專利名稱：供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供電裝置，其用于通過以期望的占空比來PWM控制電子開關(guān)而控制向電機(jī)負(fù)載提供的電力，并且特別地，涉及一種減少由于發(fā)熱引起的能量損失的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)采用了很多負(fù)載電路，其每個(gè)都以下述方式構(gòu)造成，S卩，在直流電源和負(fù)載之間設(shè)置諸如MOSFET的電子開關(guān)，并且使MOSFET經(jīng)受PWM控制來調(diào)整向負(fù)載提供的電力，從而控制負(fù)載的輸出(例如，見專利文獻(xiàn)1)。圖4是示出了用于通過PWM控制來驅(qū)動(dòng)要安裝在車輛上的散熱器風(fēng)扇等所使用的電機(jī)M 101的負(fù)載電路的構(gòu)造的電路圖。在電機(jī)MlOl與直流電源VB (例如，要安裝在車輛上的蓄電池)的正電極端子之間設(shè)置有例如MOSFET的電子開關(guān)T101。將電機(jī)MlOl的電感描述為LM，而將其電樞電阻描述為Ra。電子開關(guān)TlOl的柵極經(jīng)由電阻器RlOl連接于驅(qū)動(dòng)器102。電荷泵101連接于驅(qū)動(dòng)器102。當(dāng)為驅(qū)動(dòng)器102提供具有預(yù)定接通/斷開周期的輸入信號時(shí)，驅(qū)動(dòng)器102將電荷泵101的輸出電壓輸出到電子開關(guān)TlOl的柵極，以從而根據(jù)PWM控制利用預(yù)定的占空比來驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)TlOl。如圖4所示，假設(shè)流經(jīng)電子開關(guān)TlOl的電流是ID，而流經(jīng)電機(jī)MlOl的電流是IM， 那么在接通電子開關(guān)TlOl而使電流流經(jīng)從直流電源VB的正電極端子經(jīng)由電子開關(guān)T101、 電機(jī)MlOl和地面到直流電源VB的負(fù)電極端子的路徑的情況下，電流ID變?yōu)榈扔陔娏鱅M。 在該情況下，在電機(jī)MlOl的電感LM中積蓄了 LM*IM2/2的電磁能量。當(dāng)斷開電子開關(guān)TlOl時(shí)，電流ID變?yōu)?。然而，由于電機(jī)MlOl的電感LM，電流IM 趨于連續(xù)流動(dòng)。為了以循環(huán)的方式使該電流流入電機(jī)M101，與電機(jī)MlOl并聯(lián)設(shè)置續(xù)流二極管DlOl (后面簡稱為“二極管”)。假設(shè)電子開關(guān)TlOl與電機(jī)MlOl之間的連接點(diǎn)是a，那么二極管DlOl的陰極連接于點(diǎn)a，而該二極管DlOl的陽極接地。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)電子開關(guān)TlOl斷開時(shí)，在電子開關(guān)TlOl的接通狀態(tài)期間已經(jīng)流經(jīng)電機(jī)MlOl的電流IM開始以循環(huán)的方式流經(jīng)從電機(jī)MlOl經(jīng)由地面、二極管DlOl和點(diǎn)a到電機(jī)MlOl的路徑。從而，在電感LM中已經(jīng)積蓄的電磁能量轉(zhuǎn)換成電機(jī)MlOl的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 在該情況下，假設(shè)流經(jīng)二極管DlOl的電流是循環(huán)電流IF，那么該循環(huán)電流IF變成等于電流 IM。電機(jī)電流IM( = IF)流經(jīng)電樞電阻Ra和二極管D101，從而引起功率損失。由于電樞電阻Ra處的功率損失導(dǎo)致了電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，所以該功率損失具有抑制電機(jī)MlOl的轉(zhuǎn)速在電子開關(guān)TlOl的斷開時(shí)段內(nèi)降低的作用。另一方面，假設(shè)二極管DlOl的正向電壓降是VF，那么在二極管DlOl中產(chǎn)生的功率損失由VF*IF來表示。