虚拟电阻栅极驱动器
阅读说明：本技术 虚拟电阻栅极驱动器 (Virtual resistance gate driver ) 是由 王激尧 徐炜 李思龙 于 2019-06-11 设计创作，主要内容包括：本公开提供了“虚拟电阻栅极驱动器”。一种车辆,包括由逆变器操作的电机。所述电机包括栅极驱动器,所述栅极驱动器被配置成利用脉冲宽度调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关。所述栅极驱动器被配置成将所述PWM信号延迟相关量,所述相关量是所述电机引线的电流幅值的函数。所述延迟响应于所述电流的极性为正。(The present disclosure provides a "virtual resistance gate driver". A vehicle includes an electric machine operated by an inverter. The electric machine includes a gate driver configured to energize switches of the inverter with Pulse Width Modulation (PWM) signals. The gate driver is configured to delay the PWM signal by a correlation amount that is a function of a current amplitude of the motor lead. The delay is responsive to the polarity of the current being positive.)
技术领域
本公开涉及栅极驱动器生成的虚拟电阻。
背景技术
阻尼方法用于减少逆变器的谐振频率下的谐波失真。可以使用被动和主动阻尼方法。尽管被动方法提供足够的阻尼，但是电阻损耗会降低效率。已经实施了基于软件的虚拟电阻器以减少硬件损耗。这种由控制器定义和生成的基于软件的虚拟电阻器可能使控制器负担过重并降低性能。
发明内容
一种车辆包括由逆变器操作的电机。所述电机包括栅极驱动器，所述栅极驱动器被配置成利用脉冲宽度调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关。所述栅极驱动器被配置成将PWM信号延迟相关量，所述相关量是所述电机引线的电流幅值的函数。所述延迟响应于所述电流的极性为正。
一种车辆包括由逆变器操作的电机。所述电机包括栅极驱动器，所述栅极驱动器被配置成利用脉冲宽度调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关。所述栅极驱动器被配置成将所述PWM信号延迟无关量，所述无关量与所述电机引线的电流幅值无关。所述延迟响应于所述电流的极性为负。
一种车辆包括由逆变器操作的电机。所述电机包括栅极驱动器，所述栅极驱动器被配置成利用脉冲宽度调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关。所述栅极驱动器被配置成将所述PWM信号延迟相关量，所述相关量是通过对应开关的所述电流幅值的函数。所述延迟响应于所述电流的极性为正以及通过对应开关的电流的极性为负。
附图说明
图1是具有电机和逆变器的车辆的示意图；
图2A是与所述电机的相位相关联的对应开关以及具有电机引线反馈的相关联的栅极驱动器的示意图；
图2B是与电机的相位相关联的对应开关以及具有内部开关反馈的相关联的栅极驱动器的示意图；
图3A是用于经由具有电机引线反馈的栅极驱动器延迟PWM信号的算法；
图3B是用于经由具有内部开关反馈的栅极驱动器延迟PWM信号的算法；
图4是描绘基于电流的PWM信号延迟的曲线图。
图5A是具有电机引线反馈的栅极驱动器电路的示意图；并且
图5B是具有内部开关反馈的栅极驱动器电路的示意图。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出具体部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应当被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域一般技术人员将理解，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以结合一个或多个其他附图中示出的特征以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可能是特定应用或实施方式所期望的。
可以实现一种解决方案以在栅极驱动器处为逆变器系统提供虚拟阻尼电阻器。栅极驱动器激励逆变器开关的栅极。逆变器的开关可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。栅极驱动器可以基于来自微控制器的PWM信号来激励开关。栅极驱动器可以调制PWM信号以赋予虚拟阻尼电阻器的特性。虚拟电阻器可能需要调制PWM脉冲的宽度。为了调制PWM信号的脉冲，可以延迟输入PWM信号。PWM信号的延迟允许将PWM脉冲调制到适宜宽度，否则其将因为已经发生了期望的调制周期而不可用。例如，如果虚拟电阻器需要比以其他方式提供给栅极驱动器更宽的脉冲宽度，则栅极驱动器无法对脉冲进行迟后扩展。因此，将输入PWM信号延迟预定的常数。对否则将为迟后的PWM信号的调制被延迟较少，使得PWM信号被调制以生成虚拟电阻器。实际上，可以经由PWM的延迟调制通过栅极驱动器来实现硬件实施的虚拟电阻器。
