专利名称：采用反馈控制的电动自行车控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电动自行车的控制器，更具体地涉及一种采用反馈控制的电动自行车控制器。
背景技术：
目前的电动自行车控制器广泛使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为电机驱动电路的开关元件。在电动自行车的驾驶控制过程中，MOSFET工作过程包含由导通到关断的过程，在此期间流过MOSFET的电流由工作电流将锐减至零。此时电路中的杂散电感会因该电流突变而产生一个高的反电动势，叠加在MOSFET上。过高的反电动势会导致 MOSFET损坏。因此需要控制该反电动势的大小，以保护MOSFET免受损坏。针对这一问题，现有技术的控制器的常用解决方案包括(1)增大栅极放电RC常数来延长电流变化的时间，其缺陷是，栅极放电RC常数越大，导致栅极放电时间越长，从而使得死区时间难以控制；( 减小杂散电感，这是一种较好的方式，但是受到印刷电路板的机械设计的限制，难以达到理想的效果；(3)采用高电压类型的M0SFET，其缺陷是高电压类型的MOSFET可以承受的电压越高，虽然可以承受更高的开关峰值电压，但是其成本也更尚ο
实用新型内容本实用新型提供一种用于电动自行车的控制器，包括直流电源，用于提供直流电压；电机驱动模块，包括若干个半桥电路，用于将来自电源的直流电压转换为交流电压，并提供给电动自行车的电机，以驱动所述电机运转；其中，每个半桥电路与所述电源相连接并由两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)串联组成，所述半桥电路的中点为输出端并连接所述电机；以及在每个半桥电路中的第一 MOSFET的栅极与第二 MOSFET的漏极之间串联一个反馈回路，用于将电路中的杂散电感因电流突变而产生的反电动势反馈到第一 MOSFET的栅极。在本实用新型的实施例中，所述反馈回路包括反馈二极管。在本实用新型的实施例中，所述反馈回路包括电容器。在本实用新型的实施例中，通过调整所述电容器的电容量，调整被反馈的所述反电动势的量。在本实用新型的实施例中，所述第一 MOSFET的栅极串联第一 MOSFET驱动电阻器和第一 MOSFET驱动电路，所述第一 MOSFET驱动电路连接所述反馈回路。在本实用新型的实施例中，在所述反馈回路和所述MOSFET的驱动电路的连接点、 与所述第一 MOSFET之间设置用于建立反馈电压的电阻器。在本实用新型的实施例中，所述第二MOSFET的栅极串联第二MOSFET的驱动电路； 所述反馈回路连接在所述第一 MOSFET的驱动电路与所述第二 MOSFET的漏极之间。在本实用新型的实施例中，控制器还包括逻辑控制模块，连接所述电机驱动模块，用于根据控制信号控制所述MOSFET的驱动电路，以控制所述MOSFET的开关状态，从而向所述电机提供期望的交流电压。根据本实用新型的控制器，通过引进对MOSFET栅极放电速度的反馈控制，实现选择性的延长电流变化的时间，来达到控制施加给MOSFET的反电动势峰值大小的目的。利用开关峰值电压反馈给MOSFET栅极，峰值电压可以实现与使用大的RC常数相同的电平，而没有放电时间太长之缺陷。这种对峰值电压的反馈控制方式可以降低MOSFET在截止时所承受的峰值电压，以避免过高峰值电压造成的损害；而且本实用新型实现的峰值电压的反馈控制不受PCB的机械设计的限制，并且成本低，由此提高控制器的性价比，即以低成本实现过压保护。
图1是本实用新型的用于电动自行车的控制器的第一实施例的示意图；图2是本用新型的用于电动自行车的控制器的第二实施例的示意图。
具体实施方式
图1是本实用新型的用于电动自行车的控制器的第一实施例的示意图，该图由两部分组成。一部分是包括直流电源V、以及由多个MOSFET (Ql，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6)以及与 MOSFET相应的驱动电路组成的电机驱动模块；另一部分是用于控制MOSFET的开关状态的逻辑控制模块。直流电源V可包括电解电容。电机驱动模块中的每个驱动电路用于控制对应的MOSFET的导通或关断。逻辑控制模块通过控制MOSFET驱动电路，从而控制MOSFET的开关状态，达到输送交流电压至电机的目的。逻辑控制模块可以采用现有技术中已知的结构。图1中的电感L表示电机驱动模块的PCB布线所带来的杂散电感。如图1中所示，本实施例中，电机驱动模块包括三个半桥电路，用于将来自电源的直流电压转换为交流电压，并提供给电动自行车的电机，以驱动电机运转。每两个MOSFET 串联成一个半桥电路，例如第一 MOSFET Ql和第二 MOSFET Q2串联成第一半桥电路，Q3和 Q4组成第二半桥电路，Q5和Q6组成第三半桥电路。每个串联回路的中点0utA、0ut B,Out C为每个半桥电路的输出端，其连接电机线，从而驱动电机运转。在每个半桥电路中的第一 MOSFET (Q1，Q3，Q5)的栅极与第二 MOSFET (如Q2，Q4，Q6)的漏极之间串联一个反馈回路，用于将电路中的杂散电感因电流突变而产生的反电动势反馈到第一 MOSFET的栅极，从而将施加给MOSFET的峰值电压锁定在规定的电平。连接在每个第一 MOSFET (Ql，Q3，Q5)的栅极与驱动电路之间的电阻器Rl、R3、R5 为MOSFET驱动电阻，用于控制MOSFET栅极充放电速率。连接在反馈回路(如二极管D1， D2，D3)与输出端之间的电阻器R2、R4、R6用于在相应的M0SFET(Q1，Q3，Q5)的栅极和驱动电路之间建立起反馈电压，防止反馈电压直接施加到MOSFET (Ql，Q3，Q5)的栅极，同时还可以起到如Rl、R3、R5等的控制MOSFET栅极充放电速率的作用。