CN110247569B - 半桥驱动器电路、相关集成电路和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及半桥驱动器电路、相关集成电路和系统。半桥驱动器电路包括放大器，该放大器被配置为生成指示流过分流电阻器的电流的测量信号。处理电路被配置为响应于触发信号选择性地获取测量信号的样本。同步电路被配置为：确定指示高侧控制信号的接通持续时间的第一值；确定指示高侧控制信号的切换周期的第二值；基于第一值和第二值计算第三值；当高侧控制信号的下一切换周期开始时，基于第三值生成第三信号；响应于第三信号启动第二计数器；将第二计数器的计数值与参考值进行比较，以生成第四信号；以及根据第四信号生成触发信号。

Description

半桥驱动器电路、相关集成电路和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月7日提交的意大利专利申请号102018000003338的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及电子系统和方法，并且，在特定实施例中，涉及半桥驱动器电路、相关集成电路和系统。
背景技术
在汽车应用中，针对风扇，泵或执行器应用的直流(DC)或无刷直流(BLDC)电动机的使用非常普遍，并伴随着用BLDC电动机取代传统直流DC电动机的趋势。在大多数汽车应用中，对BLDC电动机和控制电子设备的故障状况的检测是强制的。出于该原因，控制电子设备应该能够标识可能的故障状况，然后应用对策，例如，以便保护系统。通常，检测到的故障状况被报告给系统控制器，并且可以经由汽车的诊断接口来访问，以进行进一步的服务调查。
如例如在意大利专利申请IT102016000009376中所公开的，通常通过使用一个或多个半桥根据一个或多个相应的脉冲宽度调制(PWM)信号来驱动电动机。
例如，图1示出了典型的半桥布置20，其包括两个电子开关SW1和SW2，(诸如n沟道功率场效应晶体管(FET)，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))，其在供电电压Vdd和接地GND之间串联连接。
通常，开关SW1和SW2交替闭合，以便将半桥布置20的输出OUT(即，在开关SW1和SW2之间的中间点)连接到电压Vdd或者连接到接地GND。为此目的，根据两个驱动信号DRV1和DRV2来驱动半桥，驱动信号DRV1和DRV2分别被连接(例如，直接)到开关SW1和SW2的控制栅极。具体地，为了正确地驱动控制栅极，通常高侧驱动器2001被用于根据第一控制信号IN1生成用于高侧开关SW1的驱动信号DRV1，并且低侧驱动器2002被用于根据控制信号IN2生成用于低侧开关SW2的驱动信号DRV2。控制信号IN2通常对应于信号IN1的反相版本(或者，反之亦然)，即，当信号IN1为高时信号IN2为低，反之亦然。例如，在图1中，使用反相器202，其在输入处接收信号IN1并且在输出处提供信号IN2。
半桥布置20的输出OUT可以用于驱动负载。例如，在图1中，半桥布置20驱动电动机M1，电动机M1被连接在半桥布置20的输出OUT和接地GND之间。
相反，图2示出了一个示例，其中两个半桥布置20a和20b被用于驱动直线电动机M2(诸如音圈电动机)，直线电动机M2被连接在第一桥布置20a的输出OUTa和第二桥布置20b的输出OUTb之间。如本领域技术人员所公知的，在该情况下，还可以通过将适当的控制信号INa和INb施加到半桥布置20a和20b来控制电动机M2的旋转方向。
最后，图3示出了一个示例，其中三个半桥布置20a、20b和20c被用于驱动三相电动机M3(诸如主轴电动机)，三相电动机M3被连接在三个半桥布置20a、20b和20c的输出OUTa、OUTb和OUTc之间。
如前所述，控制信号可以是PWM信号，即具有固定频率和可变占空比的信号。例如，意大利专利申请IT102015000046790公开了一种用于生成两个PWM信号的解决方案，其可以用于例如在图2所示的解决方案中生成信号INa和INb。
图4在这方面示出了典型的PWM信号PWM(诸如信号IN1)，其对应于脉冲信号，该脉冲信号对于每个切换循环包括具有持续时间或周期TPWM的单个脉冲P，其中脉冲P的接通持续时间TON可以根据控制信号而变化。
通常，脉冲P不一定在每个切换循环的开始处，但是每个切换循环可以包括在脉冲P之前的初始关断阶段TOFF1和脉冲P之后的最终关断阶段TOFF2，其中：
TPWM＝TOFF1+TON+TOFF2 (1)
其中关闭持续时间TOFF为：
TOFF＝TOFF1+TOFF2 (2)
其中每个切换循环的占空比D由下式给出：
D＝TON/TPWM (3)
例如，在大多数高端汽车应用中(例如，电动助力转向、电动涡轮增压等)，智能功率设备(SPD)被使用以生成用于高侧开关和低侧开关(SW1、SW2)的驱动信号，以便驱动这种三相BLDC电动机。典型的SPD设备是集成电路(IC)STMicroelectronics L9907，例如在通过引用并入本文的“L9907-Automotive FET driver for 3phase BLDC motor-Datasheet-production data”，2017年3月，DocID029666Rev 1中描述的。
图5示意性地示出了这种IC 22的结构。具体地，该IC 22能够在相应的输入处接收六个控制信号IN1..IN6，并且在相应的输出处生成六个驱动信号DRV1..DRV6。
例如，如图6所示，IC 22可以被连接到信号发生器30(诸如微控制器)，信号发生器30被配置为生成控制信号IN1..IN6。相应地，IC 22包括三个高侧驱动器2001、2003和2005以及三个低侧驱动器2002、2004和2006，三个高侧驱动器2001、2003和2005被配置为生成用于三个高侧开关SW1、SW3和SW5的相应的驱动信号DRV1、DRV3和DRV5，三个低侧驱动器2002、2004和2006被配置为生成用于三个低侧开关SW2、SW4和SW6的相应的驱动信号DRV2、DRV4和DRV6。
