CN1934785A - 栅极驱动器,包括该栅极驱动器的电动机驱动装置,以及配备该电动机驱动装置的设备 - Google Patents

Abstract

用于使得包含了以氧化膜绝缘的栅极的功率管(2)进入导通或者截止的栅极驱动器(3)，此栅极驱动器(3)包括第一电流源(31)，用于输出第一电流值以升高所述栅极的电位，而使功率管从截止状态变为导通状态；以及第二电流源(32)，用于输出第二电流，以降低所述栅极的电位，而使功率管(2)从导通状态变为截止状态。基于至少一种电流源控制信息对所述第一电流值和所述第二电流值进行分配。此结构允许利用少量元件来配置功率管(2)进入导通或者截止的合适速度，并且栅极驱动器(3)易用于驱动具有不同输出大小的功率管(2)。

Description

栅极驱动器，包括该栅极驱动器的电动机驱动装置，以及配备该电动机 驱动装置的设备

技术领域

本发明涉及一种电动机驱动装置，其适用于驱动如下电动机：

在打印机和复印机驱动系统中使用的送纸电动机和扫描电动机；

在光学介质设备和硬盘设备等信息设备的驱动系统中使用的主轴电动机和前置致动器；

在空调机，电冰箱，以及空气过滤器中使用的风扇电动机和压缩机电动机；

在热水器中使用的燃气鼓风机电动机；

在洗衣机中使用的洗涤缸驱动电动机；

在真空吸尘器等家用电器中使用的鼓风机电动机；以及

在FA设备和诸如元件组装机，工业机器人，通用逆变器等工业设备中使用的无刷DC电动机，感应电动机，磁阻电动机和步进电动机；

更具体地，本发明涉及一种栅极驱动器，其适用于驱动诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)的功率晶体管的栅极，此二种晶体管均包含以氧化膜绝缘的栅极。由于以一种脉冲宽度调制驱动(以下简称为PWM驱动)方法驱动前述电动机，该方法与功率管的栅极驱动器紧密相关。

背景技术

近来，诸如打印机，复印机，光学介质设备，以及硬盘设备的信息设备需要工作于更高的速度和更小的尺寸。这样的市场环境要求这些设备所使用的电动机以更小的体积输出更大的功率，同时，市场还需要电动机更加节能。

在诸如空调机，电冰箱，热水器，洗衣机等家用电器中使用了AC感应电动机；然而，由于采用无刷DC电动机能够使得这些电器更高效节能地工作，近来在这些家用电器中已经用无刷DC电动机取代了AC感应电动机。

在工业领域，电动机仅作为电源，然而，近来需要改变电动机的速度，并使其更高效地工作，从而，同无刷DC电动机一样，由逆变器驱动的电动机在工业领域也获得了普遍应用。

在FA领域，伺服电动机用于驱动机器人或元件组装机，从而伺服电动机以可变速度或者精确定位进行精确的驱动。

一般而言，这些电动机使用了PWM驱动方法以实现节能和可变速驱动。PWM驱动通过如下方法实现：耦合到电动机驱动线圈的功率管被开启或关闭，并且，可以可变地设置ON和OFF的比例，从而控制向驱动线圈的能量输送。此方法即为众所周知的节能驱动法。此PWM驱动法在家用电器、FA设备以及工业设备的各种电动机中均有使用。除了上述领域，出于前述的市场环境需求，信息设备近来也开始使用以PWM驱动法驱动的电动机。

一般而言，以PWM驱动法驱动的电动机使用适于开/关操作的功率管，即，MOSFET或IBGT。这些功率管的一个特点是其包括以氧化膜绝缘的栅极。

当含有以氧化膜绝缘的栅极的功率管从关闭状态变为开启状态时，即，从截止状态变为导通状态时，或者，从开启状态变为关闭状态，即，从导通状态变为截止状态时，需要如下构造：在以高开关速度(高dV/dt)强制功率管进入导通或截止状态时，为防止栅极驱动器由于该高开关速度而导致故障，用于驱动该功率管栅极的栅极驱动器配备了脉冲滤波器。(例如，参考日本专利申请未审查公开H04-230117)。

一种由栅极驱动器驱动功率管的结构作为现有技术的一个例子示于图9中。图9示出了一种常规的栅极驱动器的结构。

在图9中，功率管802为MOSFET，其含有用氧化膜绝缘的栅极。在晶体管802中，栅极由栅极驱动器803驱动，从而晶体管802可以由导通状态转换为截止状态，反之亦然。栅极驱动器803包括可交替开关的晶体管831和832，从而使得晶体管802的栅极为正电压或者零电压。

换言之，晶体管831的开启和晶体管832的关闭促使晶体管802的栅极为正电压并导通。晶体管831的关闭和晶体管832的开启促使晶体管802的栅极为零电压并截止。

电压由于晶体管831和832的开/关而快速施加于晶体管802的栅极，从而，此结构中的栅极驱动器803通过所述操作将晶体管802从截止状态急剧变为导通状态，或者相反。晶体管802的这种急剧变化增加了开关噪声并且有时会引发周边器件和电路的故障。开关噪声的增加有时还会损坏晶体管802本身，并且导致栅极驱动器本身的故障。

为了克服上述问题，如图10所示，电阻器101，102，二极管103和电容器107加入到栅极驱动器803和晶体管802之间，从而可以调节从截止状态到导通状态或者相反时的转变速度。

