CN104467370A - 用于隔离的驱动器的软关闭 - Google Patents

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Abstract

一种用来控制马达驱动电路的封装外部的高功率驱动装置的设备包括马达驱动电路。该马达驱动电路包括驱动器，所述驱动器用来基于第一参考电压，第二参考电压，和基于已接收的控制信号的控制信号控制所述高功率驱动装置。故障电路基于跨越所述高功率驱动装置的端子的电压产生故障指示器。故障条件基于该故障指示器。联接到驱动器的第一端子响应于所述故障条件的不存在和第一水平的控制信号在第一长度的时间上充电所述高功率驱动装置的节点。联接到所述驱动器的第二端子在第二长度的时间上放电所述节点，该第二长度的时间不同于第一长度的时间。

Description

用于隔离的驱动器的软关闭
技术领域
本申请涉及电路并且更特别地涉及用于高功率应用的控制电路。
背景技术
在典型的控制应用中，处理器系统提供一个或更多个控制信号以便控制负载系统。在正常操作期间，大的DC或瞬变电压差可以存在于处理器系统的域和负载系统的域之间，因此在处理器系统和负载系统之间需要隔离阻障。例如，一个域可以被“接地”在相对于由数百或数千伏接地的地面开关的电压。因此，中间系统包括隔离，该隔离防止破坏性电流在处理器系统和负载系统之间流动。虽然该隔离防止该处理器系统通过直接导电路径联接到负载，但隔离信道使用光学(光隔离器)、电容、电感(变压器)，或电磁技术来允许该两个系统之间的通信。然而，中间系统典型地使用电压变换器和输出驱动器来提供适合于负载系统的电压水平的控制信号。
参考图1，在示例性马达控制应用中，处理器100(该处理器可以是微处理器，微控制器，或其它合适处理装置)在第一域(即，VDD1，例如，5伏(V))中操作并且提供一个或更多个信号以便高功率负载系统在第二域(即，VDD2，例如，600V)中操作。系统102各包括隔离阻障130和通信信道以便从处理器100安全地通信控制信号到驱动器106，该驱动器驱动用于输送三相功率到马达120的三相逆变器的高功率驱动装置108。示例性高功率驱动装置包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，氮化镓(GaN)MOSFET，碳化硅功率MOSFET，和能够在短的时间段上输送高的电流的其它合适装置。
电压变换器104将可用功率供应电压从VDD2变换到可由系统102的高侧和驱动器106使用的电压水平(即，VDD3，例如，24V)。注意，在其它实施例中，单个电压变换器104将一个功率供应电压从第一电压水平(例如，VDD2)变换到多个其它电压水平(例如，VDD1和VDD3)且/或提供特别电压的多个输出(例如，对应于多个系统102的多个VDD3输出)。驱动器106提供开关控制信号，该开关控制信号处于三相逆变器的对应的高功率驱动装置108所需的水平。负载马达需要高的功率水平的三相功率。对应于联接到VDD2(高侧逆变器装置)的高功率装置的系统102被“接地”在相对于由高电压水平的VDD2接地的地面开关的电压。
用于驱动马达120的三相逆变器的典型的高功率装置108需要相当大的接通电压(例如，数十伏的范围中的电压)并且对可能损坏那些装置的故障条件敏感。例如，当短路电流条件存在，即，单个逆变器的两个装置通电时，高的电流流过那些装置，这可能破坏它们。因此，故障检测技术检测这个去饱和条件。系统102可以发送其指示器到处理器100，并且系统1()2或处理器100可以触发对应的装置的关闭。然而，如果高功率驱动装置108被突然关掉，则大的di/dt感应电压尖峰可能出现在马达控制信号中。这种电压尖峰对驱动电路和/或负载可能是破坏性的。因此，用来处理故障而不损坏高功率驱动装置或负载的灵活的技术是希望的。
发明内容
在本发明的至少一个实施例中，一种用来控制马达驱动电路的封装外部的高功率驱动装置的设备包括马达驱动电路。马达驱动电路包括驱动器，所述驱动器被构造用来至少部分地基于第一参考电压，第二参考电压，和控制信号控制所述高功率驱动装置，所述控制信号基于由所述马达驱动电路接收的已接收的控制信号。马达驱动电路包括故障电路，该故障电路被构造用来基于跨越所述高功率驱动装置的端子的电压产生故障指示器。故障条件至少部分地基于该故障指示器。该马达驱动电路包括联接到驱动器的第一端子。该第一端子被构造用来响应于所述故障条件的不存在和第一水平的控制信号在第一长度的时间上充电所述高功率驱动装置的节点。该马达驱动电路包括联接到驱动器的第二端子。该第二端子被构造用来在第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第二长度的时间不同于所述第一长度的时间。所述第二端子可以响应于故障条件的不存在和第二水平的控制信号在所述第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。