CN111106848A - 电机控制器和用于与电机控制器进行无线通信的方法 - Google Patents

电机控制器和用于与电机控制器进行无线通信的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种电机控制器和用于与电机控制器进行无线通信的方法。该电机控制器包括：封装，其被配置成与电力逆变器对接，以进行电机控制；无线通信集成电路(IC)，其被集成在封装内，并且被配置成接收上行链路无线通信数据并处理上行链路无线通信数据，并且被配置成发送下行链路无线通信数据；电机控制器IC，其被集成在封装内，并且被配置成执行电机控制功能，其包括生成用于多相电机控制的脉冲宽度调制(PWM)控制信号；以及双向通信接口，其被耦接至无线通信IC和电机控制器IC，该双向通信接口包括用于在无线通信IC与电机控制器IC之间进行上行链路信息和下行链路信息的信息交换的多个双向通信线。

Description

电机控制器和用于与电机控制器进行无线通信的方法
技术领域
本公开内容一般地涉及集成有无线通信功能的电机控制功能，并且更具体地涉及集成有无线通信的电机控制集成电路及其操作方法。
背景技术
在电机驱动应用中，经常需要与其他装置的通信。常规地，通信方法是经由网络配置或点对点配置与其他装置的基于有线的通信。RS-232C、串行实时通信系统(Sercos)和控制器局域网(CAN)总线是迄今为止业界采用的典型示例。
通过这样的通信接口的信息的范围从简单的启动/停止命令到包括用于速度同步和/或转矩命令定制的命令的动态运动调节。然而，由于新兴物联网(IoT)的出现，与电机控制器的信息交换可能在信息量方面显著增加，并且可以扩展到各种信息交换方法和协议类型。
这种趋势正在加速，特别是对于主要家用电器开始采用无线接口(例如，Wifi或蓝牙)的家电行业。
智能通信装置如智能手机和平板电脑的传播正在创造新的需求，也试图建立至在智能家居景观中的包括智能家电的所有的“智能”装置的连接。例如，这样的连接可以实现智能装置的远程控制和监测。使用这些类型的通信的信息交换也变得更加复杂。
因此，电机控制是家用电器和工业自动化中的重要组成部分，并且面临着如下的新挑战：更高效运行、通过最小化运行电力成本实现更优化的运行、通过远程访问实现更多便利以及对操作以运行“智能”的电机控制装置进行更先进的诊断。这不仅限于人机接口，还包括机器-机器接口。例如，住宅房间空调在室内单元与主压缩机和热交换功能所在的室外单元之间常规需要基于RS-232C的有线通信。然而，由于更密集的通信需求和线束安装成本，出现了切换到室内单元与室外单元之间的无线通信的期望。
发明内容
实施方式提供了一种电机控制器，该电机控制器包括：封装，其被配置成与电力逆变器对接，用于电机控制；无线通信集成电路(IC)，其被集成在封装内，并且被配置成接收上行链路无线通信数据并处理上行链路无线通信数据，并且被配置成发送下行链路无线通信数据；电机控制器IC，其被集成在封装内，并且被配置成执行电机控制功能，包括生成用于多相电机控制的脉冲宽度调制(PWM)控制信号；以及双向通信(intercommunication)接口，其耦接至无线通信IC和电机控制器IC，该双向通信接口包括用于在无线通信IC与电机控制器IC之间进行上行链路信息和下行链路信息的信息交换的多个双向通信线。
实施方式提供了一种用于与电机控制器进行无线通信的方法。该方法包括：通过无线通信IC接收和处理上行链路无线通信数据；通过无线通信IC发送下行链路无线通信数据；执行电机控制功能，包括通过被集成在与无线通信IC相同的封装中的电机控制器IC来生成用于多相电机控制的脉冲宽度调制(PWM)控制信号；经由耦接至无线通信IC和电机控制器IC的双向通信接口来交换信息，该信息在无线通信IC与电机控制器IC之间作为上行链路信息和下行链路信息进行交换。
附图说明
在本文中参照附图对实施方式进行描述。
图1A是示出根据一个或更多个实施方式的电力半导体装置的电机控制回路的示意性框图；
图1B是示出根据一个或更多个实施方式的利用单分流电流感测的电力逆变器的示意图；
图2A是根据一个或更多个实施方式的具有无线通信使能电机控制集成电路功能的IC封装的示意性框图；
图2B是根据一个或更多个实施方式的IC封装的平面图；
图3示出了根据一个或更多个实施方式的使用IC封装的示例应用配置的示意性框图；以及
图4是根据一个或更多个实施方式的具有无线通信和电机控制功能的单片集成的IC封装的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，阐述细节以提供对示例性实施方式的更全面的解释。然而，对于本领域技术人员明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。在其他情况下，为了避免模糊实施方式，公知的结构和装置以框图形式或以示意图示出而不是详细示出。另外，除非另有特别说明，否则下文描述的不同实施方式的特征可以彼此组合。
此外，等同或相似的元件或者具有等同或相似功能的元件在以下描述中用等同或相似的附图标记表示。由于在附图中相同或功能等同的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对设置有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对于具有相同或相似附图标记的元件提供的描述是可相互交换的。
