专利名称：脉宽调制控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉宽调制(PWM)控制器，其被配置成保护功率端子或信号线以使其免受电动机控制器中可能发生的短路的影响，而无需单独的元件来实现该目的，从而降低电动机控制器的价格并改善电动机控制器的可靠性。
背景技术：
当前被用于车辆的鼓风电动机等的电动机控制器属于线性控制型，并且通常利用单个大电容场效应晶体管(FET)来执行控制。由于这些电动机控制器具有大电容FET，所以这些电动机控制器被设计成使得即使当在FET控制器的功率线和信号线中发生短路时、FET也不会被击穿，然而其内部温度元件会被击穿。此外，由于这些电动机控制器仅使用单个FET，所以这些电动机控制器具有简化的配置并易于控制。然而，这些电动机控制器中的功率损耗会增大。当功率损耗增大时，例如空调器工作期间的燃料效率会降低。因此，已经利用脉宽调制(PWM)控制方案进行了研究以便达到能够降低功率损耗和改善燃料效率的目的。然而，当在电动机控制器中使用PWM控制方案时，整个控制器的价格会增加，因为必须使用具有适当电容和逻辑的FET代替大电容FET来应用短路保护功能。图2是示出流过PWM控制器的电流的图，并且图3是示出传统PWM控制器的电路图。参考图2，电流可以具有正常状态、过电流状态和短路状态。从该图中可以看出，PWM控制器的电流具有取决于占空比而增大的趋势。如图3所示，当电动机的两个端子由于工人出错等而被短路时，过电流流过电动机，随后当低端FET L被接通时该低端FET L可能会烧毁。因此，当电流传感器确定过电流正流过时，在低端FET L抵抗过电流的时间段期间必须强行关断该低端FET L。通常，该段时间为数十微秒以下。因此，需要一种以低成本稳定地实现这种过电流保护电路的方法。前述内容仅仅旨在帮助更好地理解本发明的背景，并且并非意味着本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围。
发明内容
因此，本发明是考虑到上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供一种脉宽调制(PWM)控制器，其使得能够实现保护功率端子或信号线免受电动机控制器中可能发生的短路的功能而无需单独的元件来实现该目的，从而降低电动机控制器的价格并改善电动机控制器在该过程中的可靠性。为了实现上述目的，本发明提供了一种脉宽调制(PWM)控制器，其包括多个场效应晶体管(FET)和一 FET驱动器；比较器，其被配置成将流过FET的电流与过电流参考值进行比较；以及微型计算机，其被配置成执行控制电动机的功能和电路保护功能，并且当比较器所做比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时关闭FET驱动器。此外，本发明提供了另一脉宽调制(PWM)控制器，其包括多个场效应晶体管(FET)和一 FET驱动器；比较器，其被配置成将流过FET的电流与过电流参考值进行比较；微型计算机，其被配置成控制电动机和电路保护功能；以及开关，其被配置成当比较器所做比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时，切断微型计算机和FET驱动器之间的连接。优选地，比较器的过电流参考值可以基于具有最大电容的FET来设定。比较器可以在电动机的两个端子被短路时确定流过FET的电流大于过电流参考值。可替换地，比较器可以在电动机的负端子和电池的偏置电压端子(bias voltage terminal)被短路时,确定流过FET的电流大于过电流参考值。优选地，多个FET可以包括低端FET(low-side FET)和高端FET(high_side FET),并且比较器的过电流参考值可以基于低端FET的电容来设定。在这种情况下，比较器可以在电动机的两个端子被短路时确定流过低端FET的电流大于过电流参考值。比较器也可以在电动机的负端子和电池的偏置电压端子被短路时确定流过低端FET的电流大于过电流
参考值。上述PWM控制器允许保护功率端子或信号线免受电动机控制器中可能发生的短路，而无需单独的元件来实现该目的，从而降低电动机控制器的价格并改善电动机控制器的可靠性。
根据结合附图给出的以下详细说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将更清楚地得到理解，在附图中:图1是示出根据本发明示例性实施例的PWM控制器的电路图；图2是示出流过PWM控制器的电流的图；并且图3是示出传统PWM控制器的电路图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图详细描述根据本发明实施例的PWM控制器。应理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式(例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN))被存储和执行。图1是示出根据本发明示例性实施例的PWM控制器的电路图。本发明的PWM控制器包括多个场效应晶体管(FET)和FET驱动器500、比较器400和微型计算机200。比较器400将流过FET的电流与过电流参考值进行比较。微型计算机200控制电动机M和电路保护功能，并且当比较器400所做的比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时关闭FET驱动器500。