第一端子，第二端子，和第三端子的至少一个可以被构造用来响应于故障条件的存在在第三长度的时间上放电高功率驱动装置的节点。所述第三长度的时间可以独立于所述第二长度的时间。所述第一端子可以被构造用来响应于所述故障条件的存在在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。该马达驱动电路可以包括联接到驱动器的第三端子。所述第三端子可以被构造用来响应于所述故障条件的存在在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。所述第三长度的时间可以独立于所述第一和第二长度的时间。所述输出驱动器可以足以控制所述高功率驱动装置。该设备可以包括：用来接收第一参考电压的马达驱动电路的第三端子；用来接收第二参考电压的马达驱动电路的第四端子；和用来接收第三参考电压的马达驱动电路的第五端子。局部供应电压可以基于第一参考电压。第三参考电压可以具有第一参考电压的水平和第二参考电压的水平之间的水平。该马达驱动电路可以包括：第三端子，所述第三端子被构造用来联接到所述高功率驱动装置的第一端子；第四端子，所述第四端子被构造用来联接到所述高功率驱动装置的控制端子；和钳位电路，所述钳位电路被构造用来基于跨越所述第三端子和所述第四端子的电压以短路所述马达驱动电路的第三端子和所述马达驱动电路的第四端子之间的路径。该驱动器可以包括：第一类型的第一装置，所述第一类型的第一装置联接到所述第一端子且构造为拉起装置；和第二类型的第二装置，所述第二类型的第二装置联接到所述第二端子且构造为拉下装置。该驱动器可以包括：第二类型的附加装置，所述第二类型的附加装置联接到所述第一端子，所述附加装置小于所述第二装置。该马达驱动电路可以包括联接到驱动器的第三端子。所述驱动器可以包括所述第二类型的附加装置，所述第二类型的附加装置联接到所述第三端子并且构造为拉下装置。马达驱动电路可以包括隔离信道，该隔离信道被联接在马达驱动电路的主部分和马达驱动电路的次部分之间。由所述马达驱动电路接收的所述控制信号可以被所述主部分接收，并且所述驱动器可以被包括在所述次部分中。所述高功率驱动装置可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，所述绝缘栅双极晶体管对所述绝缘栅双极晶体管的收集器端子上的数百伏的电压水平作出响应。所述第一参考电压可以具有数十伏的范围中的水平。所述已接收的控制信号可以具有小于10伏的水平。所述驱动器可以联接到所述绝缘栅双极晶体管装置的栅。该设备可以包括：第一无源装置，所述第一无源装置联接在所述马达驱动电路的第一端子和所述高功率驱动装置之间；和第二无源装置，所述第二无源装置联接在所述马达驱动电路的第二端子和所述高功率驱动装置之间。该马达驱动电路可以包括：联接到所述驱动器的第三端子；和第三无源装置，所述第三无源装置联接在所述马达驱动电路的第三端子和所述高功率驱动装置之间。该设备可以包括：电压变换器电路，所述电压变换器电路被构造用来产生第二控制信号以驱动所述马达驱动电路的封装外部的变压器的主侧以在所述变压器的次侧上实现目标电压。所述第二控制信号可以基于反馈信号被产生，所述反馈信号指示所述变压器的次侧的第一端子上的电压。所述第一参考电压可以基于所述变压器的次侧的第一端子上的电压，可以从所述变压器的次侧的第二端子接收所述第二参考电压，并且所述变压器的次侧的第三端子可以联接到第三参考电压。该设备可以包括：联接到所述高功率驱动装置的马达。
在本发明的至少一个实施例中，一种用来控制马达驱动电路的封装外部的高功率驱动装置的方法包括：感测跨越所述高功率驱动装置的端子的电压。该方法包括：至少部分地基于所述感测的电压确定故障条件。该方法包括：基于由所述马达驱动电路接收的已接收的控制信号，响应于所述故障条件的不存在和第一水平的控制信号，使用第一端子在第一长度的时间上充电所述高功率驱动装置的节点。该方法包括：使用第二端子在第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第二长度的时间不同于所述第一长度的时间。可以响应于所述故障条件的不存在和第二水平的所述控制信号在所述第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。该方法可以包括：使用所述第一端子，所述第二端子，和第三端子的至少一个，在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述放电响应于所述故障条件的检测。所述第三长度的时间可以独立于所述第二长度的时间。所述第三端子可以响应于所述故障条件的存在在所述第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。所述第三长度的时间可以独立于所述第一和第二长度的时间。