專利名稱：具有集成測試和控制的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的制作方法
下列美國專利申請與本申請?jiān)谙嗤掌谔岢觯@些申請是可以信賴的，并且在本申請中參考引入。
帶有代理人卷號No.58,295的題目為“平頂原理”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,332的題目為“感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及有關(guān)冷卻方法”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,333的題目為“用于電動(dòng)車輛的汽車12伏系統(tǒng)”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,334的題目為“用于電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的直冷開關(guān)組件”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,335的題目為“電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,336的題目為“用于高壓電動(dòng)機(jī)控制的速度控制與自舉技術(shù)”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,337的題目為“用于電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制器的矢量控制板”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,339的題目為“用于電動(dòng)車輛的控制機(jī)構(gòu)”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,340的題目為“用于電源變換器的改進(jìn)型電磁干擾濾波器布局”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,341的題目為“用于傳感電源與底盤之間泄漏電流的故障探測電路”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,342的題目為“電動(dòng)車輛繼電器組件”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,343的題目為“三相電橋組件”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；
帶有代理人卷號No.58,344的題目為“具有內(nèi)裝測試的電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)電橋”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,345的題目為“用于測試電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的電橋的方法”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,346的題目為“電動(dòng)車輛配電組件”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,347的題目為“電動(dòng)車輛底盤控制器”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,348的題目為“電動(dòng)車輛系統(tǒng)控制裝置外殼”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,349的題目為“用于電動(dòng)車輛系統(tǒng)控制裝置的低成本液冷外殼”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,350的題目為“電動(dòng)車輛冷卻劑泵組件”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,351的題目為“散熱變壓器線圈”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；帶有代理人卷號No.58,352的題目為“電動(dòng)車輛電池充電器”，并且與此在相同日期提出的美國專利申請；本發(fā)明一般涉及電動(dòng)車輛。更具體地說，本發(fā)明涉及用于電動(dòng)車輛的具有集成測試和控制的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器。雖然本發(fā)明應(yīng)用范圍很廣，但是它特別適合用于利用電池或電池組合及其它源，例如耦合到交流發(fā)電機(jī)的熱機(jī)來作為電源的電動(dòng)車輛，并且將就此作具體敘述。
對商業(yè)上富有生命力的電動(dòng)車輛來說，其成本和性能應(yīng)該與它的裝有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的對應(yīng)車輛的成本和性能相競爭。典型地，車輛的推進(jìn)系統(tǒng)和電池是對車輛成本和性能競爭性產(chǎn)生影響的主要因素。
通常，為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)接受，電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)該提供下列特點(diǎn)(1)車輛性能與典型的裝有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)等效；(2)車輛推進(jìn)的平滑控制；(3)再生制動(dòng)；(4)高效率；(5)低成本；(6)自冷卻；(7)電磁干擾(EMI)抑制；(8)故障探測和自保護(hù)；(9)自測試和診斷能力；(10)與外部系統(tǒng)的控制和狀態(tài)接口；(11)安全操作和維修；(12)靈活電池充電能力；以及(13)由主電池提供的輔助12伏電源。但是，在現(xiàn)有實(shí)際中，電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括使電動(dòng)機(jī)和控制器與一組車輛性能目標(biāo)相適應(yīng)，結(jié)果通常為了允許實(shí)用的電動(dòng)機(jī)和控制器設(shè)計(jì)而犧牲了性能。此外，對上述提高商業(yè)接受性的種種特點(diǎn)很少給予注意。
例如，一個(gè)典型的常規(guī)電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)包括一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，一個(gè)斬波式電動(dòng)機(jī)控制器，一個(gè)獨(dú)立電池充電器，以及一組分布的控制和狀態(tài)指示器。車輛性能一般不適合于公路驅(qū)動(dòng)，加速不均勻，并且要求手動(dòng)變速。另外，一般沒有以綜合方式強(qiáng)調(diào)批量生產(chǎn)成本，電磁干擾，故障探測，維修，控制和狀態(tài)接口，以及安全性等問題。