通常，在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的情况下，当MOSFET在高频下工作时，二极管元件在结构上沿从源极到漏极的方向布置。因此，当开关元件被实施为MOSFET时，通常需要与开关元件并联连接的二极管可以被省略，从而简化电路的构造。此夕卜，当FET被接通时，其漏极(负载)和源极彼此电连接，使得电流可以双向流动。然而，当FET被关断时，电流不能从漏极流到源极。然而，电流可以通过寄生二极管从源极流到漏极。本发明可以应用于M0SFET，并且旨在当在图中所示的电路中、在电动机M的端子M+和M-之间发生短路(情况A)以及在电动机M的负端子M-和电池的偏置电压端子VS之间发生短路(情况B)时防止电路断路的发生。传统上，通常设置单独的高电容FET并将其用于实施保护电路。然而，在本发明中，设置把流过FET的电流与过电流参考值进行比较的比较器400作为替代，并且微型计算机200控制电动机M和电路保护功能。在这种情况下，设置FET预驱动器(pre-FETdriver),以便当比较器400所做比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时关闭FET驱动器500，从而只需保护功能。如图2所示，每个FET具有随FET的占空比的增大而增大电流的趋势，并且与预定水平相对应的电流具有作为过电流的阈值水平。因此，当最初检测到这样的过电流并且利用FET的特性来中断信号时，当与所示情况相对应的短路发生时可以使电路得到保护。详细地，如图1所示，根据本发明的多个FET可以由低端FET L和高端FET H构成，并且电动机M可以响应于低端FET L的开/关操作而被操作。此外，由于仅当低端FET L被接通时电流流过旁路电阻器，所以此时电流流入比较器400中。同时，高端FET H是用于形成这样的通路的FET:当低端FET L被关断时(S卩，在没有向电动机M施加功率以便控制电动机M的速度的时间段期间)，能量通过该通路流入电动机M中。在一些情况下，为了降低成本、易于控制等目的，高端FET H可以实施为二极管。如果不形成该通路，电动机M中就可能会感应出较高的反向电压，并且随后当低端FET L被关断时，低端FET L可能会被击穿。因此，比较器400的过电流参考值可以基于低端FET L的电容来设定。当电动机M的端子M+和M-被短路时，比较器400确定流过低端FET L的电流大于过电流参考值。可替换地，当电动机M的负端子M-和电池的偏置电压端子VS被短路时，比较器400也确定流过低端FET L的电流大于过电流参考值。上述功能也可以由本发明的另一示例性实施例实现。根据本发明另一实施例的PWM控制器包括多个FET和一 FET驱动器500、比较器400、微型计算机200、以及开关300。比较器400将流过FET的电流与过电流参考值进行比较。微型计算机200执行电动机控制功能和电路保护功能。最后，当比较器所做比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时，开关300切断微型计算机和FET驱动器之间的连接。在这种情况下，开关300被配置成当比较器所做比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时，切断微型计算机和FET驱动器之间的连接，从而通过使微型计算机与FET驱动器断开来保护电路。此外，本发明的PWM控制器可以基于哪个FET具有最大电容来为比较器400设定过电流参考值，从而使保护功能能够更稳定且稳妥地得到实现。此外，比较器400可以通过在电动机M的端子M+和M-被短路时确定流过FET的电流大于过电流参考值，或者通过在电动机M的负端子M-和电池的偏置电压端子VS被短路时确定流过FET的电流大于过电流参考值，来使单独的高电容FET能够得以省略。
同时，即使在以下短路事件中的任何一个发生时，本发明的PWM控制器也可以附带地实现保护功能:(I)PWM/诊断短路:当来自主控制器的PWM信号被作为诊断信号输入到主控制器时发生PWM/诊断短路，使得主控制器可以确定PWM信号线和诊断信号线已经被短路。(2)PWM/Vbatt (VS)短路:当PWM信号线和Vbatt线被短路时，PWM控制器的输入总是具有0%的占空比。在这种情况下，由于占空比总是0%，所以PWM控制器没有被损坏，并且可以感测出电动机中已经发生异常。(3)PWM/GND短路:在这种情况下，PWM控制器的输入总是具有100%的占空比，所以PWM控制器没有被损坏，并且电动机总是以最高速度运动，并且因此可以感测出电动机中已经发生异常。(4) PWM / M+短路:该情况与PWM/Vbatt短路相同。(5)诊断/Vbatt短路:在这种情况下，诊断信号总是具有0%的占空比。当PWM控制器的保护功能(诸如避免过电压、过电流、低电压或高温度)在工作时，主控制器不能接收诊断信号，并且因此主控制器不能确定PWM控制器是否有缺陷。然而，因为电动机由于PWM控制器的保护功能的操作而没有运动，所以可以感测出是否已经发生异常。结果，PWM控制器中不会发生损坏。(6)诊断/GND短路:在这种情况下，由于诊断信号总是具有100% (低)的占空比，所以主控制器可以感测出是否已经发生异常，并然后相应地停止PWM控制器。(7)诊断/ M+短路:该情况与诊断/Vbatt短路相同。(8)诊断/ M-短路:在这种情况下，M-端子的电压水平是PWM输入信号的倒数(inverse)。当M-端子的电压作为诊断信号被输入到主控制器时，主控制器可以确定PWM控制器中已经发生异常。在这种情况下，PWM控制器不会被损坏，并且可以确定电动机中是否已经发生异常。