还如图5所示，通常这种SPD设备22还包括电子转换器204，电子转换器204被配置为根据电源(诸如电池电压VBAT)生成用于半桥的供电电压Vdd。
此外，IC 22通常包括差分放大器206，其被布置成测量电动机相电流。具体地，L9907IC包括两个差分放大器2061和2062，其被布置成通过测量流过两个电动机相的电流来生成两个测量信号CS1和CS2，例如通过使用与相应的电动机相串联连接的相应的分流电阻器RS1和RS2。例如，如图6所示，然后可以将测量信号CS1和CS2提供给电路30，电路30可以经由基尔霍夫(Kirchhoff)定律计算第三电动机相的电流。具体地，电路30生成用于IC 22的输入的六个PWM信号IN1..IN6，并且同步地监视在IC 22的输出处的两个测量信号CS1、CS2。
发明内容
各种实施例涉及直接在半桥驱动器电路内对电动机相电流进行采样。
一个或多个实施例涉及半桥驱动器电路。此外，实施例涉及相关的集成电路和系统。
各种实施例涉及被布置成驱动一个或多个半桥的半桥驱动器电路。
在各种实施例中，半桥驱动器电路包括至少两个输入端子，以用于接收高侧控制信号和低侧控制信号。具体地，高侧控制信号是具有给定切换周期和给定接通持续时间的中心对齐脉冲宽度调制(PWM)信号，并且低侧控制信号对应于高侧控制信号的反相版本，其中在低侧控制信号的下降沿和高侧控制信号的后续上升沿之间具有第一延迟，并且在高侧控制信号的下降沿和低侧控制信号的后续上升沿之间具有第二延迟。
在各种实施例中，半桥驱动器电路包括两个输出端子，以用于为高侧开关提供高侧驱动信号以及为低侧开关提供低侧驱动信号。例如，高侧驱动信号可以由高侧驱动器电路根据高侧控制信号生成，并且低侧驱动信号可以由低侧驱动器电路根据低侧控制信号生成。
在各种实施例中，半桥驱动器电路还包括两个测量端子，其被配置为被连接到分流电阻器的端子。例如，分流电阻器可以用于测量被连接到(多个)半桥的电动机的(多个)相电流。两个测量端子被连接到(差分)放大器，从而生成指示流过分流电阻器的电流的测量信号。
在各种实施例中，半桥驱动器电路被配置为获得测量信号的数字样本。为此目的，半桥驱动器电路可以包括模数转换器(ADC)和处理电路，处理电路被配置为响应于触发信号经由ADC选择性地获取测量信号的数字样本。
在各种实施例中，触发信号由同步电路生成，该同步电路被配置为分析高侧控制信号或低侧控制信号。
例如，在各种实施例中，同步电路被配置为通过监视高侧控制信号的上升沿和下降沿或者低侧控制信号的上升沿和下降沿，经由第一数字计数器确定指示高侧控制信号的接通持续时间的第一值。例如，为此目的，同步电路可以包括边沿检测器，其被配置为响应于高侧控制信号的上升沿而生成第一信号，并且响应于高侧控制信号的下降沿而生成第二信号。相应地，第一数字计数器可以响应于第一信号而被启动，并且第一值可以通过响应于第二信号对第一数字计数器的计数值进行采样而被确定。
在各种实施例中，同步电路被配置为确定指示高侧控制信号的切换周期的第二值。例如，第二值可以是可编程的并且经由半桥驱动器电路的通信接口来提供。备选地，如下面将更详细描述的，第二值可以根据由第一数字计数器提供的最大计数值而被确定。
在各种实施例中，同步电路被配置为根据第一值和第二值来计算当高侧控制信号的下一切换周期开始时指示第一数字计数器的第一计数值的第三值。相应地，通过将第三值与第一数字计数器的第一计数值进行比较，同步电路在高侧控制信号的下一切换周期开始时生成第三信号。
在各种实施例中，同步电路被配置为响应于第三信号启动第二数字计数器，并且将第二数字计数器的计数值与至少一个参考值进行比较，从而生成第四信号，其中第四信号被用于生成触发信号，以用于对测量信号进行采样。
在各种实施例中，半桥驱动器电路可以被配置为驱动三个半桥，该三个半桥例如可以驱动三相电动机。因此，在该情况下，半桥驱动器电路包括两个另外的高侧驱动器电路以及两个另外的低侧驱动器电路，该两个另外的高侧驱动器电路被配置为根据两个另外的高侧控制信号生成两个另外的高侧驱动信号，该两个另外的低侧驱动器电路被配置为根据两个另外的低侧控制信号生成两个另外的低侧驱动信号。此外，例如，为了监视电动机的另一相电流，半桥驱动器电路可以包括至少两个另外的测量端子，该两个另外的测量端子被配置为被连接到至少一个另外的分流电阻器的端子。相应地，在该情况下，处理电路还可以选择性地获取另外的数字样本，该数字样本指示响应于另外的触发信号流过另外的分流电阻器的电流。例如，还可以通过处理另外的高侧控制信号或低侧控制信号中的一个控制信号，或者通过将第二数字计数器的计数值与另外的参考值进行比较来生成另外的触发信号。
在各种实施例中，半桥驱动器电路可以将数字样本提供给另一外部设备。例如，在各种实施例中，半桥驱动器电路包括被连接到半桥驱动器电路的输出端子的数模转换器(DAC)，并且处理电路被配置为将测量信号的数字样本提供给DAC。
附图说明
现在将参考附图来描述本公开的实施例，附图完全通过非限制性示例的方式提供，并且其中：
图1、图2、图3和图4示出了用于驱动电动机的解决方案；
图5和图6示出了半桥驱动器的一个示例；
图7示出了包括数字处理电路的半桥驱动器的一个实施例；
图8示出了图7的半桥驱动器的数字处理电路的一个实施例，其中数字处理电路包括同步电路；
图9示出了图8的数字处理电路的同步电路的一个实施例；以及
图10、图11和图12示出了图9的同步电路的示例性波形。
具体实施方式
在以下描述中，给出了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、部件、材料等来实践实施例。在其他实例中，未示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊实施例的方面。
