專利名稱：直流電動(dòng)機(jī)控制電路以及使用該電路的擦凈器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電動(dòng)機(jī)的控制電路。
本發(fā)明還涉及將該控制電路用于汽車玻璃的擦凈器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中，已知用一個(gè)稱作半橋的控制電路為直流電動(dòng)機(jī)供電，該半橋的MOS型晶體管可以將電動(dòng)機(jī)的供電端子與作為汽車電池的正接線端子的直流電壓源的正接線端子相連。
直流電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)端子與底盤或直流電壓電源的負(fù)接線端子連接。
在現(xiàn)有技術(shù)中，這種控制電路通常通過第二個(gè)MOS晶體管變得完整，將該晶體管連接在接地端和電動(dòng)機(jī)的與前述MOS晶體管連接的端子之間，所述接地端與底盤連接。
通常要設(shè)定第二個(gè)MOS晶體管的尺寸，以便接收少量電流將其激活，也就是說只有在直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的情況下變成導(dǎo)體。
在其余工作時(shí)間中，第二個(gè)MOS晶體管處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，除了漏電以外，沒有任何電流通過其漏極-源極通路。
這種控制電路應(yīng)當(dāng)有很高的穩(wěn)定性。
具體地說，當(dāng)汽車保持運(yùn)行時(shí)，用于電動(dòng)機(jī)控制電路的極性反向會(huì)導(dǎo)致電路損壞，即使為了降低這種控制電路成本，在制動(dòng)時(shí)激活的第二晶體管也是小功率晶體管。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保護(hù)這種電極反向電路的設(shè)備。
在現(xiàn)有技術(shù)中，因極性意外反向造成元件損壞的問題已經(jīng)得到解決。
我們主要列舉美國(guó)專利文獻(xiàn)US-A-5519557，在該文獻(xiàn)中，在與待保護(hù)裝置串聯(lián)連接的MOS功率晶體管的基極上實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
還可以列舉有文獻(xiàn)WO-A-00/24107，該文獻(xiàn)中采用的是通過串聯(lián)連接的MOS功率晶體管進(jìn)行保護(hù)的結(jié)構(gòu)。
最后列舉的文獻(xiàn)是EP-A-1045501，在該文獻(xiàn)中，利用與負(fù)載并聯(lián)連接的MOS功率晶體管確保對(duì)裝置的保護(hù)。
總的來講，這類裝置存在需要本發(fā)明解決的兩種缺陷。
在第一種缺陷中，即使在使用的極性正確的情況下，保護(hù)裝置的故障也會(huì)中斷被保護(hù)裝置的運(yùn)行。
在第二種缺陷中，這類保護(hù)裝置由于處在被保護(hù)裝置的外面，所以這類保護(hù)裝置總構(gòu)成增加極性反向被保護(hù)裝置的制造和安裝成本的輔助元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺陷，本發(fā)明涉及一種對(duì)利用極化直流電壓源的直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的控制電路，這種電路包括至少一個(gè)與電動(dòng)機(jī)熱接點(diǎn)相連的可控?cái)嗦菲骱鸵粋€(gè)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)施制動(dòng)短路的制動(dòng)電路。本發(fā)明的特征在于控制電路包括一個(gè)在制動(dòng)電路中串聯(lián)連接的小功率元件，在極性反向的情況下，該元件的阻抗很大，而在極性正確的情況下，該元件的阻抗很小。
本發(fā)明還涉及一種用于汽車玻璃的擦凈器系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成有這種控制電路。


