使用具有低侧短路安全状态的氮化镓电源开关的电动机驱动器制造技术

一种电动机驱动器的开关电路包括高侧开关以及低侧开关，高侧开关被配置成在DC正导体与输出导体之间选择性地传导电流，低侧开关被配置成在输出导体与DC负导体之间选择性地传导电流。高侧开关包括级联配置的耗尽型(D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用具有低侧短路安全状态的氮化镓电源开关的电动机驱动器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本PCT国际专利申请要求于2020年1月31日提交的标题为“Electric Motor Drive With Gallium Nitride Power Switches Having Low
‑
Side Short Circuit Safe State”的序列号为62/968,607的美国临时专利申请的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开内容总体上涉及用于产生交流(AC)电力以供应电动机的驱动电路中的电源开关。更具体地，本公开内容涉及被配置成具有安全状态的电源开关，在该安全状态中，向电动机供电的导体自动地与低侧导体短路。

技术介绍

[0004]AC电动机驱动器在多种应用中用于以向永磁同步电动机供电。常规的AC电动机驱动器可以被配置成在安全状态下将所有电动机相位短路，以保护半导体免受过电压的影响。为了实现这种安全状态，电动机驱动器的高侧路径中的开关断开，并且低侧路径中的开关闭合。
[0005]相位开关电路可以设计成在突然失去控制信号的情况下通过使低侧路径中的开关默认为闭合或导通状态并且通过使高侧路径中的开关默认为断开或非导通状态来确保每个电动机相位被驱动到安全状态。