由于該功率損失轉(zhuǎn)換成了熱從而僅僅使二極管DlOl的溫度增加，所以該功率損失無助于維持電機(jī)MlOl的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)MlOl的電感LM中積蓄的電磁能量作為電樞電阻Ra和二極管DlOl的功率損失而消失時(shí)，點(diǎn)a處的電壓由于電機(jī)電樞的慣性力而上升至發(fā)電電壓。在該情況下，二極管DlOl防止電流從點(diǎn)a流向地面。S卩，電感LM中積蓄的電磁能量的一部分轉(zhuǎn)換成電機(jī)MlOl的轉(zhuǎn)矩，而剩余的電磁能量轉(zhuǎn)換成由二極管DlOl產(chǎn)生的熱。從而，如果變?yōu)榭梢詼p少二極管DlOl的功率損失，那么能夠增大轉(zhuǎn)換為電機(jī)MlOl的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換率，從而能夠有效地利用能量并且能夠減少從二極管DlOl產(chǎn)生的熱量?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利公開JP-A-11-168899

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)的負(fù)載電路中，在利用電子開關(guān)TlOl來PWM控制電機(jī)MlOl 的情況下，當(dāng)電子開關(guān)TlOl從接通狀態(tài)改變?yōu)閿嚅_狀態(tài)時(shí)，由在電感LM中積蓄的電磁能量所產(chǎn)生的電流以循環(huán)的方式流入電機(jī)M101。然而，在采用該系統(tǒng)的情況下，續(xù)流二極管 DlOl發(fā)熱，因而由于該熱而產(chǎn)生能量損失。從而，已經(jīng)越來越需要減少這種能量損失。為了解決該現(xiàn)有技術(shù)中的問題而制成本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種供電裝置，其能夠減小由于續(xù)流二極管的正向電壓而導(dǎo)致的能量損失。問題的解決方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種供電裝置，該供電裝置包括電子開關(guān)(Tl)，該電子開關(guān)設(shè)置在將直流電源(VB)連接于電機(jī)負(fù)載(Ml)的線路上；驅(qū)動(dòng)部，該驅(qū)動(dòng)部利用PWM來控制所述電子開關(guān)而驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)負(fù)載；半導(dǎo)體元件(T2)，該半導(dǎo)體元件具有寄生二極管并且與所述電機(jī)負(fù)載并聯(lián)設(shè)置， 使得所述寄生二極管的正向與流經(jīng)所述電機(jī)負(fù)載的電流的流動(dòng)方向相反；以及控制部，該控制部利用PWM來控制所述半導(dǎo)體元件，以便使該半導(dǎo)體元件在所述電子開關(guān)處于斷開狀態(tài)期間的一部分時(shí)段內(nèi)接通。優(yōu)選，在所述電子開關(guān)斷開之后直到該電子開關(guān)再次接通為止，所述電機(jī)負(fù)載的電感中所積蓄的電磁能量消失的情況下，所述一部分時(shí)段被設(shè)定為從連接在所述電子開關(guān)與所述電機(jī)負(fù)載之間的第一連接點(diǎn)(點(diǎn)a)處的電壓在所述電子開關(guān)斷開之后降低到等于或低于地電平的電平的時(shí)間點(diǎn)，到所述第一連接點(diǎn)處的電壓由于所述電磁能量的消失而開始升高之前的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。