CN110797836A

CN110797836A - 用于电机驱动器中的开关电源的电路、操作方法和电机驱动电路系统

Info

Publication number: CN110797836A
Application number: CN201911194801.5A
Authority: CN
Inventors: 李君峰
Original assignee: ABB Beijing Drive Systems Co Ltd
Current assignee: ABB Beijing Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: CN110797836B

Abstract

本公开提供了一种用于电机驱动器中的开关电源的电路。该电路包括检测电路，耦合至开关电源，并且被配置用于检测开关电源中的功率开关器件的短路失效并且响应于检测到短路失效生成故障信号；以及控制器，耦合至检测电路并且被配置用于响应于接收到故障信号使得电机驱动器中的逆变电路短路。通过使用根据本公开实施例的电路，能够获取开关电源电路中的功率开关器件的状态，并且能够在功率开关器件出现短路失效的情况下第一时间做出响应，使得逆变电路短路来提高开关电源电路乃至整个电机驱动器的安全性。

Description

用于电机驱动器中的开关电源的电路、操作方法和电机驱动电路系统

技术领域

本公开的实施例涉及一种电机驱动电路系统，并且更具体地，涉及一种用于保护电机驱动器中的开关电源的电路、操作方法。

背景技术

诸如可调速驱动器(ASD)的电机驱动电路系统是一种常见的用来为电机调速的电路系统。电机驱动电路系统一般包括整流电路、直流链路、开关模式电源和逆变电路。整流电路一般包括4或6个二极管。逆变电路一般包括6对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和二极管，以脉宽调制(PWM)输出来控制电机的转速。开关模式电源(SMPS) 又称开关电源，一般连接至直流链路来为系统提供辅助电源。

电机驱动电路系统还包括控制逻辑电路。控制逻辑电路通常包含感测组件和微控制单元(MCU)，以用于整个系统中信号的感测、保护、控制和用户接口。某些电气安全标准(例如IEC/UL 61800-5-1) 要求可调速驱动器针对电击、热危害和能量危害提供保护。因此，开关电源电路通常具有隔离的拓扑结构，例如反激式开关电源电路。反激式开关电源通常包含金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 或IGBT开关以及一个隔离的变压器。变压器以精心设计的间距和/ 或固体绝缘在主侧电路和超低电压(ELV)侧输出之间提供隔离。ELV 侧输出为电路的用户提供可用供电。

发明内容

目前的安全标准要求在单故障状态下电机驱动电路系统还能够提供针对电击、热伤害和能量伤害的保护。单故障状态包括整流电路的二极管短路、开关电源中的开关(例如MOSFET)短路或逆变电路中的开关短路。然而目前没有有效的手段来监控开关电源中的这种单故障状态的发生，特别是开关电源电路中功率开关器件的短路失效故障的发生。本公开提供了一种用于电机驱动器中的开关电源的电路以解决或者至少部分地解决传统的开关电源电路中的上述问题或者其他潜在问题。

在本公开的第一方面，提供了一种用于电机驱动器中的开关电源的电路。该电路包括检测电路，耦合至开关电源，并且被配置用于检测开关电源中的功率开关器件的短路失效并且响应于检测到短路失效生成故障信号；以及控制器，耦合至检测电路并且被配置用于响应于接收到故障信号使得电机驱动器中的逆变电路短路。

通过使用根据本公开实施例的电路，能够获取开关电源电路中的功率开关器件的状态，并且能够在功率开关器件出现短路失效的情况下第一时间做出响应，使得逆变电路短路来提高开关电源电路乃至整个电机驱动器的安全性。

在一些实施例中，检测电路被进一步配置用于检测开关电源电路中的功率开关器件的控制端子和第二端子之间的触发电压以及第一端子和第二端子的截止电压；以及响应于触发电压低于第一阈值并且截止电压低于第二阈值，生成故障信号。根据诸如MOSFET的功率开关器件的特性，通过检测触发电压和截止电压是否均同时低于阈值而发出故障信号，从而以简单有效的方式检测功率开关器件的短路故障。