由于这些元件以及晶体管802的栅极均存在输入电容(未示出)，加入诸如电阻器101，102，二极管103等元件减缓了施加电压于晶体管802的栅极上的速度。此机制允许调节晶体管802由截止状态到导通状态或者相反时的转变速度。此技术在日本专利申请未审查公开H04-230117中有所披露。

然而，上述常规栅极驱动器需要多个元件，例如，在栅极驱动器和功率管之间加入前述的电阻器和二极管，以实现如下目标：(1)调节由截止状态到导通状态或者相反时的转变速度以降低开关噪声，(2)适当操作功率管以防止该功率管受损。

在利用前述的栅极驱动器形成电动机驱动装置时，需要多个功率管802a，802b，802c，802d，802e和802f来驱动电动机驱动线圈811，813和815。所需加入的元件在数量上也与功率管的数目成正比。更具体地说，需要电阻器111，112，114，115，131，132，134，135，151，152，154，155，二极管113，116，133，136，153，156，以及电容器117，118，137，138，157和158。

同样地，常规的栅极驱动器和采用此常规栅极驱动器的电动机驱动装置也需要加入多个元件，以减缓功率管从截止状态到导通状态或者相反时的转变速度。于是，这些元件本身及其组装会提高成本，并会使得印刷电路板的布图更加复杂，还会使得印刷电路板的面积增加。这些因素都会阻碍电动机驱动装置以及使用这些装置的设备变得更便宜、尺寸更小。

为克服前述问题，只需简单地将用于形成栅极驱动器803的晶体管831和832替换为恒流源。由于此恒定电流值以及晶体管802栅极的输入电容的存在，该替换可以省去诸如电阻器和二极管的加入元件，并能够减缓在晶体管802的栅极上施加电压的速度。

然而，这种用恒流源对晶体管831和832的简单替换限制了适用于栅极驱动器的功率管，使得该栅极驱动器不能被应用于多种多样的功率管。

更确切地说，功率管在其以氧化膜绝缘的栅极处具有电容结构，此电容结构形成输入电容。随着功率管输出大小(output size)变大，此输入电容也变大，该输出大小包括绝对最大电流和耐电压。换言之，栅极的输入电容取决于功率管的输出大小。

因此，前述用恒流源对晶体管831和832的简单替换仅适用于那些具有与该恒定电流值相匹配的输入电容的功率管。在使用具有较小输入电容的功率管的情况下，从导通状态到截止状态或者相反时的转变速度变得过快，这将增加开关噪声。相反，具有较大输入电容的功率管过分降低了从导通状态到截止状态和/或相反时的转变速度，这将招致更大的开关损耗。换言之，只适用于具有与该恒流源的恒定电流值相匹配的输入电容的功率管。

包含有以氧化膜绝缘的栅极的功率管具有取决于其栅极结构的输入电容。通常，功率管具有沟道结构，这在近来才被开发出来，与常规的平面结构相比，其栅极具有更大的输入电容。此外，随着技术的进步和半导体成本的降低，以及微芯片技术和收缩(shrinking)技术，与常规半导体具有相同电容的半导体的芯片区域变得更小，从而输入电容也变得更小。

从而，用恒流源对晶体管831和832的简单替换难于支持功率管的多种栅结构。换言之，在电动机驱动装置中对栅极驱动器的使用将难于通过改变功率管的输出大小来支持多种多样的电动机输出，并且，此种使用将难于支持具有不同的栅极结构的功率管。

发明内容

本发明致力于解决上述问题，并旨在提供一种易适用于具有不同输出大小的功率管的栅极驱动器，而且该栅极驱动器能够以很少量的额外元件和低成本来实现功率管从截止状态到导通状态和/或相反时有适当的转变速度。本发明还旨在提供一种使用前述栅极驱动器的电动机驱动装置，并且此电动机驱动装置能够以很少量的额外元件和低成本来减少在PWM驱动下功率管开关所产生的噪声，同时，此驱动装置能够容易地处理电动机输出大小的改变。本发明还旨在提供装配有该电动机驱动装置的设备。

本发明的栅极驱动器用于将包含了以氧化膜绝缘的栅极的功率管从导通状态变为截止状态或者相反，此栅极驱动器包含如下元件：

第一电流源，用于输出第一电流值，以当功率管从截止状态变为导通状态时升高其栅极的电位；

第二电流源，用于输出第二电流值，以当功率管从导通状态变为截止状态时降低其栅极的电位。

第一和第二电流值通过至少一种电流源控制信息来准备。

前述结构能够以很少量的额外元件和低成本来实现从导通状态到截止状态和/或相反时有合适的转变速度，同时，前述栅极驱动器还易适用于驱动具有不同输出大小的功率管。

本发明的电动机驱动装置包括前述栅极驱动器。本发明的设备包括该电动机驱动装置。栅极驱动器的前述结构允许电动机驱动装置以及本发明的设备可以抑制在由装配于该电动机驱动装置和该设备的功率管所进行的PWM驱动中的开关操作产生的噪声。本发明的栅极驱动器能够以少量元件实现上述优点，并且还支持具有各种输出大小且被装配于所述驱动装置以及所述设备上的电动机。

