CN113131919A - 一种驱动芯片、驱动方法以及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驱动芯片、驱动方法以及控制系统，涉及电子领域。所述驱动芯片包括：采集模块、控制模块以及驱动模块；采集模块用于采集功率器件在当前运行状态下的运行参数；控制模块用于生成与运行参数相对应的控制信号，驱动模块用于根据控制信号，调整功率器件的当前运行状态。本发明的驱动芯片，控制模块根据采集模块采集的运行参数，生成的控制信号随着运行参数的变化而变化，驱动模块根据变化的控制信号，进而控制功率器件的运行状态，最终达到了驱动芯片自适应驱动的目标。在应用中自适应驱动芯片在系统设计阶段时减少系统的反复和重复设计，提升设计效率；在实际使用中也不需要进行大量实验和测试来对系统进行调整，极大的缩减了时间成本以及使用者的成本，提高了用户的使用效率和体验。

Description

一种驱动芯片、驱动方法以及控制系统

技术领域

本发明涉及电子领域，特别是一种驱动芯片、驱动方法以及控制系统。

背景技术

半桥驱动电路属于功率集成电路，被广泛用于电子镇流器、电机驱动及其它直流-交流电路中。半桥驱动电路接受来自于CPU或者MCU的数字控制信号，输出信号控制驱动功率MOSFET器件或者IGBT器件的栅极。

半桥驱动电路一般集成于半桥驱动芯片中，以更好的控制与其连接的功率开关器件，但由于半桥驱动芯片需要驱动的功率器件的种类、生产厂家众多，各个功率器件的性能差异性也较大，并且同一品牌的功率器件的性能也可能因为各种因素呈现差异性，再加上外界环境等各方面的影响，功率器件运行时的参数也各不相同。

为了实现高效、高可靠性、高速的驱动控制功率器件，一般的半桥驱动系统需要对半桥驱动芯片配置众多的驱动参数来实现性能较好的系统控制，但这就导致了半桥驱动系统设计流程比较复杂，并且设计周期很长；微小的系统变动也需要对系统进行重复设计。自适应驱动芯片和系统设计可以避免不必要的系统重复设计。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种驱动芯片、驱动方法以及控制系统，解决了上述问题。

本发明实施例提供了一种驱动芯片，所述驱动芯片用于驱动与所述驱动芯片连接的功率器件，所述驱动芯片包括：

采集模块、控制模块以及驱动模块；

所述采集模块与所述功率器件和所述控制模块分别连接，用于采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数；

所述控制模块与所述采集模块和所述驱动模块分别连接，用于生成与所述运行参数相对应的控制信号，向所述驱动模块发送所述控制信号；

所述驱动模块与所述功率器件和所述控制模块分别连接，用于根据所述控制信号，调整所述功率器件的当前运行状态。

可选地，所述控制模块定时向所述采集模块发送使能信号，所述采集模块根据所述使能信号，采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数。

可选地，在所述功率器件在当前运行状态下的运行参数与预设运行状态下的预设运行参数匹配的情况下，所述控制模块向所述驱动模块发送与所述预设运行参数相对应的控制信号，以使得所述驱动模块控制所述功率器件持续处于所述预设运行状态。

可选地，所述采集模块在采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数后，对所述运行参数进行预处理，并将预处理后的运行参数发送给所述控制模块；

所述控制模块对预处理后的运行参数进行调制处理，并将调制处理后的运行参数发送给所述驱动模块。

本发明实施例还提供了一种驱动方法，所述方法应用于如上任一所述的驱动芯片，所述方法包括：

采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数；

判断所述运行参数是否与所述预设运行参数匹配；

在所述运行参数与所述运行参数不匹配的情况下，对所述运行参数进行处理，生成与所述运行参数相对应的控制信号，以驱动所述功率器件按照所述预设运行参数运行。

可选地，所述方法还包括：

在所述运行参数与所述运行参数匹配的情况下，生成与所述预设运行参数相对应的控制信号，以驱动所述功率器件持续处于所述预设运行状态。

可选地，在采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数之后，所述方法还包括：

对运行参数进行预处理和调制。

本发明实施例还提供一种控制系统，所述系统包括：功率器件和如上任一所述的驱动芯片，所述驱动芯片用于驱动所述功率器件并控制所述功率器件的运行状态。

本发明实施例还提供另一种控制系统，所述系统包括：MCU、电机、电机转子位置反馈电路、功率器件以及如上任一所述的驱动芯片，所述驱动芯片与所述MCU和所述功率开关分别电连接，所述功率开关与所述驱动芯片和所述电机分别电连接，所述电机转子位置反馈电路与所述电机和所述MCU分别电连接，所述驱动芯片用于驱动所述功率器件并控制所述功率器件的运行状态。

