專利名稱：脈寬調制控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種脈寬調制(PWM)控制器，其被配置成保護功率端子或信號線以使其免受電動機控制器中可能發生的短路的影響，而無需單獨的元件來實現該目的，從而降低電動機控制器的價格并改善電動機控制器的可靠性。
背景技術：
當前被用于車輛的鼓風電動機等的電動機控制器屬于線性控制型，并且通常利用單個大電容場效應晶體管(FET)來執行控制。由于這些電動機控制器具有大電容FET，所以這些電動機控制器被設計成使得即使當在FET控制器的功率線和信號線中發生短路時、FET也不會被擊穿，然而其內部溫度元件會被擊穿。此外，由于這些電動機控制器僅使用單個FET，所以這些電動機控制器具有簡化的配置并易于控制。然而，這些電動機控制器中的功率損耗會增大。當功率損耗增大時，例如空調器工作期間的燃料效率會降低。因此，已經利用脈寬調制(PWM)控制方案進行了研究以便達到能夠降低功率損耗和改善燃料效率的目的。然而，當在電動機控制器中使用PWM控制方案時，整個控制器的價格會增加，因為必須使用具有適當電容和邏輯的FET代替大電容FET來應用短路保護功能。圖2是示出流過PWM控制器的電流的圖，并且圖3是示出傳統PWM控制器的電路圖。參考圖2，電流可以具有正常狀態、過電流狀態和短路狀態。從該圖中可以看出，PWM控制器的電流具有取決于占空比而增大的趨勢。如圖3所示，當電動機的兩個端子由于工人出錯等而被短路時，過電流流過電動機，隨后當低端FET L被接通時該低端FET L可能會燒毀。因此，當電流傳感器確定過電流正流過時，在低端FET L抵抗過電流的時間段期間必須強行關斷該低端FET L。通常，該段時間為數十微秒以下。因此，需要一種以低成本穩定地實現這種過電流保護電路的方法。前述內容僅僅旨在幫助更好地理解本發明的背景，并且并非意味著本發明落入本領域技術人員已知的現有技術的范圍。

發明內容
因此，本發明是考慮到上述問題而做出的，并且本發明的目的是提供一種脈寬調制(PWM)控制器，其使得能夠實現保護功率端子或信號線免受電動機控制器中可能發生的短路的功能而無需單獨的元件來實現該目的，從而降低電動機控制器的價格并改善電動機控制器在該過程中的可靠性。為了實現上述目的，本發明提供了一種脈寬調制(PWM)控制器，其包括多個場效應晶體管(FET)和一 FET驅動器；比較器，其被配置成將流過FET的電流與過電流參考值進行比較；以及微型計算機，其被配置成執行控制電動機的功能和電路保護功能，并且當比較器所做比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時關閉FET驅動器。此外，本發明提供了另一脈寬調制(PWM)控制器，其包括多個場效應晶體管(FET)和一 FET驅動器；比較器，其被配置成將流過FET的電流與過電流參考值進行比較；微型計算機，其被配置成控制電動機和電路保護功能；以及開關，其被配置成當比較器所做比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時，切斷微型計算機和FET驅動器之間的連接。優選地，比較器的過電流參考值可以基于具有最大電容的FET來設定。比較器可以在電動機的兩個端子被短路時確定流過FET的電流大于過電流參考值。可替換地，比較器可以在電動機的負端子和電池的偏置電壓端子(bias voltage terminal)被短路時,確定流過FET的電流大于過電流參考值。優選地，多個FET可以包括低端FET(low-side FET)和高端FET(high_side FET),并且比較器的過電流參考值可以基于低端FET的電容來設定。在這種情況下，比較器可以在電動機的兩個端子被短路時確定流過低端FET的電流大于過電流參考值。比較器也可以在電動機的負端子和電池的偏置電壓端子被短路時確定流過低端FET的電流大于過電流
參考值。上述PWM控制器允許保護功率端子或信號線免受電動機控制器中可能發生的短路，而無需單獨的元件來實現該目的，從而降低電動機控制器的價格并改善電動機控制器的可靠性。


根據結合附圖給出的以下詳細說明，本發明的上述及其它目的、特征和優點將更清楚地得到理解，在附圖中:圖1是示出根據本發明示例性實施例的PWM控制器的電路圖；圖2是示出流過PWM控制器的電流的圖；并且圖3是示出傳統PWM控制器的電路圖。