可以响应于所述故障条件的不存在和第二水平的所述控制信号在所述第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，并且该方法还包括：使用第一无源元件选择所述第一长度的时间，所述第一无源元件联接到所述马达驱动电路的第一端子。该方法可以包括：使用第二无源元件选择所述第二长度的时间，所述第二无源元件联接到所述马达驱动电路的第二端子。该方法可以包括：响应于所述故障条件的检测在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。该方法可以包括：使用第三无源元件选择所述第三长度的时间，所述第三无源元件联接到所述马达驱动电路的所述第一端子，所述第二端子，或第三端子的至少一个。该方法可以包括：短路一条在所述马达控制电路的第一端子和所述马达控制电路的第二端子之间并且联接在所述高功率驱动装置的控制端子和所述高功率驱动装置的另一端子之间的所述马达控制电路的路径。所述短路可以响应于所述高功率驱动装置的控制端子上的电压水平。该方法可以包括：产生第二控制信号以驱动所述马达驱动电路的封装外部的变压器的主侧以在所述变压器的次侧上实现目标电压。所述第二控制信号可以基于反馈信号被产生，所述反馈信号指示所述变压器的次侧的第一端子上的电压。该方法可以包括：隔离所述马达驱动电路的主部分和所述马达驱动电路的次部分。该方法可以包括：由主部分接收控制信号。所述控制可以由次部分执行。所述高功率驱动装置可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，所述绝缘栅双极晶体管对所述绝缘栅双极晶体管的收集器端子上的数百伏的电压水平作出响应。该充电和放电可以具有数十伏的范围，并且已接收的控制信号可以具有小于10伏的水平。
附图说明
本发明可以被更好地理解，并且其许多目标，特征，和优点通过参考附图变得对本领域技术人员来说是显然的。
图1示出典型的马达控制系统的功能框图。
图2示出与本发明的至少一个实施例一致的包括马达驱动电路的马达控制系统的功能框图，该马达驱动电路包括集成电压变换和驱动电路。
图3示出与本发明的至少一个实施例一致的包括集成电压变换和驱动电路的马达驱动电路的功能框图。
图4A示出图2的马达控制系统的开关节点的电压波形。
图4B示出图2和3的马达驱动电路的输出信号的电压波形。
图5示出与本发明的至少一个实施例一致的图3的马达驱动电路的示例性输出控制信号的细节。
图6示出与本发明的至少一个实施例一致的使用开口销输出驱动技术的马达驱动电路的功能框图。
图7示出与本发明的至少一个实施例一致的使用负栅驱动技术的马达驱动电路的功能框图。
图8示出图7的马达驱动电路的输出信号的电压波形。
图9示出使用一个针实现软关闭技术的马达驱动电路的功能框图。
图10示出与本发明的至少一个实施例一致的使用两个针实现软关闭技术的马达驱动电路的功能框图。
图11示出与本发明的至少一个实施例一致的使用三个针实现软关闭技术的马达驱动电路的功能框图。
在不同的图中使用相同的附图标记指示相似或相同项目。
具体实施方式
参考图2，在示例性马达控制应用中，处理器100从基于第一域即VDD1，例如5V的电压变换器105接收电压即VDD4，例如，3V并且为在第二域即，VDD2，例如，数百伏特中操作的高功率负载系统提供一个或更多个信号。注意，处理器100的其它实施例在第一域中操作。马达驱动电路200各包括隔离阻障和通信信道以便从处理器100跨越隔离阻障安全地通信控制信号以驱动用于输送三相功率到马达120的三相逆变器的高功率驱动装置108。在至少一些实施例中，马达驱动电路200包括用于电压变换器的外部变压器202的集成的电压调节和控制。通过将电压调节和DC到DC控制器205功能集成到与外部变压器202相互作用的马达驱动电路200中，高Q电感器可以用于电压变换，而在马达控制系统外部需要更少的其它另外元件。典型的马达控制系统使用不受调节的电压变换器且/或仅依靠变压器匝数比来实现目标电压水平。图2的系统包括具有许多分接头的变压器，与其它马达控制系统相比允许改进的电压调节。通过将电压调节集成到马达驱动电路200中，图2的系统使用较少印刷电路板布线。因此，与使用集成电路或芯片级变压器和/或其它电压变换技术的系统相比，图2的系统可以通过减少的印刷电路板布线和系统成本实现改进的性能。