附图说明

图1示出了根据本发明第一典型实施例的栅极驱动器的结构；

图2示出了根据本发明第二典型实施例的栅极驱动器的结构；

图3示出了根据本发明第三典型实施例的栅极驱动器的结构；

图4示出了根据本发明第四典型实施例的电动机驱动装置的结构；

图5示出了根据本发明第五典型实施例的电动机驱动装置的分配终端的结构；

图6示出了根据本发明第六典型实施例的电动机驱动装置的分配终端的结构；

图7示出了根据本发明第七典型实施例的，包括了由本发明的电动机驱动装置驱动的风扇电动机的空调(室外单元)的结构；

图8示出了根据本发明第八典型实施例的，且驱动系统中具有本发明的电动机驱动装置的喷墨打印机的结构；

图9示出了常规栅极驱动器的结构；

图10示出了另一种常规栅极驱动器的结构；

图11示出了常规电动机驱动装置的结构。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的典型实施例进行说明。在以下描述中，用于接收被提供了电流源控制信息的栅极驱动器控制信号的输入部分，被简化为分配终端，并且该电流源控制信息由无源元件(电阻器)或通信信息所取代。

典型实施例1

图1示出了根据本发明第一典型实施例的栅极驱动器的结构。图1中，功率管2包含以氧化膜绝缘的栅极，众所周知，MOSFET或IGBT即为此种类型的功率管。在此第一实施例中，使用MOSFET作为例子。

栅极驱动器3具有用于与外部连接的连接器，且此连接器包含如下元件：

与栅极连接的连接部分(终端T6)；

与源极连接的连接部分(终端T7)；以及

用于接收栅极驱动器控制信息的一连串输入终端(分配终端T1，分配终端T2，以及用于接收开关控制信号C的输入终端(终端T10))。栅极驱动器3还包括如下元件作为其内部结构：

第一电流源31；

第二电流源32；

门电路(“非”电路)35；以及

电流分配器4。

开关控制信号C交替处于高电平(电平H)和低电平(电平L)。

第一电流源31位于电源一侧的终端(第一终端)连接到栅极驱动器的内部电源(未示出)，且第一电流源31的输出端(第二终端)连接到第二电流源32位于电源一侧的终端(第一终端)。第二电流源32的输出端(第二终端)经由终端T7连接到功率管2的源极。第一电流源31的输出端与第二电流源32位于电源一侧的终端的连接点经由终端T6连接到功率管2的栅极。

更具体地说，栅极驱动器3包括第一电流源31和第二电流源32，且第一电流源31连接到功率管2的栅极，而第二电流源32连接在功率管2的栅极和源极之间。

电流分配器4作用于第一电流源31和第二电流源32。电流分配器4包括两个用于接收栅极驱动器控制信号的分配终端T1和T2。终端T1和T2与无源元件(电阻器61和62)连接，作为电流源控制信息的输入。

开关控制信号C作用于第一电流源31，且信号C的反相信号作用于第二电流源32。同时，信号C由门电路35反相。信号C注入终端T10，之后作用于第一和第二电流源31、32。

当信号C处于电平H时，第一电流源31输出第一电流值I1，而第二电流源32电开路，不输出第二电流值I2。当信号C处于电平L时，第一电流源31电开路，不输出第一电流值I1。第二电流源32输出第二电流值I2。

第一和第二电流源31，32，电流分配器4和门电路35形成根据第一实施例的栅极驱动器3，并且它们可集成为单片电路IC 5。

接下来，将说明前述栅极驱动器的工作。首先描述促使功率管2进入导通的操作。

促使晶体管2进入导通的操作从将开关控制信号C置于电平H开始。当信号C变为电平H，第一电流源31输出第一电流值I1，而第二电流源32电开路，然后电流值I1流向功率管2的栅极。

晶体管2包括前述以氧化膜绝缘的栅极，此栅极具有电容结构，其在栅极和源极之间以及栅极和漏极之间均存在。这些电容结构形成输入电容(在MOSFET情况下，该输入电容通常称为“Ciss”，而在IGBT情况下，其常称为“Cies”。)

第一电流值I1流入晶体管2的栅极，作为晶体管2输入电容的充电电流，其栅-源电压(以下简称为“栅电压”)随着该输入电容的充电而增加。当栅电压达到由晶体管2的特性决定的阈值，晶体管2开始导通，并且在适当的时候变为全导通(开启状态)。

从初始导通到全导通的时间，即，形成导通的开关时间通常由电流值I1和晶体管2的输入电容决定。换言之，能够用电流值I1对晶体管2导通的开关速度(由截止状态变为导通状态所需要的时间)进行某种程度的调节。

接下来描述功率管2的截止操作。此操作以将开关控制信号C置于电平L开始。当信号C变为电平L时，第一电流源31电开路，而第二电流源32输出第二电流值I2，其作为晶体管2输入电容的放电电流。晶体管2的栅电压随着输入电容以电流值I2放电而降低。当栅电压达到由晶体管2的特性决定的阈值时，晶体管2开始截止，并在适当的时候变为完全截止(关闭状态)。

从初始截止状态到完全截止状态的时间，即，形成截止的开关时间通常由电流值I2和晶体管2的输入电容决定。换言之，能够用电流值I2对晶体管2截止的开关速度(由导通状态变为截止状态所需要的时间)进行某种程度的调节。

以上描述证明电流值I1或I2对晶体管2的输入电容充电或放电，并且栅电压随着充电或放电增加或降低，从而晶体管2变为导通或截止。能够用电流值I1或I2对变为导通或截止的开关速度进行某种程度的调节。

图1中，电流分配器4分配电流值I1和I2。电流分配器4经由分配终端T1与电阻器61连接，并输出相应于电阻器61确定的电流分配信号SI1。第一电流源31接收信号SI1，并输出与信号SI1相应的第一电流值I1。换言之，电流分配器4将相应于电阻器61的值而确定的第一电流值I1分配给第一电流源31，以使得电流源31能够输出第一电流值I1。类似地，电流分配器4将相应于与分配终端T2连接的电阻器62的值而确定的第二电流值I2分配给第二电流源32，以使得电流源32能够输出第二电流值I2。