本发明提供的一种驱动芯片，采集模块采集功率器件在当前运行状态下的运行参数，并反馈给控制模块，控制模块根据运行参数生成与运行参数相对应的控制信号，并向驱动模块发送该控制信号，驱动模块根据该控制信号，调整功率器件的当前运行状态。本发明的驱动芯片，控制模块根据功率器件的运行参数，动态生成控制信号，以调制功率器件的运行状态，整个过程中控制模块根据采集模块采集的运行参数，产生的控制信号随着运行参数的变化而变化，驱动模块根据变化的控制信号，进而控制功率器件的运行状态，达到了驱动芯片自适应驱动的目标。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例驱动芯片的模块示意图；

图2是本发明实施例驱动芯片与功率器件的连接示意图；

图3是本发明实施例驱动方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

目前半桥驱动芯片控制驱动功率器件一般采用以下两种方法：

1、通过MCU或者CPU写入寄存器改变驱动功率器件的参数：

该种方法为数字的配置方法，MCU或者CPU通过串行外设接口总线对半桥驱动芯片的寄存器进行配置，寄存器中的数值与驱动功率器件运行时的参数一一对应，在配置完成后，再根据实验结果修改寄存器中的数值，直到实现功率器件较好的运行工作状态，得到其对应的参数数值。

2、通过外接电阻改变驱动功率器件的参数：

该种方法为模拟的配置方法，通过替换半桥驱动芯片引脚上的外围元器件，例如替换外接电阻，以实现对驱动功率器件运行时的参数的配置。例如通过外接电阻的阻值，能改变基准电流的大小从而设置半桥驱动芯片的驱动电流，在配置完成后，再根据实验结果调整外接电阻的大小，直到实现功率器件较好的运行工作状态，得到其对应的参数数值。

发明人发现，上述两种方法都存在一些问题。首先由于外围器件的性能离散性(无论是功率器件，还是外接的设置参数的器件)，在工程设计阶段时，由于样本的限制，外围器件的参数组合未必是最优组合，导致在量产时需要反复的进行测试，从而延长了设计的周期；其次，同样的设计对于不同类型的功率器件，基本上都需要重新设计，加大了设计半桥驱动芯片的工作量。

在实际实施层面上，由于数字配置驱动的方法受限于数字控制的精度，未必可以实现优化的效果；模拟配置驱动的方法则需要凭经验选择外围元器件并不断调整，两种方法共同的缺陷是需要经验丰富的工程师消耗大量的时间来进行实验和测试，并根据实验和测试结果迭代的对半桥驱动芯片中的参数进行配置，无法满足智能化半桥驱动芯片的需要，并且当功率器件有所改变时，必须重新重复上述过程，不但时间成本增大，使用者的成本也增大。

基于以上问题，发明人经过深入研究，经过大量实地测试和仿真计算，大胆地、创造性的提出本发明的驱动芯片，将自适应驱动的思路应用于该驱动芯片，利用采集模块、控制模块以及驱动模块相互作用，解决了上述问题，并且整个驱动芯片的元器件较少，成本也较低且兼容性很强。以下对发明人提出的解决方案进行详细解释和说明。