参考图3，示例性马达驱动电路200包括隔离信道230，该隔离信道可以隔离使用VDD1例如，小于10伏特操作的马达驱动电路200的第一侧例如，主侧201和使用VDD3例如，数十伏特操作的马达驱动电路200的第二侧例如，次侧203上的域。隔离信道230促进主侧201和次侧203之间的通信。可以使用不使用两侧之间的导电路径的任何合适的通信技术，例如，光学的，电容的，电感的，或电磁的技术。示例性隔离信道在以下文献中被描述：2013年8月30日提交的题为“Transport of an Analog Signal Across anIsolation Barrier”的Jeffrey L.Sonntag，Douglas R.Frey，和Michael J.Mills作为发明人的美国临时申请No.61/872,537，该申请因此通过引用并入。隔离信道230促进从处理器100和到次侧203的由主侧201已接收的控制信号的通信。次侧203包括驱动器218，该驱动器基于从主侧201接收的已接收的控制信号产生输出控制信号并且将它提供到端子280。在示例性实施例中，马达驱动电路200包括多个集成电路，该多个集成电路构造为单个封装中的多芯片模块。例如，马达驱动电路200包括：用来实现主侧201的第一集成电路；和用来实现次侧203的第二集成电路。在这种实施例中，端子242，244，246，...，284是多芯片模块的封装的针，该针联接到外部元件，例如，变压器，离散的电阻器和电容，和处理器100的封装。
马达驱动电路200的DC到DC控制器205和DC到DC调节器210和外部变压器202形成回扫变换器，该回扫变换器是升降压变换器。DC到DC调节器210感测由端子274上的变压器的次侧提供的反馈电压(例如，近似1.25V)并且比较感测的反馈电压与电压参考。该比较基于端子274上的电压被补偿并且被反馈到DC到DC控制器205。基于来自DC到DC调节器210的反馈和在端子244和246上感测的电压，DC到DC控制器205提供开关控制信号(例如，在端子244上)以调节脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号驱动外部变压器202的主侧以在外部变压器202的次侧上实现目标电压。电压变换器将VDD2变换到VDD3使得马达驱动电路200可以产生一个或更多个控制信号，即，足以驱动高功率驱动装置108而不损坏马达驱动电路200的控制信号(例如，具有数十伏特的电压水平的控制信号)。在马达驱动电路200的其它实施例中，可以使用其它功率变换器体系结构和其它参考电压水平(例如，将VDD1变换到VDD3的电压变换器)。如这里提及的，控制信号足以控制高功率驱动装置，如果控制信号可以启用(即，接通)高功率驱动装置而不联接到任何另外有源装置，该任何另外有源装置联接到电压参考节点以便放大或以其它方式增加控制信号的电压水平。
与用于三相功率应用的高功率驱动装置108关联的电压的示例性波形在图4A和4B中被示出。图4A示出当马达驱动电路200驱动逆变器的高侧开关并且端子284联接到节点300(即，马达驱动电路200“接地”在相对于VDD2接地的地面开关的电压，例如，数百或数千伏特)时，端子280上的开关电压。图4B示出当驱动逆变器的对应的低侧开关并且端子284联接到接地的地面时如由马达驱动电路200产生的端子280上的电压。
回头参考图3，被提供到高功率驱动装置108的输出控制信号的拉起强度和拉下强度可以使用一个或更多个无源元件独立地从联接到端子280的集成拉起输出装置的RDS(ON)被调节。例如，电阻器R1以1/R1调节拉起强度。联接在R2和端子280之间的二极管的使用提供以下能力：把被提供到高功率驱动装置108的栅的信号的拉下强度调节到具有不同于被提供到高功率驱动装置108的栅的信号的拉起强度的强度。电阻器R2和二极管以1/(R1||R2)调节被提供到高功率驱动装置108的栅的信号的拉下强度。典型地，拉起时间被选择成慢于拉下时间并且R1和R2的值将随着高功率驱动装置108例如，功率MOSFET，IGBT，GaN MOSFET，Si-Carbide功率MOSFET，等等的不同实施例的规格变化。被提供到高功率驱动装置108的控制端子的电压的示例性波形在图5中被示出。在没有故障条件的情况下，高功率驱动装置108的栅上的电压具有tr的上升时间和tf1的下降时间。
参考图6，在马达驱动电路200的至少一个实施例中，马达驱动电路200的封装的管脚不是受限制的(pin-limited)并且端子附加的端子被包括用来驱动高功率驱动装置108的控制端子。端子附加的端子可以使用外部电阻器用于调节拉下强度并且不需要图5的二极管。回头参考图6，驱动器221包括联接到端子280的拉起装置并且驱动器221包括联接到端子281的拉下装置。此外，驱动器221可以包括缓冲器219，该缓冲器放大从主侧201已接收的控制信号，该控制信号用于控制拉起和拉下装置。缓冲器219可以基于跨越隔离信道从主侧201的控制解码器208已接收的控制信号产生用于拉起装置和拉下装置的一个控制信号或两个分离的控制信号，该控制解码器从处理器100接收差分端子256和258上的控制信号。拉起强度由1/R1调节并且独立于由1/R2调节的拉下强度。虽然控制信号被示出为在差分端子256和258上被接收的差分信号，但在其它实施例中注意到，该控制信号可以是单端信号。通常，在这里被示出为单端信号的信号在其它实施例中可以被实施为差分信号，并且在这里被示出为差分信号的信号在其它实施例中可以被实施为单端(single-ended)信号。