第一电流值I1由与终端T1连接的电阻器61分配，从而可调节晶体管2导通的开关速度，并且，第二电流值I2由与终端T2连接的电阻器62分配，从而可调节晶体管2截止的开关速度。

为了更精确地调节开关速度，可在栅极和源极之间，或在栅极和漏极之间，或在漏极和源极之间加入电容器。此附加的电容器还能够消除外部噪声所引发的故障。

如在第一实施例中所讨论的，当功率管2被促使变为导通，第一电流源31输出第一电流值I1以升高栅电压，而当功率管2被促使变为截止，第二电流源32输出第二电流值I2以降低栅电压。第一和第二电流值I1和I2可由分配终端T1和T2分配。

此结构使得无需在栅极驱动器3和晶体管2之间加入二极管和电阻器就可以适当地调节功率管导通或者截止的速度，从而可减少开关噪声，并避免晶体管被击穿。该调节可仅由与分配终端T1和T2相连的两个电阻器61和62来实现，从而可以减小栅极驱动器的尺寸，降低成本。

在促使具有不同输入电容的功率管导通和截止的情况下，可以仅仅通过用其它合适的电阻器代替电阻器61和62来对它们的开关速度进行调节。从而，本发明易适用于具有不同输出大小的功率管。

典型实施例2

图2示出了根据本发明第二典型实施例的栅极驱动器的结构。在前述第一实施例中，电阻器61和62与两个分配终端T1和T2相连接，从而分配第一电流值I1和第二电流值I2。在第二实施例中，栅极驱动器3包括一个与电阻器63连接的分配终端T3，如图2所示，从而分配电流值I1和I2。

更具体地说，电流分配器4b具有预先确定的电流分配信号SI1和SI2之间的比率。基于与终端T3连接的电阻器63的值，电流分配器4b输出与上述比率相应的信号SI1和SI2。与信号SI1相应的电流值I1经由终端T8提供给功率管2的栅极。与信号SI2相应的电流值I2经由终端T9提供给功率管2的源极。提供给终端10的开关控制信号C以与第一实施例类似的方式作用。

此结构允许只用一个与分配终端T3连接的电阻器就可适当地调节将晶体管2由截止状态变为导通状态和/或相反时所需要的时间。因此，该结构进一步减小了栅极驱动器的尺寸，降低了成本。

在第一和第二实施例中，电阻器与分配终端连接以分配电流值I1和I2；然而，电阻器并非是必须的，使用诸如电容器或者电感器的无源元件也能够获得类似的效果。

典型实施例3

图3示出了根据本发明第三典型实施例的栅极驱动器的结构。在第三实施例中，例如，用于接收通信信息的终端CLK和DATA，如图3所示，可作为分配终端T4和T5，且串行通信信息被提供给这些终端。基于该串行通信信息，电流分配器4c分配电流值I1和I2。在图3中，使用了输入终端CLK和DATA；然而，在串行通信中有多种方法，例如，仅DATA终端预备作为输入终端，或者加入使能终端，使得此实施例可在多种通信形式下实现。提供给终端10的开关控制信号C以与第一实施例类似的方式工作。

第三实施例证明将晶体管2由截止状态变为导通状态或相反时所需要的时间可以通过通信信息准备。在针对具有不同输出大小的功率管的情况下，栅极驱动器的硬件可以共享，从而可以减少用于管理模型类型的工时，且有望节省资源。

在上述各实施例中，将功率管2由截止状态变为导通状态和/或相反时所需要的时间具有如下不同的称谓：功率管开关操作的速度；功率管开关速度；以及功率管导通(或截止)的开关速度。这些术语表示功率管从截止状态变为导通状态和/或相反的变化，以及这两种状态间的过渡状态。

典型实施例4

图4示出了根据本发明第四典型实施例的电动机驱动装置的结构。包含于与第四实施例相应的电动机驱动装置中的栅极驱动器即为第一实施例中描述的栅极驱动器，因此，在此不再赘述。

在图4中，电动机30的三相驱动线圈11，13和15以如下方式连接到逆变器20：逆变器20包括功率管2a，2b，2c，2d，2e和2f。晶体管2a和2b关于直流电源Vdc串联连接，如虚线框21中所示。此串联连接的连接点与U相驱动线圈11连接。类似地，如虚线框23中所示，晶体管2c和2d关于直流电源Vdc串联连接。此串联连接的连接点与V相驱动线圈13连接。如虚线框25中所示，晶体管2e和2f关于直流电源Vdc串联连接。该连接点与W相驱动线圈15连接。同时，驱动线圈11，13和15的公共连接点形成中性点N。

晶体管2a，2c和2e为第一功率管，并形成逆变器20的上臂，而晶体管2b，2d和2f为第二功率管，并形成逆变器20的下臂。这些功率管中的每一个均包含以氧化膜绝缘的栅极，并且也与第一实施例中一样，使用MOSFET作为例子。

栅极驱动器3a，3c和3e具有相同的结构，并且分别经由终端T11，T12，T14，T15，T17和T18与第一功率管2a，2c和2e的栅极和源极连接。栅极驱动器3b，3d和3f具有相同的结构，并且分别经由终端T13，T16和T19与第二功率管2b，2d和2f的栅极相连接。

栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e和3f中的每一个都等同于不具有图1所示的电流分配器4的栅极驱动器3，且各自的第一电流值Ia1，Ib1，Ic1，Id1，Ie1和If1共享从电流分配器41提供的电流分配信号SI1。第一电流值Ic1，Id1，Ie1和If1未被示出，但它们与Ia1和Ib1相同。类似地，其各自的第二电流值Ia2，Ib2，Ic2，Id2，Ie2和If2共享从电流分配器41提供的电流分配信号SI2。第二电流值Ic2，Id2，Ie2和If2未被示出，但它们与Ia2和Ib2相同。

栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e和3f接收以类似于第一实施例的图1所示的开关控制信号C的方式工作的开关控制信号Ca，Cb，Cc，Cd，Ce和Cf，且这些信号被从PWM控制器55提供，并交替处于电平H(高电平信号)和电平L(低电平信号)。PWM控制器55从控制指令部分57接收命令信号Co。

栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e，3f，电流分配器41，PWM控制器55和控制指令部分57集成到单片电路IC50，从而与电流分配器41连接的分配终端T1和T2成为单片电路IC50的终端。分配终端T1和T2与在IC50外部安装的电阻器61和62连接。

下面说明上述电动机驱动装置的工作。控制指令部分57输出命令信号Co，该信号用于指示电动机以期望的每分钟转数(rpm)旋转，或者指示向驱动线圈施加一定电压，或者指示驱动电流(转矩指令)通过电动机的驱动线圈。PWM控制器55输出开关控制信号Ca，Cb，Cc，Cd，Ce和Cf，以相应于命令信号Co对电动机的各相线圈11，13和15施加功率。

控制信号Ca和Cb负责U相驱动线圈11，且这些信号经由栅极驱动器3a和3b使得与线圈11连接的功率管2a和2b变为导通或者截止。通过将具有相当高频率的PWM信号(例如，范围从几kHz到几百kHz)叠加到基于电动机动子位置产生的原始信号(范围从几Hz到几kHz)上而形成信号Ca和Cb。该动子在下文称为转子。PWM信号为脉冲宽度调制信号，其脉冲宽度由信号Co调节，从而控制施加于驱动线圈的功率大小。

信号Cc和Cd负责V相驱动线圈13，并以与上述信号Ca和Cb类似的方式工作。信号Ce和Cf负责W相驱动线圈15，并以与上述信号Ca和Cb类似的方式工作。上述三组信号各自原始信号的电角度相互之间有120度的相位差，从而各驱动线圈11，13和15被顺次驱动以驱动电动机。可以相应于叠加在原始信号上的PWM信号的脉冲宽度对电动机的每分钟转数进行弹性控制。

以上讨论描述了电动机驱动装置的基本工作。接下来，以下将说明栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e，3f和电流分配器41的工作。

在图4中，栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e和3f大致具有相同的机构，并以同样的方式工作。因此，以下描述仅提及栅极驱动器3a，而省略对其它栅极驱动器的描述。

栅极驱动器3a大致与第一实施例中使用的栅极驱动器3相同。二者差别仅在于，由于电流分配信号SI1和SI2由栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e和3f共享，电流分配器41被置于栅极驱动器3a外部。栅极驱动器3a和3之间不存在实质差异。

当开关控制信号Ca处于电平H时，栅极驱动器3a使得功率管2a进入导通，而当信号Ca处于电平L时，功率管2a被关闭。这与图1中所示的栅极驱动器3的工作相同。更确切地说，当信号Ca处于电平H，第一电流源3a1输出电流值Ia1。此时，第二电流源3a2电开路。电流值Ia1作为第一功率管2a栅极中存在的输入电容的充电电流，并升高栅电压，从而使得晶体管2a导通。当信号Ca处于电平L，第二电流源3a2输出第二电流值Ia2，此时，第一电流源3a1电开路。电流值Ia2作为功率管2a的输入电容的放电电流，并降低栅电压，从而截止第一功率管2a。

如此，第一电流值Ia1或第二电流值Ia2对第一功率管2a的充电电容进行充电或放电，并且，此充电或放电升高或降低栅电压，从而晶体管2a变为导通或者截止。

可以利用电流值Ia1或Ia2对导通或者截止的开关速度进行一定程度的调节。这与第一实施例相同。

相应于电流分配器41所提供的电流分配信号SI1和SI2分配前述电流值Ia1和Ia2，并且相应于与分配终端T1和T2连接的电阻器61和62提供信号SI1和SI2。换言之，基于与终端T1和T2连接的电阻器61和62的值提供电流值Ia1和Ia2。

因此，电阻器61和62可以调节将第一功率管2a由截止状态变为导通状态和/或相反时所需要的时间。对于栅极驱动器3a的描述适用于其它栅极驱动器3b，3c，3d，3e和3f。

由于用于分配第一和第二电流值的信号SI1和SI2由各个栅极驱动器共享，对应于栅极驱动器3b，3c，3d，3e和3f的功率管2b，2c，2d，2e和2f的开关速度与第一功率管2a相同。换言之，与终端T1和T2连接的电阻器61和62通常可以将所有功率管的开关速度调节为相同的值，并且这种调节可由来自单片电路IC50外部的一个操作来实现。