在这方面，可以参考所描述的附图的取向来使用诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“前面”、“后面”、“背面”、“前部”、“后部”、“之下”、“之上”等的方向性术语。因为实施方式的部件可以以多个不同的取向定位，所以方向性术语用于说明的目的，而绝不是限制性的。应当理解，在不脱离权利要求限定的范围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以进行结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。
应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，它可以直接连接至或耦接至另一元件或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应该以类似的方式来解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
在本文描述的实施方式或附图中示出的实施方式中，任何直接电连接或耦接即没有附加中间元件的任何连接或耦接也可以通过间接连接或耦接即具有一个或更多个附加中间元件的连接或耦接来实现，反之亦然，只要基本上保持连接或耦接的一般目的例如以发送某种信号或发送某种信息即可。可以组合来自不同实施方式的特征以形成另外的实施方式。例如，除非有相反说明，否则关于实施方式之一描述的变型或修改也可以适用于其他实施方式。
本文可以使用术语“基本上”来解释在不脱离本文描述的实施方式的方面的情况下在工业中被认为可接受的小制造公差(例如，在5％内)。
传感器可以指将要测量的物理量转换为电信号例如电流信号或电压信号的部件。例如，物理量可以是单分流电阻系统中分流电阻处的电流或电压。
信号处理电路和/或信号调节电路可以接收来自一个或更多个部件的一个或更多个信号并且对一个或更多个信号执行信号调节或处理。如本文所使用的，信号调节指的是将信号操纵成使得信号满足下一阶段的要求以进行进一步处理。信号调节可以包括从模拟转换为数字(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离，以及使信号适于在调节之后进行处理所需的任何其他处理。
因此，信号处理电路可以包括模数转换器(ADC)，其将来自一个或更多个传感器元件的模拟信号转换为数字信号。信号处理电路还可以包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(DSP)。
现代装置在汽车、消费和工业应用中的许多功能如转换电能以及驱动电动机或电机依赖于电力半导体装置。例如，仅举几个例子，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及二极管已经用于各种应用，包括但不限于电源和电力转换器中的开关。
电力半导体装置通常包括这样的半导体结构：其被配置成使负载电流沿着该装置的两个负载端子结构之间的负载电流路径传导。此外，负载电流路径可以借助于有时被称为栅电极的控制电极来控制。例如，在从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时，控制电极可以将电力半导体装置设置为导通状态和阻断状态之一。
功率晶体管是可以用于驱动负载电流的电力半导体装置。存在接通过程和关断过程，用于打开和关闭功率晶体管。在接通过程期间，栅极驱动器集成电路(IC)用于向功率晶体管的栅极提供(源)栅极电流，以便对栅极充电。相反，在关断过程期间，栅极驱动器IC用于从功率晶体管的栅极吸取(吸收)栅极电流，以便使栅极放电。
晶体管可以包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(例如，Si MOSFET或SiC MOSFET)。尽管在下面的实施方式中可以使用IGBT作为示例，但是应当理解，MOSFET可以代替IGBT，反之IGBT可以代替MOSFET。在这种情况下，在本文描述的任何一个示例中，当用MOSFET代替IGBT时，MOSFET的漏极可以代替IGBT的集电极，MOSFET的源极可以代替IGBT的发射极，并且MOSFET的漏极-源极电压VDS可以代替IGBT的集电极-发射极电压VCE。因此，任何IGBT模块可以由MOSFET模块代替，反之任何MOSFET模块可以由IGBT模块代替。
本说明书中描述的特定实施方式属于但不限于可以在电力转换器或电源内使用的电力半导体装置。因此，在实施方式中，电力半导体装置可以被配置成承载要被提供给负载和/或分别由电源提供的负载电流。例如，半导体装置可以包括一个或更多个有源电力半导体单元例如单片集成二极管单元和/或单片集成晶体管单元。这样的二极管单元和/或这样的晶体管单元可以集成在电力半导体模块中。
包括适当连接以形成半桥的晶体管的电力半导体装置通常用于电力电子学领域。例如，半桥可以用于驱动电机或开关模式电源。
例如，多相逆变器被配置成通过提供多相负载(例如三相电机)来提供多相电力。例如，三相电力包括三个对称的正弦波，它们相互之间异相120电角度。在对称的三相电源系统中，三个导体各自承载相对于公共参考具有相同频率和电压幅度但具有三分之一周期的相位差的交流电流(AC)。由于相位差，任何导体上的电压在其他导体之一之后的三分之一周期和在剩余导体之前的三分之一周期处达到其峰值。该相位延迟为平衡的线性负载提供恒定的电力传输。它也使得在电机中产生旋转磁场成为可能。