優(yōu)選，所述半導(dǎo)體元件包括第一主電極，該第一主電極與連接在所述電子開關(guān)與所述電機(jī)負(fù)載之間的第一連接點(diǎn)相連；第二主電極，該第二主電極連接于地；以及控制電極，控制信號輸入到該控制電極，當(dāng)正電壓施加于所述控制電極時(shí)，所述半導(dǎo)體元件(T2) 接通，并且當(dāng)所述第一連接點(diǎn)處的電壓在所述電子開關(guān)從接通狀態(tài)切換至斷開狀態(tài)之后降低到等于或低于所述地電平的電平的時(shí)候，所述控制部開始向所述控制電極施加正電壓， 并且當(dāng)從施加正電壓到所述第一點(diǎn)處的電壓開始增加的第一時(shí)間段與施加正電壓之后直到恒定時(shí)間段過去為止的第二時(shí)間段之中較短的那個(gè)時(shí)間段已經(jīng)過去的時(shí)候，所述控制部停止施加正電壓。優(yōu)選，所述半導(dǎo)體元件(1 是N型場效應(yīng)管，其包括作為所述第一主電極的漏極、 作為所述第二主電極的源極以及作為所述控制電極的柵極；所述控制部包括由第一電阻器 (R2)和晶體管CH)形成的串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路設(shè)置在所述直流電源與地之間，并且所述晶體管CH)的控制輸入端子連接于所述第一連接點(diǎn)，連接在所述第一電阻器(似)與晶體管(T3)之間的第二連接點(diǎn)(點(diǎn)b)經(jīng)由通過電容器(Cl)和第二電阻器(R3)形成的串聯(lián)電路而連接于地，并且連接在所述電容器(Cl)與所述第二電阻器(R3)之間的第三連接點(diǎn) (點(diǎn)c)連接于所述半導(dǎo)體元件(T2)的柵極。優(yōu)選，所述控制部包括反相電路，該反相電路生成PWM信號的反相信號；延遲電路，該延遲電路使所述反相電路的輸出信號延遲預(yù)定的時(shí)間；以及單穩(wěn)多諧振蕩器(one shot multivibrator)，在與從所述延遲電路輸出的作為觸發(fā)的PWM信號的上升時(shí)刻同時(shí)， 該單穩(wěn)多諧振蕩器輸出具有恒定時(shí)間段的接通信號。發(fā)明的有益效果在根據(jù)本發(fā)明的供電裝置中，例如MOSFET的半導(dǎo)體元件(T2)與電機(jī)負(fù)載(Ml)并聯(lián)設(shè)置。當(dāng)通過使電子開關(guān)(Tl)受PWM控制來驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載的時(shí)候，半導(dǎo)體元件(T2)在電子開關(guān)(Tl)處于斷開狀態(tài)的一部分時(shí)段期間被接通。從而，流經(jīng)電機(jī)負(fù)載(Ml)的循環(huán)電流流經(jīng)半導(dǎo)體元件0^)。結(jié)果，由于與采用續(xù)流二極管的現(xiàn)有技術(shù)情況相比能夠減少生熱量，所以能夠減少能量損失。


圖1是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的供電裝置的負(fù)載電路的構(gòu)造的電路圖。圖2是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的供電裝置的負(fù)載電路的構(gòu)造的電路圖。圖3(a)至(e)是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的供電裝置的負(fù)載電路的各個(gè)波形的脈沖波形圖。圖4是示出了包括現(xiàn)有技術(shù)的供電裝置的負(fù)載電路的構(gòu)造的電路圖。參考標(biāo)記列表11電荷泵12驅(qū)動(dòng)器13反相電路14延遲器15單穩(wěn)多諧振動(dòng)器21、21a控制電路(控制部)VB直流電源Tl電子開關(guān)T2 MOSFET (半導(dǎo)體元件)T3晶體管Dp寄生二極管
D2二極管
Cl電容器
Rl電阻器
R2電阻器(第一電阻器)
R3電阻器(第二電阻器)
Ml電機(jī)(電機(jī)負(fù)載)
Ra電樞電阻
LM電感