在一些实施例中，检测电路被进一步配置用于：检测开关电源电路中与功率开关器件耦合的电阻器两端的电压；以及响应于电阻器两端的电压超过第三阈值，生成故障信号。这种方式能够在尽可能不增加电路拓扑的情况下检测功率开关器件上的短路故障，从而提高系统安全性。

在一些实施例中，检测电路包括第一比较电路，耦合至功率开关器件并且被配置用于基于接收到的截止电压和参考电压生成第一电信号；第二比较电路，耦合至功率开关器件并且被配置用于基于接收到的触发电压和参考电压生成第二电信号；以及第三比较电路，耦合至第一比较电路和第二比较电路，并且被配置用于基于第一电信号和第二电信号生成故障信号。以此方式，通过简单的电路实现了功率开关器件上的短路故障的检测。

在一些实施例中，第一比较电路包括：第一分压电路，被配置为将截止电压分压为第一电压；以及第一比较器，第一比较器的反相输入端耦合至第一分压电路以接收第一电压，并被配置为基于第一电压和参考电压生成第一电信号。

在一些实施例中，第二比较电路包括：第二分压电路，被配置为将触发电压分压为第二电压；以及第二比较器，第二比较器的反相输入端耦合至第二分压电路以接收第二电压，并被配置为基于第二电压和参考电压生成第二电信号。

在一些实施例中，参考电压是第一电压和第二电压的平均值。

在一些实施例中，第三比较电路包括：RC电路，被耦合至第一比较器和第二比较器的输出端；第三比较器，第三比较器的反相输入端被耦合至RC电路以接收RC电压；以及反馈电路，被耦合在第三比较器的正相输入端和第三比较器的输出端之间以向第三比较器的正相输入端提供反馈电压。

在一些实施例中，反馈电路被配置为响应于截止电压和触发电压变为相同电位，使得反馈电压低于RC电压以生成故障信号。以此方式，故障信号能够通过第三比较器输出低电平的方式输出，从至是指能够应用于控制器，提高了控制的灵活性。

在一些实施例中，RC电路包括第一电阻器，第一电阻器的第一端耦合至电压源；电容器，在第一电阻器的第二端和接地之间；第二电阻器，第二电阻器的第一端耦合至第一比较器的输出端，并且第二电阻器的第二端耦合至第一电阻器的第二端和第三比较器的反相输入端；以及第三电阻器，第三电阻器的第一端耦合至第二比较器的输出端，并且第三电阻器的第二端耦合至第一电阻器的第二端和第三比较器的反相输入端。通过布置RC电路，能够消除触发电压和截止电压之间的延迟差，从而使得检测更加准确。

在公开的第二方面，提供了一种电机驱动电路系统。该系统包括整流电路，被耦合至电源以用于对输入的电信号进行整流输出；开关电源电路，被耦合至整流电路的输出端并且包括根据上文中第一方面的电路；以及逆变电路，被耦合至整流电路以用于输出电信号来驱动电机。

在本公开的第三方面，提供了一种用于电机驱动器的开关电源电路的操作方法。该方法包括从被耦合至开关电源电路的检测电路接收故障信号，其中检测电路用于检测开关电源器中的功率开关器件的短路失效并且响应于检测到短路失效生成故障信号；以及响应于接收到故障信号而使得电机驱动器中的逆变电路短路。

在一些实施例中，接收故障信号包括：从被耦合至功率开关器件的检测电路接收故障信号，其中检测电路被配置为：检测开关电源电路中的功率开关器件的控制端子和第二端子之间的触发电压以及第一端子和第二端子的截止电压；以及响应于触发电压低于第一阈值并且截止电压低于第二阈值，生成故障信号。

在一些实施例中，接收故障信号包括：从被耦合至功率开关器件的检测电路接收故障信号，其中检测电路被配置为：检测开关电源电路中与功率开关器件耦合的电阻器两端的电压；以及响应于电阻器两端的电压超过第三阈值，生成故障信号。

应当理解的是，发明内容并不旨在确定本公开的实施例的关键或基本特征，也并非旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其他特征将变得容易理解。