在馈送平衡和线性的负载的三相系统中，三个导体的瞬时电流之和为零。换句话说，每个导体中的电流在幅度上与另外两个导体中的电流之和相等，但符号相反。任何相导体中的电流的返回路径是另外两个相导体。瞬时电流产生电流空间矢量。
三相逆变器包括三个逆变器支路，针对三相中的每一相具有一个逆变器支路，并且每个逆变器支路彼此并联连接至直流(DC)电压源。每个逆变器支路包括例如以半桥配置布置的一对晶体管用于将DC转换为AC。换句话说，每个逆变器支路包括串联连接的两个互补晶体管(即，高侧晶体管和低侧晶体管)，它们彼此互补地接通和关断以驱动相负载。然而，多相逆变器不限于三相，并且可以包括两相或多于三相，其中针对每一相具有逆变器支路。
图1A是示出根据一个或更多个实施方式的电力半导体装置的电机控制回路10的示意框图。特别地，电机控制回路10包括电力逆变器1和逆变器控制单元2。逆变器控制单元2也可以称为电机控制器或电机控制IC。
电机控制回路10还耦接至三相电机M，其包括三个相位U、V和W。电力逆变器1是被配置成通过供给三相电流来提供三相电力以驱动电机M的三相电流生成器。还可以理解，电力逆变器1和逆变器控制单元2可以被放置在同一电路板上，或者被放置在单独的电路板上。
幅度和相位的偏差可能导致电机M中的电力和转矩损失。因此，电机控制回路10被配置成实时监测和控制供应至电机M的电流的幅度和相位，以确保基于反馈控制回路维持适当的电流平衡。
电力逆变器1包括以互补对布置的六个晶体管模块3u+、3u-、3v+、3v-、3w+和3w-(统称为晶体管模块3)的开关阵列。每个互补对构成一个逆变器支路，其向三相电机M供应相电流。因此，每个逆变器支路包括上(高侧)晶体管模块3和下(低侧)晶体管模块3。每个晶体管模块可以包括一个晶体管并且还可以包括二极管(未示出)。因此，每个逆变器支路包括上晶体管和下晶体管。负载电流路径U、V和W从位于互补晶体管之间的每个逆变器支路的输出端(即每个半桥的输出端)延伸并且被配置成耦接至负载例如电机M。电力逆变器1耦接至DC电源4(例如电池)并且耦接至逆变器控制单元2。
在该示例中，逆变器控制单元2包括逆变器控制电路(例如，电机控制器IC)和驱动器电路(例如，栅极驱动器IC)，用于控制开关阵列。然而，在其他示例中，栅极驱动器IC可以被集成在电力逆变器1上(例如，参见图3中的栅极驱动IC)，并且因此被集成在与电机控制器IC分开的管芯上。
电机控制器IC实时地执行电机控制回路10的电机控制功能。电机控制功能可以包括控制永磁电机或感应电机，并且可以被配置为不需要转子位置感测的无传感器控制、被配置为具有霍尔传感器和/或编码器装置的基于传感器的控制、或者被配置为基于传感器的控制(例如，在较低的转子速度下使用)和无传感器控制(例如，在较高的转子速度下使用)的组合。
例如，逆变器控制单元2可以包括微控制器单元(MCU)5作为电机控制器IC，用于生成用于控制每个晶体管模块3的晶体管的驱动器信号。因此，负载电流路径U、V和W可以由MCU 5借助于控制晶体管3的有时被称为栅电极的控制电极来进行控制。例如，在从MCU 5接收到控制信号时，栅极驱动器IC可以将相应的晶体管设置为导通状态(即接通状态)或阻断状态(即关断状态)之一。
该栅极驱动器IC可以被配置成从逆变器控制单元(例如，从MCU 5)接收控制信号并且根据接收到的控制信号接通或关断相应的晶体管3。例如，在相应的晶体管3的接通过程期间，栅极驱动器IC可以用于向相应的晶体管3的栅极提供(源)栅极电流，以便对栅极充电。相反，在关断过程期间，栅极驱动器IC可以用于从晶体管3的栅极吸取(吸收)栅极电流，以便使栅极放电。
逆变器控制单元2或MCU 5本身可以包括用于实现PWM方案的脉冲宽度调制(PWM)控制器、ADC、DSP和/或时钟源(即，计时器或计数器)，用于控制每个晶体管的状态并且最终控制在相应的负载电流路径U、V和W上提供的每个相电流。
特别地，MCU 5可以使用电机控制算法，例如磁场定向控制(FOC)算法，用于针对输出至多相负载例如多相电机的每个相电流实时提供电流控制。可以通过除FOC控制之外还添加速度控制回路来进一步控制电机速度。因此，FOC可以被认为是内部控制回路，并且速度控制回路可以被认为是外部控制回路。在一些情况下，可以使用速度控制回路外部的第三控制回路(例如位置控制回路)来控制电机位置。
例如，在FOC期间，应该测量电机相电流，使得可以实时确定准确的转子位置。为了实现电机相电流的确定，MCU 5可以采用使用单分流电流感测的算法(例如，空间矢量调制(SVM)，也称为空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM))。
此外，控制电力逆变器1的开关3(即晶体管)，使得在任何时候同一逆变器支路中的两个开关都没有接通，否则直流电源将会短路。根据电机控制算法，可以通过逆变器支路内的开关3的互补操作来满足该要求。
图1B是示出根据一个或更多个实施方式的利用单分流电流感测的电力逆变器1的示意图。具体地，电力逆变器1包括放置在电力逆变器1的负DC链路上的分流电阻器Rs。晶体管3u+、3u-、3v+、3v-、3w+和3w-表示为开关，并且电机M被示出为针对其相中每一相具有绕组。图1A中的MCU 5可以接收从分流电阻器Rs获得的电流的样本，然后使用算法(即软件)来实时重构三相电流。
