[实用新型]一种直流无刷电机驱动器的上下半桥驱动互锁装置

说明书

技术领域

本实用新型属于直流无刷电机驱动器装置，特别是一种直流无刷电机驱动器的上下半桥驱动互锁装置。

背景技术

现有以MOSFET管为功率元件组成的直流无刷电机驱动器，其主回路如图1所示：直流无刷电机驱动器主回路由6个MOSFET管组成，6个MOSFET管组成3个半桥，分别为A上A下、B上B下、C上C下，其中A上A下为A相半桥，B上B下为B相半桥，C上C下为C相半桥。A上、B上、C上分别为ABC三相的上半桥，A下、B下、C下分别为ABC三相的下半桥。直流无刷电机驱动器根据电机转子位置传感器的6个位置信号，使不同半桥的一个上管和一个下管导通，使电机旋转，其6个转子位置传感器信号对应的上下半桥导通顺序为：A上B下、A上C下、B上C下、B上A下、C上A下、C上B下，依次循环，使电机连续旋转。从上下半桥的导通顺序知道，同一半桥的上下两个MOSFET管不会同时导通。

直流无刷电机调速，是通过调节加在电机绕组上的电压实现的，通过改变加在上半桥MOSFET管上的脉宽调制信号PWM的占空比，来改变加在电机绕组上的电压，下半桥MOSFET管维持导通来实现调节电机转速。

同一半桥上下两个MOSFET管的驱动电路如图1所示：MOSFET管的三个端分别叫栅极，用字母G标示，源极，用字母D标示，漏极，用字母S标示。由于MOSFET的GDS间存在着寄生电容，也叫结电容，和引线电感。因有结电容和电感的存在，当MOSFET的DS端突加电压时，通过结电容使GS端的电压上升，甚至能使MOSFET管导通，这叫做米勒效应。以图2为例，当上半桥MOSFET管导通时，电源电压相当于突然加到下半桥MOSFET管的DS端上，再通过DG端和GS端的结电容充电使GS端电压上升。当下半桥MOSFET管导通时，相当于上半桥MOSFET管的S端接电源的负，也相当于在上半桥MOSFET管的DS端上突加电压，再通过DG端和GS端的结电容充电使GS端电压上升。如果GS端电压超过MOSFET管的最低导通电压，就会使MOSFET管导通，造成上下半桥MOSFET管同时导通，也叫直通，相当于电源正端通过同桥臂MOSFET管与电源负端短接，短路电流使功率管损坏，进而使控制器损坏而无法工作。

米勒效应无法消除，但可以通过给GS端并接电容，增大栅极电阻Rg1和Rg2来减小米勒效应的影响，但这样处理，会使MOSFET管的导通和关断时间加长，增加了MOSFET管的开关损耗，运行时，温升会增加，还需要更大的散热器，不仅增加了成本，还不能完全消除同一半桥的上下半桥MOSFET管直通的风险。

现有以IGBT管为功率元件组成的直流无刷电机驱动器，其主回路如图3所示：直流无刷电机驱动器主回路由6个IGBT组成，6个IGBT组成3个半桥，分别为A上A下、B上B下、C上C下，其中A上A下为A相半桥，B上B下为B相半桥，C上C下为C相半桥。A上、B上、C上分别为ABC三相的上半桥，A下、B下、C下分别为ABC三相的下半桥。直流无刷电机驱动器根据电机转子位置传感器的6个位置信号，使不同半桥的一个上管和一个下管导通，使电机旋转，其6个转子位置传感器信号对应的上下半桥导通顺序为：A上B下、A上C下、B上C下、B上A下、C上A下、C上B下，依次循环，使电机连续旋转。从上下半桥的导通顺序知道，同一半桥的上下两个IGBT不会同时导通。

直流无刷电机调速，是通过调节加在电机绕组上的电压实现的，通过改变加在上半桥IGBT上的脉宽调制信号PWM的占空比，来改变加在电机绕组上的电压，下半桥IGBT维持导通来实现调节电机转速。

同一半桥上下两个IGBT的驱动电路如图4所示：IGBT的三个端分别叫栅极，用字母G标示，发射极，用字母E标示，集电极，用字母C标示。由于IGBT的GCE间存在着电容，也叫结电容，和引线电感。因有结电容和电感的存在，当IGBT的CE端突加电压时，通过结电容使GE端的电压上升，甚至能使IGBT导通，这种现象叫米勒效应。以图二为例，当上半桥IGBT导通时，电源电压相当于突然加到下半桥IGBT的CE端上，再通过CG端和GE端的结电容充电使GE端电压上升。当下半桥IGBT导通时，相当于上半桥IGBT的E端接电源的负，也相当于在上半桥IGBT管的CE端上突加电压，再通过CG端和GE端的结电容充电使GE端电压上升。如果GE端电压超过IBGT的最低导通电压，就会使IGBT导通，造成上下半桥IGBT同时导通，也叫直通，相当于电源正端通过同桥臂IGBT与电源负端短接，短路电流使功率管损坏，进而使控制器损坏而无法工作。