贯穿本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。
本文中提供的标题仅为了方便，而不解释实施例的范围或含义。
在下面的图7至图12中，已经参考图1至图6描述的部分、元件或部件由先前在这些附图中使用的相同的参考标记来表示；在下文中将不再重复对这些先前描述的元件的描述，以免使本详细说明书过度负担。
如前所述，本公开涉及半桥驱动器电路，诸如半桥驱动器IC。
如前所述，在图5和图6所示的架构中，信号发生电路30(诸如微控制器)被配置为生成在驱动器IC 22的相应的输入处被提供的六个PWM信号IN1..IN6，并且监视测量信号CS1、CS2。例如，当使用微控制器30时，这种微控制器30可以包括经由软件指令和一个或多个ADC进行编程的微处理器。相应地，微控制器30可以经由ADC将(多个)测量信号CS1、CS2转换为数字样本，该数字样本可以由微处理器经由软件指令进行处理。
具体地，当驱动如图3所示的三相电动机M3时，各种输出OUTa、OUTb和OUTc依序地被连接到供电电压Vdd(和接地GND)，如例如在通过引入并入本文的文献“AN1088-APPLICATION NOTE-L6234THREE PHASE MOTOR DRIVER”，STMicroelectronics，2001年4月中所描述的。为了正确地驱动电动机M3，通常使用电动机电流的振幅。然而，由于依序驱动，每个相电流将包括其中相应的电流为正、零或负的间隔。因此，为了正确地确定各自指示相应的电动机相电流的振幅的信号，微控制器30通常使(多个)测量信号CS1、CS2的测量与控制信号IN1..IN6同步。
然而，在许多应用中，这种测量信号由驱动器IC 22直接提供将是优选的。
例如，图7示出了驱动器电路22a的一个实施例，该驱动器电路22a被配置为在相应输入处接收六个控制信号IN1..IN6，并且在相应输出处生成用于三个高侧开关SW1、SW3和SW5的相应驱动信号DRV1、DRV3和DRV5以及用于三个低侧开关SW2、SW4和SW6的相应驱动信号DRV2、DRV4和DRV6。在所考虑的实施例中，电路22a的基本架构对应于在图5中示出的电路22的架构，并且相应的描述完全适用。具体地，同样在该情况下，驱动器电路22a(诸如(例如，单片)集成电路)包括三个高侧驱动器2001、2003和2005以及三个低侧驱动器2002、2004和2006，三个高侧驱动器2001、2003和2005被配置为生成用于三个高侧开关SW1、SW3和SW5的驱动信号DRV1、DRV3和DRV5，并且三个低侧驱动器2002、2004和2006被配置为生成用于三个低侧开关SW2、SW4和SW6的驱动信号DRV2、DRV4和DRV6。可选地，驱动器电路22a还可以包括电子转换器204，其被配置为生成供电电压Vdd。
因此，在所考虑的实施例中，驱动器电路22a被布置为驱动N＝3个半桥，其中对于每个半桥，驱动器电路22a包括相应的高侧驱动器和相应的低侧驱动器。通常，驱动器电路22a还可以被配置为驱动较少(例如，一个或两个)或更多个半桥。而且，高侧开关和低侧开关还可以直接集成在包括驱动器电路22a的集成电路中。
通常，即使被布置为驱动N＝3个半桥，驱动器电路22a还可以被用于驱动被连接在半桥输出和接地GND之间的电动机M1(参见图1)。例如，为此目的，可以仅使用驱动器电路22a的两个驱动信号(例如，DRV1和DRV2)。类似地，驱动器电路22a还可以用于驱动连接在两个半桥的输出之间的电动机M2(参见图2)。例如，为此目的，可以仅使用驱动器电路22a的四个驱动信号(例如，DRV1..DRV4)。
因此，通常，驱动器电路22a可以被配置为经由一个或两个半桥来驱动单相电动机，或者经由相应数目的半桥来驱动多相电动机(例如，三相电动机)。
在所考虑的实施例中，驱动器电路22a还包括至少一个差分放大器206，其被配置为被连接到与电动机M的相串联连接的分流电阻器RS的端子。在各种实施例中，当被布置为驱动单相电动机时，仅使用单个分流电阻器RS。相反，当被布置为驱动多相电动机(N≥3)时，分流电阻器RS的数目K可以对应于：
电动机的相的数目/半桥的数目(即K＝N)；或
电动机的相的数目/半桥的数目减1(即K＝N-1)。
在所考虑的实施例中，对于K个分流电阻器RS中的每个分流电阻器RS，驱动器电路22a包括两个端子。例如，在K＝2个分流电阻器的示例性情况下，驱动器电路22a包括：
两个端子CS1P和CS1N，其被配置为被连接到与电动机M3的第一相串联连接的第一分流电阻器RS1的端子；以及
两个端子CS2P和CS2N，其被配置为被连接到与电动机M3的第二相串联连接的第二分流电阻器RS2的端子。
在各种实施例中，驱动器电路22a还可以包括两个端子CS3P和CS3N(图7中未示出)，其被配置为被连接到与电动机M3的第三相串联连接的第三分流电阻器RS3的端子。
具体地，在所考虑的实施例中，每两个端子被提供给相应的差分放大器206。例如，在所考虑的实施例中，端子CS1P和CS1N被连接到第一差分放大器2061的输入端子，并且端子CS2P和CS2N被连接到第二差分放大器2062的输入端子。通常，驱动器电路22a还可以包括用于端子CS3P和CS3N的第三差分放大器2063。
在各种实施例中，差分放大器206的增益可以是可编程的。例如，在各种实施例中，驱动器电路22a可以包括被连接到一个或多个接口端子IF的通信接口210。例如，通信接口210可以是串行通信接口，诸如内部集成电路(I2C)、串行外围接口总线(SPI)或者通用异步接收器-发射器(UART)。
在所考虑的实施例中，每个差分放大器206在相应的输出处提供相应的模拟测量信号CS，其指示流过相应的分流电阻器RS的电流(相应的相电流)。如下面将描述的，差分放大器206的数目L可以小于分流电阻器的数目K，例如，通过将差分放大器206依序地(经由驱动器电路22a的相应端子)连接到不同的分流电阻器RS。