技术实现思路

[0006]本公开内容提供了一种开关电路，该开关电路包括：高侧开关以及低侧开关，高侧开关被配置成在DC正导体与输出导体之间选择性地传导电流，低侧开关被配置成在输出导体与DC负导体之间选择性地传导电流。高侧开关或低侧开关中的至少一个包括级联配置的高电子迁移率晶体管(HEMT)和第二晶体管。
附图说明
[0007]本专利技术的设计的其他细节、特征和优点从参照相关附图对实施方式示例的以下描述中得到。
[0008]图1是根据本公开内容的系统的框图；以及
[0009]图2示出了根据本公开内容的一些实施方式的开关电路的示意图。
具体实施方式
[0010]参照附图，公开了用于向电动机22提供AC电力的电动机驱动器20，其中相似的附图标记在几幅图中指示对应的部件。如图1中最佳所示，电动机驱动器20包括DC总线24，该DC总线24包括DC负导体VBUS
‑
和DC正导体VBUS
+
，该DC正导体VBUS
+
相对于DC负导体VBUS
‑
具
有高DC电压。DC负导体VBUS
‑
也可以称为“低侧路径”，DC正导体VBUS
+
也可以称为“高侧路径”。DC总线24优选地被激励到大约400VDC至500VDC，但是可以根据可用的电源和/或给定应用的要求来使用其他电压。
[0011]同样如图1所示，DC电源26通过DC电源引线28以高DC电压为DC总线24通电。DC电源26可以是例如电池组、DC发电机或者从AC电源(例如公用设施线路)或AC发电机产生高DC电压的整流器。电动机驱动器20包括用于连接第一电动机引线T1以向电动机22供应AC电力的第一输出端子PHASE_A_OUT、用于连接第二电动机引线T2以向电动机22供应AC电力的第二输出端子PHASE_B_OUT以及用于连接第三电动机引线T3以向电动机22供应AC电力的第三输出端子PHASE_C_OUT。在附图所示的示例实施方式中，使用三相电动机22；然而，可以使用其他数目的相，例如单相电动机或者具有六相以上的相的电动机。
[0012]电动机驱动器20包括第一相位开关30a，用于在任何给定时间处选择性地将第一输出端子PHASE_A_OUT连接到DC总线24的DC正导体VBUS
+
或DC负导体VBUS
‑
中的任一个。电动机驱动器20还包括第二相位开关30b，用于在任何给定时间处选择性地将第二输出端子PHASE_B_OUT连接到DC总线24的DC正导体VBUS
+
或DC负导体VBUS
‑
中的任一个。电动机驱动器20还包括第三相位开关30c，用于在任何给定时间处选择性地将第三输出端子PHASE_C_OUT连接到DC总线24的DC正导体VBUS
+
或DC负导体VBUS
‑
中的任一个。相位开关30a、30b、30c中的每一个包括高侧开关S
h
，高侧开关S
h
被配置成在DC正导体VBUS
+
和输出端子PHASE_A_OUT、PHASE_B_OUT、PHASE_C_OUT中的对应的一个输出端子之间选择性地传导电流。相位开关30a、30b、30c中的每一个还包括低侧开关S1，低侧开关S1被配置成在DC负导体VBUS
‑
和输出端子PHASE_A_OUT、PHASE_B_OUT、PHASE_C_OUT中的对应的一个输出端子之间选择性地传导电流。
[0013]控制器32通过在控制线34a、34b、34c上提供控制信号来协调相位开关30a、30b、30c的操作。
[0014]图2示出了根据本公开内容的一些实施方式的开关电路40的示意图。图2的开关电路40可以用作电动机驱动器20的相位开关30a、30b、30c中的任何一个。图2的开关电路40可以用于其他应用，例如用于逆变器中以向一个或更多个不同的AC负载供电。
[0015]开关电路40包括高侧开关S
h
，高侧开关S
h
被配置成在DC正导体VBUS
+
与输出导体PHASE_A_OUT之间选择性地传导电流。开关电路40还包括低侧开关S1，低侧开关S1被配置成在输出导体PHASE_A_OUT与DC负导体VBUS
‑
之间选择性地传导电流，其中DC正导体VBUS
+
处于比DC负导体VBUS
‑
高的电压电势。高侧开关S
h
或低侧开关S1中的至少一个包括级联配置的高电子迁移率晶体管(HEMT)44和第二晶体管46。图2所示的示例电路中的高侧开关S
h
包括级联配置的高电子迁移率晶体管(HEMT)44和第二晶体管46，但是在其他实施方式中，高电子迁移率晶体管(HEMT)44和第二晶体管46可以是低侧开关S1的一部分。
[0016]在图2所示的示例开关电路40中，高侧开关S
h
的HEMT 44包括耗尽型(D
‑
Mode)晶体管。更具体地，高侧开关S
h
的HEMT 44包括耗尽型(D
‑
Mode)氮化镓(GaN)HEMT。这种耗尽型晶体管默认为导通状态(即在没有控制电压施加到其栅极的情况下在其漏极与源极之间传导电流)。可以使用例如碳化硅(SiC)晶体管的其他类型的HEMT。第二晶体管46可以是例如金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的硅(Si)基场效应晶体管(FET)，但是第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种开关电路，包括：高侧开关，所述高侧开关被配置成在DC正导体与输出导体之间选择性地传导电流；低侧开关，所述低侧开关被配置成在所述输出导体与DC负导体之间选择性地传导电流；并且其中，所述高侧开关或所述低侧开关中的至少一个包括级联配置的高电子迁移率晶体管(HEMT)和第二晶体管。2.根据权利要求1所述的开关电路，其中，所述高电子迁移率晶体管是耗尽型器件，所述耗尽型器件在没有向其栅极施加的控制电压的情况下默认为导通状态。3.根据权利要求1所述的开关电路，其中，所述高侧开关和所述低侧开关中的每一个包括耗尽型高电子迁移率晶体管器件，所述耗尽型高电子迁移率晶体管器件在没有向其栅极施加的控制电压的情况下默认为导通状态。4.根据权利要求3所述的开关电路，其中，所述高侧开关或所述低侧开关中的仅一个包括级联配置的高电子迁移率晶体管(HEMT)和第二晶体管，并且其中，所述高侧开关或所述低侧开关中的另一个包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，该高电子迁移率晶体管直接连接在所述输出导体与所述DC正导体或所述DC负导体中的对应的一个导体之间。5.根据权利要求1所述的开关电路，其中，所述第二晶体管是硅基场效应晶体管(Si
‑
FET)。6.根据权利要求1所述的开关电路，其中，所述级联配置包括连接到所述输出导体的高电子迁移...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：