本实施例的控制的工作过程如下当控制器工作于脉宽调制(PWM)模式时， MOSFET会频繁开启和关断。以图1左部中由Ql和Q2组成的第一半桥为例，MOSFET Ql会处于导通-关断循环中。当Ql导通时，Ql上流过全部的电机电流，此时电机的转速最大。 当Ql关断时，Ql上的电流会减小到零，此时电机停止工作。由于Ql电流也是杂散电感L中的电流，杂散电感L上的电流突变会导致杂散电感产生一个反电动势。该反电动势使得电感器L两端出现负电压。当Ql截止时，Q2将因逻辑控制模块的控制而导通。此时杂散电感L的反电动势电压将和电源V提供的电压一起，加在Ql两端，因此Ql承受较高的电压峰值。如果该峰值足够高，就可以使Ql损坏。本实施例中，第一、第二、第三半桥电路所连接的反馈回路分别由反馈二极管D1、 D2、D3来实现。以第一半桥电路为例，当Ql截止时，Ql的栅极电压相对源极开始下降。当该相对电压下降到零时Ql完全关断。在此过程中，Ql的电流也减小至零。电感器L的反电动势的正极将通过二极管Dl传递到电阻R2左边，通过驱动电路Driverl和电阻器Rl反馈到Ql栅极，电感器L的反电动势的负极将通过Q2保持和Ql源极相当的电压。从而使得 Ql栅极相对Ql源极的电压得到一定的提升，使得Ql栅极相对Ql源极的电压下降速度变慢，导致Ql上的电流减小速度变慢。由于杂散电感L上的电流和Ql —致，这样杂散电感L 上的电流变化速度下降，其因电流变化导致的反电动势变小，因此叠加在Ql上的电压峰值被锁定在一个规定的电平。图2是本用新型的用于电动自行车的控制器的第二实施例的示意图，其中的反馈回路是由电容器Cl来实现的。在该实施例中，电容器Cl替代了第一实施例中的反馈二极管Dl，以及以电容器C2 和C3替代第一实施例中的二极管D2和D3。由于电容器具有通过交流电信号的能力，因此可以将杂散电感L所产生的瞬间反电动势通过同样路径传递至MOSFET Q1、Q2、Q3的栅极。 由于电容器通交流电的能力正比于其容量，因此还可以通过调整电容器Cl、C2、C3的容量， 可以分别调整杂散电感L到MOSFET Q1、Q2、Q3的栅极的反馈量，从而实现不同等级的反馈控制。
权利要求1.一种用于电动自行车的控制器，包括直流电源，用于提供直流电压；电机驱动模块，包括若干个半桥电路，用于将来自所述电源的直流电压转换为交流电压，并提供给所述电动自行车的电机，以驱动所述电机运转；其中，每个半桥电路与所述电源相连接并由第一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和第二 MOSFET串联组成，所述半桥电路的中点为输出端并连接所述电机；其特征在于在每个半桥电路中的第一 MOSFET的栅极与第二 MOSFET的漏极之间串联一个反馈回路，用于将电路中的杂散电感因电流突变而产生的反电动势反馈到第一 MOSFET的栅极。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述反馈回路包括反馈二极管。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述反馈回路包括电容器。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，通过调整所述电容器的电容量，调整被反馈的所述反电动势的量。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第一MOSFET的栅极串联第一 MOSFET驱动电阻器和第一 MOSFET驱动电路，所述第一 MOSFET驱动电路连接所述反馈回路。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，在所述反馈回路和所述MOSFET驱动电路的连接点、与所述第一 MOSFET之间设置用于建立反馈电压的电阻器。
7.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述第二MOSFET的栅极串联第二 MOSFET的驱动电路；所述反馈回路连接在所述第一 MOSFET的驱动电路与所述第二 MOSFET 的漏极之间。
8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括逻辑控制模块，连接所述电机驱动模块，用于根据控制信号控制所述MOSFET的驱动电路，以控制所述MOSFET的开关状态，从而向所述电机提供期望的交流电压。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电动自行车的控制器，包括直流电源，用于提供直流电压；电机驱动模块，包括若干个半桥电路，用于将来自电源的直流电压转换为交流电压，并提供给电动自行车的电机，以驱动电机运转；其中，每个半桥电路与电源相连接并由两个MOSFET串联组成，半桥电路的中点为输出端并连接电机；在每个半桥电路中的第一MOSFET的栅极与第二MOSFET的漏极之间串联一个反馈回路，用于将电路中的杂散电感因电流突变而产生的反电动势反馈到第一MOSFET的栅极。本实用新型利用反馈回路将施加给MOSFET的峰值电压锁定在规定的电平。
文档编号H02M7/48GK202034946SQ201120138679
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者李雪峰 申请人:博世汽车部件(苏州)有限公司