其中N是指电动机的相的数目。所揭示的电动机控制器采用主动去磁来减少原本由二极管损失造成的低效。代替准许续电流从去磁电动机绕组流动通过晶体管的体二极管，开启原本已关闭的功率晶体管以针对来自所述电动机绕组的电流提供传导路径。晶体管的开启仅仅长得足以允许消散存储在绕组中的能量，此时关闭所述晶体管。同一过程会对于电动机的绕组中的每一者发生。图1展示具有主动去磁的多相栅极驱动器(也被称为“栅极驱动器”)102、多相逆变器104(也被称为“逆变器”)、多相电动机110和微控制器106的实例。多相电动机110在此实例中是3相电动机，但在其它实例中可具有除了3个相之外的相。多相电动机包含如所展示的三个绕组112(被标记为A、B和C)，且三个绕组112是由多相逆变器104驱动。多相逆变器104包含多个功率晶体管(在其它图中展示)。在来自微控制器106(也被称为“MCU”)的数字控制信号115的控制下，栅极驱动器102在适当电压下产生栅极信号(GATE)117以开启和关闭多相逆变器104内的各种功率晶体管。电动机110内的位置传感器将反馈信号提供到MCU106以指示电动机的转子的位置。基于用于驱动电动机110的控制算法且基于来自位置传感器111的反馈信号，MCU106产生到栅极驱动器102的数字控制信号115以适当地对多相逆变器104内的功率晶体管定序以使电动机转动。图2展示耦合到多相电动机110的多相逆变器104的实例。在此实例中，多相电动机110是3相电动机，且多相逆变器104是3相逆变器。逆变器104包括三对晶体管。一个对包括Q1和Q2。另一对包括Q3和Q4，且第三对包括Q5和Q6。晶体管Q1到Q6在此实例中包括n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)，但在其它实例中可包含其它类型的晶体管(例如，p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOS)、n型或p型双极结型晶体管等)。晶体管Q1、Q3和Q5被称为高侧晶体管，且晶体管Q2、Q4和Q6被称为低侧晶体管。在图2的实例中，Q1、Q3和Q5的漏极连接到正电力供应节点202(VDD)，且Q2、Q4和Q6的源极连接到接地节点204。Q1的源极在节点210处连接到Q2的漏极。类似地，Q3的源极在节点211处连接到Q4的漏极，且Q5的源极在节点212处连接到Q6的漏极。电动机110的绕组A、B和C耦合到相应节点210到212。绕组A连接到晶体管对Q1/Q2的节点210。绕组B连接到晶体管对Q3/Q4的节点211。绕组C连接到晶体管对Q5/Q6的节点212。晶体管Q1到Q6的体二极管也在图2中被绘示为D1到D6。在一个实例中，MCU106中体现的控制算法是梯形控制算法，但也可使用其它控制算法。可归属于MCU106的本文中所描述的所有功能性(例如，控制算法)是通过由MCU执行存储在MCU内的非暂时性存储装置或耦合到MCU的非暂时性存储装置中的机器指令(例如，固件)而实施。通过实施梯形控制算法，MCU106断言数字控制信号115以致使栅极驱动器102产生到各种功率晶体管Q1到Q6的适当栅极信号117。在图2中，Q1到Q6中的每一者的栅极信号分别被展示为G1到G6。永远不会同时开启给定连接对的晶体管中的晶体管两者。例如，如果Q1开启，那么Q2关闭。Q1和Q2两者可同时关闭，但两者不会同时开启，以避免VDD与接地之间的短路条件。根据梯形控制算法，MCU106如下致使功率晶体管被定序。开启Q1和Q4，这准许电流I1从VDD通过Q1流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于驱动N相电动机的电动机控制器，其包括：/n多相逆变器，其包含多对高侧和低侧晶体管，每一对的所述高侧和低侧晶体管在节点处连接在一起，且其中一对高侧和低侧晶体管的每一节点待耦合到所述N相电动机的单独绕组；/n多相栅极驱动器，其耦合到所述多相逆变器，其中，针对所述N个相中的每一者，所述多相栅极驱动器用于：/n根据脉冲宽度调制PWM控制信号开启和关闭给定对的高侧和低侧晶体管中的一者中的高侧晶体管；/n中断到所述给定对的所述高侧晶体管的所述PWM控制信号并关闭所述给定对的所述高侧晶体管；及/n开启所述给定对的所述低侧晶体管，直到通过所述低侧晶体管的电流电平下降到低于阈值，此时，关闭所述低侧晶体管。/n