具體實(shí)施例方式后文中，將參考附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例。圖1是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的供電裝置的負(fù)載電路的構(gòu)造的電路圖。如圖1所示，根據(jù)該實(shí)施例的負(fù)載電路包括由直流電源VB、電子開關(guān)Tl和電機(jī)Ml (電機(jī)負(fù)載)形成的串聯(lián)電路。所述直流電源VB例如是要安裝在車輛上的蓄電池。電子開關(guān)Tl例如是M0SFET。電機(jī)Ml用于驅(qū)動(dòng)散熱器風(fēng)扇等。電子開關(guān)Tl的柵極經(jīng)由電阻器Rl連接于驅(qū)動(dòng)器12。驅(qū)動(dòng)器12被提供有來自電荷泵11的電力。當(dāng)向驅(qū)動(dòng)器12提供具有預(yù)定的接通/斷開周期的輸入信號時(shí)，驅(qū)動(dòng)器12將電荷泵11的輸出電壓輸出到電子開關(guān)Tl的柵極，從而根據(jù)PWM控制以預(yù)定的占空比來驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)Tl。結(jié)果，由于控制了向電機(jī)Ml提供的電力，所以能夠控制電機(jī)Ml的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。將電機(jī)Ml的電樞電阻描述為Ra，而將電機(jī)Ml的電感描述為LM。N型MOSFET (T2 半導(dǎo)體元件)與電機(jī)Ml并聯(lián)設(shè)置。MOSFET (T2)的漏極(第一主電極)連接于設(shè)置在電子開關(guān)Tl與電機(jī)Ml之間的點(diǎn)a(第一連接點(diǎn))，并且M0SFET(T2)的源極(第二主電極)接地。M0SFET(T2)的寄生二極管Dp的陰極連接于點(diǎn)a，而該寄生二極管Dp的陽極接地。MOSFET(T2)的柵極(控制電極)連接于控制電路21，從而通過控制電路21來控制該MOSFET (T2)的接通/斷開操作?？刂齐娐?1包括晶體管T3 (該實(shí)施例中是M0SFET)、電阻器R2 (第一電阻器)、電阻器R3 (第二電阻器)、電容器Cl和二極管D2。電阻器R2的一端連接于直流電源VB的正電極端子，而其另一端經(jīng)由晶體管T3接地。設(shè)置在電阻器R2與晶體管T3之間的點(diǎn)b (第二連接點(diǎn))連接于電容器Cl的一端。晶體管T3的柵極連接于點(diǎn)a。作為電容器Cl的另一端的點(diǎn)c (第三連接點(diǎn))連接于MOSFET (T2)的柵極、經(jīng)由電阻器R3接地，并且還連接于二極管D2的陰極。二極管D2的陽極接地。 在電子開關(guān)Tl處于斷開狀態(tài)期間的一部分時(shí)段內(nèi)，控制電路21接通MOSFET (T2)， 從而減少由寄生二極管Dp產(chǎn)生的熱量，從而能夠減少能量損失。 后文中，將對根據(jù)第一實(shí)施例的供電電路的操作進(jìn)行說明。圖3(a)至圖3(e)是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的供電電路的各個(gè)信號的波形的脈沖波形圖。圖3(a)示出了提供給驅(qū)動(dòng)器12的輸入信號的波形，圖3(b)示出了在點(diǎn)a處、點(diǎn)b處和點(diǎn)c處產(chǎn)生的電壓波形，圖3(c)示出了流經(jīng)電機(jī)Ml的電流IM的波形，圖3(d)示出了流經(jīng)電子開關(guān)Tl的電流ID的波形，而圖3(e)示出了流經(jīng)MOSFET (T2)或寄生二極管Dp的循環(huán)電流IF。在圖1中，在還沒有驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)Tl的狀態(tài)下，點(diǎn)a處的電壓是0V，并且晶體管 T3處于斷開狀態(tài)。此外，由于MOSFET (T2)的柵極經(jīng)由電阻器R3接地，所以MOSFET (T2)處于斷開狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器12輸出PWM信號從而向電子開關(guān)Tl的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號時(shí)，電子開關(guān) Tl以預(yù)定的占空比重復(fù)接通/斷開狀態(tài)。即如圖3(a)所示，電子開關(guān)Tl以恒定的周期重復(fù)接通/斷開狀態(tài)。當(dāng)電子開關(guān)Tl在圖3 (a)所示時(shí)間點(diǎn)tl時(shí)接通時(shí)，點(diǎn)a處的電壓幾乎增加至圖3(b)所示直流電源VB的輸出電壓。