参照图1，示出了本发明实施例驱动芯片的模块示意图，该驱动芯片与功率器件连接，该驱动芯片用于驱动功率器件，使得功率器件处于所需的最佳运行状态，所谓所需的最佳运行状态是指：与功率器件连接的设备在所需最佳运行状态时对应的功率器件处于的运行状态；例如功率器件连接的设备是电机，那么功率器件处于所需的最佳运行状态即指：电机所需的最佳运行状态对应的功率器件处于的运行状态，而并不一定时功率器件自身最佳的运行状态，假设一台电机额定的转速是3000转/分钟，额定功率是300kW，此时对应的功率器件处于其自身的最佳运行状态，但某一时刻需要该电机运行的状态为转速在1500转/分钟，功率输出在200kW，该时刻对应的功率器件没有处于其自身最佳的运行状态，需要调整其运行状态对应的运行参数，使得其保证该电机达到转速在1500转/分钟，功率输出在200kW的运行状态，此时功率器件运行参数对应的运行状态即为其所需的最佳运行状态。

驱动芯片具体可以包括：

采集模块20、控制模块30以及驱动模块40。

采集模块20与功率器件和控制模块30分别连接，用于采集功率器件在当前运行状态下的运行参数；控制模块30与采集模块20和驱动模块40分别连接，用于根据运行参数，对该运行参数进行处理，向驱动模块40发送控制信号；驱动模块40与功率器件和控制模块30分别连接，用于根据控制信号，调整功率器件的当前运行状态。

可选地，参照图2，示出了本发明实施例驱动芯片与功率器件的连接示意图，其中控制模块30会定时向采集模块20发送使能信号，采集模块20接收到使能信号后，根据使能信号，采集功率器件在采集模块20接收到使能信号时刻时的运行参数。这样做的原因是减少控制模块30的数据处理量，以提高控制模块30的工作效率，因为功率器件在运行过程中不需要时时对其运行参数进行采集，一般情况下，只需要在特定的时间点，或者需要对其运行参数做出改变时采集即可达到优化功率器件运行状态的目标，因此就不需要对功率器件运行状态的运行参数时时采集，从而极大了减少了采集模块20采集的数据量，进而提高了控制模块30的工作效率。

假若功率器件处于预设运行状态时，即，功率器件处于所需的最佳运行状态时，控制模块30会锁定功率器件处于预设运行状态时的运行参数，并对该参数以自适应算法进行处理，处理后生成控制信号，并向驱动模块40发送该控制信号，以使得驱动模块40控制功率器件持续处于预设运行状态。

一般情况下，功率器件的运行参数包括：功率器件在当前运行状态下的电压值和电流值；采集模块20定时采集功率器件运行时的电压值和电流值，并对采集的电压值和电流值进行一定的处理后，再反馈给控制模块30。

控制模块30接收到采集模块20反馈的电压值和电流值后，根据功率器件预设的运行状态对应的运行参数，以及接收到的电压值和电流值，采用自适应算法进行运算，得到需要调整的运行参数对应的控制信号，并向驱动模块40发送控制信号，该控制信号可以控制驱动模块向功率器件输出变化的电流，以达到控制功率器件的运行状态处于预设运行状态的目标。

例如：功率器件预设运行状态的运行电流值为2A，采集模块20采集到功率器件的当前运行电流值为1A，并反馈给控制模块30，控制模块30接收到该电流值1A后，根据预设运行状态的运行电流值2A以及当前运行电流值1A，采用自适应算法进行运算，得到需要调整的运行参数对应的脉宽调制信号，并发送给驱动模块40，该脉宽调制信号的占空比与当前运行电流值为1A时驱动模块40中接收到的脉宽调制信号的占空比不同，使得驱动模块40输出电流控制功率器件的运行电流变为2A。

需要说明的是，采集模块20采集的功率器件的电压值和电流值首先需要经过预处理，才可以反馈到控制模块30，所谓预处理是指：对电压值和电流值进行滤波、降噪、放大等操作，以保证反馈给控制模块30的电压值和电流值的纯净度、精确度，避免影响控制模块30生成脉宽调制信号的准确度。

采集模块20采集的功率器件的电压值和电流值反馈到控制模块30后的控制有所区别，假若采集模块20采集的是功率器件的电压值，那么产生脉宽调制信号的脉宽调制器或者脉宽调制电路需要根据接收到反馈电压值来进行电压调制，利用自适应算法进行运算，得到电压调制的具体数据，假若驱动模块40自身采用的控制电流源的方式为数字式控制电流源，那么电压调制的具体数据还需要经过模数转换，将其转换为数字信号，以控制驱动模块40中的电流源，进而控制驱动模块40的输出电流，以达到控制功率器件运行状态的目标。