回头参考图3，隔离信道230促进电压信息和故障信息从次侧203到主侧201的反馈。电压信息由DC到DC控制器205用于控制外部变压器202的主侧以调节外部变压器202的次侧的输出电压VDD2。外部变压器202的次侧用于产生用于次侧203的电路的参考电压。次侧203包括集成故障检测模块，该集成故障检测模块产生一个或更多个故障指示器，该一个或更多个故障指示器可以被提供到故障和重置逻辑电路206，该故障和重置逻辑电路使用端子252和254在处理器100和隔离信道230之间通信故障处理信号，且/或通过相应地控制输出驱动器218自动处理故障。故障检测逻辑电路216从一个或更多个集成故障检测模块接收故障信息以防止损坏高功率驱动装置。例如，次侧203包括数个模块，该数个模块检测与高功率驱动装置(例如，欠压封锁检测器212和去饱和检测器214)关联的故障条件，并且也可以检测从处理器100接收的用户启动的故障。故障指示器可以由故障检测逻辑电路216和/或处理器100用于防止损坏高功率驱动装置。
Miller钳220减小由于Miller电容器例如，绝缘栅双极晶体管装置的收集器栅寄生电容器的充电的高功率驱动装置108的寄生接通的效应。那个栅-收集器联接可以响应于在关闭高功率驱动装置108时产生的高的dV/dt瞬变即，栅电压尖峰导致装置108的寄生接通。当接通联接到高功率驱动装置108的另一高功率驱动装置时，产生栅电压尖峰。例如，当接通图2的逆变器的上部装置108时，联接到上部高功率驱动装置108的对应的下部高功率驱动装置108经历电压改变dVCE/dt，引起电流流入联接到下部装置的栅驱动端子。那个电流可以使用联接到高功率驱动装置的栅的端子282由Miller钳220感测。那个电流产生跨越任何栅电阻器RG的电压降并且增加对应的下部高功率驱动装置108的栅发射极电压。如果栅发射极电压超过该装置临界电压，则下部高功率驱动装置108将接通。当接通图2的下部高功率驱动装置108并且对应的上部高功率驱动装置108处于关状态时，类似的寄生接通事件发生。
在马达驱动电路200的其它实施例中，Miller钳220是不需要的。例如，联接在每一个高功率驱动装置108的栅和发射极之间的充分的栅电容器将分流任何Miller电流并且升高可能寄生地开启该装置短暂(transient)的水平。然而，这种方案需要较高的栅充电以达到高功率驱动装置108的临界电压，增加驱动器功率，并且增加高功率驱动装置108的开关损失。在马达驱动电路200的其它实施例中，三个电压轨包括负供应电压以增加高功率驱动装置108的临界电压。例如，参考图7，变压器202的分接头联接到装置108的发射极(例如，节点300)，并且三个电压参考包括VDD3(例如，V300之上24V)，V300(例如，VDD3和VSS之间的参考电压水平)，和VSS(例如，V300之下的电压)。注意，当高功率驱动装置108构造为对应的逆变器的低侧开关而不是联接到节点300时，变压器202的分接头联接到地面并且三个电压参考包括VDD3(正电压，例如，24V)，V300(0V)，和VSS(负供应电压)。端子284联接到变压器的另一分接头并且被构造用来提供负供应电压到马达驱动电路200。端子280上的对应的输出信号在图9中被示出。回头参考图7，负供应电压增加引起高功率驱动装置108的寄生接通所需要的瞬变电压水平。图8示出对应于图7的马达驱动电路200的实施例的端子280上的电压的波形。
回头参考图3，马达驱动电路200包括用于功率半导体开关的去饱和故障保护，陔去饱和故障保护防止可能破坏高功率驱动装置108的短路电流事件。这个故障可能起因于不足的栅驱动信号，该不足的栅驱动信号由逆变器栅驱动器不当行为，驱动供应电压问题，功率级中的短路，或高功率驱动装置的其它过度电流或功率耗散引起。大大增加的功率耗散可以使高功率驱动装置快速地过热并且破坏它们。去饱和故障保护在故障条件期间减小或关闭过量电流。在典型的应用中，端子278联接到外部电阻器和二极管，该外部电阻器和二极管联接到高功率驱动装置108的收集器端子(例如，IGBT的收集器或MOSFET的源)。去饱和检测电路214感测高功率驱动装置108的VCESAT何时超过预定临界电压(例如，7V)时。注意，可以基于联接到端子278的去饱和电阻器的一个或更多个二极管的向前电压且/或基于那个去饱和电阻器的电阻外部地调节去饱和检测电路214的预定临界电压。此外，延迟时间可以通过将电容器联接在端子278和外部功率供应节点之间被引入。
通常，欠压封锁在马达驱动电路200的加电期间通过迫使端子280上的输出是低的防止施加不足的电压到高功率驱动装置108的控制端子。欠压封锁检测器212检测功率供应电压(例如，使用端子276感测VDD3)何时超过第一预定欠压封锁临界电压并且产生其指示，该指示可以用于禁用锁定条件。欠压封锁检测器212也检测功率供应电压何时降低到第二预定欠压封锁临界以下，该第二预定欠压封锁临界可以不同于第一欠压封锁临界电压以为欠压封锁电压检测提供噪音裕量。类似地，欠压封锁检测器204使用端子248检测VDD1何时超过一个或更多个预定电压。由欠压封锁检测器204和欠压封锁检测器212(后者跨越隔离信道230被接收)产生的指示器可以使用端子250被提供到处理器100。