此外，流經(jīng)電子開關(guān)Tl的電流ID如圖3(d) 所示逐漸增加。類似地，流經(jīng)電機(jī)Ml的電流IM如圖3(c)所示逐漸增加。結(jié)果，由于晶體管T3的柵極電壓升高，所以使晶體管T3接通，從而點(diǎn)b接地。從而，作為MOSFET(T2)的柵極的點(diǎn)c處的電壓由于二極管D2的正向電壓(后文中稱為VF2) 而變得低于地電平，從而MOSFET (T2)斷開。S卩，當(dāng)接通電子開關(guān)Tl時(shí)，MOSFET (T2)斷開。接下來，當(dāng)電子開關(guān)Tl在圖3(a)所示的時(shí)間點(diǎn)t2時(shí)斷開時(shí)，如圖3(b)所示，點(diǎn) a處的電壓以越過地電平至負(fù)電壓側(cè)的方式而突然減小。即，由于已經(jīng)積蓄在電機(jī)Ml的電感LM中的電磁能量，循環(huán)電流流經(jīng)從電機(jī)Ml經(jīng)由地面、寄生二極管Dp和點(diǎn)a至電機(jī)Ml的路徑。在該情況下，流經(jīng)電機(jī)Ml的電流IM如圖3(c)所示逐漸減小，并且與電流IM相同的循環(huán)電流IF如圖3(e)所示流經(jīng)寄生二極管Dp。當(dāng)點(diǎn)a處的電壓降低至低于地電平約0. 7V至IV的電平的時(shí)候，點(diǎn)a處的電壓被 MOSFET (T2)的寄生二極管Dp鉗位，因而防止了進(jìn)一步降低(見圖3(b)的符號ql)。S卩，寄
生二極管Dp起到續(xù)流二極管的作用。然后，因?yàn)榫w管T3由于點(diǎn)a處的電壓降低而被斷開，所以點(diǎn)b與地之間的連接斷開，因而點(diǎn)b處的電壓升高。點(diǎn)c處的電壓以該點(diǎn)c處的電壓比點(diǎn)b處的電壓低了大約 7V的方式隨著點(diǎn)b處的電壓的升高而升高(見圖3中t2至t3)。MOSFET (T2)由于點(diǎn)c處的電壓升高而被接通，從而電機(jī)Ml的循環(huán)電流IF停止流經(jīng)寄生二極管Dp，而是流經(jīng)從電機(jī)Ml經(jīng)由地面、MOSFET (T2)和點(diǎn)a至電機(jī)Ml的路徑。從而， 由寄生二極管Dp引起的功率損失被置換為由M0SFET(T2)的接通電阻引起的功率損失。作為例子，假設(shè)MOSFET (T2)的接通電阻是5[πιΩ]而循環(huán)電流IF是10Α，則功率損失為0. 51相對而言，假設(shè)寄生二極管Dp的正向上的電壓降是0. 7V，由于IOA的循環(huán)電流流動(dòng)時(shí)的功率損失為7W，所以通過利用M0SFET(T2)能夠使功率損失為1/14。當(dāng)電子開關(guān)Tl 斷開時(shí)，循環(huán)電流變?yōu)樽畲笾?，而后以恒定的斜率減小。從而，功率損失與循環(huán)電流IF的平方(IF2)成正比地突然減小。當(dāng)在電子開關(guān)Tl斷開的時(shí)間點(diǎn)t2之后經(jīng)過了時(shí)間段Ty的時(shí)間點(diǎn)t4時(shí)，循環(huán)電流IF消失的時(shí)候(見圖3(b))，通過由于電樞的慣性力引起的旋轉(zhuǎn)，電機(jī)Ml發(fā)電，從而使點(diǎn)a處的電壓上升(見圖3(b)中的符號q2)。由于點(diǎn)a處的電壓上升而使晶體管T3接通， 從而由于點(diǎn)c處的電壓變?yōu)榈陀诨虻扔诘仉娖?，所以M0SFET(T2)斷開。從而，從點(diǎn)a經(jīng)由 MOSFET (T2)至地面的電流路徑斷開。換言之，由于在電機(jī)Ml的電感LM中積蓄的電磁能量消失的時(shí)間點(diǎn)時(shí)M0SFET(T2)斷開，所以能夠防止電樞的慣性能量被浪費(fèi)。此外，在電子開關(guān)Tl下一次接通之前的時(shí)間點(diǎn)t5之前，能夠確定地?cái)嚅_MOSFET (T2)。此外，雖然在電子開關(guān)Tl的斷開之后即亥lj，點(diǎn)c處的電壓隨著點(diǎn)b處的電壓的升高而升高(見圖3中的t2至t3)，但是由于電容器Cl被流經(jīng)從直流電源VB經(jīng)由電阻器 R2、電容器Cl和電阻器R3到地面的路徑的電流充電，所以點(diǎn)c處的電壓隨著時(shí)間流逝而降低(見圖3中的t3至t4)。