利用附圖將會(huì)更好地理解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖1-7是表示現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)和本發(fā)明需要克服的問題的示意圖；圖8是本發(fā)明第一實(shí)施方案的示意圖；圖9是本發(fā)明第二實(shí)施方案的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，我們示出了主要用在汽車玻璃擦凈器系統(tǒng)中的直流電動(dòng)機(jī)控制電路的傳統(tǒng)實(shí)施方式。
控制電路主要包括兩個(gè)MOS FET型的第一M1和第二M2晶體管，這兩個(gè)晶體管串聯(lián)在電源正端子1和通常由汽車底盤構(gòu)成的接地端之間。
在控制電路工作期間，電池或邊網(wǎng)的正端子與該控制電路的端子1連接。
兩個(gè)MOS晶體管為同一類型。
上面的第一晶體管M1的源極與下面的第二晶體管M2的漏極連接。
上面的第一晶體管M1的漏極直接與控制電路的端子1相連，而第一晶體管M1和第二晶體管M2之間的公共點(diǎn)連接到直流電動(dòng)機(jī)M的第一供電端子。
直流電動(dòng)機(jī)M的另一端子與接地端或汽車底盤連接。
晶體管M1和M2的每個(gè)柵極2和3依次與未示出的操縱電路相連，該操縱電路可以對(duì)來自汽車駕駛單元的命令進(jìn)行解碼。
在正常運(yùn)行模式中，操縱電路的輸出端子與上面的晶體管M1的柵極2的端子相連，在想使電動(dòng)機(jī)M運(yùn)行時(shí)激活該輸出端子。
在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的情況下，電流i1通過第一晶體管M1的漏極-源極的通道，然后到達(dá)電動(dòng)機(jī)M，最后到接地端。
沒有任何電流通過第二晶體管M2。
反之，操縱電路的另一個(gè)端子與第二晶體管M2的柵極3相連，例如當(dāng)想要制動(dòng)電動(dòng)機(jī)M時(shí)，激活該端子，以便適應(yīng)擦凈器系統(tǒng)的清洗方向。
在制動(dòng)運(yùn)行的情況下，電流i1消除，電流i2通過由電動(dòng)機(jī)M產(chǎn)生的第二晶體管M2的漏極-源極通道。該電流i2的循環(huán)時(shí)間很短，因此晶體管M2中的能量比晶體管M1中的能量小，這就表示晶體管M2可以具有很小的功率。
事實(shí)上已經(jīng)知道，作為晶體管M1和M2的MOS FET型晶體管具有一個(gè)構(gòu)成在漏極和源極接點(diǎn)之間的本征二極管。與MOS FET型晶體管反并聯(lián)的二極管在制造晶體管時(shí)建立。目前所有MOS FET型晶體管都有寄生二極管，沒有寄生二極管的MOS FET型晶體管均是根據(jù)特殊實(shí)現(xiàn)方法制成的，所以在很多應(yīng)用中這些晶體管的費(fèi)用很高。
在圖2中表示出這種設(shè)備的細(xì)節(jié)。
在圖2中，MOS FET型晶體管4用其柵極5、漏極6和源極7表示。
具體地說，所表示的晶體管是N通道MOS型的7。一個(gè)反并聯(lián)二極管8在制造晶體管4期間構(gòu)成，從而將其陽(yáng)極與晶體管4的源極相連，將其陰極與晶體管4的漏極相連。事實(shí)上，對(duì)于柵極5的控制來講，該二極管8以寄生的方式運(yùn)行。具體地說，在沒有對(duì)柵極進(jìn)行控制的情況下，該二極管傾向于使電能與電荷載流的正常流動(dòng)反向地進(jìn)入源極-漏極通道。
在這種情況下，如果反向電流超過某一閾值，MOS FET型晶體管會(huì)很容易受到毀壞。
在圖3中示出了在錯(cuò)誤地將極性裝反時(shí)，圖1電路的晶體管M1和M2以及各自的反并聯(lián)的二極管D1和D2。
晶體管M1和M2以及電動(dòng)機(jī)M均如圖1所示進(jìn)行安裝。
但是，正極端子和接地端子被反向，將晶體管M1的漏極連接到接地端，而將晶體管M2的源極連接到正極端子。
由此在錯(cuò)誤的連接下，操縱電路的極性也被反向，因此該操縱電路不能運(yùn)行。與晶體管M1和M2反并聯(lián)的二極管D1和D2為導(dǎo)體，沒有受到任何負(fù)載限制的強(qiáng)電流通過這些二極管，因此這種強(qiáng)電流是毀滅性電流。
通常，受到損壞的是晶體管M2，因?yàn)樗墓β蚀笮”染w管M1的小，但是如果在晶體管M2損毀時(shí)出現(xiàn)短路的情況，晶體管M1也會(huì)被毀壞。
由此，在晶體管M2的漏極-源極通道上出現(xiàn)的電流與電荷載流的正常流動(dòng)反向，如果該晶體管已被制定大小，而且通常只是為了實(shí)現(xiàn)使電動(dòng)機(jī)M的電樞制動(dòng)的目的的話，則該晶體管就會(huì)無可補(bǔ)救地受到毀壞。