附图说明

通过结合附图更详细地描绘本公开的示例性实施例，本公开的上述目的和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中在本公开的示例性实施例中，相同的附图标记通常表示相同的部件。

图1示出了传统电机驱动电路系统的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的电机驱动电路系统的示意图；

图3示出了根据本公开的实施例的开关电源的示意图；

图4示出了根据本公开的另一实施例的开关电源的示意图；

图5示出了根据本公开的实施例的电路根据截止电压和触发电压检测短路故障的电信号示意图；

图6示出了根据本公开的实施例的电路根据耦合至功率开关器件的电阻器上的电压来检测短路故障的电信号示意图；以及

图7示出了用于电机驱动器的开关电源的操作方法的流程图。

贯穿附图，使用相同或相似的附图标记来表示相同或相似的元件。

具体实施方式

现在将参考几个示例实施例来描述本公开。应当理解，这些实施例仅为了使本领域技术人员能够更好地理解并由此实现本公开，而不是对本公开技术方案的范围提出任何限制的目的来描述。

如本文所使用的，术语“包括”及其变体将被解读为意指“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”将被解读为“至少基于部分”。术语“一个实施例”和“实施例”应被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同或相同的对象。在下面可能包含其他明确的和隐含的定义。除非上下文另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。

电机驱动器是用来驱动电机并能够调节电机转速的常见电路系统。一种常见的电机驱动器例如是可调速驱动器(ASD)。下文中将主要以可调速驱动器为例来描述电机驱动电路系统。应当理解的是，根据本公开实施例的电路并不只是适用于可调速驱动器，其还可以适用于其他适当的电机驱动器。

图1示出了根据本公开的实施例的电机驱动电路系统的示意图。从图1中也能够看出可调速驱动器的一般电路拓扑结构。如图1所示，可调速驱动器一般包括整流电路205、逆变电路202、直流链路206 以及开关模式电源(SMPS)。根据电源207的输入相的不同，整流电路205一般包括4或6个二极管。在电源207和整流电路205之间一般还设置有分支保护装置。

逆变电路202一般包括6对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和二极管。逆变电路202用于脉宽调制(PWM)输出来驱动电机208并控制电机208的转速。开关模式电源(SMPS)又称开关电源201’，一般连接至直流链路来为系统提供辅助电源。

电机驱动电路系统还包括控制逻辑电路。控制逻辑电路通常包含感测组件和微控制单元(MCU)或控制器103’，以用于整个系统中信号的感测、保护、控制和用户接口。可调速驱动器通常需要满足一定的电气安全标准才能被允许上市销售。电气安全标准通常对可调速驱动器的各项性能指标有着严格的要求和测试准则。

例如，某些电气安全标准(例如IEC/UL 61800-5-1)要求可调速驱动器能够针对电击、热危害和能量危害提供保护。具体而言，有些安全标准需要可调速驱动器能够在单故障条件下针对电击、热危害和能量危害提供保护。其中单故障条件包括整流电路205中的二极管发生短路、逆变电路202中的功率开关发生短路或者开关电源中的功率开关发生短路等情形。

为了满足安全标准的要求，开关电源电路通常具有隔离的拓扑结构，例如反激式开关电源电路。反激式开关电源通常包含金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或IGBT开关以及一个隔离的变压器。变压器以精心设计的间距和/或固体绝缘在主侧电路和超低电压 (ELV)侧输出之间提供隔离。ELV侧输出为电路的用户提供可用供电。

为了通过安全标准，必须按照安全标准中的测试准则在单故障条件下进行“组件故障测试”以验证安全性。能够通过安全标准的测试包括没有火焰或熔融金属或火花点燃手术用棉花指示器，并且在测试期间/之后，ELV电路的电压不得高于指定阈值。

在开关电源201’的功率开关器件短路的情况下，能量通常会在开关电源的环路中释放，从而引起电弧、火花等。同时，如果在故障期间损坏了开关电源201’的变压器的绝缘层，则ELV侧电压也可能超过允许的安全水平。

