本發(fā)明涉及一種IPM馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用中的自舉電路，尤其是一種智能功率模塊在馬達(dá)應(yīng)用中的自舉驅(qū)動電路，屬于智能功率模塊技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

IPM模塊將功率半導(dǎo)體技術(shù)與集成電路整合在一起，在中低功率的應(yīng)用中正發(fā)揮越來越大的作用。目前的中低功率的馬達(dá)應(yīng)用中，驅(qū)動系統(tǒng)緊湊小型化、效率提升、總體成本降低的需求越來越強(qiáng)烈，而IPM相對于傳統(tǒng)的分立器件的驅(qū)動系統(tǒng)，具有更小、更輕、模塊化、成本低、性能好、可靠性高的諸多優(yōu)勢，在中小功率的馬達(dá)應(yīng)用中愈發(fā)重要。

目前在馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用中，傳統(tǒng)的分立器件驅(qū)動解決方案外圍電路復(fù)雜，結(jié)構(gòu)大，功耗高，成本很難降低。而IPM為核心的馬達(dá)驅(qū)動電路具有外圍電路簡單，整體結(jié)構(gòu)下，功耗更低，模塊化，抗干擾能力強(qiáng)，總體成本更低的優(yōu)點(diǎn)。目前的IPM自舉電路和控制方法，在啟動時容易產(chǎn)生較大電流沖擊器件，而且啟動工作時馬達(dá)容易發(fā)生欠壓故障；而且在驅(qū)動控制PWM正常的情況下，現(xiàn)行驅(qū)動方案也容易發(fā)生自舉電路浮動源電壓跌落導(dǎo)致HVIC供電偏低進(jìn)入欠壓保護(hù)模式，引起電機(jī)間歇性欠壓故障的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種IPM馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用中的自舉電路，解決IPM馬達(dá)應(yīng)用中啟動時頻繁出現(xiàn)的欠壓故障和馬達(dá)運(yùn)行中控制PWM波正常的情況下馬達(dá)欠壓運(yùn)行故障的問題，有效提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，而且整體電路更簡潔，成本更低。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述IPM馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用中的自舉電路，其特征是：包括高壓驅(qū)動集成電路、低壓驅(qū)動集成電路、自舉電阻R5、自舉二極管D1和自舉電容Cbs；所述自舉電容Cbs的一端連接自舉二極管D1的陰極、高壓驅(qū)動集成電路，自舉電容Cbs的另一端連接?xùn)烹娮鑂6的一端、第一IGBT器件的門極、第二IGBT器件的集電極和高壓驅(qū)動集成電路，柵電阻R6的另一端連接高壓驅(qū)動集成電路，自舉二極管D1的陽極連接自舉電阻R5的一端，自舉電阻R5的另一端連接電容C1的一端的一端和電壓Vcc，電容C1的另一端接地；第一IGBT器件的發(fā)射極連接第二IGBT器件的集電極，第二IGBT器件的發(fā)射極連接電容C2的一端、電阻R3的一端、電阻R4的一端，電阻R3的另一端加接低壓驅(qū)動集成電路、電容C3的一端，電阻R4的另一端連接電容C3的另一端。

進(jìn)一步的，所述高壓驅(qū)動集成電路包括第一脈沖發(fā)生模塊、濾波模塊、第一欠壓監(jiān)測模塊、觸發(fā)器、電阻R1、電阻R2、功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3和功率管Q4；所述第一脈沖發(fā)生模塊的一端連接輸入端IN，第一脈沖發(fā)生模塊的另一端分別連接功率Q1的柵極和功率管Q2的柵極，功率管Q1的源極和功率管Q2的源極接地，功率管Q1的漏極分別連接電阻R1的一端和濾波模塊，功率管Q2的漏極分別連接電阻R2的一端和濾波模塊，電阻R1的另一端和電阻R2的另一端均分別連接第一欠壓監(jiān)測模塊和功率管Q3的漏極，第一欠壓監(jiān)測模塊連接觸發(fā)器的R端，濾波模塊分別連接觸發(fā)器、功率管Q4的源極、柵電阻R6的一端、自舉電容Cbs的另一端、第一IGBT器件的發(fā)射極、以及第二IGBT器件的集電極，觸發(fā)器連接功率管Q3的柵極和功率管Q4的柵極，功率管Q3的發(fā)射極連接功率管Q4的集電極和柵電阻R6的另一端。