参考图1，示出了车辆100。车辆100包括电机102。尽管示出为Y形配置，但是也可以使用三角形配置。电机102由逆变器104操作。逆变器104将来自电池106的直流电(DC)转换为交流电(AC)以用于电机102，且反之亦然。电池为逆变器的导轨108、110供电。电容器112消除电压波动。开关120A、120B、122A、122B、124A、124B用于将DC转换为AC并激励电机102的引线126A、126B、126C。可以经由电流传感器128A、128B、128C监测引线126A、126B、126C上的电流。开关120A、120B、122A、122B、124A、124B还可以包括内部电流感测能力(未示出)，以监测通过开关120A、120B、122A、122B、124A、124B的电流。
参考图2A，示出了一组对应开关120A、120B，其中引线126A反馈208可用。对应开关120A、120B协作地激励电机102的引线126A。开关120A、120B中的每一个分别由栅极驱动器202A、202B操作。栅极驱动器202A、202B分别接收输入PWM信号204A、204B和输出PWM信号206A、206B。可以从配置成形成PWM信号的微控制器(未示出)接收输入PWM信号204A、204B。将输出PWM信号206A、206B延迟，如下所述。栅极驱动器202A、202B接收电流反馈208。尽管栅极驱动器202A、202B被类似地配置，但是负极开关120B的电流反馈极性被负逻辑210反转，以确保输出PWM信号206B与输出PWM信号206A对应，从而确保引线126A上的协作AC信号。
参考图2B，示出了一组对应开关120A、120B，其中引线126A反馈不可用。对应开关120A、120B协作地激励电机102的引线126A。开关120A、120B中的每一个分别由栅极驱动器252A、252B操作。栅极驱动器252A、252B分别接收输入PWM信号254A、254B和输出PWM信号256A、256B。可以从配置成形成PWM信号的微控制器(未示出)接收输入PWM信号254A、254B。将输出PWM信号256A、256B延迟，如下所述。栅极驱动器252A、252B从各自开关120A、120B和对应开关120A、120B接收电流反馈。例如，栅极驱动器252A接收与开关120A相关联的电流反馈258，其提供输出PWM信号256A。栅极驱动器252A还从对应开关120B接收电流反馈260。如下所示，电流反馈258、260用于延迟栅极驱动器252A、252B处的PWM信号。开关120A和120B可以通过分流器或其他设备提供电流反馈258、260以提供电流指示。电流258、260可以与跨开关120A、120B的端子的电压对应。因为栅极驱动器252A、252B从开关120A、120B接收电流反馈258、260，所以不需要逆变电流反馈。
参考图3A，示出了算法300。算法经由硬件或软件在栅极驱动器202A、202B中实现。算法300在步骤302中开始。在步骤304中，栅极驱动器202A、202B检测电流反馈208的极性。如果在步骤304中电流反馈为负，则在步骤306中将输入PWM信号延迟常数。常数可以大于开关的激励周期或最小切换周期。切换周期可以是1.0μs。常数可以是1.5μs。如果在步骤304中极性为正，则栅极驱动器202A、202B在步骤308中确定PWM信号的激活状态。如果PWM信号为接通，则在步骤310中将输入信号延迟上面讨论的常数加上所述常数和电流输入的乘积。在步骤312中，如果在步骤308中PWM信号为断开，则将PWM输入信号延迟常数减去所述常数和电流输入的乘积。应当明白，可以缩放常数或者可以使用两个常数以便实现适当的延迟。这意味着，可以通过增益调整常数和电流输入，以确保获得虚拟电阻器PWM信号。第一常数可以被配置为1.5μs，并且第二常数可以被配置为每100安培1.5μs。虚拟电阻器值可以由方程式1确定，
，其中Vdc为总线电压(400V)，ΔTA为每100安培1.5μs，并且TS为100μs，使得延迟根据流过开关的电流逐周期地变化，从而赋予虚拟电阻器和谐波阻尼。
参考图3B，示出了算法350。算法经由硬件或软件在栅极驱动器252A、252B中实现。算法350在步骤352中开始。在步骤354中，栅极驱动器252A、252B检测相关联的电流反馈258的极性。如果在步骤354中电流反馈为负，则在步骤356中将输入PWM信号延迟常数。常数可以大于开关的激励周期或最小切换周期。常数可以是1.5μs。如果在步骤354中极性为正，则栅极驱动器252A、252B在步骤358中确定PWM信号的激活状态。在步骤360中，如果在步骤358中PWM信号为断开，则将PWM输入信号延迟常数减去所述常数和电流输入的乘积。如果在步骤358中PWM信号为接通，则栅极驱动器252A、252B基于对应的栅极驱动器电流来延迟PWM信号。这意味着，如果对应的栅极驱动器电流为负，则在步骤366中将输入PWM信号延迟常数加上所述常数和对应的栅极驱动器电流的乘积。因此，栅极驱动器252A将首先查看其自身的电流反馈258，如果PWM信号接通，则栅极驱动器252A接下来将查看对应的栅极驱动器252B的电流反馈260，以确定是否延迟某个常数或常数加上乘积。应当明白，如上所述，可以缩放常数或者可以使用两个常数以便实现适当的延迟。这意味着，可以通过增益调整常数和电流输入，以确保获得虚拟电阻器PWM信号。第一常数可以被配置为1.5μs，并且第二常数可以被配置为每100安培1.5μs。
