驅動器及包括其的三相無刷直流電機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于三相無刷直流（BLDC)電機的驅動器和包括所述驅動器 的BLDC電機以實現更短的死區時間并節省所述BLDC電機中的微控制器的計算資源。
【背景技術】
[0002] 常規的BLDC電機包括電機本體，所述電機本體包括電機殼體、轉子和三相定子； 用于驅動所述電機的驅動器，所述驅動器包括直流電源和由三個半橋構成的三相功率級， 各所述半橋包括由高邊（HS)開關和高邊（HS)柵極驅動器組成的一對以及由低邊（LS)開 關和低邊（LS)柵極驅動器組成的一對；和微控制器，所述微控制器包括有死區時間控制裝 置。通常，所述HS開關和LS開關采用功率場效應管（M0SFET)，其所述功率M0SFET具有 相對于柵-源電壓差的一啟通電壓閾值。在各半橋中，作為所述HS開關的功率M0SFET的 漏極連接至一直流源OC)且作為所述LS開關的功率M0SFET的源極連接至地。
[0003] 為防止來自所述直流源的電流直接接地，同一半橋中的HS開關和LS開關被禁止 同時導通。因此，引入死區時間以實現同一半橋中的HS開關和LS開關的非重疊切換。
[0004] 在現有技術中，通常采用以下幾種不同的方案來防止作為HS開關和LS開關的功 率M0SFET同時被導通：
[0005] (1)基于微控制器時鐘的死區時間控制方案（軟件類型）
[0006] 所述微控制器包括有內部高頻時鐘，用于對功率M0SFET的死區時間進行編程和 設置。所述方案易于實現且對微控制器的硬件沒有過多的要求。然而，所述方案需要花費 所述微控制器的大量計算資源，導致需要一強大且昂貴的微控制器。同時，所述微控制器中 的軟件針對不同的應用需要被重新編程。考慮到方案的兼容性，需要對死區時間設置一安 全裕度，從而導致對應的BLDC電機的驅動效率較低。
[0007] (2)基于邏輯的死區時間控制方案（硬件類型）
[0008] 所述微控制器包括有功率管穿通保護電路，用于處理柵極驅動器的原始控制邏輯 信號，然后輸出一控制信號以控制所述柵極驅動器。所述穿通保護電路被構成以防止同一 半橋中的HS開關和LS開關被同時導通。當一半橋中作為HS(或LS)開關的功率M0SFET 被導通，所述穿通保護電路將忽略導通同一半橋中其它功率M0SFET的任何導通命令，直至 處于導通狀態的所述功率M0SFET被關斷，期間的延遲通過一邏輯延遲來實現，因此雖然比 較穩定但無法實現可編程（不例〖InternationalRectifier，AUIRS2336S,datasheet第 18 頁）。
[0009] (3)基于驅動器時鐘的死區時間控制方案（硬件類型）
[0010] 所述驅動器包括有精確的高頻振蕩器，用于對死區時間進行編程。在所述方案中， 所述微控制器的計算資源耗費較少，因此可使用便宜適中的微控制器。而且，可通過與所述 微控制器進行通信來對其中的軟件進行編程。考慮到方案的兼容性，也需要設置死區時間 的安全裕度，從而導致對應的BLDC電機的功率效率較低。再者，對死區時間進行編程的步 長也受到所述內部振蕩器頻率精度的限制（示例：Freescale，MC33937,datasheet，第36 頁，"Deadtimecommand''）。
[0011] (4)基于RC時間常數的死區時間控制方案（硬件類型）
[0012] 替代高精度振蕩器，所述驅動器簡單采用電阻器和電容器來定義死區時間。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隨著工作 環境變化，RC時間常數的長短會發生較大的變化，仍需要更大的對于死區時間的安全裕 度（不例：InfineonTLE7185,datasheet,第el2 頁，"programmableinternaldead time" ；Example2:Texasinstruments,DRV8301,datasheet,第 9 頁，"Gatetimingand protectioncharacter''）。

【發明內容】

[0013] 根據本實用新型，可提供一種用于三相無刷直流（BLDC)電機的驅動器和包括所 述驅動器的BLDC電機以實現更短的死區時間并節省所述BLDC電機中的微控制器的計算資 源。
[0014] 根據本實用新型的第一方面，提供一種用于三相無刷直流（BLDC)電機的驅動器， 所述驅動器的輸出和輸入分別被連接至所述電機中的定子和微控制器，用于根據所述微控 制器的指令來驅動所述電機，其中所述驅動器包括由三個半橋構成的三相功率級，所述微 控制器包括有死區時間控制裝置，其中各所述半橋包括一組高邊（HS)開關和高邊（HS)柵 極驅動器和一組低邊（LS)開關和低邊（LS)柵極驅動器，各所述HS開關和LS開關采用功 率場效應管（M0SFET)，其特征在于，所述驅動器還包括數個柵-源電壓監測電路，各所述 柵-源電壓監測電路被連接至一對應的功率M0SFET和所述死區時間控制裝置，用于監 測一半橋的一側中功率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的啟通電壓閾值進行比較，且當所述電壓差低于所述啟通電壓閾值時，輸出一關斷 信號給所述死區時間控制裝置，其中在收到來自所述柵-源電壓監測電路的所述關斷信號 后，所述死區時間控制裝置立刻生成一允許導通控制信號以使所述半橋中另一側上的功率 M0SFET被允許導通。
[0015] 在一實施例中，各所述柵-源電壓監測電路包括一比較器，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的源極串聯連接，輸出端連接至所述死區時間控制裝置，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 一參考電壓值進行相互比較，且當所述電壓差低于所述參考電壓值時，輸出一關斷信號給 所述死區時間控制裝置。
[0016] 在一實施例中，各所述柵-源電壓監測電路包括：一電阻R1，所述電阻R1被連接 至一半橋中相應的功率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換成電流；一對電流鏡，所述對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，用于根據一復制比例復制來自所述 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電流鏡的輸出端 和地，用于將所述被復制的電流變換成表示所述電壓差的一電壓信號；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時間控制裝置，用于接收所述電壓信號和自所述 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，將它們進行相互比較，且當所 述電壓信號低于所述參考電壓值時，輸出一關斷信號給所述死區時間控制裝置。
[0017] 在一實施例中，各所述柵-源電壓監測電路包括：一電阻R1，所述電阻R1被連接 至一半橋中一相應的功率M0SFET的柵極和源極之