目前的可调速驱动器为了满足这项指标要求，通常对可调速驱动器的外壳进行改进，以将火焰或熔融金属或火花限制在可调速驱动器内。传统的这种改进通常用来处理上面提到的所有这三种类型的组件故障：整流电路205中的二极管发生短路、逆变电路202中的功率开关发生短路或者开关电源中的功率开关发生短路等情形。对于开关电源中的功率开关发生短路的情况，通常还需要反复设计开关电源中变压器绕组结构，以在故障期间保持绝缘。

可以看出，传统的这种改进方法是对机械结构进行重新设计或者对开关电源中的变压器进行重新设计来使电机驱动器满足标准要求。本公开的实施例提供了一种用于诸如可调速驱动器的电机驱动器中的开关电源的电路，能够将开关电源中的功率开关器件的短路失效故障转移到逆变电路中，以解决或者至少部分地解决传统的传统电机驱动器中的上述问题和/或其他潜在问题。现在将参照图2至图7来描述一些示例实施例。

图2示出了根据本公开的实施例的电机驱动电路系统200的示意图。如图2所示，总体上，根据本公开实施例的电路包括检测电路101 和控制器103。其中这里的控制器103可以独立于电机驱动电路中自有的控制器。也就是说，控制器103可以不同于电机驱动器中的用于控制电机驱动器的控制器。当然，在一些实施例中，控制器103可以是用于控制电机驱动器的控制器。

检测电路101耦合至开关电源201，并且能够检测开关电源201 中的功率开关器件203的短路失效并根据该短路失效而生成故障信号。短路失效可能是由于器件的损坏造成的。如上文中所提到的，如果短路失效不及时处理，则可能会发生更大的事故并影响电机驱动器的安全性。

在一些实施例中，开关电源201中的功率开关器件203可以包括金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。下文中将主要以 MOSFET为例来描述功率开关器件203。但是，应当理解的是，根据本公开实施例的电路同样也可以应用于具有类似原理的功率开关器件。例如，在一些替代的实施例中，功率开关器件203可以包括IGBT 开关。

如图2所示，控制器103耦合至检测电路101，并且能够响应于接收到来自检测电路101的故障信号而控制电机驱动器中的逆变电路 202短路。使逆变电路202短路能够使整流电路或者分支保护装置中的电流增大。电流增大超过一定阈值就会使整流电路中的保护器件熔断和/或使电网和电机驱动器之间的分支保护装置中的保护器件(如保险丝)熔断，从而使电网和电机驱动器之间的连接断开来防止电网的能量进一步涌入。此外，使逆变电路202短路还能够为DC链路中积蓄的能量提供泄放路径，从而提高了系统的安全性。

图2中示出了控制器103使逆变电路202短路的情形。一般情况下，使逆变电路202短路是指使其至少一个桥臂产生短路(例如通过使至少一个桥臂的IGBT开关激活为开)，由此能够将能量泄放路径从开关电源转移到逆变电路和/或整流电路中，从而触发电机驱动器前端的分支保护装置或者整流电路中的保护器件熔断从而引起整个电机驱动器的断路。以此方式，提高了系统的安全性。同时，逆变电路 202短路还能够释放DC链路中的能量以防止其进入开关电源中，提高了开关电源乃至整个电机驱动器的安全性。

通过根据本公开实施例的电路，能够将开关电源中的功率开关器件的短路故障转移到逆变电路中来。换句话说，该电路能够在功率开关器件203发生短路故障的情况下通过使逆变电路202短路而主动切断电机驱动器与电网的连接并同时提供直流链路中的能量泄放路径。这能够有效地提高电机驱动器的安全性，使得电机驱动器能够容易地通过安全标准的测试。

下面来介绍如何通过检测电路101来检测功率开关器件203中的短路失效。如图3所示，在一些实施例中，检测电路101能够检测功率开关器件203的控制端子G和其他两个端子中的一个之间以及除控制端子G外的两个端子之间的电压。为了方便下文的描述，除控制端子G外的两个端子分别被称为第一端子S和第二端子D。