假若采集模块20采集的是功率器件的电压值，那么产生脉宽调制信号的脉宽调制器或者脉宽调制电路需要根据接收到反馈电压值来进行电压调制，利用自适应算法进行运算，得到电压调制的具体数据，假若驱动模块40自身采用的控制电流源的方式为电压控制电流源，那么电压调制的具体数据可以直接控制驱动模块40中的电流源，进而控制驱动模块40的输出电流，以达到控制功率器件运行状态的目标。

假若采集模块20采集的是功率器件的电流值，那么产生脉宽调制信号的脉宽调制器或者脉宽调制电路需要根据接收到反馈电流值来进行电流调制，利用自适应算法进行运算，得到电流调制的具体数据，假若驱动模块40自身采用的控制电流源的方式为电流控制电流源，那么电流调制的具体数据可以直接控制驱动模块40中的电流源，进而控制驱动模块40的输出电流，以达到控制功率器件运行状态的目标。

上述整个自适应调制过程中，控制模块30根据采集模块20采集的运行参数，生成的控制信号随着运行参数的变化而变化，驱动模块40根据变化的控制信号，进而控制功率器件的运行状态，最终达到了驱动芯片自适应驱动的目标。

基于上述驱动芯片，本发明实施例还提供了一种驱动方法，参照图3，示出了本发明实施例驱动方法的流程图，该驱动方法包括：

步骤101：采集功率器件在当前运行状态下的运行参数。

本发明实施例中，驱动芯片按照一定的时间规律，利用自身的采集模块采集功率器件在当前运行状态下的运行参数，该运行参数包括但不限于：功率器件运行状态时的电压值、电流值，该电压值、电流值在反馈给控制模块之前首先会经过滤波、降噪等操作进行预处理，以保证反馈给控制模块的电压值和电流值的纯净度、精确度，避免影响控制模块生成控制信号的准确度。

步骤102：判断运行参数是否与预设运行参数匹配。

本发明实施例中，驱动芯片利用自身的控制模块判断接收到的功率器件的运行参数是否与预设运行参数匹配。

步骤103：在运行参数与预设运行参数不匹配的情况下，对运行参数进行处理，生成与运行参数相对应的控制信号，以驱动功率器件按照预设运行参数运行。

本发明实施例中，若是接收到的功率器件的运行参数与预设运行参数不匹配，那么控制模块对运行参数采用自适应算法进行处理，生成与运行参数相对应的控制信号，并通过驱动模块驱动控制功率器件按照预设运行参数运行。若是接收到的功率器件的运行参数与预设运行参数匹配，控制模块生成与预设运行参数相对应的控制信号，并通过驱动模块驱动控制功率器件持续处于预设运行状态。

综上所述，如图2所示，本发明实施例驱动芯片的工作原理是：假设功率器件预设运行状态的电压值为10V，在开始运行时，控制模块30向驱动模块40发送控制信号，该控制信号理论上应该使得驱动模块40驱动控制功率器件运行时的电压值处于10V，但由于功率器件老化以及外界温度影响，导致功率器件运行时的电压值无法达到10V。

控制模块30以10秒为周期，向采集模块20发送使能信号，采集模块20接收到使能信号后，采集一次功率器件运行时的运行参数，开始运行10秒后采集模块20第一次采集功率器件的电压值为8V，对该电压值8V进行预处理后反馈给控制模块30，控制模块30接收到该电压值8V后，根据预设运行状态的电压值10V以及当前电压值8V，采用自适应算法进行运算，得到需要调整的运行参数对应的电压脉宽调制信号，假设驱动模块40采用的控制电流源的方式为电压控制电流源，那么控制模块30将需要调整的运行参数对应的电压脉宽调制信号发送给驱动模块40，使得驱动模块40输出电流相应变化，进而控制功率器件运行时的电压值变为10V。

