[发明专利]减少功率级的功率消耗的电路及其方法

说明书

一种驱动感性负载(30)的电路(100)，所述电路包括：与所述感性负载(30)串联连接的驱动开关(10)；跨接在所述感性负载(30)上的续流开关(20)；开关控制器(50)，其耦合到驱动开关(10)和续流开关(20)，用于控制驱动和续流开关(10，20)的开关ON/OFF，从而控制所述感性负载(30)的操作；所述电路的特征在于：感测装置(61)，其当所述驱动开关(10)的开关OFF被检测到时感测感性负载(30)的高压侧(35)上的电压，以及所述开关控制器(50)适于基于所述感性负载(30)的高压侧(35)的所述感测的电压接通所述续流开关(20)。

技术领域

本发明涉及功率级电路，并描述了一种用于减少功率级电路的功率消耗的方法，其中功率级电路驱动感性负载，并尤其涉及缩减功率级电路从驱动功率级的开关OFF到续流功率级的开关ON的死区时间。

背景技术

汽车应用或工业应用使用电机控制的子系统或感应致动器。在汽车应用中典型的例子是用于驱动冷却风扇，泵，以及移动座位，后视镜，或护翼(flap)的电机。现代汽车一般有70至100个电机/致动器或感性负载。功率级电路用于控制感性负载的操作。这些涉及特定类型的开关电路，其使用两个开关(驱动和续流)，并且实现这些开关的方法之一是用功率MOSFET。驱动开关选择性地耦合感性负载到正电源/地，而续流开关选择性地续流所存储的能量。脉冲宽度调制(PWM)控制电路用于控制驱动功率开关和续流开关。由于感性负载存储能量，选择性地让出存储的能量也是很重要的。因此，一个续流二极管并联耦合到感性负载。当驱动开关处于ON状态时，电流流过感性负载，并且因此它储存能量。当驱动开关处于OFF状态时，电流流过续流二极管。然而，相比于MOSFET，二极管消耗更多的功率。因此，MOSFET优选做出续流动作以减少功率消耗。采用以开关为基础的功率MOSFET，控制开关的死区时间是非常重要的，以避免交叉传导。作为一个例子，对于一个续流至地的结构，死区时间是指从驱动开关的开关OFF到续流开关的开关ON、或者从续流开关的开关OFF到驱动开关的开关ON之间的延迟。在已知的现有技术中，开关的控制是利用死区时间发生器进行的。在现有技术中公知的一般状态中，死区时间发生器仅由逻辑门组成，使得所产生的死区时间很容易受制造、温度和其它操作条件的影响。如果所产生的死区时间太短，则输出级电路的功率开关可以同时导通，产生大电流，导致功率开关过热以及甚至击穿。如果产生的死区时间过长，功率级电路的效率就会降低，并且功率消耗大大增加。

传统的方法将依赖于操作条件和设备公差的恒定死区时间增加。这降低了效率，并降低了系统的最大开关频率。已经引入了减小死区时间的不同方法。所引入的系统需要操作条件和系统要求，其不能在可变速度的驱动系统中实现。一个典型的电机控制系统相对于传统的系统的主要区别是：

-变化的负载电流方向。

-无稳态条件。

-外部电机控制器，这意味着没有关于实际的占空比的信息。

-电机绕组中的感应电压。

因此，需要更多的努力来优化电机控制系统的死区时间。

本发明的优点

如独立权利要求和从属权利要求所述的发明具有以下优点。根据独立权利要求的发明提供了一种用于操作感性负载的电路和方法。对续流开关的开关ON是基于感性负载上的电压的极性来控制的。指示极性变化的输出信号被产生到开关控制器，以接通续流开关，从而使得感性负载可通过续流开关的晶体管放电。通过接通续流开关，续流开关的死区时间因此被减小到几乎可以忽略的值，并且将仅等于驱动开关的下降时间，从而降低了功率消耗和其它电磁干扰。

附图的简要说明

本发明的一个实施例被以下面的原则参照附图说明。附图是，

图1：示出了根据当前发明的电路的一个例子；

图2，图3a和3b示出了电流和时间特性，并示出了感性负载的操作模式；以及