[發明專利]橋接馬達驅動電路及其自適應死區控制方法

有效

• 申請號: 201010222336.4
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101895254A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 梅海軍;李兆東;馬曉輝
• 申請（專利權）人: 無錫友達電子有限公司
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

該發明主要是針對通用橋接輸出類馬達驅動電路中死區模塊設計，目的是為了能夠在集成電路內部采用最簡單適用可靠的方法來完成死區的自適應控制，屬于半導體邏輯拓撲設計領域。

背景技術

所謂死區，就是在一定范圍內，有信號輸入系統，但沒有輸出信號或者輸出信號很微弱。換句話說，在這個特定范圍內——可以是輸入幅度范圍，也可以是特定的時間段范圍——控制系統的調節作用很小或者沒有調節作用。那么，這個范圍就是死區。死區回路是橋接型輸出電路所共有的設計模塊，尤其是在大功率電機、變頻器等，末端都是由大功率管、IGBT等元件組成的雙析(H橋)或3橋，每個橋的上半橋和下半橋是是絕對不能同時導通的，但是驅動信號在達到功率元件的控制級時，往往會由于各種各樣的原因產生延遲的效果，造成某個半橋元件在應該關斷時沒有關斷，造成橋接輸出上下功率管同時導通，致使功率管或者是外圍功率元件燒毀。

死區控制回路異常是導致橋接輸出型馬達驅動類集成電路失效甚至損壞的最主要原因，尤其是在應用條件復雜、通用性要求高的場合更是如此。

死區控制失效致毀的馬達驅動類集成電路的主要現象就是橋接輸出功率管燒毀，一般是兩對輸出管同時燒毀，尤其是在外圍匹配馬達所需扭矩較大，內阻較小正反轉控制高頻交替的情況下，傳統固定死區設計的集成驅動電路失效比例更高。這就要求能夠有一種可靠的、死區可控的設計方案最好是具有死區自適應控制能力。

圖1為傳統的H橋馬達驅動電路通道邏輯拓撲圖，主要包括：前級運放、電平轉換、驅動信號中間放大級、H橋驅動輸出級，這是一種最簡單也是最通用的H橋型馬達驅動類集成電路邏輯拓撲結構，其中前級運放與中間放大級共同確定驅動器的輸出增益；電平轉換部分通過比較輸入信號和參考信號的不同，產生輸出電流，這個電流以+ΔV和-ΔV的形式分別提供給兩路驅動緩沖器，經中間放大級放大后形成反向的功率驅動信號，通過H橋功率管輸出；驅動信號中間放大級根據輸入信號的狀態完成功率放大；H橋輸出級，接收中間級放大后的驅動信號，上下橋臂交替導通，以實現馬達的正反轉功能。

圖1拓撲中死區設計也最為簡單，死區主要在前級運放輸出端，其具體結構如圖2所示，此部分作為一個標準運放，并未做任何的消除交越失真的回路，由此產生的交越失真經放大級放大后作為死區輸出，這樣設計的死區大小不可調節，完全由兩個N型晶體管N1和N2的正向導通偏壓Vbe決定，死區大小隨工藝條件變化，做出的死區往往會太大，雖然保證了H輸出部分上下橋臂不會同時導通，但是會使輸出驅動靈敏度差，效率低等缺點；

圖3、圖4為現有的改進型死區設計，其中圖3設計在前級運放輸出端上下管基極間增加了一個二極管，用于減小死區范圍，但是這樣設計仍然只是一種通過減小交越失真絕對值的從而減小死區范圍的設計，且死區范圍仍然受二極管D1正向導通壓降以及兩個N型晶體管N3和N4的正向導通偏壓Vbe決定，受工藝影響依然較大，往往不可控；

圖4在圖3基礎上在繼續改進，N6與N7基極電位差：

Vce(N5)＝Vbe(N5)*(1+R3/R4)

這樣可以通過改與工藝控制相結合將死區做到極小，但是一旦調整電阻R3、R4完畢，此類死區控制也成了固定死區控制，雖然可以防止死區過大卻因為工藝波動引起批次間差異，因此死區極少燒毀電路。

針對以上種種問題，在此本專利提出如下解決方案。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種橋接馬達驅動電路及其自適應死區控制方法，從拓撲結構層次入手，使輸出上下橋臂單獨受控，徹底解決了死區控制難的問題，同時本發明并不會對信號傳輸回路產生影響，也不會產生多余的引腳，確保了電路的穩定性與通用性。

技術方案：針對馬達驅動橋接型電路遇到的死區問題，目前國際上已有多種設計方案，本發明也針對此類問題給出一種全新的死區自適應控制設計，本專利是從電路拓撲結構層次入手進行設計，原則有兩條：其一，采用獨立控制回路，不影響原有驅動信號回路；其二，確保死區控制能做到逐周期檢測并控制。這樣可以在保證驅動電路正常功能的同時確保其可靠性。