驅(qū)動(dòng)器及包括其的三相無(wú)刷直流電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于三相無(wú)刷直流（BLDC)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器和包括所述驅(qū)動(dòng)器 的BLDC電機(jī)以實(shí)現(xiàn)更短的死區(qū)時(shí)間并節(jié)省所述BLDC電機(jī)中的微控制器的計(jì)算資源。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的BLDC電機(jī)包括電機(jī)本體，所述電機(jī)本體包括電機(jī)殼體、轉(zhuǎn)子和三相定子； 用于驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括直流電源和由三個(gè)半橋構(gòu)成的三相功率級(jí)， 各所述半橋包括由高邊（HS)開(kāi)關(guān)和高邊（HS)柵極驅(qū)動(dòng)器組成的一對(duì)以及由低邊（LS)開(kāi) 關(guān)和低邊（LS)柵極驅(qū)動(dòng)器組成的一對(duì)；和微控制器，所述微控制器包括有死區(qū)時(shí)間控制裝 置。通常，所述HS開(kāi)關(guān)和LS開(kāi)關(guān)采用功率場(chǎng)效應(yīng)管（M0SFET)，其所述功率M0SFET具有 相對(duì)于柵-源電壓差的一啟通電壓閾值。在各半橋中，作為所述HS開(kāi)關(guān)的功率M0SFET的 漏極連接至一直流源OC)且作為所述LS開(kāi)關(guān)的功率M0SFET的源極連接至地。
[0003] 為防止來(lái)自所述直流源的電流直接接地，同一半橋中的HS開(kāi)關(guān)和LS開(kāi)關(guān)被禁止 同時(shí)導(dǎo)通。因此，引入死區(qū)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)同一半橋中的HS開(kāi)關(guān)和LS開(kāi)關(guān)的非重疊切換。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用以下幾種不同的方案來(lái)防止作為HS開(kāi)關(guān)和LS開(kāi)關(guān)的功 率M0SFET同時(shí)被導(dǎo)通：
[0005] (1)基于微控制器時(shí)鐘的死區(qū)時(shí)間控制方案（軟件類型）
[0006] 所述微控制器包括有內(nèi)部高頻時(shí)鐘，用于對(duì)功率M0SFET的死區(qū)時(shí)間進(jìn)行編程和 設(shè)置。所述方案易于實(shí)現(xiàn)且對(duì)微控制器的硬件沒(méi)有過(guò)多的要求。然而，所述方案需要花費(fèi) 所述微控制器的大量計(jì)算資源，導(dǎo)致需要一強(qiáng)大且昂貴的微控制器。同時(shí)，所述微控制器中 的軟件針對(duì)不同的應(yīng)用需要被重新編程。考慮到方案的兼容性，需要對(duì)死區(qū)時(shí)間設(shè)置一安 全裕度，從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的BLDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率較低。
[0007] (2)基于邏輯的死區(qū)時(shí)間控制方案（硬件類型）
[0008] 所述微控制器包括有功率管穿通保護(hù)電路，用于處理柵極驅(qū)動(dòng)器的原始控制邏輯 信號(hào)，然后輸出一控制信號(hào)以控制所述柵極驅(qū)動(dòng)器。所述穿通保護(hù)電路被構(gòu)成以防止同一 半橋中的HS開(kāi)關(guān)和LS開(kāi)關(guān)被同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)一半橋中作為HS(或LS)開(kāi)關(guān)的功率M0SFET 被導(dǎo)通，所述穿通保護(hù)電路將忽略導(dǎo)通同一半橋中其它功率M0SFET的任何導(dǎo)通命令，直至 處于導(dǎo)通狀態(tài)的所述功率M0SFET被關(guān)斷，期間的延遲通過(guò)一邏輯延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此雖然比 較穩(wěn)定但無(wú)法實(shí)現(xiàn)可編程（不例〖InternationalRectifier，AUIRS2336S,datasheet第 18 頁(yè)）。
[0009] (3)基于驅(qū)動(dòng)器時(shí)鐘的死區(qū)時(shí)間控制方案（硬件類型）
[0010] 所述驅(qū)動(dòng)器包括有精確的高頻振蕩器，用于對(duì)死區(qū)時(shí)間進(jìn)行編程。在所述方案中， 所述微控制器的計(jì)算資源耗費(fèi)較少，因此可使用便宜適中的微控制器。而且，可通過(guò)與所述 微控制器進(jìn)行通信來(lái)對(duì)其中的軟件進(jìn)行編程?？紤]到方案的兼容性，也需要設(shè)置死區(qū)時(shí)間 的安全裕度，從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的BLDC電機(jī)的功率效率較低。再者，對(duì)死區(qū)時(shí)間進(jìn)行編程的步 長(zhǎng)也受到所述內(nèi)部振蕩器頻率精度的限制（示例：Freescale，MC33937,datasheet，第36 頁(yè)，"Deadtimecommand''）。