在所考虑的实施例中，在差分放大器206的输出处的(多个)测量信号CS被提供给处理电路208。
例如，图8示出了处理电路208的一个实施例。
在所考虑的实施例中，仅示出了一个通用差分放大器206，其被连接到两个端子CSnP和CSnN。然而，如前所述，驱动器电路22a可以包括用于每个分流电阻器RS的差分放大器206，即L＝K。
在所考虑的实施例中，在差分放大器206的输出处的(多个)信号CS被连接到一个或多个ADC 212。在各种实施例中，ADC 212的数目M对应于差分放大器206的数目L，其中每个ADC 212的输入被连接到相应的差分放大器206的输出。如下面将描述的，ADC 212的数目M可以小于差分放大器206的数目L，例如，通过将ADC 212依序连接到不同的差分放大器206。
在所考虑的实施例中，在ADC 212的输出处的(多个)数字信号被提供给数字处理电路214。
具体地，独立于差分放大器206的数目L和ADC 212的数目M，处理单元214被配置为获取指示流过K个分流电阻器RS的K个相电流的数字样本。
例如，在所考虑的涉及三相电动机的实施例中，数字处理电路214被配置为对(多个)信号CS的数字版本进行采样，并且确定指示三相电流的振幅的信号CS1O、CS2O和CS3O。具体地，当使用三个电流传感器RS时，数字处理电路214可以根据信号CS1、CS2和CS3的数字样本直接确定三相电流CS1O、CS2O和CS3O的振幅。相反，当使用两个电流传感器RS时，数字处理电路214可以获得信号CS1、CS2的样本，并且根据这些样本来计算第三相电流CS3O的振幅。
通常，信号CS1O、CS2O和CS3O可以例如经由通信接口210被提供为数字信号。相反，在图8所示的实施例中，处理电路208包括三个DAC 216(以及可选地相应的驱动器电路218)，以便生成模拟信号CS1O、CS2O和CS3O，每个模拟信号指示相应相电流的振幅，其中模拟信号CS1O、CS2O和CS3O被提供给驱动器电路22a的相应的引脚。在各种实施例中，输出信号(CS1O、CS2O和CS3O)的数目因此对应于要被驱动的电动机的相的数目。此外，当使用模拟输出信号时，DAC 216(和相应的驱动器电路218)的数目对应于输出信号的数目。
如前所述，相电流的测量应该与PWM信号IN1..IN6同步。例如，为此目的，处理电路208可以包括同步电路220，同步电路220被配置为生成一个或多个控制信号，用于向数字处理电路214发信号通知应该对由(多个)ADC 212提供的一个或多个信号进行采样。相应地，处理电路208实现用于相电流的采样和保持电路，其响应于由同步电路220提供的(多个)控制信号而被采样。
通常，为了同步测量(并且可能地计算)每个电动机相电流，处理电路208的采样应该与相应PWM信号的切换周期TPWM(参见例如图4)同步，即：
相电流CS1O的测量应该与控制信号IN1的切换周期(对应于控制信号IN2的切换周期)同步；
相电流CS2O的测量应该与控制信号IN3的切换周期(对应于控制信号IN4的切换周期)同步；和
相电流CS3O的测量/计算应该与控制信号IN5的切换周期(对应于控制信号IN6的切换周期)同步。
在各种实施例中，这三个切换周期的持续时间是相同的，但是切换周期可以是相移的。在各种实施例中，为了检测每个切换周期，同步电路220因此被配置为确定每个PWM周期的开始时间。
通常，存在各种PWM信号方案(参见例如图4)。在边沿对齐的PWM策略(或非对称PWM)的情况下，每个PWM周期的开始时间与每个PWM信号的上升沿(左对齐PWM，即TOFF1＝0)或下降沿(右对齐PWM，即TOFF2＝0)同时发生。相反，在中心对齐的PWM策略(对称PWM)中，PWM脉冲P处于切换周期的中心，即TOFF1＝TOFF2。例如，对称PWM通常用于高端汽车应用中，例如，因为已经表明对称PWM信号在输出电流和电压中生成较少的谐波。
因此，当使用被配置为生成中心对齐的PWM信号(对称PWM)的信号发生器电路30时，同步电路220可以不直接从PWM信号检测PWM周期的开始时间。例如，为此目的，信号发生器30可以向同步电路220提供同步信号。例如，与除了六个PWM信号IN1..IN6之外的第七信号相对应的同步信号可以是具有50％的占空比的PWM信号，从而指示PWM周期的开始和中心。然而，该解决方案具有若干缺点。例如，需要附加的引脚和布线来将同步信号传送到驱动器电路22a，并且典型的PWM信号发生器IC 30通常基于不提供这种同步信号的专用硬件部件。此外，即使知道PWM周期中的一个PWM周期的开始时刻和持续时间，仍然必须确定另一(相移)PWM信号的PWM周期。
因此，在各种实施例中，同步电路220被配置为根据中心对齐的PWM信号确定每个PWM周期的开始时间。
图9示出了根据一些实施例的同步电路220的框图以及由同步电路220执行的步骤。
在所考虑的实施例中，同步电路220实现自动触发模块，其被配置为生成三个触发信号T1、T2和T3，三个触发信号T1、T2和T3被提供给数字处理模块214，其中每个触发信号T1、T2和T3触发获取相应的测量电流CS1O、CS2O或CS3O。
例如，图9示出了数字处理电路214可以包括三个硬件或软件模块，其中：
第一模块CMON1被配置为响应于第一触发信号T1通过对信号CS1进行采样来确定测量信号CS1O，
第二模块CMON2被配置为响应于第二触发信号T2通过对信号CS1进行采样来确定测量信号CS2O，并且
第三模块CMON3被配置为响应于第三触发信号T3通过对信号CS3进行采样(当使用第三电流传感器时)或者通过对信号CS1和CS2进行采样(并且计算信号CS3O)来确定测量信号CS3O。
当使用三个电流传感器RS和三对端子CSnP/CSnN时，单个ADC 212可以被用于响应于触发信号T1、T2和T3来测量信号CS1、CS2和CS3中的每个信号。当使用两个电流传感器RS1和RS2时，优选地使用两个ADC 212，以便响应于第三触发信号T3同时对信号CS1和CS2进行采样。在各种实施例中，差分放大器206的数目：