在由次侧203上的模块检测故障条件时，故障逻辑电路216可以自动启动高功率驱动装置108的关闭并且汇报故障条件到处理器100。替代地，故障逻辑电路216可以仅仅汇报故障条件到主侧201，并且高功率驱动装置108可以继续操作。然后，主侧201可以汇报故障条件到处理器100。由于系统可以包括多个高功率驱动装置(例如，在图2的示例性马达控制应用中，六个高功率驱动装置108)，关闭这些装置的仅仅一个可能损害高功率驱动装置和/或负载。因此，响应于故障的检测，仅在特别时间段上检测预定数量的故障或满足其它条件之后，处理器100可以启动高功率驱动装置108的关闭。在至少一个实施例中，处理器100启动独立于来自马达驱动电路200的任何故障检测的高功率驱动装置108的关闭(例如，基于来自另一马达驱动电路200的故障检测，该另一马达驱动电路与另一高功率驱动装置108关联)。
响应于故障条件，处理器100或故障逻辑电路216可以启动高功率驱动装置108的关闭。然而，高功率驱动装置108的突然关闭可以导致大的di/dt感应电压。替代地，处理器200启动高功率驱动装置108的“软”关闭，该“软”关闭以下降时间长于输出控制信号的常规下降时间的速率缓慢地将高功率驱动装置108的控制端子放电。参考图9，在马达驱动电路200的实施例中，端子280联接到高功率驱动装置218的拉起装置292，拉下装置296，和拉下装置298。拉下装置296是标准尺寸装置，并且拉下装置298是较小装置，该较小装置用于以1/[(R1||R2)+RSW298]改变联接到端子280的信号的拉下强度，其中RSW298是拉下装置298的阻抗。回头参考图5，作为结果，当启用拉下装置298时，端子280的软关闭下降时间是tf2，例如，其中tf2＞tf1。这种实施例为用户提供调节软关闭下降时间的小的灵活性和增加软关闭的强度的不灵活。
参考图10，在包括联接到内部拉起装置的端子和联接到内部拉下装置的针的马达驱动电路200的实施例中，通过将拉下装置298(它是比拉下装置296小的开关)联接到拉起装置292实现软关闭。因此，被提供到高功率驱动装置的信号具有基于1/(R1||R2)的拉起强度，基于1/R3的拉下强度，和基于1/RTOT＝1/(R2+RSW298)的软关闭拉下强度。通常，拉起或拉下速度与1/RTOT成比例。在马达驱动电路200的这个实施例中，在拉下装置298的强度提供充分低的软关闭拉下强度的应用中可以排除电阻器R2。此外，可以排除二极管。虽然R2影响控制信号的上升时间和软关闭时间，三个外部电阻器和两个端子的构造提供三个自由度以便编程被提供到高功率驱动装置108的控制信号的上升时间，下降时间，和软关闭下降时间。因此，可以独立于常规下降时间且独立于上升时间调节控制信号的软关闭下降时间。在至少一个实施例中，二极管被联接在端子280和外部电阻器R1之间，并且不包括与R2串联的二极管，从而与软关闭强度相比增加拉起的强度。注意，在其它实施例中，端子280和281，拉起装置292，拉下装置296和298，和端子280和281和高功率驱动装置108之间的无源元件实现上升时间，下降时间，和软关闭下降时间的不同构造。例如，端子280，拉起装置292，拉下装置298，和联接在端子280和高功率驱动装置108之间的无源元件可以被构造用来在没有故障条件的情况下实现控制信号的上升时间和下降时间，并且端子281，拉下装置296，和联接在端子281和高功率驱动装置108之间的无源元件可以被构造用来实现软关闭下降时间。在这种实施例中，控制信号的软关闭下降时间可以独立于通常下降时间被调节并且具有不同于该上升时间的强度的强度。
参考图11，在马达驱动电路200的实施例中，次侧203包括三个端子，该三个端子联接到驱动器221并且用于提供输出控制信号到高功率驱动装置108。例如，端子280联接到内部拉起装置292和外部电阻器R1，这影响控制信号的上升时间。端子281联接到内部拉下装置294和外部电阻器R2，这影响控制信号的下降时间。端子283联接到拉下装置296和外部电阻器R3，这影响控制信号的软关闭下降时间。注意拉下装置294和296可以为相同的强度，并且通过使用适当的外部电阻器R3或其它合适网络(例如，包括电阻器，电容器，和/或缓冲电路的网络)，用户可以选择多大软关闭强度来实现在该系统中。因此，被提供到高功率驱动装置108的控制信号的上升时间，下降时间，和软关闭时间是外部地可编程的并且完全彼此分离。注意，在至少一个实施例中，从马达驱动电路200排除Miller钳220。