[0011] (4)基于RC時(shí)間常數(shù)的死區(qū)時(shí)間控制方案（硬件類型）
[0012] 替代高精度振蕩器，所述驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)單采用電阻器和電容器來(lái)定義死區(qū)時(shí)間。所 述方案的缺陷在于控制范圍和精度受到限制，且由于電阻器和電容器的參數(shù)隨著工作 環(huán)境變化，RC時(shí)間常數(shù)的長(zhǎng)短會(huì)發(fā)生較大的變化，仍需要更大的對(duì)于死區(qū)時(shí)間的安全裕 度（不例：InfineonTLE7185,datasheet,第el2 頁(yè)，"programmableinternaldead time" ；Example2:Texasinstruments,DRV8301,datasheet,第 9 頁(yè)，"Gatetimingand protectioncharacter''）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)本實(shí)用新型，可提供一種用于三相無(wú)刷直流（BLDC)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器和包括所 述驅(qū)動(dòng)器的BLDC電機(jī)以實(shí)現(xiàn)更短的死區(qū)時(shí)間并節(jié)省所述BLDC電機(jī)中的微控制器的計(jì)算資 源。
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供一種用于三相無(wú)刷直流（BLDC)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器， 所述驅(qū)動(dòng)器的輸出和輸入分別被連接至所述電機(jī)中的定子和微控制器，用于根據(jù)所述微控 制器的指令來(lái)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)，其中所述驅(qū)動(dòng)器包括由三個(gè)半橋構(gòu)成的三相功率級(jí)，所述微 控制器包括有死區(qū)時(shí)間控制裝置，其中各所述半橋包括一組高邊（HS)開(kāi)關(guān)和高邊（HS)柵 極驅(qū)動(dòng)器和一組低邊（LS)開(kāi)關(guān)和低邊（LS)柵極驅(qū)動(dòng)器，各所述HS開(kāi)關(guān)和LS開(kāi)關(guān)采用功 率場(chǎng)效應(yīng)管（M0SFET)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器還包括數(shù)個(gè)柵-源電壓監(jiān)測(cè)電路，各所述 柵-源電壓監(jiān)測(cè)電路被連接至一對(duì)應(yīng)的功率M0SFET和所述死區(qū)時(shí)間控制裝置，用于監(jiān) 測(cè)一半橋的一側(cè)中功率M0SFET的柵極和源極之間的電壓差，將所述電壓差與所述功率M 0SFET的啟通電壓閾值進(jìn)行比較，且當(dāng)所述電壓差低于所述啟通電壓閾值時(shí)，輸出一關(guān)斷 信號(hào)給所述死區(qū)時(shí)間控制裝置，其中在收到來(lái)自所述柵-源電壓監(jiān)測(cè)電路的所述關(guān)斷信號(hào) 后，所述死區(qū)時(shí)間控制裝置立刻生成一允許導(dǎo)通控制信號(hào)以使所述半橋中另一側(cè)上的功率 M0SFET被允許導(dǎo)通。
[0015] 在一實(shí)施例中，各所述柵-源電壓監(jiān)測(cè)電路包括一比較器，所述比較器的一輸入 端連接至一半橋中一相應(yīng)的功率M0SFET的柵極，另一輸入端與一參考電壓源和所述M 0SFET的源極串聯(lián)連接，輸出端連接至所述死區(qū)時(shí)間控制裝置，用于將所述功率M0SFET的 所述柵極和所述源極之間的電壓差和自所述參考電壓源提供的等于所述啟通電壓閾值的 一參考電壓值進(jìn)行相互比較，且當(dāng)所述電壓差低于所述參考電壓值時(shí)，輸出一關(guān)斷信號(hào)給 所述死區(qū)時(shí)間控制裝置。
[0016] 在一實(shí)施例中，各所述柵-源電壓監(jiān)測(cè)電路包括：一電阻R1，所述電阻R1被連接 至一半橋中相應(yīng)的功率M0SFET的柵極和源極之間，用于將所述功率M0SFET的所述柵極 和所述源極之間的電壓差轉(zhuǎn)換成電流；一對(duì)電流鏡，所述對(duì)電流鏡的輸入端被連接至所述 電阻R1，參考端連接至所述功率M0SFET的所述柵極，用于根據(jù)一復(fù)制比例復(fù)制來(lái)自所述 電阻R1的所述電流；一電阻R2,所述電阻R2的兩端被分別連接至所述對(duì)電流鏡的輸出端 和地，用于將所述被復(fù)制的電流變換成表示所述電壓差的一電壓信號(hào)；和一比較器，所述比 較器的一輸入端被連接至所述電阻R1和所述對(duì)電流鏡的輸出端之間，另一輸入端連接至 一參考電壓源，輸出端被連接至所述死區(qū)時(shí)間控制裝置，用于接收所述電壓信號(hào)和自所述 參考電壓源提供的等于所述啟通電壓閾值的一參考電壓值，將它們進(jìn)行相互比較，且當(dāng)所 述電壓信號(hào)低于所述參考電壓值時(shí)，輸出一關(guān)斷信號(hào)給所述死區(qū)時(shí)間控制裝置。
[0017] 在一實(shí)施例中，各所述柵-源電壓監(jiān)測(cè)電路包括：一電阻R1，所述電阻R1被連接 至一半橋中一相應(yīng)的功率M0SFET的柵極和源極之