在对应于功率开关器件203是MOSFET器件的实施例中，控制端子G是指MOSFET的栅极，第一端子S对应于源极而第二端子对应于漏极。当然，应当理解的是，在功率开关器件203属于其他晶体管的情况下，控制端子G、第一端子S和第二端子D也可以分别是指该晶体管的对应的端子。其他晶体管的情况与MOSFET类似，下文中将以MOSFET中的各端子为例来进行介绍。

检测电路101能够检测控制端子G和第二端子D之间的触发电压V_GD和第一端子S和第二端子D之间的截止电压V_DS。在功率开关器件203的正常操作情况下，在触发电压处于V_GD处于高电平的情况下，功率开关器件203处于导通状态，因此，截止电压V_DS处于低电平，如图5所示。

相反地，在触发电压V_GD处于低电平的情况下，功率开关器件203 处于截止状态，因此，截止电压V_DS处于高电平。如果功率开关器件 203发生了短路失效，则在触发电压V_GD处于低电平的情况下会发生截止电压V_DS处于低电平的情况，即，功率开关器件203发生了错误地导通。此时，该检测电路101就能响应于触发电压V_GD和截止电压 V_DS低于一定阈值而生成故障信号。

其中触发电压V_GD和截止电压V_DS所低于的阈值可以是相同阈值，也可以是分别设置的不同阈值。即，检测电路101可以在触发电压V_GD低于第一阈值而截止电压V_DS低于第二阈值的情况下生成故障信号。这种方式能够在故障发生的第一时间产生故障信号从而实现逆变电路短路，从而提高电机驱动器的安全性。

为了实现上述功能，在一些实施例中，检测电路101可以包括三个比较电路，如图3所示。为了便于描述，三个比较电路在下文中分别被称为第一比较电路、第二比较电路和第三比较电路。第一比较电路被耦合至功率开关器件203并能够基于接收到的触发电压V_GD和参考电压V_ref而生成第一电信号。第二比较电路被耦合至功率开关器件 203并且能够基于接收到的截止电压V_DS和参考电压V_ref而生成第二电信号。

第三比较电路被耦合至第一和第二比较电路的输出端并且能够基于第一电信号和第二电信号而生成故障信号。例如，在触发电压 V_GD和截止电压V_DS低于指定阈值的情况下，第一比较电路和第二比较电路所输出的第一电信号和第二电信号分别是低电平信号。第三比较电路能够根据该低电平信号而输出低电平信号(即，故障信号)。控制器103能够根据第三比较电路所输出的这个低电平信号而获知功率开关器件203处于故障状态从而触发逆变电路短路。根据本公开的实施例的电路能够以上述简单的电路实现功率开关器件203的故障的检测以及动作，以成本有效的方式提高了系统的安全性。

在一些实施例中，第一比较电路可以包括分压电路和比较器。为了便于描述，第一比较电路的分压电路被称为第一分压电路1012，比较器被称为第一比较器1014。第一分压电路1012能够将截止电压V_DS分压成第一电压。第一比较器1014的反相输入端耦合至第一分压电路并且能够根据该第一电压和参考电压V_ref而生成第一电信号。

类似地，第二比较电路也可以包括第二分压电路1013和第二比较器1015。第二分压电路1013能够将触发电压V_GD分压成第二电压。第二比较器1015的反相输入端耦合至第二分压电路并且能够根据该第二电压和参考电压V_ref而生成第二电信号。

应当理解的是，参考电压V_ref是被输入至第一比较器1014和第二比较器1015的同相输入端。在一些实施例中，参考电压V_ref可以是第一电压和第二电压的平均值。当然，在一些替代的实施例中，参考电压V_ref也可以是利于比较第一电压和第二电压的其他值。

在一些实施例中，第三比较电路包括RC电路、第三比较器1016 和反馈电路1017。RC电路被耦合至第一比较器1014和第二比较器1015的输出端，以用来消除触发电压V_GD和截止电压V_DS之间的信号延迟，从而使检测更加准确。第三比较器1016的反相输入端被耦合至RC电路以接收经RC电路处理的RC电压。