如上讨论，在第四实施例中，用于驱动电动机驱动线圈11，13和15的功率管2a，2b，2c，2d，2e和2f被对应于栅极驱动器3a，3b，3c，3d，3e和3f进行配备，这些栅极驱动器以与第一实施例中所使用的栅极驱动器3大体相同的方式工作。这些栅极驱动器中的全部或者部分被集成入单片电路IC，且从各个栅极驱动器提供的第一和第二电流值可通过来自单片电路IC外部的一个操作利用两个分配终端T1和T2来进行分配。

此结构可省去如图11所示的现有技术中所描述的附加于每一个功率管的二极管和电阻器，并且允许仅利用与分配终端T1和T2相连接的两个电阻器61和62通过一个操作来调节所有功率管的开关速度。这样可以减小电动机驱动装置的尺寸，并节约成本。

因此，功率管从导通状态变为截止状态或者相反时的改变速度可以得到适当地调节，从而减小在电动机PWM驱动时产生的开关噪声，并且可以避免功率管本身被击穿。

在促使具有不同输入电容的功率管变为导通或者截止的情况下，只需用适当的电阻器替换电阻器61和62即可调节开关速度。因此，本发明易适用于具有不同输出大小的功率管。换言之，本发明的电动机驱动装置可用于不同输出大小的电动机。

典型实施例5

图5示出了根据本发明第五典型实施例的电动机驱动装置的分配终端的结构。在前述的第四实施例中，电阻器61和62与分配终端T1和T2连接，从而分配第一和第二电流值。在第五实施例中，一个电阻器63与一个分配终端T3连接，从而分配第一和第二电流值。

更具体地说，在第五实施例中，电流分配器41具有预先确定的电流分配信号SI1和SI2的比率。电流分配器41基于与终端T3连接的电阻器63的值输出信号SI1和SI2。栅极驱动器3a对应于信号SI1和SI2向第一功率管(未示出)的栅极和源极输出电流值。栅极驱动器3b对应于信号SI1和SI2向第二功率管(未示出)的栅极输出电流值。栅极驱动器3c，3d，3e和3f以与上述的栅极驱动器3a和3b类似的方式操作。

此结构允许仅用一个与分配终端T3连接的电阻器来调节功率管由截止状态变为导通状态和/或相反时所需要的时间，从而进一步减小电动机驱动装置的尺寸，降低成本。

在第四和第五实施例中，电阻器与分配终端连接以分配第一和第二电流值；然而，无需使用电阻器，而使用诸如电容器或者电感器的其它无源元件来代替电阻器也可以获得类似的效果。

典型实施例6

图6示出了根据本发明第六典型实施例的电动机驱动装置的分配终端的结构。如图6所示，用于接收通信信息的终端CLK和DATA，被用作为分配终端T4和T5，且注入这些终端的串行通信信息可分配第一和第二电流值。这种结构允许所述通信信息可以分配功率管由截止状态改变为导通状态和/或相反时所需要的时间。在功率管具有不同输出大小的情况下，栅极驱动器的硬件可以共享，从而可以减少管理模型类型的工时，并有望节省资源。串行通信有多种方法，例如，仅将DATA终端作为输入终端，或者加入使能终端，从而使得此实施例可以在多种通信形式下实现。

典型实施例7

图7示出了根据本发明第七典型实施例的，具有使用了本发明的电动机驱动装置的风扇电动机的空调(室外单元)的结构。在图7中，室外单元201由置于底板202上的隔板204分为压缩室206和热交换室209。在压缩室206中，放置压缩机205，而在热交换室209中，放置热交换器207和用于冷却热交换器207的风扇电动机208。在隔板204上，放置了容纳电子器件的盒210。

风扇电动机208由装载在无刷直流电动机旋转轴上的风扇形成，且由置于盒210中的电动机驱动装置203驱动。驱动风扇电动机208使得风扇旋转以冷却热交换室209。

前述第四到第六实施例中所描述的电动机驱动装置可用作电动机驱动装置203，从而包含本发明的电动机驱动装置的空调(室外单元)可以很好地利用根据本发明第四到第六实施例的那些电动机驱动装置的优点。

典型实施例8

图8示出了根据本发明第八典型实施例的，在其驱动系统中具有本发明的电动机驱动装置的喷墨打印机的结构。在图8中，喷墨打印机(以下简称为打印机)310所包括的驱动系统包含如下元件：

用于使得打印头307装载于托架上，扫描纸张的托架电动机301；以及

用于送入一张档案纸的送纸电动机306。托架电动机301为由电动机驱动装置300驱动的无刷直流电动机，而送纸电动机306为步进电动机。

送纸电动机306旋转而将其旋转力传送到送纸滚筒305，从而将纸张308送到图样这一侧。托架电动机301在其旋转轴处具有滑轮302，且牙轮皮带303绕过滑轮302。打印头307装载于皮带303，且打印头307的喷嘴将墨汁喷到纸张308上。托架电动机301在前进或后退方向上的旋转，经由滑轮和皮带，使得打印头307向左或向右扫描，如图8所示。打印头307扫描纸张308，并往纸张308上喷墨，并且纸张308被输送，从而在纸张308上形成图像。

所述电动机驱动装置可被用作电动机驱动装置300，从而包含了本发明的电动机驱动装置的打印机可以具有根据本发明第四到第六实施例的电动机驱动装置的优点。

除了在第七和第八实施例中描述的设备，以下设备也适于使用本发明的电动机驱动装置：复印机，光学介质设备，硬盘设备，空调设备(室内单元)，空气过滤器，热水器，电冰箱，真空吸尘器，洗衣机，FA设备，以及通用逆变器设备。