例如，SVPWM是基于矢量控制的算法，其需要感测三个电机相电流。通过使用单分流电阻器Rs，以精确的时间间隔对DC链路电流脉冲进行采样。分流电阻器Rs上的电压降可以由逆变器控制单元2内的运算放大器放大并且例如向上移位1.65V。所得的电压可以由逆变器控制单元2内的ADC转换。基于开关的实际组合，使用SVPWM算法重构电机M的三相电流。ADC可以在PWM周期的有效矢量期间测量DC链路电流。在每个扇区中，两相电流测量是可用的。由于三个绕组电流总和为零，因此可以计算第三相电流值。
SVPWM本身是用于实时控制PWM的算法。它用于产生AC波形，并且可以用于使用多个D类放大器(例如晶体管)从DC源以不同的速度驱动三相AC供电的电机。虽然本文的示例是在三相电机的背景下描述的，但是示例不限于此，并且可以应用于任何多相负载方案。
如上所述，存在日益增加的使用无线通信如WiFi和蓝牙与电机控制器交换信息的需求。为了满足这种需求，电机控制功能可以与无线通信功能集成，更具体地，电机控制IC可以与无线通信IC集成在单个IC封装中。
通常，具有天线的无线电IC可以用于无线通信，并且具体地，可以用于发送和接收无线通信数据。接收/发送通信数据的定时和所述数据的量可以是依赖于用户和用例的并且可能是不可预测的。因此，应该保留足够的处理能力以有效地和按需地操作和处理通信数据。
运动控制器IC通常不具有与无线电IC直接通信的能力，也不具有处理无线通信数据处理的计算能力。例如，在从无线电IC接收到原始数据时，接收到的原始数据需要数据操作和处理。通信数据通常需要一些立即的响应和/或处理，以便分析通信数据并响应于此采取适当的动作。通信数据的这种处理可能需要大量的中央处理单元(CPU)负载，运动控制器IC不能在不中断电机控制功能的情况下进行处理。电机控制功能的中断可能导致跳过PWM周期，并最终导致电机损坏。
如上所述，运动控制器IC被配置用于基于反馈控制回路进行实时电机控制。当电机运行时，连续地执行该实时处理，并且基于实时处理周期性地(即，每个PWM周期)更新PWM控制信号。例如，在每个PWM周期中，运动控制器IC负责测量电机电流和电压，基于测量的电流和/或电压计算电机控制算法，以及生成输出至栅极驱动器IC并且最终应用于开关3用于控制其占空比的瞬时PWM控制信号。因此，在电机控制器IC上存在连续的处理负荷，以执行需要一定量的处理能力的电机控制功能。
电机控制器IC需要完成电机控制计算(即，基于电机控制算法)并在每个PWM周期内(例如，大约15μs至45μs的时间间隔)输出PWM控制信号，而没有会导致电机控制器IC超过PWM周期的中断。超过此PWM周期进行电机控制计算可能会导致电机损坏。
如果电机控制器IC也负责处理无线通信数据处理，该处理负载可以在从无线电IC接收通信数据时到达峰值。处理负载中的这种峰值将存在电机控制器IC可能无法完成电机控制计算达PMW周期的风险。也就是说，实时电机控制功能可能会被严重中断，从而错过了PWM周期。最终，由于通信数据的性质及其所需的处理负荷，可能会出现相当大的浪涌。因此，应该采取措施使得电机控制功能免受这样的处理负载浪涌的影响，即处理由于无线通信数据的处理而产生的负载浪涌。
因此，无线通信IC可以用作运动控制器IC与无线电IC之间的通信接口。无线通信IC可以配置有足够的处理能力来处理通信数据处理，同时还与和电机控制功能有关的电机控制器IC交换信息。
例如，无线通信IC可以处理通信数据，并向电机控制器IC提供启动/停止命令。无线通信IC还可以向电机控制器IC提供包括用于速度同步和/或转矩命令定制的命令的用于动态运动调节的命令。无线通信IC可以用于与“智能”家庭系统接口，该“智能”家庭系统调节包括运动功能的家具的一个或更多个操作。因此，无线通信IC可以从智能家庭系统接收通信数据，例如接通和关断命令，或者待机或低功率命令。还可以在通信数据中接收电机设置。
在空气调节单元的示例中，智能恒温器可以基于测量的环境温度和编程的温度设置向无线电IC发送通信数据。通信数据可以基于维持期望的编程温度来提供启动/停止命令。无线通信IC可以处理该通信数据并向电机控制器IC提供启动/停止命令以发起指示的动作。
设置也可以包括在通信数据中，通信数据包括限定电机接通或关断的周期的接通和关断持续时间，或限定电机速度和电机以该速度运行的周期两者的速度设置持续时间。这些设置可以被存储在无线通信IC，并且可以经由通过无线通信IC从无线电IC接收的通信数据周期性地进行更新。然后，无线通信IC可以基于在无线通信IC处存储和监测的这些设置向电机控制器IC发出接通和关断命令或速度调节命令。例如，无线通信IC可以跟踪时间或持续时间，并且在到达配置的时间时或者在设置的持续时间到期时基于存储的设置向电机控制器IC发起适当的命令。
此外，电机控制器IC可以将电机状态和控制信息中继至无线通信IC，然后无线通信IC可以处理该信息，并且将适当的通信数据发送至无线电IC以便无线传输至外部装置(例如，用户装置)。例如，电机控制器IC可以提供热过应力状况的紧急报告，或者可以立即传送关闭或减小电流参考的需要。
无线通信IC可以配置有核处理器，该核处理器具有比电机控制器IC的处理器基频大的处理器基频(即，CPU核心时钟速度)。在一个示例中，无线通信IC可以具有150MHz的处理器基频，并且电机控制器IC可以具有48MHz的处理器基频。然而，处理器基频不限于此，并且可以基于预期应用而变化。