在該情況下，對電容器Cl電流充電的時(shí)間常數(shù)τ為τ = C1*(R2+R3)。從而，當(dāng)時(shí)間常數(shù)τ被設(shè)定為小的值時(shí)，能夠在循環(huán)電流消失之后點(diǎn)a處的電壓升高之前斷開MOSFET(T2)。換言之，通過適當(dāng)?shù)馗淖儠r(shí)間常數(shù)τ，能夠在電磁能量消失之前的時(shí)間點(diǎn)時(shí)斷開MOSFET (Τ2)。S卩，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)電子開關(guān)Tl從接通狀態(tài)切換至斷開狀態(tài)并且點(diǎn)a處的電壓降低至等于或低于地電平的電平的時(shí)候，正電壓開始施加到M0SFET(T3)的柵極。然后，當(dāng)從施加該正電壓到點(diǎn)a處的電壓開始增加的時(shí)間段(第一時(shí)間段)與施加該正電壓之后經(jīng)過了由時(shí)間常數(shù)τ確定的恒定時(shí)間段為止的時(shí)間段(第二時(shí)間段)之間的較短的那個(gè)時(shí)間段已經(jīng)過去的時(shí)候，停止施加該正電壓，從而斷開MOSFET (Τ2)。在M0SFET(T2)斷開之后，循環(huán)電流IF流經(jīng)寄生二極管Dp。在該情況下，盡管存在關(guān)于由于寄生二極管Dp的功率損失的擔(dān)心，但是由于在由時(shí)間常數(shù)τ確定的時(shí)間段過去之后循環(huán)電流IF變小，所以由于寄生二極管Dp的功率損失變得相當(dāng)小。以這種方式，根據(jù)第一實(shí)施例的供電裝置，M0SFET(T2)與電機(jī)Ml并聯(lián)設(shè)置。在通過PWM控制來驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)Tl從而向電機(jī)Ml供電的時(shí)候，在電子開關(guān)Tl處于斷開狀態(tài)的一部分時(shí)段期間，M0SFET(T2)接通。從而，當(dāng)電子開關(guān)Tl處于斷開狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)電機(jī)Ml的循環(huán)電流IF經(jīng)由MOSFET (T2)而循環(huán)。結(jié)果，與循環(huán)電流經(jīng)由續(xù)流二極管而循環(huán)的現(xiàn)有技術(shù)的情況相比，能夠顯著減少能量損失。此外，在執(zhí)行PWM控制時(shí)，由于在電子開關(guān)Tl斷開之后MOSFET (T2)接通，并且在電子開關(guān)Tl接通之前MOSFET (T2)斷開，所以能夠確定地防止MOSFET (T2)和電子開關(guān)Tl 同時(shí)接通的現(xiàn)象發(fā)生。在上述第一實(shí)施例中，直到循環(huán)電流消失為止所需的經(jīng)過時(shí)段Ty (見圖3(c))被設(shè)定為比電子開關(guān)Tl的斷開時(shí)段Tx短(見圖3(c))。然而，即使時(shí)段Tx變?yōu)樾∮诘扔跁r(shí)段Ty，只要Tl接通從而使點(diǎn)a處的電壓升高，就能夠?qū)崿F(xiàn)前述控制。為了實(shí)現(xiàn)這種控制，MOSFET(T2)的柵極電壓(點(diǎn)c處的電壓)需要變得足夠小， 直到電子開關(guān)Tl接通為止。如果當(dāng)電子開關(guān)Tl接通時(shí)MOSFET(T2)的柵極電壓足夠大，那么電流流經(jīng)從直流電源VB經(jīng)由電子開關(guān)Tl、點(diǎn)a和MOSFET (T2)到地面的路徑，這與負(fù)載側(cè)線路短路和接地的情況是一樣的現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象，需要進(jìn)行對電容器Cl充電而降低c點(diǎn)處的電壓這樣的控制。接下來，將說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖2是示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的供電裝置的負(fù)載電路的構(gòu)造的電路圖。