在一些实施例中，如图3所示，RC电路可以包括多个电阻器和电容器C。多个电阻器包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和第三电阻器R3。第一电阻器R1的第一端被耦合至电压源Vcc。第二电阻器 R2的第一端被耦合至第一比较器1014的输出端，并且第二端耦合至第一电阻器R1的第二段和第三比较器1016的反相输入端。第三电阻器R3的第一端被耦合至第二比较器1015的输出端，并且第二端耦合至第一电阻器R1的第二段和第三比较器1016的反相输入端。电容器 C被耦合至第一电阻器R1和接地之间。以此方式，实现了RC电路来将触发电压V_GD和截止电压V_DS之间的信号延迟消除。

反馈电路1017被耦合至第三比较器1016和同相输入端和输出端之间来向第三比较器1016的同相输入端提供反馈电压。反馈电路 1017能够响应于截止电压V_DS和触发电压V_GD变为相同相位(即，低电位)而使得反馈电压低于RC电压以使得第三比较器1016输出故障信号。

为了实现上述功能，在一些实施例中，反馈电路1017可以包括多个电阻器。为了便于上下文的描述，这里的多个电阻器分别被称为第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6和第七电阻器R7。第四电阻器R4被耦合在第三比较器1016的输出端和电压源Vcc之间。第五电阻器R5和第六电阻器R6分别以串联的方式被耦合在电压源Vcc和接地之间。第七电阻器R7的第一端被耦合在第五电阻器 R5和第六电阻器R6以及第三比较器1016的同相输入端，第二端被耦合至第三比较器1016的输出端。

以此方式，通过分别设置第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6和第七电阻器R7的阻值大小，实现反馈电压低于RC电压。这种电路使得以成本有效的方式实现了所需的功能，降低了成本且提高了检测的准确性。此外，该反馈电路1017还能够使第三比较电路实现迟滞比较功能。

具有迟滞比较功能的比较电路能够加快响应速度的同时能够提高比较电路的抗干扰能力。例如，当触发电压V_GD低于第一阈值并且截止电压V_DS低于第二阈值的情况下(即，出现短路失效的情况)，第三比较器1016的输出由高电平变为低电平。此时，如果第三比较器1016的输入在一定范围内波动，第三比较器1016的输出也会一直维持低电平，从而使得第三比较器1016形成了一种单稳态触发器，有效地提高了抗干扰能力，提高了检测的准确性。

上文中通过示例的方式描述了通过检测功率开关器件203上的截止电压V_DS和触发电压V_GD来检测功率开关器件203的短路失效的实施例。当然，应当理解的是，这些实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的手段或者方式也是可能的。

例如，在一些替代的实施例中，还可以通过检测开关电源201的变压器的输入侧的最大电流来检测短路失效。最大电流或峰值电流可以通过直流链路电压最小值与开关电源的最大负载来计算得出。峰值电流一般小于开关电源201的变压器的输入侧的饱和电流。当检测到开关电源201的变压器的输入侧的电流大于峰值电流和饱和电流时，则在功率开关器件上发生短路失效，则控制器103可以发出故障信号。

在一些实施例中，变压器输入侧上的电流可以通过耦合至功率开关器件203上的电阻器204上的电压的方式来实现。该电阻器204上的电压一般就是输入侧的电流和电阻器204的阻值的乘积。例如，在功率开关器件203正常工作状态下，电阻器204上的电压一般会在低于一定阈值(为了便于描述，下文中将被称为第三阈值)的范围内以一定的波形波动。在一些实施例中，该第三阈值一般可以采用上面提到的开关电源中变压器的输入侧的饱和电流或峰值电流与该电阻器的阻值的乘积。当功率开关器件203出现短路失效时，电阻器204上的电压会由于其上电流的增大而超出该第三阈值，如图6所示。

在这些实施例中，检测电路101能够检测电阻器204上的电压并且能够响应于该电压超过第三阈值而输出故障信号。应当理解的是，在这些实施例中的检测电路101可以是控制器103的一部分或者可以说是被集成在控制器103中。也就是说，控制器103可以根据电阻器 204上的电压超过第三阈值而产生故障信号并根据该故障信号使得逆变电路202短路。