有兩種技術(shù)用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)波形。最為常見的技術(shù)使用模擬元件，而另一種技術(shù)使用數(shù)字元件。在模擬系統(tǒng)中，PWM波形由一個(gè)使用運(yùn)算放大器和電壓比較器來把三角參考電壓信號的交叉點(diǎn)與所施加的控制電壓波形相比較的模擬設(shè)計(jì)來產(chǎn)生。電壓比較器輸出產(chǎn)生的PWM波形。然后，一個(gè)異步空載時(shí)間電路用來在PWM信號與反相PWM信號的躍遷之間產(chǎn)生一個(gè)延遲。對三相系統(tǒng)要求三組同樣的模擬電路。但是，例如由于溫度變化，偏移及增益變化影響脈沖寬度，并且使通道到通道之間失配，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍減小，結(jié)果使模擬電路易于漂移。實(shí)現(xiàn)具有九位分辨能力的測試產(chǎn)生脈沖寬度所需要的內(nèi)裝測試(BIT)電路是不實(shí)際的。使用數(shù)字電路將會(huì)消除模擬設(shè)計(jì)例如由于溫度變化和偏移而引起漂移的缺點(diǎn)。
可得到數(shù)字PWM波形產(chǎn)生，但是這也有限制。例如，在現(xiàn)有產(chǎn)生PWM波形的微控制器和數(shù)字處理器中，(1)使用鋸齒參考波形而不是三角波形來產(chǎn)生PWM信號，(2)處理器不包括同步空載時(shí)間發(fā)生，以及/或者(3)分辨能力取決于PWM頻率，并且分辨能力隨頻率增加而減小。
有其它可獨(dú)立應(yīng)用的產(chǎn)生PWM波形的PWM集成電路，但是這些電路沒有同步空載時(shí)間產(chǎn)生，基于三角的PWM產(chǎn)生，或用于內(nèi)裝測試的個(gè)別控制波形。并且，這些可獨(dú)立應(yīng)用的PWM集成電路不產(chǎn)生與三角波形的峰和/或谷相同步的輸出脈沖。
鑒于以上所述，需要有一種電動(dòng)車輛，它具有一個(gè)克服有關(guān)技術(shù)的缺點(diǎn)的脈沖寬度調(diào)制器。
因此，本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)車輛的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器，它充分消除由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)所引起的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)備一種布置，其充分消除所述現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)限制和缺點(diǎn)。
本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下列敘述中陳述，并且部分將從敘述中顯而易見，或可由本發(fā)明的實(shí)踐得知。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)將由所寫敘述和其權(quán)利要求及附圖所具體指出的裝置和方法而得到認(rèn)識并實(shí)現(xiàn)。
如實(shí)施和概括所述那樣，為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)，并且按照本發(fā)明的目的，一種數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器包括一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，用于產(chǎn)生脈沖以起動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，以驅(qū)動(dòng)一對用于一個(gè)電動(dòng)機(jī)的開關(guān)電路，其包括一個(gè)用于接收待調(diào)制的N位數(shù)字化輸入信號的輸入部分；一個(gè)PWM計(jì)數(shù)器，用于從零到一個(gè)數(shù)并返回到零連續(xù)計(jì)數(shù)，該P(yáng)WM計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)具有N位分辨能力的數(shù)字化三角波形；一個(gè)比較裝置，用于接收和比較數(shù)字化輸入信號和數(shù)字化三角波形，以產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖；以及一個(gè)空載時(shí)間發(fā)生裝置，用于由比較裝置所產(chǎn)生的輸出脈沖來產(chǎn)生第一和第二脈沖，第一和第二脈沖各驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路中一個(gè)對應(yīng)開關(guān)電路，第一和第二脈沖相互之間具有不同的躍遷時(shí)間。
在另一方面，本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制電路還包括一個(gè)邏輯電路，用于接收第一和第二脈沖，并且分別按照第一和第二脈沖起動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置；以及一個(gè)內(nèi)裝測試(BIT)電路，用于提供與PWM信號相對應(yīng)的BIT輸入信號，以檢驗(yàn)包括一個(gè)來自驅(qū)動(dòng)器的反饋回路的PWM電路的正確操作，BIT輸入信號提供各PWM信號的個(gè)別控制。
將會(huì)理解上述一般敘述和下列詳細(xì)敘述都是示范性和說明性的，并且是用來對本發(fā)明提供如權(quán)利要求那樣的進(jìn)一步說明。
包括附圖是為了對本發(fā)明提供進(jìn)一步理解，這些附圖結(jié)合并構(gòu)成本說明書的一部分，它們說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并且與敘述一起用作說明本發(fā)明的原理。
在附圖中

圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的方塊圖；圖2是圖1電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的配電圖3是圖1電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的功能圖；圖4是圖1電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)控制器的功能圖；圖5A是圖1電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的示意圖；圖5B是圖1電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)的解析器的示意圖；圖6是圖4電動(dòng)機(jī)控制器的矢量控制板的示意圖；圖7是按照本發(fā)明的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制電路的示意圖；圖8說明由圖7數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器所產(chǎn)生的空載時(shí)間波形；以及圖9是圖7數(shù)字脈沖寬度調(diào)制電路的詳細(xì)電路圖。
現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的本優(yōu)選實(shí)施例，其一例在附圖中說明。