如上所述，本发明的栅极驱动器包括第一电流源和第二电流源。第一电流源输出第一电流值，以升高栅电压并促使功率管进入导通，而第二电流源输出第二电流值，以降低栅电压并促使功率管进入截止。可以通过至少一个分配终端分配第一和第二电流值。

这种结构允许用很少量的元件来适当地调节功率管从截止状态到导通状态和/或相反时所需要的时间，从而减小栅极驱动器的尺寸，降低其成本。本发明的栅极驱动器易用于驱动具有不同输出大小的功率管。也可通过分配终端依照通信信息分配第一和第二电流值，从而使得具有不同输出大小或者不同电极结构的功率管可以共享栅极驱动器的硬件。这样，可以减少管理模型类型所用的工时，且有望节省资源。

本发明的电动机驱动装置相应于用于驱动电动机驱动线圈的多个功率管准备了多个本发明的栅极驱动器。这些栅极驱动器中的全部或者部分被集成入单片电路IC，并且可用至少一个分配终端通过来自单片电路IC外部的一个操作对每一个栅极驱动器各自的第一和第二电流值进行分配。

这种结构允许用很少量的元件减少用PWM驱动方法驱动电动机时所产生的开关噪声，从而减小电动机驱动装置的尺寸，并降低其成本。通过改变功率管的输出大小，本发明的电动机驱动装置易用于多种电动机。可以通过分配终端依照通信信息分配第一和第二电流值，从而使得具有不同输出大小或者不同电极结构的功率管能够共享电动机驱动装置的硬件。这样，可以减少管理模型类型的工时，并有望节省资源。

由于本发明的电动机驱动装置可用于多种电动机，此电动机驱动装置可以被轻易地并入各种设备的驱动系统中，这些设备可以是信息设备，家用电器，工业设备，以及FA设备等。同样也可以减小那些并入了本发明的电动机驱动装置的设备的尺寸，并且降低其成本和噪声。

工业实用性

本发明的栅极驱动器用少量的元件实现了对由该栅极驱动器驱动的功率管的开-关速度的适当调节。此栅极驱动器不仅可用于具有不同输出大小的功率管，还可用于以PWM驱动方法驱动电动机的电动机驱动装置中。此栅极驱动器还可以广泛地用于其它电动机驱动方法以及将功率管作为开关元件的应用中。包含本发明的栅极驱动器的电动机驱动装置可并入各种设备中，从而减小这些设备的尺寸并降低其成本和噪声。

Claims (18)

1、一种栅极驱动器，用于迫使包含了以氧化膜绝缘的栅极的功率管进入导通或截止，该栅极驱动器包括：

第一电流源，用于输出第一电流值，以升高所述栅极的电位而使所述功率管从截止状态变为导通状态；以及

第二电流源，用于输出第二电流值，以降低所述栅极的电位而使所述功率管从所述导通状态变为所述截止状态，

其中基于至少一种电流源控制信息来分配所述第一电流值和所述第二电流值。

2、一种栅极驱动器，与包含了以氧化膜绝缘的栅极的功率管的源极和所述栅极相连接，该栅极驱动器包括：

用于与所述栅极驱动器外部相连接的连接件，该连接件包括与所述栅极连接的连接部分，与所述源极连接的连接部分，以及用于接收栅极驱动器控制信号的一连串输入终端；以及

包含了第一电流源，第二电流源，门电路(“非”电路)和电流分配器的内部结构，

其中由所述电流分配器提供的输出信号分配所述第一电流源和所述第二电流源的电流值，并且利用经由用于接收栅极驱动器控制信号的所述输入终端之一提供的开关控制信号来控制所述两个电流源的输出，

其中所述电流分配器经由除了提供所述开关控制信号的那个输入终端之外的每一个所述输入终端接收至少一种电流源控制信息，并且基于该电流源控制信息控制所述电流分配器的一组输出信号；

其中所述门电路(“非”电路)将用于控制所述第二电流源的所述开关控制信号反相；

其中所述第一电流源的第一终端与所述栅极驱动器的所述电源连接，且所述第一电流源的第二终端与所述第二电流源的第一终端连接，而所述第二电流源的第二终端经由与所述源极连接的所述连接部分与所述功率管的所述源极连接；

其中所述第一电流源的所述第二终端和所述第二电流源的所述第一终端的连接点经由与所述栅极连接的所述连接部分与所述功率管的所述栅极连接；

其中当基于第一条所述电流源控制信息分配将要从所述第一电流源提供的所述第一电流值时，以及当基于第二条所述该电流源控制信息分配将要从所述第二电流源提供的所述第二电流值时，

在所述开关控制信号为高电平信号的情况下，所述第一电流源输出所述第一电流值，而所述第二电流源电开路且不输出所述第二电流值，并且该第一电流值注入所述功率管的所述栅极，以成为该功率管的输入电容的充电电流，并且通过利用该充电电流对充电电容充电而将所述功率管的所述栅极和所述源极之间的电压升高到某个阈值电压，之后所述功率管的漏极和所述源极之间导通，并且所述功率管从截止状态变为导通状态所需要的时间可以基于一组所述电流源控制信息得到控制，

在所述开关控制信号为低电平信号的情况下，所述第一电流源电开路且不输出所述第一电流值，而所述第二电流源输出所述第二电流值，从而在所述功率管的所述输入电容中所充的电子电荷成为到所述第二电源的所述第一终端的放电电流，并且因来自所述输入电容的所述放电电流而导致的放电将所述功率管的所述栅极和所述源极之间的电压降低到某个阈值电压，之后所述功率管的所述漏极和所述源极之间截止，并且所述功率管从导通状态变为截止状态所需要的时间可以基于所述一组电流源控制信息得到控制。