具體實施例方式在下文中，將參考附圖詳細描述根據本發明實施例的PWM控制器。應理解的是，本文中使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語包括一般的機動車輛(諸如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內的客車)、包括各種艇和船在內的水運工具、飛行器等，并且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它代用燃料車(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。此外，本發明的控制邏輯可以實施為包含由處理器、控制器等執行的可執行程序指令的非短暫計算機可讀介質。計算機可讀介質的實例包括但不限于ROM、RAM、壓縮盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存驅動器、智能卡和光學數據存儲裝置。計算機可讀記錄介質也可以分布在網絡連接的計算機系統中，使得計算機可讀介質以分布式方式(例如通過遠程信息處理服務器或控制器局域網(CAN))被存儲和執行。圖1是示出根據本發明示例性實施例的PWM控制器的電路圖。本發明的PWM控制器包括多個場效應晶體管(FET)和FET驅動器500、比較器400和微型計算機200。比較器400將流過FET的電流與過電流參考值進行比較。微型計算機200控制電動機M和電路保護功能，并且當比較器400所做的比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時關閉FET驅動器500。通常，在金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的情況下，當MOSFET在高頻下工作時，二極管元件在結構上沿從源極到漏極的方向布置。因此，當開關元件被實施為MOSFET時，通常需要與開關元件并聯連接的二極管可以被省略，從而簡化電路的構造。此夕卜，當FET被接通時，其漏極(負載)和源極彼此電連接，使得電流可以雙向流動。然而，當FET被關斷時，電流不能從漏極流到源極。然而，電流可以通過寄生二極管從源極流到漏極。本發明可以應用于M0SFET，并且旨在當在圖中所示的電路中、在電動機M的端子M+和M-之間發生短路(情況A)以及在電動機M的負端子M-和電池的偏置電壓端子VS之間發生短路(情況B)時防止電路斷路的發生。傳統上，通常設置單獨的高電容FET并將其用于實施保護電路。然而，在本發明中，設置把流過FET的電流與過電流參考值進行比較的比較器400作為替代，并且微型計算機200控制電動機M和電路保護功能。在這種情況下，設置FET預驅動器(pre-FETdriver),以便當比較器400所做比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時關閉FET驅動器500，從而只需保護功能。如圖2所示，每個FET具有隨FET的占空比的增大而增大電流的趨勢，并且與預定水平相對應的電流具有作為過電流的閾值水平。因此，當最初檢測到這樣的過電流并且利用FET的特性來中斷信號時，當與所示情況相對應的短路發生時可以使電路得到保護。詳細地，如圖1所示，根據本發明的多個FET可以由低端FET L和高端FET H構成，并且電動機M可以響應于低端FET L的開/關操作而被操作。此外，由于僅當低端FET L被接通時電流流過旁路電阻器，所以此時電流流入比較器400中。同時，高端FET H是用于形成這樣的通路的FET:當低端FET L被關斷時(S卩，在沒有向電動機M施加功率以便控制電動機M的速度的時間段期間)，能量通過該通路流入電動機M中。在一些情況下，為了降低成本、易于控制等目的，高端FET H可以實施為二極管。如果不形成該通路，電動機M中就可能會感應出較高的反向電壓，并且隨后當低端FET L被關斷時，低端FET L可能會被擊穿。因此，比較器400的過電流參考值可以基于低端FET L的電容來設定。當電動機M的端子M+和M-被短路時，比較器400確定流過低端FET L的電流大于過電流參考值。可替換地，當電動機M的負端子M-和電池的偏置電壓端子VS被短路時，比較器400也確定流過低端FET L的電流大于過電流參考值。