(9)Vbatt (VS)/GND短路:在这种情况下，PWM控制器不会被损坏，但是保险丝会由于功率端子处发生的短路而熔化。因此，具有上述构造的上述PWM控制器能保护功率端子或信号线免受电动机控制器中可能发生的短路而无需单独的元件来实现该目的，从而降低电动机控制器的价格并改善电动机控制器的可靠性。尽管出于例证的目的公开了本发明的优先实施例，但是本领域技术人员会认识至IJ，可以做出各种更改、增加和替换，而不脱离由所附权利要求公开的本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种脉宽调制(PWM)控制器，包括: 多个场效应晶体管(FET)和一 FET驱动器； 比较器，其被配置成将流过所述FET的电流与过电流参考值进行比较；以及 微型计算机，其被配置成控制电动机和电路保护功能，并且当所述比较器所做比较的结果是流过所述FET的电流大于所述过电流参考值时选择性地关闭所述FET驱动器。
2.如权利要求1所述的PWM控制器，其中用于所述比较器的所述过电流参考值是基于所述多个FET中的哪个FET具有最大电容来设定的。
3.如权利要求1所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的两个端子被短路时，确定流过所述FET的电流大于所述过电流参考值。
4.如权利要求1所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的负端子和电池的偏置电压端子被短路时，确定流过所述FET的电流大于所述过电流参考值。
5.如权利要求1所述的PWM控制器，其中所述多个FET包括低端FET和高端FET。
6.如权利要求5所述的PWM控制器，其中用于所述比较器的所述过电流参考值是基于所述低端FET的电容来设定的。
7.如权利要求6所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的两个端子被短路时，确定流过所述低端FET的电流大于所述过电流参考值。
8.如权利要求6所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的负端子和电池的偏置电压端子被短路时，确定流过所述低端FET的电流大于所述过电流参考值。
9.一种脉宽调制(PWM)控制器，包括: 多个场效应晶体管(FET)和一 FET驱动器； 比较器，其被配置成将流过所述FET的电流与过电流参考值进行比较；以及 微型计算机，其被配置成控制电动机和电路保护功能；以及 开关，其被配置成当所述比较器所做比较的结果是流过所述FET的电流大于所述过电流参考值时，切断所述微型计算机和所述FET驱动器之间的连接。
10.如权利要求9所述的PWM控制器，其中用于所述比较器的所述过电流参考值是基于所述多个FET中的哪个FET具有最大电容来设定的。
11.如权利要求9所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的两个端子被短路时，确定流过所述FET的电流大于所述过电流参考值。
12.如权利要求9所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的负端子和电池的偏置电压端子被短路时，确定流过所述FET的电流大于所述过电流参考值。
13.如权利要求9所述的PWM控制器，其中所述多个FET包括低端FET和高端FET。
14.如权利要求13所述的PWM控制器，其中用于所述比较器的所述过电流参考值是基于所述低端FET的电容来设定的。
15.如权利要求14所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的两个端子被短路时，确定流过所述低端FET的电流大于所述过电流参考值。
16.如权利要求14所述的PWM控制器，其中所述比较器被配置成当所述电动机的负端子和电池的偏置电压端 子被短路时，确定流过所述低端FET的电流大于所述过电流参考值。
17.一种包含由PWM控制器执行的程序指令的非短暂计算机可读介质，所述计算机可读介质包括: 将流过多个场效应晶体管(FET)的电流与过电流参考值进行比较的程序指令； 控制电动机和电路保护功能的程序指令；以及 当比较的结果是流过所述多个FET的电流大于所述过电流参考值时，选择性地关闭FET驱动器的程序指令。
18.如权利要求17所述的非短暂计算机可读介质，其中用于所述比较器的所述过电流参考值是基于所述多个FET中的哪个FET具有最大电容来设定的。
19.如权利要求17所述的非短暂计算机可读介质，还包括当所述电动机的两个端子被短路时，确定流过所述FET的电流大于所述过电流参考值的程序指令。
20.如权利要求17所述的非短暂计算机可读介质，还包括当所述电动机的负端子和电池的偏置电压端子被短路时，确定流过所述FET的电流大于所述过电流参考值的程序指令。 ·
全文摘要
本发明提供了一种脉宽调制控制器，其包括多个场效应晶体管(FET)和一FET驱动器；比较器，其被配置成将流过FET的电流与过电流参考值进行比较；以及微型计算机，其被配置成控制电动机和电路保护功能，并且当比较器所做比较的结果是流过FET的电流大于过电流参考值时选择性地关闭FET驱动器。
文档编号H02H7/085GK103166185SQ201210363859
公开日2013年6月19日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年12月9日
发明者张相贤, 宋好得, 蔡钟勋 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社