在(多个)ADC 212的数目小于差分放大器206的数目的情况下，对应于电流传感器RS的数目，ADC 212中的至少一个ADC 212可以选择性地被连接到多个电流传感器RS；或者
在差分放大器206的数目小于电流传感器RS的数目的情况下，对应于(多个)ADC212的数目，差分放大器206中的至少一个差分放大器206可以选择性地被连接到多个电流传感器RS。
通常，模块CMON1..CMON3的数目对应于输出信号CSn0的数目，其中每个模块响应于相应的触发信号T1..T3而被激活。
通常，假设驱动三相电动机，同步电路220可以：
根据控制信号IN1或者备选地控制信号IN2生成触发信号T1，控制信号IN2具有反相的切换周期；
根据控制信号IN3或者备选地控制信号IN4生成触发信号T2，控制信号IN4具有反相的切换周期；和
根据控制信号IN5或者备选地控制信号IN6生成触发信号T3，控制信号IN6具有反相的切换周期。
例如，在各种实施例中，用于高侧开关的控制信号IN1、IN3和IN5被使用。
具体地，图9示出了同步电路220的块，其被配置为通过监视相应的控制信号IN(例如，用于高侧开关的控制信号)来生成用于一个电动机相的单个控制信号T，并且对于其他电动机相，相同的块可以被重复。
在所考虑的实施例中，控制信号IN被提供给边沿检测器222。具体地，在所考虑的实施例中，边沿检测器222被配置为：
检测控制信号IN的上升沿，并且响应于检测到的上升沿而生成第一信号S；以及
检测控制信号IN的下降沿，并且响应于检测到的下降沿而生成第二信号E。
例如，边沿检测器222可以用响应于时钟信号CLK而操作的同步电路或异步电路来实现。例如，为了检测边沿，同步边沿检测器222可以在时钟信号CLK的两个(或更多个)连续时钟周期期间监视信号IN的值。例如，在该情况下，一旦检测到相应的边沿，就可以将信号S和E设置为用于一个或多个时钟周期的给定的逻辑值。因此，在各种实施例中，信号S和E可以对应于触发信号。
例如，在图10中，曲线1002示出PWM信号IN，并且曲线1004和1006示出相应的信号S和E。
在所考虑的实施例中，信号S被提供给数字计数器224。具体地，计数器224被配置为通过响应于时钟信号CLK增加计数值CNT1来确定计数值CNT1。
在所考虑的实施例中，信号E被提供给采样电路226，采样电路226被配置为通过响应于信号E而存储计数器224的计数值CNT1来在输出处提供信号C1，即，采样电路226在信号IN的下降沿存储计数值CNT1。例如，这由图10的曲线1008示意性地示出(曲线1008示出计数值CNT1相对于时间)，其中当设置信号E时，采样电路226存储对应于计数值CNT1的值C1。
因此，在所考虑的实施例中，采样电路226提供指示信号IN的接通持续时间TON的信号C1。
在各种实施例中(还参见图10)，数字计数器224响应于信号S而复位计数值CNT1，即，计数值CNT1在信号IN的上升沿被复位。在该情况下，计数器224可以在输出时还提供与值被复位之前的计数值CNT1的最后值(即，计数器224的最大值)相对应的值C2。
通常，在具有用于信号IN的固定占空比D的固定切换持续时间TPWM的情况下，值/信号C2也是固定的，并且信号C2等于指示固定切换持续时间TPWM的值CPWM，即，值CPWM对应于具有持续时间TPWM的时钟周期的数目。因此，在该情况下，计数器224提供(除了计数器值CNT1之外)指示信号IN的切换周期TPWM的信号C2。
另一方面，在信号IN具有可变占空比D的固定切换持续时间TPWM的情况下，由计数器224提供的值C2可以不是恒定的。具体来说，考虑两个连续的PWM循环，值C2可以是：
C2N-1＝C1N-1+COFF2N-1+COFF1N (4)
其中COFF2和COFF1是分别与关断持续时间TOFF1和TOFF2成比例的计数值，其中C2N-1、C1N-1和COFF2N-1被称为第N-1个PWM周期，而COFF1N被称为第N个PWM周期。此外，通常COFF1N-1＝COFF2N-1，并且COFF1N＝COFF2N。
在各种实施例中，信号/值C1和C2被提供给数字处理电路228。具体地，电路228被配置为例如根据以下等式响应于信号C1的更新来计算值CPWM：
CPWM＝((C2N-1-C1N-1)*2+C1N-1+C1N)/2 (5)
通常，乘以/除以2可以通过左移和右移操作相当容易地实现。此外，应当丢弃等式(5)的第一结果，即，在信号/值C1的第二次更新之后，连续地开始信号/值CPWM的计算。通常，在开始PWM信号之前，还可以例如经由接口210设置(丢失的)第一值。
通常，在固定切换持续时间TPWM的情况下，还可以例如经由接口210(还参见图9)设置值/信号CPWM。
最后，在具有用于信号IN的可变占空比D的可变切换持续时间TPWM的情况下，值C2可以是：
C2N-1＝C1N-1+COFF2N-1+COFF1N (6)
其中C2N-1、C1N-1和COFF2N-1被称为第N-1个PWM周期，而COFF1N被称为第N个PWM周期。此外，通常COFF1N-1＝COFF2N-1，并且COFF1N＝COFF2N。
在所考虑的实施例中，信号/值C1和C2被提供给数字处理电路228，与等式(5)相比，它还必须补偿先前循环的可变持续时间。具体地，在各种实施例中，电路228被配置为例如响应于信号C1的更新来计算以下等式：
CPWMN＝((C2N-1-C1N-1)*2+C1N-1+C1N)-CPWMN-1 (7)
再次，可以丢弃第一结果，即，在信号/值C1的第二次更新之后，连续地开始信号/值CPWM的计算。CPWM的第一值(即CPWM0)可以是固定的已知值，或者还可以在开始PWM信号之前例如经由接口210进行设置。通常，还可以例如经由接口210针对每个PWM周期设置该值。