上述功能也可以由本發明的另一示例性實施例實現。根據本發明另一實施例的PWM控制器包括多個FET和一 FET驅動器500、比較器400、微型計算機200、以及開關300。比較器400將流過FET的電流與過電流參考值進行比較。微型計算機200執行電動機控制功能和電路保護功能。最后，當比較器所做比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時，開關300切斷微型計算機和FET驅動器之間的連接。在這種情況下，開關300被配置成當比較器所做比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時，切斷微型計算機和FET驅動器之間的連接，從而通過使微型計算機與FET驅動器斷開來保護電路。此外，本發明的PWM控制器可以基于哪個FET具有最大電容來為比較器400設定過電流參考值，從而使保護功能能夠更穩定且穩妥地得到實現。此外，比較器400可以通過在電動機M的端子M+和M-被短路時確定流過FET的電流大于過電流參考值，或者通過在電動機M的負端子M-和電池的偏置電壓端子VS被短路時確定流過FET的電流大于過電流參考值，來使單獨的高電容FET能夠得以省略。
同時，即使在以下短路事件中的任何一個發生時，本發明的PWM控制器也可以附帶地實現保護功能:(I)PWM/診斷短路:當來自主控制器的PWM信號被作為診斷信號輸入到主控制器時發生PWM/診斷短路，使得主控制器可以確定PWM信號線和診斷信號線已經被短路。(2)PWM/Vbatt (VS)短路:當PWM信號線和Vbatt線被短路時，PWM控制器的輸入總是具有0%的占空比。在這種情況下，由于占空比總是0%，所以PWM控制器沒有被損壞，并且可以感測出電動機中已經發生異常。(3)PWM/GND短路:在這種情況下，PWM控制器的輸入總是具有100%的占空比，所以PWM控制器沒有被損壞，并且電動機總是以最高速度運動，并且因此可以感測出電動機中已經發生異常。(4) PWM / M+短路:該情況與PWM/Vbatt短路相同。(5)診斷/Vbatt短路:在這種情況下，診斷信號總是具有0%的占空比。當PWM控制器的保護功能(諸如避免過電壓、過電流、低電壓或高溫度)在工作時，主控制器不能接收診斷信號，并且因此主控制器不能確定PWM控制器是否有缺陷。然而，因為電動機由于PWM控制器的保護功能的操作而沒有運動，所以可以感測出是否已經發生異常。結果，PWM控制器中不會發生損壞。(6)診斷/GND短路:在這種情況下，由于診斷信號總是具有100% (低)的占空比，所以主控制器可以感測出是否已經發生異常，并然后相應地停止PWM控制器。(7)診斷/ M+短路:該情況與診斷/Vbatt短路相同。(8)診斷/ M-短路:在這種情況下，M-端子的電壓水平是PWM輸入信號的倒數(inverse)。當M-端子的電壓作為診斷信號被輸入到主控制器時，主控制器可以確定PWM控制器中已經發生異常。在這種情況下，PWM控制器不會被損壞，并且可以確定電動機中是否已經發生異常。(9)Vbatt (VS)/GND短路:在這種情況下，PWM控制器不會被損壞，但是保險絲會由于功率端子處發生的短路而熔化。因此，具有上述構造的上述PWM控制器能保護功率端子或信號線免受電動機控制器中可能發生的短路而無需單獨的元件來實現該目的，從而降低電動機控制器的價格并改善電動機控制器的可靠性。盡管出于例證的目的公開了本發明的優先實施例，但是本領域技術人員會認識至IJ，可以做出各種更改、增加和替換，而不脫離由所附權利要求公開的本發明的范圍和精神。
權利要求
1.一種脈寬調制(PWM)控制器，包括: 多個場效應晶體管(FET)和一 FET驅動器； 比較器，其被配置成將流過所述FET的電流與過電流參考值進行比較；以及 微型計算機，其被配置成控制電動機和電路保護功能，并且當所述比較器所做比較的結果是流過所述FET的電流大于所述過電流參考值時選擇性地關閉所述FET驅動器。
2.如權利要求1所述的PWM控制器，其中用于所述比較器的所述過電流參考值是基于所述多個FET中的哪個FET具有最大電容來設定的。
3.如權利要求1所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的兩個端子被短路時，確定流過所述FET的電流大于所述過電流參考值。