在一些实施例中，也可以通过简单的比较电路或者比较器来实现上述电阻器204上的电压与第三阈值比较的功能。例如，在一些实施例中，比较电路或者比较器可以被耦合至控制器103或者集成在控制器103中，从而在电阻器204上的电压高于第三阈值时输出低电平信号来使得控制器103触发逆变电路202短路。

在一些实施例中，上述电阻器204上的电压的检测并且随后与第三阈值比较的功能也可以通过只对控制器103的逻辑电路进行调整来实现，而不需要布置其他附加的电路。例如，在一些实施例中，控制器103可以直接或者间接地(例如通过额外的检测电路101)耦合至电阻器204以获取电阻器204上的电压。并且控制器103能够根据该电压超过第三阈值而输出故障信号。这种方式简化了电机驱动器的电路拓扑并因此降低了电机驱动器的成本。

当然，应当理解的是，测量电阻器204上的电压的方式只是测量输入侧电流的一种示例性实施例，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的测量方式也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，也可以直接测量输入侧的电流并根据电流超过饱和电流或峰值电流来判断功率开关器件的短路失效。

根据本公开的另一方面还公开了一种电机驱动电路系统200。如图2所示，该电机驱动电路系统200包括整流电路205、直流链路206、开关电源201和逆变电路202。整流电路205耦合至电源以用于对输入的电信号进行整流输出。开关电源201包括根据上面所描述的用于保护开关电源201的电路。逆变电路202被耦合至整流电路205并且能够输出电信号来驱动电机。上面所描述的用于保护开关电源201的电路中的控制器103(如上文中所描述的，该控制器103也可以是电机驱动电路系统200的控制器)可以根据接收到故障信号而使得逆变电路202短路。

根据本公开的另一方面还提供了一种用于电机驱动器的开关电源的操作方法700。图7示出了用于电机驱动器的开关电源的操作方法的流程图。如图7所示，在710，从被耦合至所述开关电源201的检测电路101接收故障信号，其中检测电路101用于检测开关电源201 中的功率开关器件203的短路失效并且响应于检测到所述短路失效生成故障信号。

在720，响应于接收到所述故障信号而使得电机驱动器中的逆变电路短路。该操作方法可以以计算机程序的方式被存储在存储器中，以供电机驱动电路系统200中的控制器或者单独的控制器执行时执行上述方法。

应该理解的是，本公开的以上详细实施例仅仅是为了举例说明或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代以及改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附的权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界的等同替代的范围和边界的所有变化和修改。

Claims

1.一种用于电机驱动器中的开关电源的电路，包括：

检测电路(101)，耦合至所述开关电源(201)，并且被配置用于检测所述开关电源(201)中的功率开关器件(203)的短路失效并且响应于检测到所述短路失效生成故障信号；以及

控制器(103)，耦合至所述检测电路(101)并且被配置用于响应于接收到所述故障信号使得所述电机驱动器中的逆变电路(202)短路。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述检测电路(101)被进一步配置用于：

检测所述开关电源(201)中的所述功率开关器件(203)的控制端子(G)和所述第二端子(D)之间的触发电压(V_GD)以及第一端子(S)和所述第二端子(D)的截止电压(V_DS)；以及

响应于所述触发电压(V_GD)低于第一阈值并且所述截止电压(V_DS)低于第二阈值，生成所述故障信号。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述检测电路被进一步配置用于：

检测所述开关电源(201)中与所述功率开关器件(203)耦合的电阻器(204)两端的电压；以及

响应于所述电阻器(204)两端的电压超过第三阈值，生成所述故障信号。

4.根据权利要求2所述的电路，其中所述检测电路(101)包括:

第一比较电路，耦合至所述功率开关器件(203)并且被配置用于基于接收到的所述截止电压(V_DS)和参考电压(V_ref)生成第一电信号；

第二比较电路，耦合至所述功率开关器件(203)并且被配置用于基于接收到的所述触发电压(V_GD)和所述参考电压(V_ref)生成第二电信号；以及

第三比较电路，耦合至所述第一比较电路和所述第二比较电路，并且被配置用于基于所述第一电信号和第二电信号生成所述故障信号。

5.根据权利要求4所述的电路，其中所述第一比较电路包括：

第一分压电路(1012)，被配置为将所述截止电压(V_DS)分压为第一电压；以及

第一比较器(1014)，所述第一比较器(1014)的反相输入端耦合至所述第一分压电路以接收所述第一电压，并被配置为基于所述第一电压和所述参考电压(V_ref)生成所述第一电信号。