在所考虑的实施例中，数字处理电路228然后处理信号/值C1和CPWM。具体地，电路228被配置为例如响应于信号C1的更新来计算以下等式：
C3＝C1+(CPWM-C1)/2(8)
术语(CPWM-C1)指示信号IN的关断持续时间TOFF＝TOFF1+TOFF2。因此，由于TOFF1＝TOFF2的事实，术语(CPWM-C1)/2指示持续时间TOFF1(对应于持续时间TOFF2)。例如，除以2可以通过右移操作来实现。
因此，信号/值C3指示当下一PWM循环相对于计数器224的启动而开始的时刻，即，值C3对应于下一PWM循环开始时计数器224的值。
在所考虑的实施例中，由计数器224生成的计数值CNT1和由处理电路228计算的值C3被提供给数字比较器电路230。具体地，比较器电路被配置为当计数器值CNT1对应于值C3时，设置信号ST。
因此，信号ST对应于触发信号，该触发信号在新的PWM循环开始的时刻被设置。
在值CPWM可单独编程的情况下，数字计数224可以响应于信号S而开始计数，并且数字计数224可以响应于信号ST而停止计数。在该情况下，可以响应于信号S或优选地ST来执行计数值CNT1的复位。例如，该行为在图11中示出，特别是由曲线1108示出。通常，数字计数器224因此可以响应于信号S而从复位值(通常为零)开始计数，并且计数器224可以在计数值CNT1达到值C3的时刻(如图11所示)和再次设置信号S的时刻(如图10所示)之间复位。
在所考虑的实施例中，信号ST被提供给另一数字计数器232。具体地，在各种实施例中，数字计数器232被配置为响应于信号ST而开始增加另一计数值CNT2，即，计数值CNT2在新PWM循环开始的时刻开始增加(例如，如图10中的曲线1012所示)。
在各种实施例中，计数值CNT2被提供给另一数字比较器234。具体地，在各种实施例中，比较器234被配置为当计数器值CNT2对应于参考值REF时生成信号T。在各种实施例中，参考值可以是可编程的，例如，经由接口210。
图10的曲线1012示出了一个实施例，其中计数器232响应于信号ST而被复位。相反，图11的曲线1112示出了一个实施例，其中计数器232响应于信号T而被复位和禁用。通常，数字计数器232可以响应于信号ST而从复位值(通常为零)开始计数，并且计数器232可以在计数值CNT2达到值REF的时刻(如图11所示)和再次设置信号ST的时刻(如图10所示)之间复位。
因此，信号REF指示切换循环的开始与应当生成相应触发信号T1、T2或T3的时刻之间的时间，从而允许关于PWM循环的开始，设置应当执行测量的时刻。
在所考虑的实施例中，信号T被提供给控制电路236(诸如逻辑电路)，其生成触发信号T1、T2和T3。具体地，控制电路236可以设置与相应信号IN相关联的触发信号T1、T2和T3，例如，针对信号IN1的信号T1、针对信号IN3的信号T2以及针对信号IN5的信号T3。通常，控制电路236因此是完全可选的，并且触发信号T1、T2和T3可以对应于相应的信号T。控制电路236还可以执行其他操作，诸如停止和复位计数器232。
在各种实施例中，控制电路236可以用微处理器或可编程逻辑电路实现，允许用户可以响应于由同步电路220提供的信号T来设置/编程要执行的操作。具体地，在各种实施例中，电路208利用包括微处理器和若干硬件块的微控制器(诸如ADC 212和DAC 216)来实现。在该情况下，计数器224、232和比较器230、234可以利用硬件数字计数器/定时器电路来实现。相反，控制电路236和/或处理电路214(以及可选地用于计算值C3的块228)可以通过由微处理器执行的软件指令来实现。
在各种实施例中，代替监视高侧控制信号(例如，针对所考虑的示例的IN1、IN3和IN5)，图9中所示的每个同步电路220可以监视低侧控制信号(例如，针对所考虑的示例的IN2、IN4和IN6)。
例如，在图12中，曲线1202示出高侧控制信号(例如信号IN1)，并且曲线1203示出相应的低侧控制信号(例如信号IN2)。
在该情况下，边沿检测器224可以被配置为接收反相的低侧控制信号IN，或者边沿检测器可以响应于下降沿而生成信号S，并且响应于上升沿而生成信号E(参见曲线1206和1208)。
然而，如由曲线1202和1203所示，低侧控制信号通常不对应于高侧控制信号的反相版本，而是引入了附加的延迟，即：
在低侧控制信号IN2变为低的时刻与高侧控制信号IN1变为高电平的时刻之间的延迟TONDT；和
在高侧控制信号IN1变为低的时刻与低侧控制信号IN2变为高的时刻之间的延迟TOFFDT。
在延迟对应于TONDT＝TOFFDT的情况下，低侧控制信号的反相脉冲是中心对齐的，并且等式(8)仍然有效。否则，电路228可以被配置为补偿这些延迟。例如，在各种实施例中，电路228被配置为例如响应于信号C1的更新来计算以下等式：
C3＝C1+(CPWM-(C1-CONDT+COFFDT))/2 (9)
具体地，值CONDT和COFFDT对应于计数值，该计数值对应于持续时间TONDT和TOFFDT。例如，可以经由通信接口210向电路228提供这些值(或仅仅是预先计算的不同COFFDT-COFFDT)(可能与值CPWM一起)。备选地，可以通过调整参考信号REF的值来补偿延迟。
在各种实施例中，同步电路220可以被配置为支持针对每个控制信号IN生成多个触发。例如，为此目的，每当计数值CNT2对应于参考信号REF之一时，比较器234可以接收多个参考值REF并且在信号T中生成触发。备选地，同步电路220可以包括多个比较器234，每个比较器234被配置为通过将计数值CNT2与相应的参考信号REF进行比较来生成相应的信号T。例如，当使用关于图11的曲线1112描述的计数器232的行为时，最后的触发/最后触发信号可以被用于停止计数器232并且可能复位计数器232。