4.如權利要求1所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的負端子和電池的偏置電壓端子被短路時，確定流過所述FET的電流大于所述過電流參考值。
5.如權利要求1所述的PWM控制器，其中所述多個FET包括低端FET和高端FET。
6.如權利要求5所述的PWM控制器，其中用于所述比較器的所述過電流參考值是基于所述低端FET的電容來設定的。
7.如權利要求6所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的兩個端子被短路時，確定流過所述低端FET的電流大于所述過電流參考值。
8.如權利要求6所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的負端子和電池的偏置電壓端子被短路時，確定流過所述低端FET的電流大于所述過電流參考值。
9.一種脈寬調制(PWM)控制器，包括: 多個場效應晶體管(FET)和一 FET驅動器； 比較器，其被配置成將流過所述FET的電流與過電流參考值進行比較；以及 微型計算機，其被配置成控制電動機和電路保護功能；以及 開關，其被配置成當所述比較器所做比較的結果是流過所述FET的電流大于所述過電流參考值時，切斷所述微型計算機和所述FET驅動器之間的連接。
10.如權利要求9所述的PWM控制器，其中用于所述比較器的所述過電流參考值是基于所述多個FET中的哪個FET具有最大電容來設定的。
11.如權利要求9所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的兩個端子被短路時，確定流過所述FET的電流大于所述過電流參考值。
12.如權利要求9所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的負端子和電池的偏置電壓端子被短路時，確定流過所述FET的電流大于所述過電流參考值。
13.如權利要求9所述的PWM控制器，其中所述多個FET包括低端FET和高端FET。
14.如權利要求13所述的PWM控制器，其中用于所述比較器的所述過電流參考值是基于所述低端FET的電容來設定的。
15.如權利要求14所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的兩個端子被短路時，確定流過所述低端FET的電流大于所述過電流參考值。
16.如權利要求14所述的PWM控制器，其中所述比較器被配置成當所述電動機的負端子和電池的偏置電壓端 子被短路時，確定流過所述低端FET的電流大于所述過電流參考值。
17.一種包含由PWM控制器執行的程序指令的非短暫計算機可讀介質，所述計算機可讀介質包括: 將流過多個場效應晶體管(FET)的電流與過電流參考值進行比較的程序指令； 控制電動機和電路保護功能的程序指令；以及 當比較的結果是流過所述多個FET的電流大于所述過電流參考值時，選擇性地關閉FET驅動器的程序指令。
18.如權利要求17所述的非短暫計算機可讀介質，其中用于所述比較器的所述過電流參考值是基于所述多個FET中的哪個FET具有最大電容來設定的。
19.如權利要求17所述的非短暫計算機可讀介質，還包括當所述電動機的兩個端子被短路時，確定流過所述FET的電流大于所述過電流參考值的程序指令。
20.如權利要求17所述的非短暫計算機可讀介質，還包括當所述電動機的負端子和電池的偏置電壓端子被短路時，確定流過所述FET的電流大于所述過電流參考值的程序指令。 ·
全文摘要
本發明提供了一種脈寬調制控制器，其包括多個場效應晶體管(FET)和一FET驅動器；比較器，其被配置成將流過FET的電流與過電流參考值進行比較；以及微型計算機，其被配置成控制電動機和電路保護功能，并且當比較器所做比較的結果是流過FET的電流大于過電流參考值時選擇性地關閉FET驅動器。
文檔編號H02H7/085GK103166185SQ201210363859
公開日2013年6月19日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年12月9日
發明者張相賢, 宋好得, 蔡鐘勛 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社