此外，无线通信IC和电机控制器IC可以由不同的光刻工艺制成，其中无线通信IC使用比电机控制器IC更小的技术节点制造。例如，电机控制器IC可以由55纳米(55nm)光刻工艺制成，并且无线通信IC可以由40nm光刻工艺制成。然而，每个IC的技术节点不限于此，并且可以基于预期应用进行变化。
因此，可以以成本有效的方式根据应用对两个IC进行优化。
图2A是根据一个或更多个实施方式的具有无线通信使能电机控制集成电路功能的IC封装20的示意性框图。类似地，图2B是根据一个或更多个实施方式的IC封装20的平面图。
特别地，IC封装20是128针低剖面四方扁平封装(LQFP，Low Profile Quad FlatPack)。然而，封装的类型不限于引脚的数量或封装类型。因此，IC封装20可以是任何其他封装类型，例如四方扁平无引脚(QFN，Quad Flat Nolead)封装，并且可以与不同数量的引脚选项一起使用。
IC封装20包含两个主要功能部。第一主要功能是无线通信数据处理部21a，第二主要功能是电机控制功能部22a。电机控制功能部22a可以包括控制永磁电机或感应电机，并且可以被配置为不需要转子位置感测的无传感器控制或者被配置为具有霍尔传感器和/或编码器装置的基于传感器的控制。因此，电机控制功能部22a可以包括用于控制栅极驱动器IC和/或电机的任何控制功能，并且可以包括执行用于完成该任务的多个功能。
无线通信数据处理部21a包括执行http web服务器管理、云服务处理以及与配对电机控制功能进行接口。例如，IC封装20可以经由其引脚中的一个或更多个耦接至无线电IC(未示出)，该无线电IC还耦接至天线(未示出)。天线被配置成接收和发送无线通信数据，并且无线电IC被配置为天线与IC封装20之间的接口。因此，无线通信数据处理部21a可以被配置成经由耦接至无线电IC的上行链路信道和下行链路信道发送和接收无线通信数据，处理上行链路无线通信数据和下行链路无线通信数据，以及与电机控制功能进行接口。这里，上行链路无线通信数据是从无线电IC接收的数据(即，输入至封装20)，并且下行链路无线通信数据是发送至无线电IC的数据(即，从封装20输出)。
电机控制功能部22a包括通过感测电机电流执行电机速度控制和转矩控制，并且基于反馈控制回路生成PWM控制信号，并且可选地执行附加的功率因数校正(PFC)功能以生成PFC控制信号。PFC控制可以借助固件被并入电机控制功能部22a中。换句话说，电机控制功能部22a执行与上面参考MCU 5描述的电机控制类似的功能。然而，这里，栅极驱动器IC设置在MCU 5的外部(即，IC封装20的外部)并且可以与电力逆变器1集成(参见例如图3中的栅极驱动器IC 7)。
此外，两个主要功能部21a和22a被配置成通过双向通信接口23彼此通信。两个主要功能之间的双向通信可以通过RS-232C串行通信加上额外的多条线路来实现，用于实时、快速事件的处理信息交换。
例如，速度设置点命令、启动命令、停止命令和/或动态转矩限制值更新命令可以通过通信数据处理部21a基于从无线电IC接收的无线通信数据生成，并且通过通信数据处理部21a发送至电机控制功能部22a，用于修改电机控制功能。
速度设置点命令可以用于根据电机控制功能部22a设置和/或调节电机速度。该命令可以用于增加或降低当前电机速度。可以根据电机控制功能部22a使用启动命令来启动电机，并且可以根据电机控制功能部22a使用停止命令来停止或关断电机。动态转矩限制值更新命令可以用于根据电机控制功能部22a调节电机的转矩。
相反，电机速度反馈信息、电力计量信息、电机驱动故障状态、电力逆变器温度和/或电机温度可以通过电机控制功能部22a测量或生成并且被发送至通信数据处理部21a。在接收到上述信息中的一个或更多个时，通信数据处理部21a可以处理信息并准备用于传输至无线电IC的无线通信数据。换句话说，通信数据处理部21a可以生成包含从电机控制功能部22a接收的信息的通信消息(例如，数据分组)。
因此，图2A示出了通过单个封装中的两个集成电路集成两个功能部，即电机控制功能部和无线通信数据处理部。
如图2B所示，这两个主要功能部21a和22a分别通过两个集成电路物理地实现：无线通信IC 21b和电机控制器IC 22b。无线通信IC 21b和电机控制器IC 22b经由接合线耦接至封装20的引脚，以便接收电力VDC以及与外围设备(例如，栅极驱动器IC、无线电IC、PFCIC等)通信。另外，通过双向通信接口23连接在一起的无线通信IC 21b和电机控制器IC 22b在本示例中包括六个接合线(即，互连线)。这里，无线通信IC 21b与电机控制器IC 22b之间的双向通信可以通过RS-232C串行通信加上额外的多线实现，用于实时、快速事件处理信息交换。
例如，速度设置点命令、启动命令、停止命令和/或动态转矩限制值更新命令可以通过无线通信IC 21b基于从无线电IC接收的无线通信数据生成，并且通过无线通信IC 21b发送至电机控制器IC 22b，用于修改由电机控制器IC 22b实现的电机控制功能。这些命令可以通过串行通信接口以周期性更新的形式发送，或者通过实时事件通信接口发送，用于进行事件处理。换句话说，周期性更新可以是调度通信，而实时事件通信可以是未调度通信，其优先于其他类型的通信，包括周期性更新。