在软关闭之后，马达驱动电路200可以重置故障条件。例如，在从处理器100已接收的控制信号的下一个上升边缘之后，马达驱动电路200可以重置故障条件，并且发送控制信号到马达驱动电路200以接通高功率驱动装置108。替代地，马达驱动电路200可以忽略从处理器100已接收的控制信号的上升边缘直到重置信号被施加在主侧201的端子252上。在另一实施例中，马达驱动电路200在软关闭之后忽略从处理器100已接收的控制信号的上升边缘(例如，在差分端子256和258上)持续有限的预定时间段，此后马达驱动电路200重置故障并且接通高功率驱动装置108。在马达控制电路200的其它实施例中，可以使用其它重置技术。
在这里陈述的本发明的描述是说明性的，并且不意图限制如下面的权利要求中陈述的本发明的范围。例如，虽然本发明已经在马达驱动电路200联接到IGBT高功率驱动装置的实施例中被描述，但本领域技术人员将理解，这里的教导可以用于其它装置类型。此外，虽然本发明已经在马达驱动电路200包括隔离信道和电压变换器电路的实施例中被描述，但本领域技术人员将理解，这里的教导可以用于完全集成变压器或不包括DC到DC控制器205，DC到DC调节器210，和/或隔离信道230的其它装置马达驱动电路。这里公开的实施例的变化和修改可以基于这里陈述的描述被作出，而不偏离如以下权利要求中陈述的本发明的范围和精神。

Claims (25)

1.一种用来控制马达驱动电路的封装外部的高功率驱动装置的设备，所述设备包括：
所述马达驱动电路包括：
驱动器，所述驱动器被构造用来至少部分地基于第一参考电压，第二参考电压，和控制信号控制所述高功率驱动装置，所述控制信号基于由所述马达驱动电路接收的已接收的控制信号；
故障电路，所述故障电路被构造用来基于跨越所述高功率驱动装置的端子的电压产生故障指示器，故障条件至少部分地基于所述故障指示器；
第一端子，所述第一端子联接到所述驱动器并且被构造用来响应于所述故障条件的不存在和第一水平的所述控制信号在第一长度的时间上充电所述高功率驱动装置的节点；和
第二端子，所述第二端子联接到所述驱动器并且被构造用来在第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第二长度的时间不同于所述第一长度的时间。
2.如权利要求1中所述的设备，
其中所述第二端子响应于故障条件的不存在和第二水平的所述控制信号在所述第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，并且
其中所述第一端子，所述第二端子，和第三端子的至少一个被构造用来响应于所述故障条件的存在在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第三长度的时间独立于所述第二长度的时间。
3.如权利要求2中所述的设备，其中所述第一端子被构造用来响应于所述故障条件的存在在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电。
4.如权利要求1中所述的设备，其中所述马达驱动电路还包括：
联接到所述驱动器的第三端子，所述第三端子被构造用来响应于所述故障条件的存在在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第三长度的时间独立于所述第一和第二长度的时间。
5.如权利要求1中所述的设备，其中所述输出驱动器足以控制所述高功率驱动装置。
6.如权利要求1中所述的设备，还包括：
所述马达驱动电路的第三端子，所述第三端子用于接收所述第一参考电压，基于所述第一参考电压的局部供应电压；
所述马达驱动电路的第四端子，所述第四端子用来接收所述第二参考电压；和
所述马达驱动电路的第五端子，所述第五端子用来接收第三参考电压，所述第三参考电压具有所述第一参考电压的水平和所述第二参考电压的水平之间的水平。
7.如权利要求1中所述的设备，其中所述马达驱动电路还包括：
第三端子，所述第三端子被构造用来联接到所述高功率驱动装置的第一端子；
第四端子，所述第四端子被构造用来联接到所述高功率驱动装置的控制端子；和
钳位电路，所述钳位电路被构造用来基于跨越所述第三端子和所述第四端子的电压以短路所述马达驱动电路的第三端子和所述马达驱动电路的第四端子之间的路径。
8.如权利要求1中所述的设备，其中所述驱动器包括：
第一类型的第一装置，所述第一类型的第一装置联接到所述第一端子且构造为拉起装置；和
第二类型的第二装置，所述第二类型的第二装置联接到所述第二端子且构造为拉下装置。
9.如权利要求8中所述的设备，其中所述驱动器还包括：
第二类型的附加装置，所述第二类型的附加装置联接到所述第一端子，所述附加装置小于所述第二装置。
10.如权利要求8中所述的设备，其中所述马达驱动电路还包括：
联接到所述驱动器的第三端子，
其中所述驱动器还包括所述第二类型的附加装置，所述第二类型的附加装置联接到所述第三端子并且构造为拉下装置。
11.如权利要求1中所述的设备，其中所述马达驱动电路还包括：
隔离信道，所述隔离信道被联接在所述马达驱动电路的主部分和所述马达驱动电路的次部分之间，
其中由所述马达驱动电路接收的所述控制信号被所述主部分接收，并且所述驱动器被包括在所述次部分中。