進(jìn)一步的，所述自舉電容Cbs上并聯(lián)電容Cbsc。

進(jìn)一步的，所述低壓驅(qū)動集成電路包括第二欠壓監(jiān)測模塊、第二脈沖發(fā)生模塊、故障輸出模塊、第一時鐘模塊、欠壓保護(hù)模塊、短路保護(hù)模塊、短路鎖定模塊、欠壓鎖定模塊、緩沖模塊、軟關(guān)斷控制模塊、第二時鐘模塊、輸出模塊和短路監(jiān)測模塊；所述第二脈沖發(fā)生模塊的一端連接輸入端IN，第二脈沖發(fā)生模塊的另一端連接緩沖模塊，緩沖模塊連接輸出模塊，輸出模塊連接軟關(guān)斷控制模塊和第二IGBT器件的門極，軟關(guān)斷控制模塊連接短路保護(hù)模塊，短路保護(hù)模塊連接故障輸出模塊，故障輸出模塊連接電壓V_FO和電容C_FO的一端，電容C_FO的另一端連接電容C2的一端、第二IGBT器件的發(fā)射極、電阻R3的一端和電阻R4的一端，短路監(jiān)測模塊連接第二時鐘模塊，第二時鐘模塊連接短路鎖定模塊。

本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明所述IPM自舉驅(qū)動電路在馬達(dá)不運(yùn)行的狀態(tài)下，關(guān)斷上橋臂并啟動脈沖串充電模式，保證自舉電路浮動源供電穩(wěn)定在欠壓值以上，能夠給HVIC進(jìn)行穩(wěn)定供電，且無較大的啟動充電電流沖擊器件，解決IPM馬達(dá)驅(qū)動啟動時初始化電壓不足，電機(jī)啟動異常的狀況；解決在在半橋電路下橋臂開通后關(guān)閉，上橋臂尚未開始的間隔時間內(nèi)，自舉電容放電導(dǎo)致自舉回路浮動電源電壓跌落導(dǎo)致PWM驅(qū)動波正常時馬達(dá)無法正常工作的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述自舉電路的示意圖。

圖2為下橋臂閉合時自舉電容Cbs充電過程示意圖。

圖3為自舉充電控制邏輯示意圖。

圖4為脈沖串控制的自舉電路充電過程波形圖。

圖5為多脈沖控制的Vbs電壓仿真結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明所述IPM馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用中的自舉電路包括高壓驅(qū)動集成電路和低壓驅(qū)動集成電路；所述高壓驅(qū)動集成電路包括第一脈沖發(fā)生模塊1、濾波模塊2、第一欠壓監(jiān)測模塊3、觸發(fā)器4、電阻R1、電阻R2、功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3和功率管Q4；所述低壓驅(qū)動集成電路包括第二欠壓監(jiān)測模塊5、第二脈沖發(fā)生模塊6、故障輸出模塊7、第一時鐘模塊8、欠壓保護(hù)模塊9、短路保護(hù)模塊10、短路鎖定模塊11、欠壓鎖定模塊12、緩沖模塊13、軟關(guān)斷控制模塊14、第二時鐘模塊15、輸出模塊16和短路監(jiān)測模塊17。

所述第一脈沖發(fā)生模塊1的一端連接輸入端IN，第一脈沖發(fā)生模塊1的另一端分別連接功率Q1的柵極和功率管Q2的柵極，功率管Q1的源極和功率管Q2的源極接地，功率管Q1的漏極分別連接電阻R1的一端和濾波模塊2，功率管Q2的漏極分別連接電阻R2的一端和濾波模塊2，電阻R1的另一端和電阻R2的另一端均分別連接第一欠壓監(jiān)測模塊3、自舉二極管D1的陰極、自舉電容Cbs的一端和功率管Q3的漏極，第一欠壓監(jiān)測模塊3連接觸發(fā)器4的R端，濾波模塊2分別連接觸發(fā)器4、功率管Q4的源極、柵電阻R6的一端、自舉電容Cbs的另一端、第一IGBT器件18的發(fā)射極、以及第二IGBT器件19的集電極，柵電阻R6的一端連接第一IGBT器件18的門極，觸發(fā)器4連接功率管Q3的柵極和功率管Q4的柵極，功率管Q3的發(fā)射極連接功率管Q4的集電極和柵電阻R6的另一端，自舉二極管D1的陽極連接自舉電阻R5的一端，自舉電阻R5的另一端連接電容C1的一端和電壓Vcc，電容C1的另一端接地。所述自舉電容Cbs上并聯(lián)電容Cbsc。