速度设置点命令可以用于根据由电机控制器IC 22b实现的电机控制功能来设置和/或调节电机速度。该命令可以用于增加或降低当前电机速度。可以根据由电机控制器IC22b实现的电机控制功能使用启动命令来启动电机，并且可以根据由电机控制器IC实现的电机控制功能使用停止命令来停止或关断电机。动态转矩限制值更新命令可以用于根据由电机控制器IC 22b实现的电机控制功能来调节电机的转矩。
相反，电机速度反馈信息、电力计量信息、电机驱动故障状态、电力逆变器温度和/或电机温度可以通过电机控制器IC 22b测量或生成并且被发送至无线通信IC 21b。可以通过串行通信接口发送周期性更新，周期性更新包括电机速度反馈信息、电力计量信息、电力逆变器温度和/或电机温度。
可以通过实时事件通信接口发送事件信息例如电机控制故障信息以及响应于此的电机控制功能命令，事件信息包括电力逆变器1处的过热、过电流和/或过电压或者电机处的过热。
在从电机控制器IC 22b接收到一种或更多种类型的信息时，无线通信IC 21b可以处理信息并准备用于传输至无线电IC的无线通信数据。换句话说，无线通信IC 21b可以生成包含从电机控制器IC 22b接收的信息的通信消息(例如，数据分组)。
IC封装20的一些引脚可以耦接至无线通信IC 21b和电机控制器IC 22b。例如，引脚PWMWH、PWMWL、PWMVH、PWMVL、PWMUH和PWMUL可以用于控制电力逆变器(例如，如图1A中所示的电力逆变器1)中的相应相电流，并且还可以耦接至电力逆变器的栅极驱动器IC。这里，引脚PWMWH和PWMWL用于输出用于控制W相电流的高侧晶体管和低侧晶体管的PWM控制信号，引脚PWMVH和PWMVL用于输出用于控制V相电流的高侧PWM和低侧晶体管的PWM控制信号，以及引脚PWMUH和PWMUL用于输出用于控制U相电流的高侧晶体管和低侧晶体管的PWM控制信号。
另外，引脚Isense和Vsense可以耦接至电机控制器IC 22b并且分别用于接收电机电流或电压，以使得电机控制器IC 22b能够测量电机电流或电压以进行反馈控制。附加引脚可以耦接至电机控制器IC 22b并专用于PFC控制功能。附加引脚也可以用于将无线通信IC 21b与无线电IC接口。此外，电源焊盘诸如VDD和VSS可以分别在无线通信IC 21b与电机控制器IC 22b之间共享。
如上所述，无线通信IC 21b执行Wifi/蓝牙通信数据处理，同时电机控制器IC 22b执行电机控制功能。双向通信接口23的六条互连线中的两条专用于两个IC之间的串行通信(例如，RS-232C通信)。串行通信可以包括两个IC之间的周期性报告。例如，电机控制器IC22b可以跟踪由电机施加或消耗的电量作为电机电力计量信息，并且电机电力计量信息可以通过串行通信接口从电机控制器IC 22b周期性地发送至无线通信IC 21b。还可以通过串行通信接口从电机控制器IC 22b发送用于其他周期性电机状态更新的通信。
相反，无线通信IC 21b可以通过串行通信接口向电机控制器IC 2b发送周期性更新的电力调整命令，以调整驱动电机所施加的电力。例如，可以发送电力调整命令以降低当前电力水平或增加当前电力水平，用于电机电力控制。还可以通过串行通信接口从无线通信IC 21b发送用于其他电机功能更新的通信。
双向通信接口23的其余四条线专用于IC之间的实时事件通信。实时事件通信可以包括紧急通信，例如电机控制故障信息或热过应力状况的紧急报告，或者传达立即关断或减小电流参考的需要。例如，电机控制故障信息可以经由实时事件通信接口在电力逆变器1处发信号通知过温、过电流和/或过电压。电机控制故障信息也可以用于指示电机的过热。该故障信息可以被实时发送(即，在由电机控制器IC 22b检测到故障事件时)而不是作为周期性更新，以便在适当的时间量内(例如，如果必要的话，立即)采取适当的动作。
响应于接收到电机控制故障信息，无线通信IC 21b可以通过实时事件通信利用一个或更多个命令进行响应，以指示电机控制器IC 22b采取某种动作(例如，停止命令、利用速度设置命令降低当前电机速度、利用转矩限制值更新命令减小转矩等)。无线通信IC 21b还可以从外部装置寻找用于事件处理的指令，并且在从外部装置(即，经由无线电IC)接收并且对其进行处理时将指令中继至电机控制器IC 22b。
实时事件通信触发电机控制IC 22b以改变电机控制功能的操作。例如，停止电机。因此，这四条线补充了串行通信线提供的通信交换，因为它们补充了由RS-232C提供的定期周期性通信。
包括无线通信IC 21b和电机控制器IC 22b的IC封装20可以用于与电力逆变器1和具有天线9的无线电IC 8进行对接。例如，图3示出了根据一个或更多个实施方式的使用IC封装20的示例应用配置300的示意性框图。具体地，应用配置300示出了具有无线通信功能的三相电机控制，其可以用于各种电器电机控制方案。IC封装20经由各种引脚耦接至无线电IC 8。另外，IC封装20的六个引脚(即，PWMWH、PWMWL、PWMVH、PWMVL、PWMUH和PWMUL)耦接至与用于控制电机功能的电力逆变器1集成的栅极驱动器IC 7。最后，IC封装20的Isense引脚耦接至分流电阻器Rs，用于接收(感测)电机电流，其用于电机控制器IC 22b的电机反馈控制。
利用该布置，通过电机控制器IC 22b实现的电机控制功能的实时处理可以被保护，同时仍然能够实现与电机控制器IC 22b接口的无线通信。
