[发明专利]脉冲宽度调制器系统

说明书

本发明一般与电子线路有关，更具体地说与驱动变换器馈给(inverter-fed)电感负载的数字电路有关。

微电子学革命已使得数字电路用于各种控制装置。例如，微控制器(MCU)最近零已用来控制诸如加热，通风和空调(HVAC)，工厂自动化，变速驱动，以及类似装置的电动机。MCU一般通过包括由MCU控制的被称作脉冲宽度调制器(PWM)的外围电路来实现控制功能。PWM能够通过调制驱动功率变换器(inverter)的信号脉冲宽度来控制发动机的速度和操作。

这样一个系统的例子如图1所示，图1以部分方块图和部分原理图的形式示出了一个交流(AC)三相电动机系统。系统20一般包括MCU21，隔离电路22，功率模块23和三相AC电感电动机24。MCU21包括PWM26，加上为方便起见从图1中省去的包括中央处理器(CPU)，可编程存贮器和其它外围电路的传统MCU中其它部分。因为电动机24是三相的，所以，PWM26为三相的每一相提供控制上拉和下拉管的信号。另外，必须输出一个地信号，这样PWM就要提供七个输出。隔离块22接收这七个输出，并提供六个相应于功率模块23中晶体管的驱动信号。隔离块22可以采用光耦合器，光晶体管，变压器或类似器件来完成，并防止高压出现在PWM26的输出线上，由此，保护MCU21免于电路受到破坏。

功率模块23是一个允许诸如传统230伏或460伏三相AC线电压的三相AC输入的电路。功率模块23允许该信号被改变，以使得电动机24成为变速电动机。这样，系统20在需要变速电动机的系统中特别有用。例如，电动机24的频率可以在等待周期内将其降低。

功率模块23一般包括输入部分30，电容40，电阻41和输出部分50。输入部分30包括二极管32-37。二极管32-34的每个二极管都有一个与标有“P1”的终端连接的负端，以及分别与标有“R“，“S”和”T”的三相输入端连接的正端。二极管35-37具有分别与二极管32-34正端连接的负端，以及连在一起并与标有“N1”的节点连接的正端。电容40具有与P1端连接的第一端和与N1连接的第二端。这样，输入部分30连同电容器40形成将三相AC输入转换成P1端和N1端间单一常压的转换器。但是，要注意的是，诸如采用晶体管或不同特性二极管的其它转换器，可用来替换转换器30。

如图1所示，功率模块23相应于一个商业可得到的诸如Motorola公司大功率产品部制造的大功率模块的混合集成电路。这样，图1中功率模块23包括端点P2和N2，这些端点在系统20中分别与端点P1和N1连接，但它们在所有装置中可以不连在一起。电阻41具有一个与端点N2连接的第一端，以及与反向器部分50连接的第二端。电阻41在检测直流(DC)总线中有用，它用来检测过电流，特性测量，以及类似的用途。

反向器部分50包括三个分别对应各相的半桥部分。部分50包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)51-56和整流器61-66。晶体管51具有一个与端点P2连接的集电极，一个接收标注“G1”信号的栅极和一个接收标注“K1”信号的发射极。晶体管52具有一个与晶体管51发射极连接的集电极，一个接收标注“G2”信号的栅极和一个与电阻41的第二端连接的发射极。晶体管53具有一个与端点P2连接的集电极，一个接收标注“G3”信号的栅极和一个接收标注“K3”信号的发射极。晶体管54具有一个与晶体管53发射极连接的集电极，一个接收标注“G4”信号的栅极和一个与电阻41的第二端连接的发射极。晶体管55具有一个与端点P2连接的集电极，一个接收标注“G5”信号的栅极和一个接收标注“K5”信号的发射极。晶体管56具有一个与晶体管55发射极连接的集电极，一个接收标注“G6”信号的栅极和一个与电阻41的第二端连接的发射极。晶体管51，53和55的发射极还分别与功率模块23中标注“U”，“V”和“W”的输出端连接，这三个输出端形成电动机24输入的每相。要注意的是，当隔离块22从PWM26的输出中形成隔离信号以及形成它的公共地信号时，信号K1-K3是隔离块22提供的公共(地)电压。

除了晶体管51-56，反向器部分50还包括防止在反向器驱动电平既不是高也不是低期间引起的损害的整流器，这些期间被称作空载时间间隙(deadtime interval)。每个61-66的整流器都有一个与晶体管51-56各个集电极连接的负端，以及一个与晶体管51-56各个发射极连接的正端。整流器61-66被称作整流二极管，因为它们在电动机24处于空载时间间隙期间产生电压信号U，V和W时提供合适的电流通路。