所述第二脈沖發(fā)生模塊6的一端連接輸入端IN，第二脈沖發(fā)生模塊6的另一端連接緩沖模塊13，緩沖模塊13連接輸出模塊16，輸出模塊16連接軟關(guān)斷控制模塊14和第二IGBT器件19的門極，軟關(guān)斷控制模塊14連接短路保護(hù)模塊10，短路保護(hù)模塊10連接故障輸出模塊7，故障輸出模塊7連接電壓V_FO和電容C_FO的一端，電容C_FO的另一端連接電容C2的一端、第二IGBT器件19的發(fā)射極、電阻R3的一端和電阻R4的一端，電容C2的另一端連接是壓Vcc，電阻R3的另一端連接電容C3的一端和短路監(jiān)測模塊17，電阻R4的另一端連接電容C3的另一端，短路監(jiān)測模塊17連接第二時鐘模塊15，第二時鐘模塊15連接短路鎖定模塊11。

如圖1所示，Vbs為HVIC驅(qū)動IGBT的浮動電源電壓，由于電路有欠壓保護(hù)模塊，Vbs的浮動電源電壓必須保證大于欠壓保護(hù)設(shè)定值（一般在13V附近）。圖2為自舉電路的充電過程，當(dāng)下橋臂IGBT開通，上橋臂關(guān)閉時，Vs被拉低到地，自舉電路開始有電流流過，此時電路將給Cbs自舉電容充電。此時如果采用單脈沖充電，充電脈沖必須足夠長以保證Vbs浮動源電壓大于欠壓點(diǎn)電壓，保證HVIC能夠驅(qū)動IGBT工作，但是單脈沖控制會導(dǎo)致啟動時有較大的初始充電電流，較大的電流會對器件造成沖擊，容易引起電機(jī)損壞。圖3為一種連續(xù)脈沖串控制的充電方式邏輯，每次控制PWM刷新時，程序先判斷PWM占空比，當(dāng)PWM占空比小于電機(jī)正常運(yùn)行的占空比時，認(rèn)為馬達(dá)不運(yùn)行，此時程序給上橋臂負(fù)壓關(guān)斷，對下橋臂進(jìn)行連續(xù)脈沖串充電控制，連續(xù)脈沖串控制可以避免起始充電電流過大，同時也能保證Vbs浮動源電壓可以穩(wěn)定在欠壓保護(hù)設(shè)計(jì)值以上，保證HVIC能夠穩(wěn)定的驅(qū)動IGBT工作。圖4為脈沖串控制的自舉充電電路的充電過程，可以看出脈沖串充電起始充電電流較小，自舉電容電壓在脈沖串結(jié)束后電壓值穩(wěn)定。圖5為自舉電容Cbs電壓值的仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果可以看出，脈沖串控制的自舉電壓穩(wěn)定，最小值為14.89V，平均值為15.13V，可以保證自舉電路能夠穩(wěn)定為HVIC供電，保證馬達(dá)驅(qū)動電路正常運(yùn)行。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明所述自舉電路包括自舉電容、自舉電阻、自舉二極管，在邏輯判斷完成后，電路通過脈沖串控制對自舉電容充電，自舉電容通過下橋臂閉合，與VCC電源形成導(dǎo)通回路，產(chǎn)生充電電流，對自舉電路進(jìn)行充電提供浮動電壓給HVIC供電。通過邏輯判斷后確認(rèn)馬達(dá)電路的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行判斷是否啟動脈沖串對自舉電路進(jìn)行充電，對HVIC進(jìn)行供電。占空比檢測判斷馬達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)占空比小于馬達(dá)正常運(yùn)行的預(yù)設(shè)值時，判斷馬達(dá)未運(yùn)行，啟動脈沖充電。自舉電路通過脈沖串充電完成后，在多個周期內(nèi)運(yùn)行電壓穩(wěn)定在欠壓值以上，可以穩(wěn)定供電。在判斷占空比確認(rèn)馬達(dá)運(yùn)行狀態(tài)后，充電脈沖串占空比控制，保證起始充電電路不會沖擊器件，同時可以得到穩(wěn)定可靠的自舉電壓。馬達(dá)運(yùn)行狀態(tài)邏輯判斷后，在啟動充電回路前，系統(tǒng)會先關(guān)閉上橋臂，避免橋臂間發(fā)生直通故障，也可以保證充電電路能夠正常充電。

基于改善當(dāng)前馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用的相關(guān)問題，本發(fā)明所述基于IPM模塊的馬達(dá)驅(qū)動電路，采用自舉供電方式，在正確邏輯控制的情況下，首先判斷控制PWM波的占空比，確認(rèn)馬達(dá)運(yùn)行狀況，根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行脈沖串的充電控制，可以避免啟動時大電流對器件的沖擊，也能保證自舉電路浮動電壓穩(wěn)定在欠壓設(shè)計(jì)值以上，可以有效解決馬達(dá)驅(qū)動上電啟動與控制PWM正常而運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定的問題，同時將整個驅(qū)動系統(tǒng)變得更緊湊，小型化，模塊化，抗干擾能力更強(qiáng)，穩(wěn)定性更好，總體成本也更低。