如圖1所示，提供一種電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10，包括一個(gè)系統(tǒng)控制裝置12，一個(gè)電動(dòng)機(jī)組件24，一個(gè)冷卻系統(tǒng)32，一個(gè)電池40，以及一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器38。系統(tǒng)控制裝置12包括一個(gè)冷卻板14，一個(gè)電池充電器16，一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制器18，一個(gè)配電組件20，以及一個(gè)底盤控制器22。電動(dòng)機(jī)組件24包括一個(gè)解析器26，一個(gè)電動(dòng)機(jī)28，以及一個(gè)濾波器30。冷卻系統(tǒng)32包括一個(gè)油泵裝置34和一個(gè)散熱器/風(fēng)扇36。
圖2是電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的配電圖。如圖2所示，電池40用作電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的主電源。電池40例如包括一個(gè)密封鉛酸電池，一個(gè)單極鋰金屬硫化物電池，一個(gè)雙極鋰金屬硫化物電池，或其它類似電池，用于提供320伏輸出。優(yōu)選地，電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)10在一個(gè)寬電壓范圍，例如120伏到400伏上工作，以適應(yīng)由于負(fù)載或放電度所引起的電池40的輸出電壓變化。但是，電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10優(yōu)選地最優(yōu)化為大約320伏額定電池電壓。
配電組件20耦合到電池40的輸出，并且其中包括熔斷器，配線，以及用來把電池40的320伏輸出分配到電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的各種元件的連接器。例如，配電組件20把電池40的320伏輸出耦合到電動(dòng)機(jī)控制器18，DC/DC轉(zhuǎn)換器38，油泵裝置34，以及電池充電器16。配電組件20還把電池40的320伏輸出分配到電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10外部的各種車輛輔助設(shè)備。這些車輛輔助設(shè)備例如包括一個(gè)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一個(gè)加熱系統(tǒng)，一個(gè)功率轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及任何其它可能要求320伏電源的輔助設(shè)備。
如上所述，DC/DC轉(zhuǎn)換器38耦合到配電組件20的320伏輸出，它把配電組件20的320伏輸出轉(zhuǎn)換為12伏。DC/DC轉(zhuǎn)換器38然后把它的12伏輸出作為操作電源供給電池充電器16，電動(dòng)機(jī)控制器18，底盤控制器22，油泵裝置34，以及散熱器/風(fēng)扇36。DC/DC轉(zhuǎn)換器38還把它的12伏輸出作為操作電源供給電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10外部的各種車輛輔助設(shè)備。這些車輛輔助設(shè)備例如包括車輛照明，音響系統(tǒng)，以及任何其它可能要求12伏電源的輔助設(shè)備。應(yīng)該理解DC/DC轉(zhuǎn)換器38消除了需要一個(gè)分開的12伏蓄電池。
如圖3和圖4所示，電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的元件通過各種數(shù)據(jù)總線相互連接。數(shù)據(jù)總線可以是如本領(lǐng)域已知的電式，光式或光電式?，F(xiàn)在將參考圖3和圖4敘述電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的操作。
電池充電器16從電動(dòng)機(jī)控制器18接收指令信號，并對其發(fā)送狀態(tài)信號，以用來對電池40充電。電池充電器16從一個(gè)外部交流電源(未示出)提供一個(gè)受控電池充電電流。優(yōu)選地，交流電流按照希望未來電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以功率因數(shù)接近1和低諧波失真來抽出。此外，電池充電器16優(yōu)選地設(shè)計(jì)為與標(biāo)準(zhǔn)接地故障電流斷續(xù)器和通常在住宅位置所發(fā)現(xiàn)的單相電源相適應(yīng)。
油泵裝置34和散熱器/風(fēng)扇36也從電動(dòng)機(jī)控制器18接收指令信號，并對其發(fā)送狀態(tài)信號。如下將作更詳細(xì)敘述，油泵裝置34和散熱器/風(fēng)扇36是用于電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10的閉環(huán)油冷卻系統(tǒng)的一部分。
如圖5A所示，電動(dòng)機(jī)28為三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，各相具有兩個(gè)同樣的電氣隔離的繞組(對“A”相為繞組A1和A2，對“B”相為繞組B1和B2，以及對“C”相為繞組C1和C2)，用于零速產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩，以提供與常規(guī)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不相上下的性能。電動(dòng)機(jī)28的轉(zhuǎn)子(未示出)耦合到車輛轉(zhuǎn)軸上。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)28的各相中兩個(gè)繞組大體上相互層壓成一直線，并且電氣同相，以便各繞組提供大約總相功率的一半。而且電動(dòng)機(jī)28優(yōu)選地完全密封，并且利用噴油冷卻來從轉(zhuǎn)子和端繞組直接散去熱量，以增加可靠性。
解析器26在圖5B說明，并且安排靠近電動(dòng)機(jī)28，以用來探測電動(dòng)機(jī)軸的角位置，并且用來對電動(dòng)機(jī)控制器18提供指示電動(dòng)機(jī)軸的角位置的信號。連接到解析器的參考信號線R1是用于提供指示電動(dòng)機(jī)軸的角位置的正或負(fù)參考值。來自解析器的S1信號線提供關(guān)于電動(dòng)機(jī)軸的角位置的正或負(fù)正弦值，以及來自解析器的S2信號線提供關(guān)于電動(dòng)機(jī)軸的角位置的正或負(fù)余弦值。
解析器26可以包括市場上可買到的解析器或其它本領(lǐng)域已知的解析器。用于解析器26的參考信號由電動(dòng)機(jī)控制器18提供。
底盤控制器22和電動(dòng)機(jī)控制器18從車輛通信總線接收信號。通常，如下將作更詳細(xì)敘述，車輛通信總線用作與至底盤控制器22和電動(dòng)機(jī)控制器18的各種車輛傳感器和控制器相接口的通信通路。