12.如权利要求1中所述的设备，其中所述高功率驱动装置是绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管对所述绝缘栅双极晶体管的收集器端子上的数百伏的电压水平作出响应，所述第一参考电压具有数十伏的范围中的水平，所述已接收的控制信号具有小于10伏的水平，并且所述驱动器联接到所述绝缘栅双极晶体管装置的栅。
13.如权利要求1中所述的设备，还包括：
第一无源装置，所述第一无源装置联接在所述马达驱动电路的第一端子和所述高功率驱动装置之间；和
第二无源装置，所述第二无源装置联接在所述马达驱动电路的第二端子和所述高功率驱动装置之间。
14.如权利要求13中所述的设备，其中所述马达驱动电路还包括：
联接到所述驱动器的第三端子，
第三无源装置，所述第三无源装置联接在所述马达驱动电路的第三端子和所述高功率驱动装置之间。
15.如权利要求1中所述的设备，还包括：
电压变换器电路，所述电压变换器电路被构造用来产生第二控制信号以驱动所述马达驱动电路的封装外部的变压器的主侧以在所述变压器的次侧上实现目标电压，基于反馈信号产生所述第二控制信号，所述反馈信号指示所述变压器的次侧的第一端子上的电压。
16.如权利要求15中所述的设备，其中所述第一参考电压基于所述变压器的次侧的第一端子上的电压，从所述变压器的次侧的第二端子接收所述第二参考电压，并且所述变压器的次侧的第三端子联接到第三参考电压。
17.如权利要求1中所述的设备，还包括：
联接到所述高功率驱动装置的马达。
18.一种用来控制马达驱动电路的封装外部的高功率驱动装置的方法，所述方法包括：
感测跨越所述高功率驱动装置的端子的电压；和
至少部分地基于所述感测的电压确定故障条件；
基于由所述马达驱动电路接收的已接收的控制信号，响应于所述故障条件的不存在和第一水平的控制信号，使用第一端子在第一长度的时间上充电所述高功率驱动装置的节点；和
使用第二端子在第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第二长度的时间不同于所述第一长度的时间。
19.如权利要求18中所述的方法，
其中响应于所述故障条件的不存在和第二水平的所述控制信号在所述第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述方法还包括：
使用所述第一端子，所述第二端子，和第三端子的至少一个，在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述放电响应于所述故障条件的检测，所述第三长度的时间独立于所述第二长度的时间。
20.如权利要求19中所述的方法，其中所述第三端子响应于所述故障条件的存在在所述第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述第三长度的时间独立于所述第一和第二长度的时间。
21.如权利要求18中所述的方法，其中响应于所述故障条件的不存在和第二水平的所述控制信号在所述第二长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电，所述方法还包括：
使用第一无源元件选择所述第一长度的时间，所述第一无源元件联接到所述马达驱动电路的第一端子；
使用第二无源元件选择所述第二长度的时间，所述第二无源元件联接到所述马达驱动电路的第二端子；
响应于所述故障条件的检测在第三长度的时间上将所述高功率驱动装置的节点放电；和
使用至少第三无源元件选择所述第三长度的时间，所述第三无源元件联接到所述马达驱动电路的所述第一端子，所述第二端子，或第三端子的至少一个。
22.如权利要求18中所述的方法，还包括：
短路一条在所述马达控制电路的第一端子和所述马达控制电路的第二端子之间并且联接在所述高功率驱动装置的控制端子和所述高功率驱动装置的另一端子之间的所述马达控制电路的路径，所述短路响应于所述高功率驱动装置的控制端子上的电压水平。
23.如权利要求18中所述的方法，还包括：
产生第二控制信号以驱动所述马达驱动电路的封装外部的变压器的主侧以在所述变压器的次侧上实现目标电压，所述第二控制信号基于反馈信号被产生，所述反馈信号指示所述变压器的次侧的第一端子上的电压。
24.如权利要求18中所述的方法，还包括：
隔离所述马达驱动电路的主部分和所述马达驱动电路的次部分；和
由所述主部分接收所述控制信号，其中所述控制由所述次部分执行。
25.如权利要求18中所述的方法，其中所述z高功率驱动装置是绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管对所述绝缘栅双极晶体管的收集器端子上的数百伏的电压水平作出响应，所述充电和放电具有数十伏的范围，并且所述已接收的控制信号具有小于10伏的水平。
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