用于减小驱动感性负载的电路的功率损耗的方法技术

公开了一种减少用于驱动感性负载(30)的电路(100)的功率损耗的方法。在第一模式期间，电流i1经由第一电力开关(10)对所述感性负载(30)进行充电，且在续流模式期间，所述充电后的感性负载(30)经由第二电力开关(20)来释放电流i2，所述方法的特征在于：检测所述第一电力开关(10)的关断状态；在所述第一电力开关(10)切换后的关断状态以后检测第一死区时间的流逝；并在所述续流模式期间导通所述第二电力开关(20)。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】公开了一种减少用于驱动感性负载(30)的电路(100)的功率损耗的方法。在第一模式期间，电流i1经由第一电力开关(10)对所述感性负载(30)进行充电，且在续流模式期间，所述充电后的感性负载(30)经由第二电力开关(20)来释放电流i2，所述方法的特征在于：检测所述第一电力开关(10)的关断状态；在所述第一电力开关(10)切换后的关断状态以后检测第一死区时间的流逝；并在所述续流模式期间导通所述第二电力开关(20)。【专利说明】
本专利技术涉及功率级电路，且描述了一种用于减少驱动感性负载的功率级电路的功率损耗的方法，并特别涉及用于缩短死区时间的专利技术。
技术介绍
机动车应用或工业应用使用了电动机控制的子系统或感性致动器。机动车应用中典型的示例是用来驱动冷却风扇、泵以及移动座椅、镜子、或风门片的电动机。现代汽车典型地具有70至100个之间的电动机/致动器或感性负载。将功率级电路用于控制感性负载的运行。这些包含使用两个开关(高侧和低侧)的专门类型的开关电路，且实现这些开关的一种方式是利用功率MOSFET晶体管。高侧开关选择性地将感性负载耦合至正向电源，而低侧开关选择性地将感性负载耦合至地。脉冲宽度调制(PWM)控制电路被用于控制高侧开关和低侧开关。由于感性负载存储能量，因此重要的是，还选择性地耗尽存储的能量。因此与感性负载并联耦合续流二极管。当高侧开关处于导通状态时，电流流经感性负载并因此感性负载被充电。当高侧开关处于关断状态时，电流流过续流二极管。然而，相较于M0SFET，二极管损耗更多的功率。因此，MOSFET优选执行续流动作。采用基于功率MOSFET的转换，控制开关的死区时间是非常重要的。死区时间指的是在高侧开关的关断转换为低侧开关的导通或者高侧开关的导通转换为低侧开关的关断之间的延迟。在已知的现有技术中，采用死区时间发生器来实现开关的控制。在现有技术的已知通常状态下，死区时间发生器仅由逻辑门组成，使得产生的死区时间容易受到制造或温度的影响。若产生的死区时间太短，那么输出级电路的电力开关会被同时导通，产生大电流，引起电力开关过热，甚至击穿。若产生的死区时间太长，那么功率级电路的效率会被降低，且功率损耗会大大增加。传统的方法添加了与运行状态和设备容差无关的恒定的死区时间。这降低了效率，并降低了系统的最大开关频率。用来使死区时间最小化的不同方法已被提出。所提出的系统需要在变速、驱动系统中无法得到满足的运行状态和系统需求。典型的电动机控制系统相较于传统系统的主要区别在于:-变化的负载电流方向。-无稳态工况。-外部电动机控制器，其意味着不存在关于实际占空比的信息。-电动机绕组中的感应电压。因此，需要更多的努力用来优化电动机控制系统的死区时间。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是克服所属领域已知技术的缺点。本专利技术的另一个目的是提供用于以有效的方式操作感性负载并因此降低驱动感性负载的功率级电路的功率损耗的一种系统和方法。本专利技术的另一个目的是基于感性负载的操作，选取功率级电路中的开关的最佳的死区时间，使得功率损耗可进一步被降低。本专利技术的有益效果如在独立权利要求和从属权利要求中请求保护的本专利技术具有以下有益效果。根据独立权利要求的本专利技术提供了一种用于操作感性负载的系统和方法。控制第二电力开关的转换速率，使得第二电力开关的切换时间得以缩短。因此，第二电力开关的死区时间得以缩短，从而降低了功率损耗和其他的电磁干扰损耗。第一电力开关和第二电力开关的死区时间被配置为避免在第一电力开关与第二电力开关之间可能存在的短路。【专利附图】【附图说明】下文中参照附图对本专利技术的示范实施例进行大体说明。这些附图是，图1示出了根据当前专利技术的电路的结构图；图2和图3示出了电流和时间的特性并示出了感性负载的操作模式；以及图4示出了减少电路的功率损耗的方法。