[实用新型]驱动器及包括其的三相无刷直流电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于三相无刷直流(BLDC)电机的驱动器和包括所述驱动器的BLDC电机以实现更短的死区时间并节省所述BLDC电机中的微控制器的计算资源。

背景技术

常规的BLDC电机包括电机本体，所述电机本体包括电机壳体、转子和三相定子；用于驱动所述电机的驱动器，所述驱动器包括直流电源和由三个半桥构成的三相功率级，各所述半桥包括由高边(HS)开关和高边(HS)栅极驱动器组成的一对以及由低边(LS)开关和低边(LS)栅极驱动器组成的一对；和微控制器，所述微控制器包括有死区时间控制装置。通常，所述HS开关和LS开关采用功率场效应管(M OSFET)，其所述功率M OSFET具有相对于栅-源电压差的一启通电压阈值。在各半桥中，作为所述HS开关的功率M OSFET的漏极连接至一直流源(DC)且作为所述LS开关的功率M OSFET的源极连接至地。

为防止来自所述直流源的电流直接接地，同一半桥中的HS开关和LS开关被禁止同时导通。因此，引入死区时间以实现同一半桥中的HS开关和LS开关的非重叠切换。

在现有技术中，通常采用以下几种不同的方案来防止作为HS开关和LS开关的功率M OSFET同时被导通：

(1)基于微控制器时钟的死区时间控制方案(软件类型)

所述微控制器包括有内部高频时钟，用于对功率M OSFET的死区时间进行编程和设置。所述方案易于实现且对微控制器的硬件没有过多的要求。然而，所述方案需要花费所述微控制器的大量计算资源，导致需要一强大且昂贵的微控制器。同时，所述微控制器中的软件针 对不同的应用需要被重新编程。考虑到方案的兼容性，需要对死区时间设置一安全裕度，从而导致对应的BLDC电机的驱动效率较低。

(2)基于逻辑的死区时间控制方案(硬件类型)

所述微控制器包括有功率管穿通保护电路，用于处理栅极驱动器的原始控制逻辑信号，然后输出一控制信号以控制所述栅极驱动器。所述穿通保护电路被构成以防止同一半桥中的HS开关和LS开关被同时导通。当一半桥中作为HS(或LS)开关的功率M OSFET被导通，所述穿通保护电路将忽略导通同一半桥中其它功率M OSFET的任何导通命令，直至处于导通状态的所述功率M OSFET被关断，期间的延迟通过一逻辑延迟来实现，因此虽然比较稳定但无法实现可编程(示例：Internationa lRectifier,AU IR S2336S,datasheet第18页)。

(3)基于驱动器时钟的死区时间控制方案(硬件类型)

所述驱动器包括有精确的高频振荡器，用于对死区时间进行编程。在所述方案中，所述微控制器的计算资源耗费较少，因此可使用便宜适中的微控制器。而且，可通过与所述微控制器进行通信来对其中的软件进行编程。考虑到方案的兼容性，也需要设置死区时间的安全裕度，从而导致对应的BLDC电机的功率效率较低。再者，对死区时间进行编程的步长也受到所述内部振荡器频率精度的限制(示例：Free scale,M C33937,datasheet,第36页,“Dead time command”)。

(4)基于RC时间常数的死区时间控制方案(硬件类型)

替代高精度振荡器，所述驱动器简单采用电阻器和电容器来定义死区时间。所述方案的缺陷在于控制范围和精度受到限制，且由于电阻器和电容器的参数随着工作环境变化，RC时间常数的长短会发生较大的变化，仍需要更大的对于死区时间的安全裕度(示例：Infineon TLE7185,datasheet,第e12页,“programmable internal dead time”；Example2:Texas instruments,DRV8301,datasheet,第9页,“Gate tim ing and protection character”)。

发明内容

根据本实用新型，可提供一种用于三相无刷直流(BLDC)电机 的驱动器和包括所述驱动器的BLDC电机以实现更短的死区时间并节省所述BLDC电机中的微控制器的计算资源。