底盤控制器22包括一個(gè)基于微處理器的數(shù)字和模擬電子系統(tǒng)，并且提供與車輛傳感器和控制器以及與電動(dòng)機(jī)控制器18相關(guān)的控制和狀態(tài)。例如，底盤控制器22通過車輛通信總線連接到車輛鑰匙開關(guān)，加速器，制動(dòng)器，以及驅(qū)動(dòng)選擇開關(guān)。底盤控制器22從這些開關(guān)解釋信號，以對電動(dòng)機(jī)控制器18提供起動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式(例如前進(jìn)，倒退，以及空擋)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，再生制動(dòng)，關(guān)閉，以及內(nèi)裝測試(BIT)指令。優(yōu)選地，底盤控制器22通過一個(gè)光耦合串行數(shù)據(jù)接口與電動(dòng)機(jī)控制器18通信，并且從電動(dòng)機(jī)控制器18接收所有送來指令的狀態(tài)信號，以便檢驗(yàn)底盤控制器22，車輛及電動(dòng)機(jī)控制器18之間的通信連接，以及檢驗(yàn)車輛在正確操作。應(yīng)該理解，因?yàn)榈妆P控制器22提供與車輛傳感器和控制器以及與電動(dòng)機(jī)控制器18相關(guān)的控制和狀態(tài)，所以對具體車輛通過簡單變更底盤控制器22，就能把電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10變更用于任意數(shù)目的不同車輛。
使用通過車輛通信總線而從位于配電組件20中的電池電流傳感器所接收的信號，底盤控制器22還提供電池管理能力。底盤控制器22解釋來自電池電流傳感器的信號，對電動(dòng)機(jī)控制器18提供充電指令，并且對車輛儀表板上的一個(gè)“加燃料”計(jì)量儀表發(fā)送充電狀態(tài)值。底盤控制器22還通過車輛通信總線連接到包括里程表，速度表，照明，診斷和發(fā)射控制器的車輛控制器，以及連接到用于系統(tǒng)擴(kuò)展的RS-232接口。如圖4所示，電動(dòng)機(jī)控制器18分別包括一個(gè)低壓電源42，一個(gè)輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44，一個(gè)矢量控制板46，以及第一和第二電橋及門驅(qū)動(dòng)器48和50。
低壓電源42轉(zhuǎn)換來自DC/DC轉(zhuǎn)換器38的12伏輸出，以把+5V，+/-15V，以及+20V輸出提供給輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44，矢量控制板46，第一電橋48，以及第二電橋50。低壓電源42可以包括如本領(lǐng)域已知的市場上買得到的電源。
輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44包括用來把配電組件20的320伏輸出分別耦合到第一和第二電橋48和50的電連接。輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44包括EMI濾波，一個(gè)用來把配電組件20的320伏輸出至第一和第二電橋48和50的耦合分別切斷的繼電器電路，以及各種包括電壓傳感電路和底盤接地故障電路的BIT電路。優(yōu)選地，輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44從矢量控制板46接收控制信號，并對其發(fā)送狀態(tài)信號，例如BIT信號。
第一和第二電橋48和50各分別包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)開關(guān)電路及相關(guān)門驅(qū)動(dòng)電路，以用來對電動(dòng)機(jī)28的各繞組施加驅(qū)動(dòng)電流。優(yōu)選地，第一和第二電橋48和50各分別對電動(dòng)機(jī)28的繞組提供一半電流，從而允許使用容易得到的低成本的IGBT開關(guān)電路。第一和第二電橋48和50分別從矢量控制板46接收控制信號，并對其發(fā)送狀態(tài)信號，例如BIT信號。
矢量控制板46包括一個(gè)基于微處理器的數(shù)字和模擬電子系統(tǒng)。作為其主要功能，矢量控制板46從底盤控制器22接收驅(qū)動(dòng)器起動(dòng)的加速和制動(dòng)請求。矢量控制板46然后分別從解析器26獲得轉(zhuǎn)子位置測量，以及從第一和第二電橋48和50獲得電流測量，并且使用這些測量來產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)電壓波形，分別用于驅(qū)動(dòng)第一和第二電橋48和50，以在電動(dòng)機(jī)28中產(chǎn)生希望的加速或制動(dòng)作用。PWM電壓波形按照設(shè)計(jì)為結(jié)果引起要求轉(zhuǎn)矩輸出的控制程序來產(chǎn)生。如上所述，矢量控制板46還有控制輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44，油泵裝置34，散熱器/風(fēng)扇36，電池充電器16，輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44，內(nèi)裝測試電路，車輛通信，以及故障探測的功能。
如圖6所示，矢量控制板46包括一個(gè)微控制器100，一個(gè)數(shù)字信號處理器200，一個(gè)數(shù)字門陣列300，一個(gè)解析器接口400，以及一個(gè)模擬接口500。用于微控制器100，數(shù)字信號處理器200，以及數(shù)字門陣列300的時(shí)鐘信號由振蕩器202提供。
參考圖6，微控制器100例如包括從Motorolla 68HC11微控制器系列選擇的一種微控制器，或其它本領(lǐng)域已知的類似裝置。作為其主要功能，微控制器100執(zhí)行矢量控制板46的各種內(nèi)務(wù)功能。例如，微控制器100通過一個(gè)光隔離器102從底盤控制器22接收電流指令，BIT指令，轉(zhuǎn)矩指令，以及方式指令，并對其發(fā)送狀態(tài)信號，以與底盤控制器通信。微控制器100還通過數(shù)字門陣列300對數(shù)字信號處理器200提供轉(zhuǎn)矩請求，以與數(shù)字信號處理器200通信，并且與數(shù)字門陣列300通信，以例如執(zhí)行各種BIT和控制操作。優(yōu)選地，微控制器100包括RAM，ROM，及EEPROM的組合，以用來存儲(chǔ)用于控制其操作的程序指令。選擇地，可以在EPROM112中存儲(chǔ)部分或全部程序指令。
微控制器100還通過一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器110從溫度傳感器接口104，A/DBIT電路106，以及電壓探測器接口108接收模擬輸入信號。該A/D轉(zhuǎn)換器110優(yōu)選地為微控制器100的一部分。
來自溫度傳感器接口104的模擬輸入信號包括由接近第一和第二電橋48和50的冷卻板14上安排的溫度傳感器(未示出)所分別發(fā)送的溫度信號。來自A/D BIT電路106的模擬輸入信號包括用于測試A/D轉(zhuǎn)換器110的電壓測試信號。來自電壓探測器接口108的模擬輸入信號包括由位于輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44中的電壓探測器(未示出)所發(fā)送的電壓信號。
數(shù)字信號處理器200例如包括一個(gè)Texas Instrument TMS320C50數(shù)字信號處理器或其它本領(lǐng)域已知的類似裝置。作為其主要功能，數(shù)字信號處理器200執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)矩控制程序，該程序存儲(chǔ)在EPROM 204中，并且在起動(dòng)電動(dòng)車輛推進(jìn)系統(tǒng)10時(shí)向下裝載到位于數(shù)字信號處理器200中的RAM。選擇地，數(shù)字信號處理器200可以編程包括該轉(zhuǎn)矩控制程序。