圖2所示的供電裝置與圖1不同之處在于，用于控制M0SFET(T2)的接通/斷開操作的控制部從模擬電路改變?yōu)閿?shù)字電路。根據(jù)第二實(shí)施例的控制電路21a包括反相電路13、延遲器14和單穩(wěn)多諧振蕩器 15，該反相電路13將具有預(yù)定接通/斷開占空比的PWM信號反相以生成反相信號，該延遲器14使來自反相電路13的輸出信號延遲預(yù)定時(shí)間段(例如10 [μ s])，該單穩(wěn)多諧振蕩器 15與從延遲器14輸出的作為觸發(fā)的PWM信號的上升時(shí)刻同時(shí)地輸出恒定時(shí)間段(Tz)的接通信號。該單穩(wěn)多諧振蕩器15的輸出信號被提供到MOSFET(Τ2)的柵極。從而，在向驅(qū)動(dòng)器12提供的輸入信號中斷后經(jīng)過了 10[ys]之時(shí)，單穩(wěn)多諧振蕩器15向MOSFET (T2)的柵極輸出具有恒定時(shí)間段Tz的“H”電平的信號，作為輸出信號。在這種情況下，將恒定時(shí)間段Tz設(shè)定為比圖3所示的時(shí)間段Tx和時(shí)間段Ty的每一個(gè)都短。從而，能夠在電子開關(guān)Tl處于斷開狀態(tài)的一部分時(shí)間段期間接通MOSFET (T2)， 從而使循環(huán)電流經(jīng)由MOSFET(T2)而流動(dòng)。在電子開關(guān)Tl斷開后經(jīng)過了(Tz+10[ys])的時(shí)間段之后，循環(huán)電流IF仍然存在的情況下，循環(huán)電流流經(jīng)寄生二極管Dp。以這種方式，根據(jù)第二實(shí)施例的供電裝置，由于控制電路21a由包括單穩(wěn)多諧振蕩器15的數(shù)字電路構(gòu)造而成，所以除了第一實(shí)施例所述的前述效果之外，還可以獲得能夠通過更容易的方法來設(shè)計(jì)電路的效果。盡管基于各附圖中所示的各實(shí)施例對根據(jù)本發(fā)明的供電裝置進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于此，并且各個(gè)部分的構(gòu)造可以由具有同樣功能的任意構(gòu)造來代替。例如，盡管針對驅(qū)動(dòng)要安裝在車輛上的散熱器風(fēng)扇的情況作為例子說明了前述各實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此，而是可以應(yīng)用于利用直流電源在PWM控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載的情況。盡管參考特定的各實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神、范圍和意圖范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變和修改。本發(fā)明基于2008年12月25日提交的日本專利申請(日本專利申請 No. 2008-3^693)，其內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此。工業(yè)實(shí)用性由于在通過利用PWM控制來驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)能夠減少能量損失，所以本發(fā)明是相當(dāng)有用的。
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權(quán)利要求
1.一種供電裝置，該供電裝置包括電子開關(guān)，該電子開關(guān)設(shè)置在將直流電源連接于電機(jī)負(fù)載的線路上； 驅(qū)動(dòng)部，該驅(qū)動(dòng)部利用PWM來控制所述電子開關(guān)而驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)負(fù)載； 