在上述过程中，假若驱动模块40输出电流相应变化，但因为各方面因素，导致功率器件运行时的电压值本应该变为10V但却只变到了9.5V，那么在第二个10秒采集模块20第二次采集功率器件运行时的电压值为9.5V，重复上述过程，直到功率器件运行时的电压值达到预设的10V。之后，控制模块30会锁定此时的功率器件运行参数对应的电压脉宽调制信号，使得功率器件持续处于运行时的电压值为10V的状态。

此一实施例，预设运行状态的电压值大于当前电压值,功率器件运行电压为逐步增加。

另一实施例，若预设运行状态的电压值小于当前电压值,功率器件运行电压为逐步递减。

综上所述，本发明的驱动芯片在使用过程中，控制模块根据采集模块采集的运行参数，生成的控制信号随着运行参数的变化而变化，驱动模块根据变化的控制信号，进而控制功率器件的运行状态，最终达到了驱动芯片自适应驱动的目标。驱动芯片在工程设计阶段时减少系统的反复和重复设计，提升设计效率；在实际使用中也不需要进行大量实验和测试来对系统进行调整，基本上达到“即插即用”的效果，极大的缩减了时间成本以及使用者的成本，提高了用户的使用效率和体验。

本发明实施例还提供一种控制系统，该系统包括：功率器件和如上任一所述的驱动芯片，其中，驱动芯片用于驱动功率器件并控制功率器件的运行状态。

本发明实施例还提供另一种控制系统，该系统包括：MCU、电机、电机转子位置反馈电路、功率器件以及如上任一所述的驱动芯片，驱动芯片与MCU和功率开关分别电连接，功率开关与驱动芯片和电机分别电连接，电机转子位置反馈电路与电机和MCU分别电连接，驱动芯片用于驱动功率器件并控制功率器件的运行状态。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种驱动芯片，其特征在于，所述驱动芯片用于驱动与所述驱动芯片连接的功率器件，所述驱动芯片包括：

采集模块、控制模块以及驱动模块；

所述采集模块与所述功率器件和所述控制模块分别连接，用于采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数；

所述控制模块与所述采集模块和所述驱动模块分别连接，用于生成与所述运行参数相对应的控制信号，向所述驱动模块发送所述控制信号；

所述驱动模块与所述功率器件和所述控制模块分别连接，用于根据所述控制信号，调整所述功率器件的当前运行状态。

2.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述控制模块定时向所述采集模块发送使能信号，所述采集模块根据所述使能信号，采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数。

3.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，在所述功率器件在当前运行状态下的运行参数与预设运行状态下的预设运行参数匹配的情况下，所述控制模块向所述驱动模块发送与所述预设运行参数相对应的控制信号，以使得所述驱动模块控制所述功率器件持续处于所述预设运行状态。

4.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述采集模块在采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数后，对所述运行参数进行预处理，并将预处理后的运行参数发送给所述控制模块；

所述控制模块对预处理后的运行参数进行调制处理，并将调制处理后的运行参数发送给所述驱动模块。

5.一种驱动方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-4任一所述的驱动芯片，所述方法包括：

采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数；

判断所述运行参数是否与所述预设运行参数匹配；

在所述运行参数与所述运行参数不匹配的情况下，对所述运行参数进行处理，生成与所述运行参数相对应的控制信号，以驱动所述功率器件按照所述预设运行参数运行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述运行参数与所述预设运行参数匹配的情况下，生成与所述预设运行参数相对应的控制信号，以驱动所述功率器件持续处于所述预设运行状态。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在采集所述功率器件在当前运行状态下的运行参数之后，所述方法还包括：

对运行参数进行预处理和调制。

8.一种控制系统，其特征在于，所述系统包括：功率器件和如权利要求1-4任一所述的驱动芯片，所述驱动芯片用于驱动所述功率器件并控制所述功率器件的运行状态。

9.一种控制系统，其特征在于，所述系统包括：MCU、电机、电机转子位置反馈电路、功率器件以及如权利要求1-4任一所述的驱动芯片，所述驱动芯片与所述MCU和所述功率开关分别电连接，所述功率开关与所述驱动芯片和所述电机分别电连接，所述电机转子位置反馈电路与所述电机和所述MCU分别电连接，所述驱动芯片用于驱动所述功率器件并控制所述功率器件的运行状态。

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