6.根据权利要求5所述的电路，其中所述第二比较电路包括：

第二分压电路(1013)，被配置为将所述触发电压(V_GD)分压为第二电压；以及

第二比较器(1015)，所述第二比较器(1015)的反相输入端耦合至所述第二分压电路以接收所述第二电压，并被配置为基于所述第二电压和所述参考电压(V_ref)生成所述第二电信号。

7.根据权利要求6所述的电路，其中所述参考电压(V_ref)是所述第一电压和所述第二电压的平均值。

8.根据权利要求6所述的电路，其中所述第三比较电路包括：

RC电路，被耦合至所述第一比较器(1014)和所述第二比较器(1015)的输出端；

第三比较器(1016)，所述第三比较器(1016)的反相输入端被耦合至所述RC电路以接收RC电压；以及

反馈电路(1017)，被耦合在所述第三比较器(1016)的同相输入端和所述第三比较器(1016)的输出端之间以向所述第三比较器(1016)的所述同相输入端提供反馈电压。

9.根据权利要求8所述的电路，其中所述反馈电路(1017)被配置为响应于所述触发电压(V_GD)低于所述第一阈值并且所述截止电压(V_DS)低于所述第二阈值，使得所述反馈电压低于所述RC电压以生成所述故障信号。

10.根据权利要求8所述的电路，其中所述RC电路包括：第一电阻器(R1)，所述第一电阻器(R1)的第一端耦合至电压源(Vcc)；

电容器(C)，在所述第一电阻器(R1)的第二端和接地之间；

第二电阻器(R2)，所述第二电阻器(R2)的第一端耦合至所述第一比较器(1014)的输出端，并且所述第二电阻器(R2)的第二端耦合至所述第一电阻器(R1)的所述第二端和所述第三比较器(1016)的所述反相输入端；以及

第三电阻器(R3)，所述第三电阻器(R3)的第一端耦合至所述第二比较器(1015)的输出端，并且所述第三电阻器(R3)的第二端耦合至所述第一电阻器(R1)的所述第二端和所述第三比较器(1016)的所述反相输入端。

11.一种电机驱动电路系统，包括：

整流电路(205)，被耦合至电源以用于对输入的电信号进行整流输出；

开关电源(201)，被耦合至所述整流电路的输出端并且包括根据权利要求1-10任一项所述的电路；以及

逆变电路(202)，被耦合至所述整流电路(205)以用于输出电信号来驱动电机。

12.一种用于电机驱动器的开关电源的操作方法，包括：

从被耦合至所述开关电源(201)的检测电路(101)接收故障信号，其中所述检测电路(101)用于检测所述开关电源(201)中的功率开关器件(203)的短路失效并且响应于检测到所述短路失效生成故障信号；以及

响应于接收到所述故障信号而使得所述电机驱动器中的逆变电路短路。

13.根据权利要求12所述的操作方法，其中接收故障信号包括：

从被耦合至所述功率开关器件(203)的检测电路(101)接收所述故障信号，其中所述检测电路(101)被配置为：检测所述开关电源(201)中的所述功率开关器件(203)的控制端子(G)和所述第二端子(D)之间的触发电压(V_GD)以及第一端子(S)和所述第二端子(D)的截止电压(V_DS)；以及响应于所述触发电压(V_GD)低于第一阈值并且所述截止电压(V_DS)低于第二阈值，生成所述故障信号。

14.根据权利要求12所述的操作方法，其中接收故障信号包括：

从被耦合至所述功率开关器件(203)的检测电路(101)接收所述故障信号，其中所述检测电路(101)被配置为：检测所述开关电源(201)中与所述功率开关器件(203)耦合的电阻器(204)两端的电压；以及响应于所述电阻器(204)两端的电压超过第三阈值，生成所述故障信号。