特別是，數(shù)字信號處理器200從解析器接口400接收數(shù)字化轉(zhuǎn)子位置測量，從模擬接口500接收數(shù)字化電流測量，以及從微控制器100接收轉(zhuǎn)矩指令，并且使用這些測量和指令來產(chǎn)生相電壓信號。如下將作更詳細(xì)說明，這些相電壓信號供給數(shù)字門陣列300，從而數(shù)字門陣列300以門驅(qū)動(dòng)信號形式產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)電壓波形，以在電動(dòng)機(jī)28中產(chǎn)生希望的加速或制動(dòng)作用。相電壓信號，并且因此PWM電壓波形就按照設(shè)計(jì)為結(jié)果引起請求轉(zhuǎn)矩輸出的轉(zhuǎn)矩控制程序來產(chǎn)生。
數(shù)字門陣列300例如包括一個(gè)現(xiàn)場可編程的門陣列或其它本領(lǐng)域已知的類似裝置。數(shù)字門陣列300通過一個(gè)光隔離器304產(chǎn)生并接收各種PWM信號，用于控制油泵裝置34和電池充電器16，以及產(chǎn)生并接收各種控制信號，用于控制散熱器/風(fēng)扇36，位于輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44中的主繼電器和預(yù)先充電/放電繼電器(未示出)，以及一個(gè)也是位于輸入濾波器和DC繼電器控制裝置44中的底盤故障探測裝置。并且，數(shù)字門陣列300通過光隔離器驅(qū)動(dòng)器304接收操作員起動(dòng)的緊急停止信號。
數(shù)字門陣列300從數(shù)字信號處理器200接收相電壓信號Va，Vb和Vc。相電壓信號施加到一個(gè)具有集成測試和控制的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器，以便以門驅(qū)動(dòng)信號的形式產(chǎn)生PWM電壓波形，以分別用來驅(qū)動(dòng)第一和第二電橋48和50。
圖7表示具有本發(fā)明的集成測試和控制的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的一個(gè)示范性實(shí)施例，該實(shí)施例由標(biāo)號1110一般指示。數(shù)字脈沖寬度調(diào)制電路1110包括在數(shù)字門陣列300中(圖6)。
如圖7所示，本發(fā)明的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器包括數(shù)字PWM1102，其包括輸入寄存器1112，1114和1116，第二組寄存器1118，1120和1122，比較器1124，1126和1128，PWM計(jì)數(shù)器1138，以及PWM控制1140；空載時(shí)間發(fā)生裝置1104，其包括空載時(shí)間發(fā)生器1130，1132和1134；門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯1136；BIT測試能力輸入1142；以及測試信號輸入1144。圖7還表示門驅(qū)動(dòng)器1146和1148，其接收PWM波形，以及一個(gè)數(shù)字化三角波形1150，其從PWM計(jì)數(shù)器1138輸出，PWM計(jì)數(shù)器1138從0到511并然后返回到0計(jì)數(shù)。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制器包括一個(gè)輸入部分，用于接收待調(diào)制的N位數(shù)字化輸入信號。
參考圖7，電壓參考信號Va，Vb和Vc施加到第一組輸入寄存器1112，1114和1116。電壓參考信號優(yōu)選地為N＝9位數(shù)字信號。來自第一組輸入寄存器的電壓參考信號如圖7所示，與來自PWM計(jì)數(shù)器1138的端計(jì)數(shù)相同步地裝載到第二組輸入寄存器1118，1120和1122中。兩組輸入寄存器優(yōu)選地為9位寄存器。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制電路包括一個(gè)從零到預(yù)定數(shù)并返回到零連續(xù)計(jì)數(shù)的PWM計(jì)數(shù)器。該P(yáng)WM計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)與預(yù)定數(shù)相對應(yīng)具有N位分辨能力的數(shù)字化三角波形。
參考圖7，PWM計(jì)數(shù)器1138輸出一個(gè)端計(jì)數(shù)器(TC)，以在PWM控制1140控制下把數(shù)字電壓參考信號同步裝載到寄存器1118，1120和1122中。PWM計(jì)數(shù)器1138從0到511(9位分辨能力)并返回到0連續(xù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字三角波形(其如標(biāo)號1150所示)。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制器包括一個(gè)比較裝置，用于接收數(shù)字化輸入信號，并且把數(shù)字化輸入信號與數(shù)字化三角波形相比較，有產(chǎn)生一個(gè)PWM輸出脈沖。
參考圖7，比較裝置包括比較器1124，1126和1128。比較器1124，1126和1128分別把來自寄存器1118，1120和1122的數(shù)字化電壓參考信號與來自PWM計(jì)數(shù)器1138的數(shù)字化三角波形1150相比較。如果我們考慮比較器1124和第一電壓參考信號Va，則比較器1124把從輸入寄存器1118裝載的電壓參考信號Va與來自PWM計(jì)數(shù)器1138的從1到510(或從510到0)的各順序計(jì)數(shù)相比較。例如，比較器1124把裝載的參考信號Va與從1，2，3，4等開始到510(或510，509，508等到1)的PWM計(jì)數(shù)相比較。當(dāng)裝載的參考信號大于PWM計(jì)數(shù)時(shí)，那么輸出PWM脈沖例如為邏輯低狀態(tài)。當(dāng)裝載的參考信號小于或等于PWM計(jì)數(shù)時(shí)，那么輸出PWM脈沖例如為邏輯高狀態(tài)。
輸入寄存器可以在用于比較和產(chǎn)生脈沖寬度的9位計(jì)數(shù)器從小到大計(jì)數(shù)或從大到下計(jì)數(shù)之前裝載。電壓參考信號可以按兩種方法中之一裝載。按第一種方法，電壓參考信號對從0到511或從511到0的每個(gè)計(jì)數(shù)裝載。換句話說，如果從0到511并返回到0的一個(gè)計(jì)數(shù)被認(rèn)為是三角波形的一個(gè)周期，那么電壓參考信號對各半周期裝載一次(或?qū)σ粋€(gè)全周期裝載兩次)。按第二種方法，電壓參考信號對一個(gè)全周期裝載一次。第一種方法將有較小的諧波失真和較平滑的電動(dòng)機(jī)控制，而第二種方法將在脈沖寬度更新之間允許有更多的處理時(shí)間。
但是，比較器不把裝載的參考信號與谷計(jì)數(shù)0(9位全部為0)或峰計(jì)數(shù)511(9位全部為1)相比較，從而防止過調(diào)制。過調(diào)制發(fā)生在輸入寄存器值(裝載的參考信號)與三角波形的峰和谷所對應(yīng)的寄存器值相同之時(shí)。脈沖寬度調(diào)制電路按一個(gè)計(jì)數(shù)來更改輸入信號值，以防止峰(511)和谷(0)計(jì)數(shù)與三角波形比較。PWM電路的這個(gè)設(shè)計(jì)卸載了一個(gè)例如處理器的控制器，其要不然就必須在各輸入信號產(chǎn)生時(shí)花費(fèi)時(shí)間來檢查各輸入信號值。