参考图4，示出了曲线图400，其具有以时间为单位的x轴404和指示PWM信号状态的y轴402。输出PWM信号204A、204B被示出为具有来自栅极驱动器202A、202B的对应输出PWM信号206A、206B。应当明白，栅极驱动器252A、252B类似地操作。延迟406被赋予不同长度408的输出PWM信号206A、206B。PWM信号204A、204B的延迟406允许将PWM脉冲调制到宽度410，否则其将因为已经发生了期望的调制周期而不可用。例如，如果虚拟电阻器需要比以其他方式提供给栅极驱动器更宽的脉冲宽度410，则栅极驱动器无法对脉冲进行迟后扩展。因此，将PWM输入信号204A、204B延迟预定常数406加上或减去方差408。
参考图5A，示出了延迟栅极驱动器202A的示意图。可以类似地配置其他栅极驱动器202B、252A、252B。栅极驱动器202A接收输入PWM信号204A。栅极驱动器202A输出PWM信号206A。输出PWM信号206A驱动开关120A。栅极驱动器202A包括驱动器电路502和延迟电路506。延迟电路506的输入包括增益调整电路504，以确保由栅极驱动器202A形成适当延迟。增益调整电路504由电流反馈208馈电。延迟电路506可以是本领域已知的集成电路。
参考图5B，示出了延迟栅极驱动器202A的示意图。可以类似地配置其他栅极驱动器202B、252A、252B。栅极驱动器202A接收输入PWM信号204A。栅极驱动器202A输出PWM信号206A。输出PWM信号206A驱动开关120A。栅极驱动器202A包括驱动器电路552。经由“异或”逻辑556和RC电路通滤波器558、560提供栅极驱动器202A的延迟部分。“异或”逻辑556中使用的逻辑可以是任何其他逻辑实施方式(例如，“与”逻辑、“与非”逻辑、“或非”逻辑)或其组合。逻辑可以基于电流反馈208，以确保PWM信号204A的适当延迟。例如，如果使用电流反馈258和对应的电流反馈260，则逻辑部分可以对应于电流反馈258和对应的电流反馈260(未示出)。另外，取决于用于延迟PWM信号204A的电路的配置，适当的增益504、554可以是正的或负的。可以经由增益运算放大器554来调整电流反馈208。
用在说明书中的词汇是描述性词汇，而不是限制性词汇，并且应当理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可以组合各种实施例的特征以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望特性而言可能已经被描述为相对于其他实施例或现有技术实施方式提供优点或者是优选的，但是本领域一般技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可用性、重量、可制造性、组装便易性等。因此，描述为相对于一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实施方式那样期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：由逆变器操作的电机；和栅极驱动器，其被配置成利用脉冲宽度调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关，并且响应于由所述开关驱动的所述电机引线的电流极性为正，将所述PWM信号延迟一定量，所述量是所述电流幅值的函数。
根据一个实施例，响应于所述PWM信号为接通，所述函数是常数加上所述常数和所述幅值的乘积。
根据一个实施例，所述常数大于所述开关的激励时间。
根据一个实施例，响应于所述PWM信号为断开，所述函数是常数减去所述常数和所述幅值的乘积。
根据一个实施例，所述栅极驱动器还被配置成响应于所述极性为负，将所述PWM信号延迟一定量，所述量与所述幅值无关。
根据一个实施例，与所述幅值无关的量是常数。
根据一个实施例，所述常数大于所述开关的激励时间。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于一种延迟块芯片，其被配置成引起所述延迟。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于一种电阻器电容器电路，其被配置成引起所述延迟。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：由逆变器操作的电机；和栅极驱动器，其被配置成利用脉冲宽度调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关，并且响应于由所述开关驱动的所述电机引线的电流极性为负，将所述PWM信号延迟一定量，所述量与所述电流的幅值无关。
根据一个实施例，所述量大于所述开关的激励时间。
根据一个实施例，所述栅极驱动器还被配置成响应于所述极性为正，将所述PWM信号延迟一定量，所述量是所述电流幅值的函数。
根据一个实施例，响应于所述PWM信号为接通，所述函数是常数加上所述常数和所述幅值的乘积。
根据一个实施例，所述常数大于所述开关的激励时间。
根据一个实施例，响应于所述PWM信号为断开，所述函数是常数减去所述常数和所述幅值的乘积。
根据一个实施例，所述常数大于所述开关的激励时间。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：由逆变器操作的电机；和栅极驱动器，其被配置成利用脉宽调制(PWM)信号来激励所述逆变器的开关，并且响应于通过所述开关的电流极性为正以及通过对应开关的电流极性为负，将所述PWM信号延迟相关量，所述相关量是通过所述对应开关的所述电流幅值的函数。
根据一个实施例，响应于所述PWM信号为接通，所述函数是常数加上所述常数和通过所述对应开关的所述电流幅值的乘积。
根据一个实施例，所述常数大于所述开关的激励时间。
根据一个实施例，响应于所述PWM信号为断开，所述函数是常数减去所述常数和通过所述对应开关的所述电流的所述幅值的乘积。