在圖4中示出了防止現(xiàn)有技術(shù)中極性反向的第一種保護(hù)設(shè)備。
將被極化的供電電源的正端子與保護(hù)二極管12的陽(yáng)極相連，而該二極管的陰極與輸入端子或熱結(jié)點(diǎn)相連，輸入端子或熱結(jié)點(diǎn)與需保護(hù)的電子組件13的供電正端子相連。
電子組件13的另一個(gè)極化端子與接地端14相連。
在該附圖中，保護(hù)二極管12防止有可能造成不利于正常運(yùn)行的電壓下降的極性反向，在該二極管被損壞的情況下，該二極管切斷電子組件的供電。
在圖5中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的保護(hù)系統(tǒng)的另一種實(shí)施方案。
在現(xiàn)有技術(shù)中，正供電電源端子11通過N通道MOS FET晶體管的漏極-源極通道被連接到電子組件13的正輸入端子，所述晶體管有一個(gè)寄生反并聯(lián)二極管16。
MOS FET晶體管17的柵極與由要保護(hù)的電子組件13建立的控制信號(hào)15連接。
這種裝置可以通過對(duì)晶體管17柵極的控制減少正常運(yùn)行期間電壓的降低。
但是，在MOS FET晶體管受損的情況下，電子組件13喪失供電，這樣可能招致?lián)p壞。
另外，要保護(hù)的電子組件13也要受到改變，以便產(chǎn)生導(dǎo)通MOSFET晶體管17的正確信號(hào)。
在圖6中示出了現(xiàn)有技術(shù)中防止極化反向的另一種實(shí)施方案。
將保護(hù)二極管18連接在要保護(hù)的電子組件13的冷結(jié)點(diǎn)和裝置的接地端之間。
這種安裝有兩個(gè)缺陷，首先是因?yàn)橛烧＿\(yùn)行二極管18引起的電壓下降所致，這種電壓下降使電子組件13的供電冷結(jié)點(diǎn)處于安裝接地端以上的任一電壓值上。
據(jù)此的另一個(gè)缺陷在于，如果過電流，二板管18就會(huì)受到意外損壞，由此就不會(huì)再給電子組件13供電。
在圖7中示出了現(xiàn)有技術(shù)中防止極化反向的保護(hù)系統(tǒng)的另一種實(shí)施方案。
在該現(xiàn)有技術(shù)中，MOS FET晶體管21漏極-源極通道被反向設(shè)置在電子組件13的冷結(jié)點(diǎn)和接地端14之間。
與MOS FET晶體管19反并聯(lián)的二極管20的作用與圖6實(shí)施方案的二極管18的相同。
但是，在正常運(yùn)行中通過MOS FET晶體管21的柵極22實(shí)施的導(dǎo)通可以減少電壓的降低。
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷并帶來新的優(yōu)點(diǎn)，圖8的第一實(shí)施例和圖9的第二實(shí)施例示出了本發(fā)明。
在圖8和9中，晶體管M1和M2與圖1和3安裝的晶體管M1和M2基本相同。
本發(fā)明的控制電路包括一個(gè)串接在制動(dòng)電路中的小功率元件M3。該元件在控制電路以及電動(dòng)機(jī)供電極性反向的情況下具有很大阻抗，而在極性正確的情況下，具有很小的阻抗。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，元件M3是偶極子，其低阻抗?fàn)顟B(tài)由至少一個(gè)與電樞制動(dòng)控制信號(hào)相連的電極26控制。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)M應(yīng)當(dāng)運(yùn)行時(shí)，大功率MOS FET型晶體管M1的柵極23直接受到控制，并被處在有源狀態(tài)。
將小功率的第二MOS FET型晶體管M2連接在電動(dòng)機(jī)和晶體管M1的源極之間的公共接點(diǎn)之間，該第二晶體管通過其源極與一個(gè)防止極性反向的保護(hù)電偶極子相連，該電偶極子低阻抗。
控制電路具有不同時(shí)激活晶體管M1和M2的負(fù)載。
反之，當(dāng)利用第二晶體管M2的柵極24上的脈沖激活制動(dòng)電路時(shí)，低阻抗元件25到達(dá)或保持在低阻抗?fàn)顟B(tài)，制動(dòng)電流通過偶極子25到達(dá)接地端。
在圖8所示的本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，直流電動(dòng)機(jī)的控制電路是這樣一種小功率元件M3，即元件M3由與MOS FET型晶體管反并聯(lián)的一個(gè)二極管構(gòu)成，該晶體管源極既與晶體管M2的源極相連又與反并聯(lián)二極管的陽(yáng)極相連，而其漏極與上述二極管的陰極以及接地端相連。