【技术特征摘要】
20180507 US 15/972,6881.一种用于驱动N相电动机的电动机控制器，其包括：
多相逆变器，其包含多对高侧和低侧晶体管，每一对的所述高侧和低侧晶体管在节点处连接在一起，且其中一对高侧和低侧晶体管的每一节点待耦合到所述N相电动机的单独绕组；
多相栅极驱动器，其耦合到所述多相逆变器，其中，针对所述N个相中的每一者，所述多相栅极驱动器用于：
根据脉冲宽度调制PWM控制信号开启和关闭给定对的高侧和低侧晶体管中的一者中的高侧晶体管；
中断到所述给定对的所述高侧晶体管的所述PWM控制信号并关闭所述给定对的所述高侧晶体管；及
开启所述给定对的所述低侧晶体管，直到通过所述低侧晶体管的电流电平下降到低于阈值，此时，关闭所述低侧晶体管。


2.根据权利要求1所述的电动机控制器，其中所述多相逆变器包括三对高侧和低侧晶体管。


3.根据权利要求1所述的电动机控制器，其中所述多相栅极驱动器包含耦合到所述给定对的所述低侧晶体管的电流感测装置，其中所述电流感测装置经配置以产生指示通过所述给定对的所述低侧晶体管的所述电流电平的电流感测装置输出信号。


4.根据权利要求3所述的电动机控制器，其中所述多相栅极驱动器包含比较器，所述比较器用于比较所述电流感测装置输出信号与参考信号以产生指示通过所述给定对的所述低侧晶体管的所述电流电平下降到低于所述阈值的比较器输出信号。


5.根据权利要求4所述的电动机控制器，其中所述多相栅极驱动器包含耦合到所述比较器的逻辑门，其中所述逻辑门用于响应于到所述给定对的所述高侧晶体管的第二控制信号指示所述给定对的所述高侧晶体管关闭且通过所述给定对的所述低侧晶体管的所述电流大于所述阈值而产生第一控制信号以致使所述给定对的所述低侧晶体管开启。


6.根据权利要求5所述的电动机控制器，其中所述逻辑门包括：
AND门，其经耦合以接收所述比较器输出信号并接收所述第二控制信号；及
OR门，其经耦合以接收所述AND门的输出并接收耦合到所述给定对的所述低侧晶体管的控制输入的第三控制信号，所述第三控制信号指示所述给定对的所述低侧晶体管开启或关闭。


7.根据权利要求1所述的电动机控制器，其针对每一对的每一高侧晶体管且针对每一对的每一低侧晶体管进一步包含：
电流传感器装置，其耦合到所述相应高侧和低侧晶体管，且经配置以产生指示通过所述相应晶体管的电流电平的电流感测装置输出信号；
比较器，其用于比较所述相应电流感测装置输出信号与参考信号以产生指示相对于所述参考信号的通过所述相应晶体管的电流电平的比较器输出信号；及
逻辑电路，其用于基于指示所述对的另一晶体管关闭的控制信号和指示所述电流电平大于由所述参考信号定义的阈值的所述比较器输出信号两者而产生控制信号以致使所述相应晶体管开启。


8.根据权利要求1所述的电动机控制器，其进一步包括微控制器，所述微控制器耦合到所述多相栅极驱动器以产生所述PWM控制信号。


9.一种电路，其包括：
多相栅极驱动器，其待耦合到多相逆变器以用于驱动多相电动机，其中，针对每一相，所述多相栅极驱动器用于：
根据脉冲宽度调制PWM控制信号开启和关闭所述多相逆变器的给定对的高侧和低侧晶体管中的高侧晶体管；
中断到所述给定对的所述高侧晶体管的所述PWM控制信号并关闭所述给定对的所述高侧晶体管；及
开启所述给定对的所述低侧晶体管，直到通过所述低侧晶体管的电流电平下降到低于阈值，此时，关闭所述低侧晶体管。


10.根据权利要求9所述的电路，其中所述多相栅极驱动器包含耦合到所述给定对的所述低侧晶体管的电流感测装置，其中所述电流感测装置经配置以产生指示通过所述给定对的所述低侧晶体管的所述电流电平的电流感测装置输出信号。


11.根据权利要求10所述的电路，其中所述多相栅极驱动器包含比较器，所述比...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴拉克里什南，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US