【具体实施方式】图1示出了装备在车辆(未示出)中的用来控制譬如电磁阀之类的感性负载30的操作的电路100的框图。电磁阀用于控制燃料喷射系统中燃料喷射器的操作。电路100包括与感性负载30串联连接的第一电力开关10，跨接在感性负载30两端的第二电力开关20。在一种构造中，第一电力开关10可选择性地耦合至电源(Ubatt)的正极端子，且第二电力开关20可选择性地耦合至参考地。在第二种构造中，第一电力开关10可连接至参考地，且第二电力开关20可连接至电源(Ubatt)的正极端子。所属领域技术人员可依照需求设计任何合适的构造。开关控制器50耦合至第一电力开关10和第二电力开关20，用于控制第一和第二电力开关的导通/关断，以控制感性负载30的操作。第一和第二电力开关10、20分别是具有本征体二极管12、13和场效应晶体管(晶体管)(14、15)的MOSFET开关。分流元件40与感性负载30串联连接。开关控制器50是与PWM控制器60、状态机处理器52、耦合至高侧驱动电路18用来驱动第一电力开关10的自举(boot strap)电路56以及耦合至可变阻性负载70用来驱动第二电力开关20的低侧驱动电路54集成在一起的电子控制器单元。可变阻性负载70包括与开关SW串联连接的阻性负载Rp以及并联连接的该组合。可变电阻R2通过闭合这些开关动态地计算出。开关控制器50适用于以双接点电流调节模式操作感性负载30，以控制平均电流流经感性负载30，且通过PWM控制器60接收来自分流电阻器40的电流反馈，用来产生PWM信号，该PWM信号保持流经感性负载30的电流在预定的上限和下限阈值之间摆动。如图2所示，双点电流调节操作由“第一模式”和“续流模式”组成。状态机处理器52基于PWM控制器信号产生用于电力开关10、20的导通/关断请求。自举电路56在第一电力开关10的导通和关断状态期间确保足够的栅极-源极电压。高侧驱动电路(18)被设计为确保EMC落入按照规定标准的安全限度内。这意味着关于按照规范的抗扰性和辐射，该电路是服从的。这隐含着该电路是以没有其他电路能够影响其工作(如果是非期望的)，或是其不能影响其他电路的状态(如果是非期望的)的方式来进行设计的。开关控制器50适用于增加第二电力开关20的转换速率，使得在第一电力开关10关断之后第二电力开关20导通的时间得以缩短。与串联电阻Rl组合的可变电阻R2可被配置为期望的电阻值，凭此可提高第二电力开关的转换速率。此外，电阻R2、Rl和电容器Cl被配置成提供第二电力开关20的第二死区时间，以用来安全关断。选取R1、R2和Cl的值，使得第二死区时间小于第一死区时间。第二电力开关20在第一电力开关10完全关断之后，且在第一死区时间结束之后导通，用以避免第一电力开关10和第二电力开关20的短路。第一死区时间是安全的等待时间，凭借该安全的等待时间，第一电力开关10完全关断，并安全地导通第二电力开关20。第二死区时间是安全的等待时间，凭借该安全的等待时间第二电力开关20完全关断并且是安全地，第一电力开关10能够导通。转换速率指的是电压关于时间的变化的速率。其是确定功率MOSFET完全导通或完全关断所花费的有效时间的一个因素。第一死区时间是发送至第一电力开关10的关断命令与发送至第二电力开关(20)的导通命令之间的时间差，且第二死区时间是发送至第二电力开关20的关断命本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少用于驱动感性负载(30)的电路(100)的功率损耗的方法，其中，在第一模式期间，电流i1经由第一电力开关(10)对所述感性负载(30)进行充电，并且在续流模式期间，充电后的所述感性负载(30)经由第二电力开关(20)来释放电流i2，所述方法的特征在于：?检测所述第一电力开关(10)的关断状态；?在所述第一电力开关(10)切换后的关断状态以后，检测第一死区时间的流逝；以及?在所述续流模式期间，在提高所述第二电力开关(20)的转换速率的情况下，导通所述第二电力开关(20)，并减小用于关断所述第二电力开关(20)的第二死区时间，其中通过选择性地配置可变阻性负载(70)、电阻R1和电容器C1来改变第二电力开关(20)的转换速率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴迪格尔，A·塞尔万马尼，S·K·贾格德埃桑，P·尚卡拉纳拉亚纳，
申请(专利权)人：罗伯特·博世技术与业务解决方案公司，罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：