[发明专利]多相电动机的控制电路

说明书

多相电动机57的控制电路包含多个逆变器桥、多个输出端和至少一个隔离开关62、63。每个逆变器桥被布置成为所述电动机57的相提供输出电压。每个输出端被布置成耦合到所述电动机57的一个相，以向所述电动机57的所述相提供所述输出电压。每个隔离开关62、63耦合在所述逆变器桥中的一个和所述输出端中的一个之间，以便选择性地将所述输出端与所述逆变器桥隔离。每个隔离开关62、63包含氮化镓(GaN)晶体管。

本发明涉及多相电动机的控制电路、使用这类控制电路的电动机装置、使用这类电动机装置的电动转向装置、使用这类转向装置的车辆以及相关联的方法。

功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)通常用于实施驱动永磁同步电动机(PMSM)的逆变桥，以及用于汽车应用及其他方面的相隔离功能。

使用MOSFET进行相隔离的设计的缺点是由于MOSFET中存在本征体二极管。这允许当MOSFET关断时，在一个方向上以低正向压降(V_SD，当承载额定电流时，体二极管的正向压降，通常小于1V)传导电流。这可允许阻尼电流，所述阻尼电流可由旋转电动机生成的电压和在桥式MOSFET短路故障条件下产生。这些阻尼电流是不期望的，并且例如在电动助力转向(EPAS)系统中会导致对用户的转向助力的降低。

这类不需要的电流，仅可通过使用3或4个MOSFET相隔离器件来完全控制，分别如附图中的图1和2所示。在每种情况下，三对1和2、3和4以及5和6的MOSFET选择性地将三相EPAS电动机7的一相连接到DC总线8或地9。出于论证的目的，MOSFET 1在每种情况下均显示为发生了短路故障。

箭头10显示了在这类短路故障情况下潜在的不受控制的电流流动，这有可能使用MOSFET相隔离开关进行控制。在图1的实例中，每个相中的MOSFET相隔离开关11、12、13需要能够阻止不需要的电流，记住每个MOSFET只能阻止在一个方向上流动的电流。

在图2的实例中，为电动机7的两相中的每个相提供了串联的两个MOSFET 14、15、16、17。这提供了与图1相同的控制级别。

另外，如果要控制未连接到短路的逆变器MOSFET 2的两相中的电流，则有必要分别阻断流入和流出有故障逆变器支路中的每一个的电流。这类解决方案将需要6相隔离MOSFET(18、19、20、21、22、23)实施方式，如图3所示。

由于相隔离MOSFET是功率器件，不仅成本高昂，而且还会在电动机控制电路中引入附加插入损耗，因此期望限制实现相隔离功能所需的器件数量。

根据本发明的第一方面，提供了一种多相电动机的控制电路，所述控制电路包含：

多个逆变器桥，每个逆变器桥被布置成为电动机的相提供输出电压；

多个输出端，每个输出端被布置成耦合到电动机的一个相，以向电动机的所述相提供输出电压；和

至少一个隔离开关，每个隔离开关耦合在逆变器桥中的一个和输出端中的一个之间，以便选择性地将输出端与逆变器桥隔离；

其中每个隔离开关包含一个氮化镓(GaN)晶体管。

由此，我们已认识到，氮化镓(GaN)晶体管可用作隔离开关，避免了现有技术的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)涉及给定MOSFET的固有寄生体二极管的问题。通过将GaN晶体管用作隔离晶体管，可减少部件数量(因为不再需要采用那么多部件，因为不再需要补偿体二极管)，这减少了制造情况，也减少了能量消耗和热量散发。

GaN晶体管可提供每个隔离开关的选择性隔离；即，GaN晶体管可提供开关功能，以选择性地施加其隔离开关耦合到其输出端的逆变器桥的输出电压。

未耦合到隔离开关的每个逆变器桥可耦合到输出端。因此，逆变器桥中的一些可直接耦合到输出端，而无需隔离开关。