例如，在仅使用在DC链路中被连接的单个分流电阻器RS的情况下，例如分流电阻器RS被连接在信号Vdd和高侧开关(SW1、SW3、SW5)之间的情况下，或者分流电阻器RS被连接在低侧开关(SW2、SW4、SW6)和接地GND之间的情况下，这种多个触发/触发信号可以是有用的。因此，每个触发可以激活相应的电流测量模块CMON1..CSMON3，其将当前经由分流电阻器RS测量的电流分配给相应的信号CS1O..CS3O。
类似地，当对于所有PWM控制信号IN1..IN6的切换循环的持续时间相同并且切换循环仅相移恒定量时，即使使用如上所述的与电动机相串联连接的多个(例如，N个或N-1个)分流电阻器RS，被配置为生成多个触发/多个触发信号的单个同步电路220可以就足够了。例如，在该情况下，每个触发可以激活相应的电流测量模块CMON1..CSMON3，其将经由相应的分流电阻器RS测量的相应电流分配给相应的信号CS1O..CS3O。
当然，在不影响本发明原理的情况下，构造细节和实施例可以相对于在本文中纯粹通过示例的方式描述和说明的内容而有很大变化，而不会因此脱离如由随附的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (21)

1.一种半桥驱动器电路，包括：
高侧控制输入端子，被配置为接收高侧控制信号，其中所述高侧控制信号是具有切换周期和接通持续时间的中心对齐脉冲宽度调制信号；
低侧控制输入端子，被配置为接收低侧控制信号，其中所述低侧控制信号对应于所述高侧控制信号的反相版本，其中在所述低侧控制信号的下降沿和所述高侧控制信号的后续上升沿之间具有第一延迟，并且其中在所述高侧控制信号的下降沿和所述低侧控制信号的后续上升沿之间具有第二延迟；
高侧驱动器电路，被配置为根据所述高侧控制信号生成高侧驱动信号；
低侧驱动器电路，被配置为根据所述低侧控制信号生成低侧驱动信号；
高侧输出端子，被配置为向高侧开关提供所述高侧驱动信号；
低侧输出端子，被配置为向低侧开关提供所述低侧驱动信号；
第一测量端子和第二测量端子，被配置为分别被耦合到分流电阻器的第一端子和第二端子，其中所述分流电阻器被连接在所述高侧开关和所述低侧开关的中间点与电动机的相之间；
放大器，被配置为放大在所述第一测量端子和所述第二测量端子之间施加的信号，以生成指示流过所述分流电阻器的电流的测量信号；
模数转换器；
处理电路，被配置为响应于触发信号经由所述模数转换器选择性地获取所述测量信号的数字样本；以及
同步电路，包括第一数字计数器和第二数字计数器，并且所述同步电路被配置为通过以下方式生成所述触发信号：
通过监视所述高侧控制信号的上升沿和下降沿或者所述低侧控制信号的上升沿和下降沿，经由所述第一数字计数器确定指示所述高侧控制信号的所述接通持续时间的第一值，
确定指示所述高侧控制信号的所述切换周期的第二值，
根据所述第一值和所述第二值，计算当所述高侧控制信号的下一切换周期开始时指示所述第一数字计数器的第一计数值的第三值，
将所述第三值与所述第一数字计数器的所述第一计数值进行比较，以在所述高侧控制信号的所述下一切换周期开始时生成第三信号，
响应于所述第三信号而启动所述第二数字计数器，
将所述第二数字计数器的计数值与参考值进行比较，以生成第四信号，和
根据所述第四信号生成所述触发信号。
2.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，其中：
所述同步电路包括边沿检测器，所述边沿检测器被配置为：响应于所述高侧控制信号的上升沿而生成第一信号，并且响应于所述高侧控制信号的下降沿而生成第二信号；
所述第一数字计数器被配置为响应于所述第一信号而被启动；以及
所述第一值通过响应于所述第二信号对所述第一数字计数器的所述计数值进行采样而被确定。
3.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，其中所述第三值根据以下等式来计算：
C3＝C1+(CPWM-C1)/2
其中C1是所述第一值，CPWM是所述第二值，并且C3是所述第三值。
4.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，其中：
所述同步电路包括边沿检测器，所述边沿检测器被配置为：响应于所述低侧控制信号的下降沿而生成第一信号，并且响应于所述低侧控制信号的上升沿而生成第二信号；
所述第一数字计数器被配置为响应于所述第一信号而被启动；以及
所述第一值通过响应于所述第二信号对所述第一数字计数器的所述计数值进行采样而被确定。
5.根据权利要求4所述的半桥驱动器电路，其中所述第三值根据以下等式来计算：
C3＝C1+(CPWM-(C1-CONDT+COFFDT))/2
其中C1是所述第一值，CPWM是所述第二值，C3是所述第三值，并且CONDT和COFFDT分别指示所述第一延迟和所述第二延迟。
6.根据权利要求5所述的半桥驱动器电路，其中所述CONDT和所述COFFDT经由所述半桥驱动器电路的通信接口可编程。
7.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，还包括通信接口，其中所述第二值经由所述半桥驱动器电路的所述通信接口可编程。
8.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，其中所述第二值根据由所述第一数字计数器提供的最大计数值而被确定。
9.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，还包括：
四个另外的输入端子，用于接收两个另外的高侧控制信号和两个另外的低侧控制信号；
四个另外的输出端子，用于为两个另外的高侧开关提供两个另外的高侧驱动信号以及为两个另外的低侧开关提供两个另外的低侧驱动信号，
两个另外的高侧驱动器电路，被配置为分别根据所述两个另外的高侧控制信号生成所述两个另外的高侧驱动信号；
两个另外的低侧驱动器电路，被配置为分别根据所述两个另外的低侧控制信号生成所述两个另外的低侧驱动信号；以及