PWM計(jì)數(shù)器由PWM控制器1140控制。PWM控制器1140例如在計(jì)數(shù)的峰(511)和谷(0)對輸入寄存器1118，1120和1122提供同步脈沖(TC)，以把下一個(gè)信號(根據(jù)使用如上所述的方法)裝載到模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器(504a，504b，504c及504d)，以通過電動(dòng)機(jī)控制器18(圖1)的矢量控制板46(圖4)的模擬接口500(圖6)用來抽樣電動(dòng)機(jī)28中的電流，并且裝載到矢量控制板46(圖6)的數(shù)字信號處理器(DSP)200。DSP 200與來自PWM控制1140的同步脈沖相同步地接收抽樣電流，并且起動(dòng)一個(gè)算法，以通過微控制器100提供與車輛操作員的請求相對應(yīng)的正確轉(zhuǎn)矩。因此，PWM控制1140使用PWM計(jì)數(shù)器1138的峰和/或谷而使矢量控制板中各種裝置相同步。因?yàn)槔缭谟?jì)數(shù)0和511，電動(dòng)機(jī)控制器18中的開關(guān)暫態(tài)將不污濁模擬接口500中模擬-數(shù)字抽樣，所以計(jì)數(shù)的峰(511)和谷(0)用于同步。
因此，PWM電路的PWM控制1140設(shè)計(jì)為強(qiáng)制產(chǎn)生脈沖，這些脈沖用來起動(dòng)模擬-數(shù)字抽樣，以與三角波形的峰和/或谷相同步。因此，計(jì)數(shù)0和511不于電壓參考信號Va，Vb和Vc相比較。
脈沖寬度調(diào)制電路包括一個(gè)空載時(shí)間發(fā)生裝置1104，用來由比較裝置所產(chǎn)生的輸出脈沖產(chǎn)生第一和第二脈沖。第一和第二脈沖各驅(qū)動(dòng)對應(yīng)一個(gè)開關(guān)電路，并且第一和第二脈沖相互之間具有不同的躍遷時(shí)間。第一脈沖具有第一延遲，并且第二脈沖具有第二延遲，它們與比較裝置的輸出脈沖相同步。
參考圖7，空載時(shí)間發(fā)生裝置1104包括空載時(shí)間發(fā)生器1130，1132和1134，各從比較器1124，1126和1128接收一個(gè)對應(yīng)PWM輸出脈沖。空載時(shí)間發(fā)生裝置1104從各對應(yīng)PWM輸出脈沖產(chǎn)生一個(gè)上脈沖和一個(gè)下脈沖。上脈沖與用于驅(qū)動(dòng)一對包括絕緣柵雙極晶體管(IGBTs)的開關(guān)裝置中一個(gè)的門驅(qū)動(dòng)器相對應(yīng)。下脈沖與用于驅(qū)動(dòng)該對開關(guān)裝置中另一個(gè)的門驅(qū)動(dòng)器相對應(yīng)。例如，考慮一對向電動(dòng)機(jī)28(圖5A)傳送強(qiáng)功率的開關(guān)裝置。在這種情況下，一個(gè)上和下脈沖對驅(qū)動(dòng)連接到并對應(yīng)于電動(dòng)機(jī)28的各端A1，A2，B1，B2，C1和C2的IGBT對。因此，各端有兩個(gè)開關(guān)裝置，功率從這兩個(gè)開關(guān)裝置傳送。在上與下脈沖之間需要一個(gè)空載時(shí)間延遲，因?yàn)槿绻麩o延遲引入，一端的兩個(gè)開關(guān)裝置可能起動(dòng)(閉合)以產(chǎn)生短路。因此，應(yīng)該在上和下脈沖中與PWM輸出脈沖相同步地引入適當(dāng)延遲。延遲開始總是與發(fā)生比較器輸出躍遷相同步，并且這個(gè)同步延遲允許PWM信號保持9位分辨能力。
空載時(shí)間延遲由空載時(shí)間發(fā)生裝置1104產(chǎn)生，并且如下將參考圖8說明。當(dāng)輸出PWM脈沖由比較裝置產(chǎn)生時(shí)，空載時(shí)間發(fā)生裝置1104產(chǎn)生一個(gè)上脈沖和一個(gè)下脈沖，如圖8所示。為了允許足夠時(shí)間使各對應(yīng)開關(guān)斷開和閉合，引入一個(gè)空載時(shí)間延遲。例如，當(dāng)上脈沖從邏輯1躍遷為邏輯0以斷開其對應(yīng)開關(guān)時(shí)，低脈沖在從邏輯0躍遷為邏輯1以閉合其對應(yīng)開關(guān)之前，必須等待足夠長持續(xù)時(shí)間以使該開關(guān)斷開。在這個(gè)狀態(tài)下，當(dāng)上脈沖需要從邏輯0躍遷為邏輯1以閉合其對應(yīng)開關(guān)時(shí)，在上脈沖可以躍遷為邏輯1并閉合其開關(guān)之前，上脈沖必須等待足夠長持續(xù)時(shí)間，以使低脈沖從邏輯1躍遷為邏輯0，以便斷開其對應(yīng)開關(guān)。為了保證一個(gè)開關(guān)在另一個(gè)開關(guān)閉合之前為斷開，需要引入延遲。如圖8所示，空載時(shí)間發(fā)生裝置1104提供這樣的保證。
并且，數(shù)字PWM1102優(yōu)選地在接近8kHz頻率處操作，以及空載時(shí)間發(fā)生裝置1104產(chǎn)生一個(gè)接近3微秒的延遲。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制電路還包括一個(gè)邏輯電路，用于接收第一(上)和第二(下)脈沖，并且分別按照第一和第二脈沖起動(dòng)驅(qū)動(dòng)器控制裝置。
參考圖7和圖9，空載時(shí)間發(fā)生器1130，1132和1134把各電壓參考信號Va，Vb和Vc的上和下脈沖發(fā)送到門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯電路1136，其包括禁止邏輯電路1135和組合邏輯電路1136a，1136b，1136c，1136d，1136e，1136f。門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯電路1136優(yōu)選地是一個(gè)組合邏輯電路，其對與各電壓參考信號相對應(yīng)的上和下脈沖產(chǎn)生正確的門驅(qū)動(dòng)信號。特別是，邏輯電路1136對相同的上和下脈沖提供重復(fù)的門驅(qū)動(dòng)信號。前面的門驅(qū)動(dòng)信號對應(yīng)電動(dòng)機(jī)28(圖5A)的第一組繞組(A1，B1和C1)，而后面的門驅(qū)動(dòng)信號(重復(fù))對應(yīng)電動(dòng)機(jī)28的第二組繞組(A2，B2和C2)，這里A1和A2繞組相對于相A，B1和B2繞組相對于相B，以及C1和C2繞組相對于相C。因此，從門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯電路1136輸出六條線(對應(yīng)A1上和下，B1上和下，以及C1上和下)到門驅(qū)動(dòng)器1146，并且另外六條線(對應(yīng)A2上和下，B2上和下，以及C2上和下)輸出到門驅(qū)動(dòng)器1148。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制電路包括一個(gè)內(nèi)裝測試(BIT)電路，用于提供與第一(上)和第二(下)脈沖相對應(yīng)的BIT輸入信號，以檢驗(yàn)包括來自驅(qū)動(dòng)器控制裝置的反饋回路的PWM電路的正確操作，驅(qū)動(dòng)器控制裝置比PWM電路具有較高的集成度。BIT輸入信號提供各PWM信號的個(gè)別控制。
參考圖7，內(nèi)裝測試電路包括門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯1136，測試信號輸入1144，以及BIT輸入1142。該BIT電路檢驗(yàn)較高集成度的例如電動(dòng)機(jī)控制器18的正確操作。例如，參考圖8，微控制器100(圖6)可以通過對BIT輸入1142寫數(shù)，并且由空載時(shí)間發(fā)生器來禁止PWM輸出脈沖，以控制各輸出的狀態(tài)。這一點(diǎn)在圖9中更詳細(xì)表示。