MOS FET晶體管25的柵極直接與制動(dòng)電路24的控制端子相連，以便在極性正確時(shí)以及電路被激活時(shí)，來自晶體管M2的電流通過晶體管25。
根據(jù)本發(fā)明的原理，偶極子25到達(dá)或保持在低阻抗?fàn)顟B(tài)。在圖8所示結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方案中以及在極性反向的情況下，晶體管M3的阻抗升高，這是因?yàn)樵诖饲闆r下，其反并聯(lián)二極管不能導(dǎo)通，其陰極與供電電源的正端子相連，因?yàn)椴倏v電路被反向極化，而且沒有運(yùn)行，所以晶體管M3不能被激活。
在圖9所示的本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，與圖8元件相同的元件用相同的標(biāo)號(hào)表示，所以不再描述，直流電動(dòng)機(jī)的控制電路例如是小功率元件M3，該元件由一個(gè)二極管構(gòu)成，二極管的陰極與正常供電接地端相連，而其陽(yáng)極與制動(dòng)晶體管M2的源極連接。
在圖中未示出的第二種實(shí)施方案中，晶體管M3的柵極不必須與晶體管M2的柵極連接。在該另一種實(shí)施方案中，晶體管M3可以通過來自操縱電路的例如作為操縱電路的調(diào)節(jié)電壓的恒直流電壓(在其柵極)得到激活，因此，只要正確施加供電極性，晶體管M3就一直導(dǎo)通。是晶體管M2允許電流進(jìn)入分支M2-M3。對(duì)于圖8所示的第一實(shí)施方案的實(shí)施形式來講，這種結(jié)構(gòu)的好處在于當(dāng)負(fù)載是電樞負(fù)載時(shí)，不妨礙將晶體管M2的反并聯(lián)二極管用作單向二極管(diode deroue libre)，這就是將電動(dòng)機(jī)用作負(fù)載的情況。在該第二實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)中，必須分開對(duì)圖8所示的第一實(shí)施例的晶體管M2和M3的柵極的控制。
在上面限定的第二實(shí)施方式中，晶體管25的柵極不必須與端子24連接。利用來自操縱電路的恒直流電壓，通過被連接到其柵極上的激活信號(hào)可以激活該晶體管25。反之，事實(shí)上《在極性正確時(shí)以及電路被激活時(shí)，來自晶體管M2的電流流過晶體管25》。
相反，當(dāng)控制系統(tǒng)經(jīng)受反向極性時(shí)，晶體管M1的反并聯(lián)二極管變成導(dǎo)體。
為此，晶體管M3的反并聯(lián)二極管阻塞電流的通過，這樣就妨礙了電路的運(yùn)行。
在晶體管M3意外受損的情況下，只中斷制動(dòng)作用。
具體地說，由于晶體管M2和M3的柵極被連接到同一外控制端子上，而該端子與本發(fā)明控制電路的操縱電路(未示出)相連，所以很容易在例如制動(dòng)電路的同一基底上安裝兩個(gè)晶體管M2和M3。
即使晶體管M2和M3的柵極沒有如所述的第二實(shí)施方案那樣連接，在同一基底上的這種布置也是有用的。確實(shí)我們可以用一些集成兩個(gè)相同尺寸的晶體管的盒子，以便在基底上得到空間作為印刷電路?？梢詥为?dú)接觸到每一個(gè)晶體管的柵極，這樣就可以在每一個(gè)柵極上施加不同的電壓。
另外公知的是，我們已經(jīng)知道只在一個(gè)作為具有散熱器的印刷電路或集成電路的基底上安裝一個(gè)與具有大功率晶體管M1構(gòu)成半橋的晶體管M2。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以在同一個(gè)作為印刷電路和/或集成電路的基底上一起安裝晶體管M1和M2以及防止極性反向的MOS FET型晶體管M3。
根據(jù)本發(fā)明的擦凈系統(tǒng)可以安裝一個(gè)如圖8所示的半橋式控制電路，這種控制電路可以與一個(gè)擦凈電動(dòng)機(jī)直接連接。
添加一個(gè)操縱電路，以便將制動(dòng)電路的晶體管M2和M3的柵極與一個(gè)制動(dòng)控制端子相連，將晶體管M1的柵極與可以是脈沖命令或周期控制電壓的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制端子相連，以便在調(diào)節(jié)電壓時(shí)操縱電動(dòng)機(jī)，而且由操縱電路根據(jù)指令(PWM模式)控制脈寬。