也将认识到的是，无线IC 8可以被集成在IC封装20内，并且经由封装内的接合线耦接至无线通信IC 21b。在这种情况下，IC封装20可以具有至少一个专用作天线引脚的引脚，用于耦接至位于封装外部的天线9。
根据上述实施方式，无线通信IC 21b和电机控制器IC 22b被配置成独立地操作，以并行处理其各自的处理负荷(即，无线通信数据处理负载与电机控制处理负载)。两个管芯被集成在一个封装20中。
图4是根据一个或更多个实施方式的具有无线通信和电机控制功能的单片集成的IC封装的示意性框图。这两个功能，即电机控制和Wifi/蓝牙通信数据处理，通过被封装到一个封装20中的一个单片集成电路40而被集成。因此，延伸到集成的下一级，无线通信IC21b和电机控制器IC 22b可以被单片集成以形成一个物理集成电路40，同时执行电机控制功能以及Wifi/蓝牙通信数据处理。
虽然已经描述了各种实施方式，但是对于本领域普通技术人员明显的是，在本公开内容的范围内许多更多的实施方式和实现方式是可能的。因此，除了所附权利要求及其等同物之外，本发明不受限制。关于由以上描述的部件或结构(组件、装置、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有表示，否则即使与执行本文所示的本发明的示例性实施方式中的功能的所公开结构在结构上不等同，用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)意在与执行所描述的部件的指定功能的任何部件或结构对应(即功能上等同)。
此外，所附权利要求在此并入到详细描述中，其中，每个权利要求可以独立地作为单独的示例实施方式。虽然每个权利要求可以独立地作为单独的示例实施方式，但应注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中提及与一个或更多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例实施方式也可以包括从属权利要求与每个其他独立权利要求或从属权利要求的主题的组合。除非声明特定组合不是预期的，否则本文提出了这样的组合。此外，即使该权利要求不直接引用独立权利要求，也意在将权利要求的特征包括在任何其他独立权利要求中。
还应当注意，说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个相应动作的装置的设备来实现。
此外，应理解，说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为在特定顺序内。因此，除非这些动作或功能由于技术原因是不可互换的，否则多项动作或功能的公开内容不会将这些动作或功能限制为特定的顺序。此外，在一些实施方式中，单个动作可以包括多个子动作或可以分成多个子动作。除非明确排除的之外，否则可以包括这样的子动作并且这样的单个动作可以是公开内容的一部分。
根据某些实现要求，本文提供的实施方式可以用硬件或软件实现。可以使用其上存储有电可读控制信号的数字存储介质(例如软盘、DVD、蓝光、CD、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器)来执行该实现方式，电可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，使得执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
指令可以由一个或更多个处理器诸如一个或更多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或者其他等效集成或分立逻辑电路系统来执行。因此，如本文所使用的术语“处理器”是指适合于实现本文所描述的技术的任何前述结构或任何其他结构。另外，在一些方面，可以在专用硬件和/或软件模块内提供本文描述的功能。同样，可以在一个或更多个电路或者逻辑元件中充分实现该技术。
因此，本公开内容中所描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或更多个处理器内实现，所述处理器包括一个或更多个微处理器、DSP、ASIC或任意其他等同的集成或分立逻辑电路、以及这种部件的任意组合。
包括硬件的控制单元还可以执行本公开内容中描述的技术中的一种或更多种。这样的硬件、软件和固件可以在相同设备内或在独立的设备内实现，以支持本公开内容中描述的各种技术。软件可以存储在非暂态计算机可读介质上，使得非暂态计算机可读介质包括存储在其上的程序代码或程序算法，当执行程序代码或程序算法时使得计算机程序执行方法的步骤。
尽管已经公开了各种示例性实施方式，但是对于本领域技术人员来说明显的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本文公开的构思的一些优点。对于本领域的那些相当熟练的技术人员来说明显的是，执行相同功能的其他部件可以被适当地替换。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方式并进行结构或逻辑上的改变。应该提到的是，参照特定附图解释的特征可以与其他附图的特征组合，甚至在未明确提及的那些情况下也是如此。对一般发明构思的这种修改意在由所附权利要求及其合法等同物覆盖。

Claims (20)

1.一种电机控制器，包括：
封装，其被配置成与电力逆变器对接以进行电机控制；