參考圖9，BIT輸入1142分為兩組，BIT輸入1142a和1142b。BIT輸入1142a和1142b分別與以上參考圖5A說明的每相兩個(gè)同樣的電氣隔離的繞組相對應(yīng)(對“A”相為繞組A1和A2，對“B”相為繞組B1和B2，以及對“C”相為繞組C1和C2)。BIT輸入1142a包括相對于A1U，A1L，B1U，B1L，C1U，C1L的位測試輸入(“U”對應(yīng)于來自空載時(shí)間發(fā)生裝置的上脈沖，以及“ L”對應(yīng)于來自空載時(shí)間發(fā)生裝置的下脈沖)。類似地，BIT輸入1142b包括相對于A2U，A2L，B2U，B2L，C2U，C2L的位測試輸入。BIT輸入1142a和1142b包括一個(gè)電源復(fù)位輸入(POWER RST)，其在系統(tǒng)電源復(fù)位期間用于復(fù)位目的。BIT輸入1142a還包括PWM禁止輸入，其在BIT輸入測試期間通過一個(gè)起動(dòng)/禁止裝置1135(該裝置為門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯1136的一部分)來禁止來自空載時(shí)間發(fā)生裝置1104的信號。因此，信號VA1U，VA1L，VB1U，VB1L，VC1U和VC1L被禁止，并且來自BIT輸入1142a和1142b的測試輸入信號施加到組合邏輯電路1136a，1136b，1136c，1136d，1136e和1136f。這些組合邏輯電路能使用來自微控制器100的GLOBAL RESET信號全部復(fù)位。
除測試較高程度集成的正確操作外，包括數(shù)字PWM1102，空載時(shí)間發(fā)生裝置1104和門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯1136的整個(gè)PWM電路能對所有九位脈沖寬度分辨能力進(jìn)行測試。例如，參考圖7和圖9，數(shù)字信號處理器200提供測試輸入信號TVa，TVb和TVc以代替電壓參考信號Va，Vb和Vc。測試輸入信號包括九位的各步(0到511)。PWM電路用測試輸入信號執(zhí)行與參考電壓參考信號Va，Vb和Vc所討論的相同操作，以從空載時(shí)間發(fā)生裝置1104產(chǎn)生上和下脈沖。與測試輸入信號相對應(yīng)的上和下脈沖施加到門驅(qū)動(dòng)起動(dòng)邏輯1136，并且其后施加到門驅(qū)動(dòng)器1146和1148(BIT輸入1142在這個(gè)測試順序中不起作用)。門驅(qū)動(dòng)器1146和1148把對應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號反饋到測試信號輸入1144。驅(qū)動(dòng)信號與具體測試輸入信號所對應(yīng)的已知值相比較。因此，能測試從0到511的九位測試輸入信號的各步。
獨(dú)立PWM電路1102，包括BIT輸入1142和測試信號輸入1144的BIT電路，以及控制電路組裝在一個(gè)與數(shù)字信號處理器200和微控制器100相接口的數(shù)字邏輯陣列300中(見圖6)。
由空載時(shí)間發(fā)生裝置1104所產(chǎn)生的延遲與PWM輸出脈沖相同步。周期數(shù)字三角波形可編程，過調(diào)制得到防止，以及同步抽樣信號得以產(chǎn)生并可編程調(diào)節(jié)。
本發(fā)明就產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制驗(yàn)明若干特點(diǎn)，包括(1)全部數(shù)字實(shí)現(xiàn)，以支持如DSP200的接口電路，微控制器100和其它數(shù)字元件，以解決模擬元件中的缺點(diǎn)，(2)高分辨能力，9位，PWM功能三者實(shí)現(xiàn)三相電動(dòng)機(jī)控制器中的控制，這樣減小電流波動(dòng)，允許較平滑轉(zhuǎn)矩控制和較好效率，(3)同步空載時(shí)間發(fā)生器在9位系統(tǒng)中保持9位分辨能力，(4)內(nèi)裝測試使用各PWM信號的個(gè)別控制及一個(gè)檢驗(yàn)信號電平的反饋回路，來檢驗(yàn)PWM設(shè)計(jì)的功能度及下一個(gè)較高集成度的功能度，(6)產(chǎn)生與三角波形的峰和谷相同步，并且與峰之間或與峰和谷兩者之間可編程選擇同步的抽樣脈沖，以及(7)防止過調(diào)制。
空載時(shí)間發(fā)生裝置1104中的電路實(shí)現(xiàn)用來對控制器功率輸出級中開關(guān)裝置進(jìn)行控制的信號之間的同步空載時(shí)間延遲。兩個(gè)PWM信號(上和下)由空載時(shí)間電路產(chǎn)生(圖8)，并且在下和上信號之間產(chǎn)生延遲。延遲開始總是與發(fā)生比較器輸出躍遷相同步。這個(gè)同步延遲允許PWM信號保持全N(＝9)位分辨能力。
內(nèi)裝測試電路允許各輸出的狀態(tài)由至測試寄存器的配線來控制。這用來獨(dú)立地測試控制器的下一個(gè)較高組件的部分。通過反饋PWM門驅(qū)動(dòng)信號來使用測試輸入，以檢驗(yàn)數(shù)字電路對已知的輸入寄存器值正在產(chǎn)生正確脈沖。各位分辨能力可以由指定適當(dāng)輸入值來加以測試。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，在不違反本發(fā)明的精神或范圍下，可以對本發(fā)明具有集成測試和控制的數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器進(jìn)行各種更改和變更。因此本發(fā)明意欲覆蓋此發(fā)明的種種更改和變更，只要它們在附加權(quán)利要求及其等效范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，用于產(chǎn)生脈沖以起動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制裝置，以驅(qū)動(dòng)一對用于一個(gè)電動(dòng)機(jī)的開關(guān)電路，包括一個(gè)輸入部分，用于接收待調(diào)制的N位數(shù)字化輸入信號；一個(gè)PWM計(jì)數(shù)器，用于從零到一個(gè)預(yù)定數(shù)并返回到零連續(xù)計(jì)數(shù)，該P(yáng)WM計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字化三角波形，其具有與該預(yù)定數(shù)相對應(yīng)的N位分辨能力；一個(gè)比較裝置，用于接收和比較數(shù)字化輸入信號和數(shù)字化三角波形，以產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖；以及一個(gè)空載時(shí)間發(fā)生裝置，用于從比較裝置所產(chǎn)生的輸出脈沖來產(chǎn)生第一脈沖和第二脈沖，該第一和第二脈沖各驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路中一個(gè)對應(yīng)開關(guān)電路，該第一和第二脈沖相互之間具有不同的躍遷時(shí)間。
2.按照權(quán)利要求1的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，還包括一個(gè)邏輯電路，用于接收第一和第二脈沖，并且分別按照第一和第二輸出脈沖來起動(dòng)驅(qū)動(dòng)器控制裝置。