半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件具有寄生二極管并且與所述電機(jī)負(fù)載并聯(lián)設(shè)置，使得所述寄生二極管的正向與流經(jīng)所述電機(jī)負(fù)載的電流的流動(dòng)方向相反；以及控制部，該控制部利用PWM來控制所述半導(dǎo)體元件，以便使控制之下的該半導(dǎo)體元件在所述電子開關(guān)處于斷開狀態(tài)期間的一部分時(shí)段內(nèi)接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，在所述電子開關(guān)斷開之后直到該電子開關(guān)再次接通為止所述電機(jī)負(fù)載的電感中所積蓄的電磁能量消失的情況下，所述一部分時(shí)段被設(shè)定為從連接在所述電子開關(guān)與所述電機(jī)負(fù)載之間的第一連接點(diǎn)處的電壓在所述電子開關(guān)斷開之后降低到等于或低于地電平的電平的時(shí)間點(diǎn)，到所述第一連接點(diǎn)處的電壓由于所述電磁能量的消失而開始升高之前的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，所述半導(dǎo)體元件包括第一主電極，該第一主電極與連接在所述電子開關(guān)與所述電機(jī)負(fù)載之間的第一連接點(diǎn)相連；第二主電極，該第二主電極連接于地；以及控制電極，控制信號輸入到該控制電極，其中，當(dāng)正電壓施加于所述控制電極時(shí)，所述半導(dǎo)體元件接通；并且其中，當(dāng)所述第一連接點(diǎn)處的電壓在所述電子開關(guān)從接通狀態(tài)切換至斷開狀態(tài)之后降低到等于或低于所述地電平的電平的時(shí)候，所述控制部開始對所述控制電極施加正電壓， 并且當(dāng)從正電壓的施加到所述第一點(diǎn)處的電壓開始增加的第一時(shí)間段與正電壓的施加之后直到恒定時(shí)間段過去為止的第二時(shí)間段之中較短的那個(gè)時(shí)間段已經(jīng)過去的時(shí)候，所述控制部停止施加正電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)的供電裝置，其中，所述半導(dǎo)體元件是N型場效應(yīng)管，其包括作為所述第一主電極的漏極、作為所述第二主電極的源極以及作為所述控制電極的柵極；其中，所述控制部包括由第一電阻器和晶體管形成的串聯(lián)電路； 其中，所述串聯(lián)電路設(shè)置在所述直流電源與地之間；并且其中，所述晶體管的控制輸入端子連接于所述第一連接點(diǎn)，連接在所述第一電阻器與晶體管之間的第二連接點(diǎn)經(jīng)過由電容器和第二電阻器形成的串聯(lián)電路而連接于地，并且連接在所述電容器與所述第二電阻器之間的第三連接點(diǎn)連接于所述半導(dǎo)體元件的柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電裝置，其中，所述控制部包括 反相電路，該反相電路生成PWM信號的反相信號；延遲電路，該延遲電路使所述反相電路的輸出信號延遲預(yù)定的時(shí)間；以及單穩(wěn)多諧振蕩器，在與從所述延遲電路輸出的作為觸發(fā)的PWM信號的上升時(shí)刻同時(shí)， 該單穩(wěn)多諧振蕩器輸出具有恒定時(shí)間段的接通信號。
全文摘要
提供一種能夠減少由于續(xù)流二極管的正向電壓引起的能量損失的供電裝置。在用于使設(shè)置在直流電源(VB)與電機(jī)(M1)之間的電子開關(guān)(T1)經(jīng)受PWM控制從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)(M1)的負(fù)載電路中，MOSFET(T2)與電機(jī)(M1)并聯(lián)設(shè)置。MOSFET(T2)所包括的寄生二極管(Dp)設(shè)置成其正向與負(fù)載電流(ID)的流動(dòng)方向相反。在電子開關(guān)(T1)處于斷開狀態(tài)的一部分時(shí)段內(nèi)，MOSFET(T2)接通，從而使流經(jīng)電機(jī)(M1)的回流流經(jīng)MOSFET(T2)。從而，與使用續(xù)流二極管的情況相比，能夠顯著減少能量損失。
文檔編號H02P7/29GK102265501SQ200980152850
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者大島俊藏, 山內(nèi)輝樹 申請人:矢崎總業(yè)株式會社