两个另外的测量端子，被配置为分别被连接到另外的分流电阻器的两个端子，其中所述另外的分流电阻器被连接在所述两个另外的高侧开关中的一个另外的高侧开关和所述两个另外的低侧开关中的一个另外的低侧开关之间的中间点与所述电动机的另外的相之间，其中所述处理电路被配置为响应于另外的触发信号选择性地获取指示流过所述另外的分流电阻器的电流的另外的数字样本。
10.根据权利要求9所述的半桥驱动器电路，还包括被耦合到所述半桥驱动器电路的所述高侧开关、所述低侧开关、所述两个另外的高侧开关以及所述两个另外的低侧开关。
11.根据权利要求9所述的半桥驱动器电路，其中所述同步电路被配置为通过处理所述两个另外的高侧控制信号或所述两个另外的低侧控制信号中的一个控制信号来生成所述另外的触发信号。
12.根据权利要求9所述的半桥驱动器电路，其中所述同步电路被配置为通过将所述第二数字计数器的所述计数值与另外的参考值进行比较来生成所述另外的触发信号。
13.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，还包括数模转换器，其中所述处理电路被配置为将所述测量信号的所述数字样本提供给所述数模转换器。
14.根据权利要求1所述的半桥驱动器电路，其中所述半桥驱动器电路被集成在单片集成电路中。
15.一种电子系统，包括：
半桥，包括高侧开关、低侧开关和输出，其中所述半桥的所述输出被配置为被耦合到电动机的相；
高侧控制输入端子，被配置为接收高侧控制信号，其中所述高侧控制信号是具有切换周期和接通持续时间的中心对齐脉冲宽度调制信号；
低侧控制输入端子，被配置为接收低侧控制信号，其中所述低侧控制信号对应于所述高侧控制信号的反相版本，其中在所述低侧控制信号的下降沿和所述高侧控制信号的后续上升沿之间具有第一延迟，并且其中在所述高侧控制信号的下降沿和所述低侧控制信号的后续上升沿之间具有第二延迟；
高侧驱动器电路，被配置为根据所述高侧控制信号生成高侧驱动信号；
低侧驱动器电路，被配置为根据所述低侧控制信号生成低侧驱动信号；
高侧输出端子，被配置为向所述高侧开关提供所述高侧驱动信号；
低侧输出端子，被配置为向所述低侧开关提供所述低侧驱动信号；
第一测量端子和第二测量端子，被配置为分别被耦合到分流电阻器的第一端子和第二端子，其中所述分流电阻器被连接在所述高侧开关和所述低侧开关之间的中间点与所述电动机的所述相之间；
放大器，被配置为放大在所述第一测量端子和所述第二测量端子之间施加的信号，以生成指示流过所述分流电阻器的电流的测量信号；
模数转换器；
处理电路，被配置为响应于触发信号经由所述模数转换器选择性地获取所述测量信号的数字样本；以及
同步电路，包括第一数字计数器和第二数字计数器，并且所述同步电路被配置为通过以下方式生成所述触发信号：
通过监视所述高侧控制信号的上升沿和下降沿或者所述低侧控制信号的上升沿和下降沿，经由所述第一数字计数器确定指示所述高侧控制信号的所述接通持续时间的第一值，
确定指示所述高侧控制信号的所述切换周期的第二值，
根据所述第一值和所述第二值，计算当所述高侧控制信号的下一切换周期开始时指示所述第一数字计数器的第一计数值的第三值，
将所述第三值与所述第一数字计数器的所述第一计数值进行比较，以在所述高侧控制信号的所述下一切换周期开始时生成第三信号，
响应于所述第三信号而启动所述第二数字计数器，
将所述第二数字计数器的计数值与参考值进行比较以生成第四信号，和
根据所述第四信号生成所述触发信号；以及
信号发生器，被配置为生成所述高侧控制信号和所述低侧控制信号。
16.根据权利要求15所述的电子系统，还包括所述电动机，其中所述半桥的所述输出被耦合到所述电动机的相。
17.根据权利要求16所述的电子系统，其中所述电动机是多相电动机。
18.一种用于信号处理的方法，包括：
接收高侧控制信号和低侧控制信号，其中所述高侧控制信号是具有切换周期和接通持续时间的中心对齐脉冲宽度调制信号，并且所述低侧控制信号对应于所述高侧控制信号的反相版本，其中在所述低侧控制信号的下降沿和所述高侧控制信号的后续上升沿之间具有第一延迟，并且其中在所述高侧控制信号的下降沿和所述低侧控制信号的后续上升沿之间具有第二延迟；
根据所述高侧控制信号生成高侧驱动信号；
将所述高侧驱动信号提供给半桥的高侧开关；
根据所述低侧控制信号生成低侧驱动信号；
将所述低侧驱动信号提供给所述半桥的低侧开关；
生成指示流过分流电阻器的电流的测量信号，所述分流电阻器被耦合在所述高侧开关和所述低侧开关之间的中间点与电动机的相之间；
通过监视所述高侧控制信号的上升沿和下降沿或者所述低侧控制信号的上升沿和下降沿，经由第一计数器确定指示所述高侧控制信号的所述接通持续时间的第一值；
确定指示所述高侧控制信号的所述切换周期的第二值；
根据所述第一值和所述第二值，计算当所述高侧控制信号的下一切换周期开始时指示所述第一计数器的第一计数值的第三值；
将所述第三值与所述第一计数器的所述第一计数值进行比较，以在所述高侧控制信号的所述下一切换周期开始时生成第三信号；
响应于所述第三信号启动第二计数器；
将所述第二计数器的计数值与参考值进行比较，以生成第四信号；
根据所述第四信号生成触发信号；以及
响应于所述触发信号选择性地获取所述测量信号的数字样本。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述电动机是三相电动机，所述方法还包括利用所述半桥驱动所述三相电动机。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
响应于所述高侧控制信号的上升沿而生成第一信号；
响应于所述高侧控制信号的下降沿而生成第二信号；
响应所述第一信号而启动所述第一计数器；以及
通过响应于所述第二信号而对所述第一计数器的所述计数值进行采样来确定所述第一值。
21.根据权利要求18所述的方法，还包括根据由所述第一计数器提供的最大计数值来确定所述第二值。
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