3.按照權(quán)利要求1的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中第一脈沖具有第一延遲，以及第二脈沖具有第二延遲，第一和第二延遲與比較裝置的輸出脈沖相同步。
4.按照權(quán)利要求1的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，還包括一個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制器，用于控制PWM計(jì)數(shù)器，該脈沖寬度調(diào)制控制器提供同步信號，用于使PWM電路的操作與數(shù)字化三角波形的峰和谷相同步。
5.按照權(quán)利要求4的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中脈沖寬度調(diào)制控制器對輸入部分提供同步信號，用于與PWM計(jì)數(shù)器相同步地裝載數(shù)字化輸入信號。
6.按照權(quán)利要求2的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，還包括一個(gè)內(nèi)裝測試(BIT)電路，用于提供與第一和第二脈沖相對應(yīng)的BIT輸入信號，以檢驗(yàn)包括一個(gè)來自驅(qū)動(dòng)器控制裝置的反饋回路的PWM電路的正確操作，驅(qū)動(dòng)器控制裝置比PWM電路具有較高集成度，并且BIT輸入信號提供各PWM信號的個(gè)別控制。
7.按照權(quán)利要求6的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中包括空載時(shí)間發(fā)生裝置和BIT電路的PWM電路以一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用的單集成電路片的數(shù)字邏輯陣列來實(shí)現(xiàn)。
8.按照權(quán)利要求1的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中數(shù)字化三角波形以一個(gè)從0到511并且從511到0連續(xù)計(jì)數(shù)的9位計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，這里從0到511到0的計(jì)數(shù)或從511到0到511的計(jì)數(shù)表示一個(gè)周期。
9.按照權(quán)利要求8的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中輸入部分包括寄存器，用于與PWM計(jì)數(shù)器相同步地裝載數(shù)字化輸入信號，以及比較裝置把輸入信號的9位數(shù)字值與來自9位PWM計(jì)數(shù)器的數(shù)字化三角波形相比較，并且產(chǎn)生輸出脈沖。
10.按照權(quán)利要求9的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中輸出脈沖由在三角波形的一個(gè)周期期間只裝載一次的輸入寄存器來產(chǎn)生。
11.按照權(quán)利要求9的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中輸出脈沖由在從0到511由小到大計(jì)數(shù)的周期期間裝載一次，以及在從511到0由大到小計(jì)數(shù)的周期期間裝載一次的輸入寄存器來產(chǎn)生。
12.按照權(quán)利要求9的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中當(dāng)三角波形計(jì)數(shù)器比數(shù)字輸入信號小時(shí)，輸出脈沖為邏輯低狀態(tài)，以及當(dāng)三角波形計(jì)數(shù)器比數(shù)字輸入信號大時(shí)，輸出脈沖為邏輯高狀態(tài)。
13.按照權(quán)利要求9的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中當(dāng)三角波形計(jì)數(shù)器比數(shù)字輸入信號小時(shí)，輸出脈沖為邏輯高狀態(tài)，以及當(dāng)三角波形計(jì)數(shù)器比數(shù)字輸入信號大時(shí)，輸出脈沖為邏輯低狀態(tài)。
14.按照權(quán)利要求9的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中輸入寄存器在9位計(jì)數(shù)器從小到大計(jì)數(shù)和從大到小計(jì)數(shù)兩者之前裝載。
15.按照權(quán)利要求1的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，還包括用于防止三角波形的峰和谷所對應(yīng)的輸入信號值與三角波形相比較的方法。
16.按照權(quán)利要求1的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，還包括一個(gè)測試控制裝置，用于以測試信號代替PWM電路的輸入信號，以測試PWM電路，該測試控制裝置把由PWM電路產(chǎn)生的與測試信號相對應(yīng)的實(shí)際PWM輸出脈沖與測試信號相對應(yīng)的已知輸出脈沖相比較。
17.按照權(quán)利要求16的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，其中測試信號包括從零到預(yù)定數(shù)的所有數(shù)字值。
全文摘要
一種脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路，用于產(chǎn)生脈沖以起動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制裝置，以驅(qū)動(dòng)一對用于一個(gè)電動(dòng)機(jī)的開關(guān)電路，包括一個(gè)輸入部分，用于接收待調(diào)制的N位數(shù)字化輸入信號，以及一個(gè)PWM計(jì)數(shù)器，用于從零到一個(gè)預(yù)定數(shù)并返回到零連續(xù)計(jì)數(shù)，該P(yáng)WM計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字化三角波形，具有與該預(yù)定數(shù)相對應(yīng)的N位分辨能力。一個(gè)比較裝置接收并比較數(shù)字化輸入信號和數(shù)字化三角波形，以產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖，以及一個(gè)空載時(shí)間發(fā)生裝置從比較裝置所產(chǎn)生的輸出脈沖來產(chǎn)生第一脈沖和第二脈沖。第一和第二脈沖各驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路中一個(gè)對應(yīng)開關(guān)電路，并且第一和第二脈沖相互之間具有不同的躍遷時(shí)間。一個(gè)內(nèi)裝測試(BIT)電路提供與第一和第二脈沖相對應(yīng)的BIT輸入信號，以檢驗(yàn)包括一個(gè)來自驅(qū)動(dòng)器控制裝置的反饋回路的PWM電路的正確操作，驅(qū)動(dòng)器控制裝置比PWM電路具有較高集成度，并且BIT輸入信號提供各PWM信號的個(gè)別控制。
文檔編號H02P27/06GK1165594SQ95194184
公開日1997年11月19日 申請日期1995年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月10日
發(fā)明者詹姆斯·L·芒羅, 杰弗里·B·蘭斯伯里, 貝斯·A·赫曼 申請人:諾思路·格魯曼公司