无线通信集成电路IC，其被集成在所述封装内，并且被配置成接收上行链路无线通信数据并处理所述上行链路无线通信数据，并且被配置成发送下行链路无线通信数据；
电机控制器IC，其被集成在所述封装内，并且被配置成执行电机控制功能，其包括生成用于多相电机控制的脉冲宽度调制PWM控制信号；以及
双向通信接口，其被耦接至所述无线通信IC和所述电机控制器IC，所述双向通信接口包括用于在所述无线通信IC与所述电机控制器IC之间进行上行链路信息和下行链路信息的信息交换的多个双向通信线。
2.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述无线通信IC被配置成处理所述上行链路无线通信数据，基于经处理的上行链路无线通信数据而生成电机控制功能命令，以及通过所述多个双向通信线中的至少一个将所述电机控制功能命令作为所述上行链路信息发送至所述电机控制器IC。
3.根据权利要求2所述的电机控制器，其中，所述上行链路无线通信数据包括电机速度设置点命令、电机启动命令、电机停止命令和电机转矩限制值更新命令中的至少之一。
4.根据权利要求2所述的电机控制器，其中，所述电机控制器IC被配置成接收所述电机控制功能命令，并且基于所述电机控制功能命令来调整所述电机控制功能。
5.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述电机控制器IC被配置成生成反馈信息，并且通过所述多个双向通信线中的至少一个将所述反馈信息作为所述下行链路信息发送至所述无线通信IC。
6.根据权利要求5所述的电机控制器，其中，所述无线通信IC被配置成接收所述反馈信息，基于所述反馈信息而生成所述下行链路无线通信数据，以及从所述封装发送所述下行链路无线通信数据。
7.根据权利要求5所述的电机控制器，其中，所述反馈信息包括电机速度反馈信息、电力计量信息、电机驱动故障状态信息、电力逆变器温度信息、电力逆变器过电流信息、电力逆变器过电压信息和电机温度信息中的至少之一。
8.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述电机控制器IC被配置成实时地连续执行所述电机控制功能，使得在每个PWM周期生成所述PWM控制信号，而没有由所述上行链路无线通信数据引起的PWM周期中断。
9.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述电机控制功能包括测量电机相电流，并且将所测量的电机相电流施加到至少一个电机控制算法以生成所述PWM控制信号。
10.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述多个双向通信线包括专用于所述无线通信IC与所述电机控制器IC之间的串行通信的第一双向通信线子集，并且还包括专用于所述无线通信IC与所述电机控制器IC之间的实时事件通信的第二双向通信线子集。
11.根据权利要求10所述的电机控制器，其中，定期地在所述无线通信IC与所述电机控制器IC之间周期性地交换所述串行通信。
12.根据权利要求10所述的电机控制器，其中，所述无线通信IC被配置成经由所述第一双向通信线子集中的至少第一个双向通信线、周期性地向所述电机控制器IC发送电机控制功能命令，并且所述电机控制器IC被配置成经由所述第一双向通信线子集中的至少第二个双向通信线、周期性地向所述无线通信IC发送反馈信息。
13.根据权利要求10所述的电机控制器，其中，所述电机控制器IC被配置成响应于故障事件而经由所述第二双向通信线子集中的至少第一个双向通信线、向所述无线通信IC发送电机控制故障信息，并且所述无线通信IC被配置成响应于所述电机控制故障信息而经由所述第二双向通信线子集中的至少第二个双向通信线发送至少一个电机控制功能命令。
14.根据权利要求13所述的电机控制器，其中，所述无线通信IC被配置成接收所述电机控制故障信息，基于所述电机控制故障信息而生成所述下行链路无线通信数据，以及从所述封装发送所述下行链路无线通信数据。
15.根据权利要求10所述的电机控制器，其中，所述串行通信是RS-232C串行通信。
16.根据权利要求10所述的电机控制器，其中，所述第一双向通信线子集中的双向通信线的数目小于所述第二双向通信线子集中的双向通信线的数目。
17.根据权利要求10所述的电机控制器，其中，所述实时事件通信触发所述电机控制IC改变所述电机控制功能的操作。
18.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述无线通信IC具有比所述电机控制器IC的处理器基频大的处理器基频。
19.根据权利要求1所述的电机控制器，其中，所述电机控制器IC还执行功率因数校正功能。
20.一种用于与电机控制器进行无线通信的方法，所述方法包括：
通过无线通信集成电路IC接收和处理上行链路无线通信数据；
通过所述无线通信IC发送下行链路无线通信数据；
执行电机控制功能，其包括通过被集成在与所述无线通信IC相同的封装中的电机控制器IC来生成用于多相电机控制的脉冲宽度调制PWM控制信号；以及
经由被耦接至所述无线通信IC和所述电机控制器IC的双向通信接口来交换信息，所述信息在所述无线通信IC与所述电机控制器IC之间作为上行链路信息和下行链路信息而被交换。
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