應(yīng)注意的是，在圖中未示出的第二實(shí)施方式中，晶體管M2和M3的柵極不必須相互連接，而是將它們連接到它們的控制電路的合適控制端子上。
在一個(gè)實(shí)施方式中，控制電路在使用圖8所示的系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生脈沖命令或脈寬調(diào)制PWM命令。在脈沖控制的情況下，可以使用可控硅整流器，并用可控硅整流器代替晶體管M2和M3。但在這種情況下，缺乏單向二極管就存在缺陷。
權(quán)利要求
1.一種利用極化直流電壓源的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，包括至少一個(gè)與電動(dòng)機(jī)的熱點(diǎn)相連的可控?cái)嗦菲?M1)，和一個(gè)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)施制動(dòng)短路的制動(dòng)電路(M2)，其特征在于控制電路包括一個(gè)在制動(dòng)電路中串聯(lián)連接的小功率元件(M3)，在極性反向的情況下，該元件的阻抗很大，而在極性正確的情況下，該元件的阻抗很小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于所述元件(M3)是偶極子，其低阻抗?fàn)顟B(tài)可由至少一個(gè)與電樞制動(dòng)控制信號(hào)相連的電極(26)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于所述小功率元件(M3)包括一個(gè)二極管，該二極管通過其陰極與電源的標(biāo)準(zhǔn)接地端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于所述二極管由與MOS FET晶體管(M3)反并聯(lián)的二極管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于所述小功率元件包括一個(gè)在必要時(shí)接有單向二極管的可控硅整流器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于所述小功率元件(M3)集成在與制動(dòng)電路(M2)相同的基底上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的直流電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于所述小功率元件(M3)集成在與控制電路(M1，M2)相同的基底上。
8.一種用于汽車玻璃的擦凈系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)和/或上述任一權(quán)利要求所述的控制電路(M1-M3)，以及一個(gè)用于將所述控制電路設(shè)置在運(yùn)行狀態(tài)或制動(dòng)狀態(tài)的操縱電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的擦凈系統(tǒng)，其特征在于所述操縱電路包括一個(gè)通過脈沖命令或通過脈寬調(diào)制(PWM)命令激勵(lì)控制電路的小功率元件(M3)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的擦凈系統(tǒng)，其特征在于所述操縱電路包括一個(gè)通過脈寬調(diào)制命令激勵(lì)控制電路的制動(dòng)電路的裝置，其特征還在于當(dāng)系統(tǒng)的電源極性正確時(shí)，通過一個(gè)作為操縱電路的經(jīng)過調(diào)節(jié)的電壓的分壓的控制，將小功率元件(M3)保持在激活狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流電動(dòng)機(jī)控制電路。本發(fā)明還涉及將該控制電路用于汽車玻璃的擦凈系統(tǒng)。將一個(gè)具有反并聯(lián)二極管的MOS FET晶體管(M3)串接在控制電路的制動(dòng)電路(M2)上。
文檔編號(hào)H02H11/00GK1751424SQ200480004698
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者多米尼克·凱勞德, 弗蘭克·瓦爾特, 尼古拉斯·格蘭杰 申請(qǐng)人:瓦萊奧清洗系統(tǒng)公司