3、权利要求1或者权利要求2所述的栅极驱动器，其中所述第一电流源和所述第二电流源至少由单片集成电路形成，并且至少一条从该单片集成电路外部提供的电流源控制信息可用于分配所述第一电流值和所述第二电流值。

4、权利要求1或者权利要求2所述的栅极驱动器，其中所述电流源控制信息被注入用于接收栅极驱动器控制信号的所述一连串输入终端中的两个输入终端，并且这些输入终端中的每一个分别与用于分配所述第一和所述第二电流值的无源元件连接。

5、权利要求1或者权利要求2所述的栅极驱动器，其中，所述电流源控制信息只被注入一个输入终端，该输入终端用于接收栅极驱动器控制信号，并与无源元件相连接，并且，所述第一电流值与所述第二电流值的比率预先被确定，从而所述无源元件的值可以分配所述第一电流值或所述第二电流值中的一个。

6、权利要求3所述的栅极驱动器，其中所述电流源控制信息被注入至少一个用于接收栅极驱动器控制信号的输入终端，而所述电流源控制信息是从所述栅极驱动器外部提供的通信信息，并且基于该通信信息分配所述第一和所述第二电流值。

7、一种电动机驱动装置，包括在权利要求1或权利要求2中所定义的栅极驱动器，进一步包括：

单相或多相的电动机驱动线圈；以及

在电源终端之间串联连接的第一功率管和第二功率管，并且该串联连接的连接点与所述驱动线圈的末端连接，

其中，所述第一功率管中的若干个和所述第二功率管中的若干个对应于所述驱动线圈的若干相位，并且所述功率管包括以氧化膜绝缘的栅极，

其中，相应于多个所述第一和所述第二功率管准备了多个所述栅极驱动器，并且该多个栅极驱动器中的全部或部分由单片集成电路形成；并且

其中，通过来自于所述单片集成电路外部的一个操作利用至少一个用于接收栅极驱动器控制信号的终端(分配终端)对每一个所述栅极驱动器的所述第一电流值和所述第二电流值进行分配。

8、一种电动机驱动装置，包括权利要求1或权利要求2中所定义的栅极驱动器，进一步包括：

在电源终端之间串联连接的第一功率管和第二功率管；以及

其输出终端为所述串联连接的连接点的逆变器部分，

其中，所述第一功率管中的若干个和所述第二功率管中的若干个对应于所述逆变器部分的若干输出相，并且这些功率管包括了以氧化膜绝缘的栅极，

其中，相应于所述多个第一和第二功率管准备了多个所述栅极驱动器，并且所述多个栅极驱动器中的全部或部分由单片集成电路形成，并且

其中，通过来自于所述单片集成电路外部的一个操作利用至少一个用于接收栅极驱动器控制信号的终端(分配终端)对每一个所述栅极驱动器的所述第一电流值和所述第二电流值进行分配。

9、权利要求7所述的电动机驱动装置，其中，有两个用于接收栅极驱动器控制信号的所述输入终端可用，且该两个终端中的每一个均与无源元件连接，并且基于这些无源元件的值分别对所述第一电流值和所述第二电流值进行分配。

10、权利要求8所述的电动机驱动装置，其中，有两个用于接收栅极驱动器控制信号的所述输入终端可用，且该两个终端中的每一个均与无源元件连接，并且基于这些无源元件的值分别对所述第一电流值和所述第二电流值进行分配。

11、权利要求7所述的电动机驱动装置，其中，仅有一个用于接收栅极驱动器控制信号的所述输入终端可用，且该输入终端与无源元件连接，并且所述第一电流值和所述第二电流值间的比率被预先确定，从而基于所述无源元件的值对所述第一电流值或者所述第二电流值中的一个进行分配。

12、权利要求8所述的电动机驱动装置，其中，仅有一个用于接收栅极驱动器控制信号的所述输入终端可用，且该输入终端与无源元件连接，并且所述第一电流值和所述第二电流值间的比率被预先确定，从而基于所述无源元件的值对所述第一电流值或者所述第二电流值中的一个进行分配。

13、权利要求7所述的电动机驱动装置，其中，至少一个用于接收栅极驱动器控制信号和所述电流源控制信息的所述输入终端可用，并且所述电流源控制信息是从所述栅极驱动器外部提供的通信信息，且基于该通信信息分配所述第一电流值和所述第二电流值。

14、权利要求8所述的电动机驱动装置，其中，至少一个用于接收栅极驱动器控制信号和所述电流源控制信息的所述输入终端可用，并且所述电流源控制信息是从所述栅极驱动器外部提供的通信信息，且基于该通信信息分配所述第一电流值和所述第二电流值。

15、一种配备了权利要求7中所定义的电动机驱动装置的设备。

16、一种配备了权利要求8中所定义的电动机驱动装置的设备。

17、权利要求15所述的设备，其中，该设备可以为打印机，复印机，光学媒介设备，硬盘设备，空调机，空气过滤器，热水器，冰箱，真空吸尘器，洗衣机，FA设备，以及通用逆变器设备中的一个。

18、权利要求16所述的设备，其中，该设备可以为打印机，复印机，光学媒介设备，硬盘设备，空调机，空气过滤器，热水器，冰箱，真空吸尘器，洗衣机，FA设备，以及通用逆变器设备中的一个。

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