[发明专利]用于控制DC电动机的开关设备的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制DC电动机的开关设备的装置和方法。更具体地，本发明涉及用于控制DC电动机的开关设备的装置和方法，其能够使用硬件电路设计控制死区时间。

背景技术

通常，在混合动力车辆中，三相脉宽调制(PWM)逆变器作为功率变换器用于将三相交流电供应至具有高功率输出的DC电动机。在用于驱动DC电动机的半桥电路中，两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关设备能够在相互之间独立地切换。然而，当这两个设备同时接通时，DC输出短路，并且大量电流通过其流动，这能够毁坏设备。因此，开关设备以互补开关方式操作，使得在任何给定的时间两个设备的接通/关断状态相互对立。

然而，在两个设备的接通/关断切换过程中，由于选通信号传播延迟时间的差异并且因为半导体开关设备接通的时间与半导体开关设备关断的时间之间的差异，存在这两个设备可同时均接通的可能性。

具体地，开关设备关断的时间总是比开关设备接通的时间更长，因此，当同时应用用于切换两个设备的接通/关断状态的选通信号时，两个设备可同时均接通，从而引起有害的短路事件，因此造成功率损耗。

如此，为了在两个设备的接通/关断切换过程中防止该有害的短路事件，在预定时间过去后，将接通信号应用至待接通的设备，从而确保其它设备适当地关断。接通信号延迟的时间被称为死区时间。

通常，在车辆中，设置有微控制器的控制器经软件程序控制死区时间。然而，如果控制器未装备有微控制器，则不能经软件程序控制死区时间，因此，需要设置适当的防范措施。

上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供用于控制DC电动机的开关设备的装置和方法，其通过设置用于控制DC电动机的开关设备的半导体芯片，即使在现有车辆控制器中没有安装微控制器时，也能够以片上方式控制死区时间。

一方面，本发明提供用于控制直流(DC)电动机的开关设备的装置，该装置包括：开关设备，其安装在半导体芯片中以采用半桥构成芯片的内部电路；和死区时间控制器，其设置在半导体芯片上，并配置成通过在操作开关设备的过程中控制死区时间周期来发送选通信号并且操作与电动机直接连接的开关设备。在一些示例性实施方式中，开关设备可包括成对操作的一对MOSFET，并且死区时间控制器可包括在两个开关设备之间应用死区时间的时钟发生器、分频器、检测器、计数器、和延时器。

在另一方面，本发明提供用于控制直流(DC)电动机的开关设备的方法，该方法包括：由控制器产生时钟信号；由控制器分割时钟信号的频率；由控制器检测输入至分频器的时钟信号与通过分频器分割的时钟信号之间的相位差，并且由控制器产生上升信号或下降信号；由控制器，通过对上升/下降信号进行计数产生控制位；和由控制器，按照基于控制位，在两个成对操作的开关设备的切换过程中，延迟接通信号的方式应用死区时间，从而获得互补开关操作。

在示例性实施方式中，可将用于对上升信号进行计数的上升计数器和用于对下降信号进行计数的下降计数器设计成相互对称，使得在相同范围内进行计数。另外，可基于上升信号或下降信号的计数数量确定死区时间。在成对操作的两个开关设备之间应用的死区时间周期可以比在不同对中操作的两个开关设备之间应用的死区时间周期更短。

以下讨论本发明的其它方面和示例性实施方式。

附图说明

现在将参考附图图示的本发明的某些示例性实施方式来详细地描述本发明的上述和其它特征，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于控制DC电动机的开关设备的半导体芯片的示意图；

图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于控制FET设备的电路的图；

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的用于死区时间控制的时间图；并且

图4示出根据本发明的示例性实施方式的死区时间控制算法。

附图中所提到的附图标记包括对在下面进一步讨论的下列元件的

参考：

10：半导体芯片

11：MCU

12：电压调节器

13：FET栅极驱动器

14：放大器

15：MOSFET

16：DC电动机

20：死区时间控制器

21：重置设备

22：时钟发生器