專利名稱：柵極驅動器,包括該柵極驅動器的電動機驅動裝置,以及配備該電動機驅動裝置的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動機驅動裝置，其適用于驅動如下電動機在打印機和復印機驅動系統(tǒng)中使用的送紙電動機和掃描電動機；在光學介質設備和硬盤設備等信息設備的驅動系統(tǒng)中使用的主軸電動機和前置致動器；在空調機，電冰箱，以及空氣過濾器中使用的風扇電動機和壓縮機電動機；在熱水器中使用的燃氣鼓風機電動機；在洗衣機中使用的洗滌缸驅動電動機；在真空吸塵器等家用電器中使用的鼓風機電動機；以及在FA設備和諸如元件組裝機，工業(yè)機器人，通用逆變器等工業(yè)設備中使用的無刷DC電動機，感應電動機，磁阻電動機和步進電動機；更具體地，本發(fā)明涉及一種柵極驅動器，其適用于驅動諸如MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)和IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的功率晶體管的柵極，此二種晶體管均包含以氧化膜絕緣的柵極。由于以一種脈沖寬度調制驅動(以下簡稱為PWM驅動)方法驅動前述電動機，該方法與功率管的柵極驅動器緊密相關。
背景技術：
近來，諸如打印機，復印機，光學介質設備，以及硬盤設備的信息設備需要工作于更高的速度和更小的尺寸。這樣的市場環(huán)境要求這些設備所使用的電動機以更小的體積輸出更大的功率，同時，市場還需要電動機更加節(jié)能。
在諸如空調機，電冰箱，熱水器，洗衣機等家用電器中使用了AC感應電動機；然而，由于采用無刷DC電動機能夠使得這些電器更高效節(jié)能地工作，近來在這些家用電器中已經用無刷DC電動機取代了AC感應電動機。
在工業(yè)領域，電動機僅作為電源，然而，近來需要改變電動機的速度，并使其更高效地工作，從而，同無刷DC電動機一樣，由逆變器驅動的電動機在工業(yè)領域也獲得了普遍應用。
在FA領域，伺服電動機用于驅動機器人或元件組裝機，從而伺服電動機以可變速度或者精確定位進行精確的驅動。
一般而言，這些電動機使用了PWM驅動方法以實現節(jié)能和可變速驅動。PWM驅動通過如下方法實現耦合到電動機驅動線圈的功率管被開啟或關閉，并且，可以可變地設置ON和OFF的比例，從而控制向驅動線圈的能量輸送。此方法即為眾所周知的節(jié)能驅動法。此PWM驅動法在家用電器、FA設備以及工業(yè)設備的各種電動機中均有使用。除了上述領域，出于前述的市場環(huán)境需求，信息設備近來也開始使用以PWM驅動法驅動的電動機。
一般而言，以PWM驅動法驅動的電動機使用適于開/關操作的功率管，即，MOSFET或IBGT。這些功率管的一個特點是其包括以氧化膜絕緣的柵極。
當含有以氧化膜絕緣的柵極的功率管從關閉狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài)時，即，從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)時，或者，從開啟狀態(tài)變?yōu)殛P閉狀態(tài)，即，從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)時，需要如下構造在以高開關速度(高dV/dt)強制功率管進入導通或截止狀態(tài)時，為防止柵極驅動器由于該高開關速度而導致故障，用于驅動該功率管柵極的柵極驅動器配備了脈沖濾波器。(例如，參考日本專利申請未審查公開H04-230117)。
一種由柵極驅動器驅動功率管的結構作為現有技術的一個例子示于圖9中。圖9示出了一種常規(guī)的柵極驅動器的結構。
在圖9中，功率管802為MOSFET，其含有用氧化膜絕緣的柵極。在晶體管802中，柵極由柵極驅動器803驅動，從而晶體管802可以由導通狀態(tài)轉換為截止狀態(tài)，反之亦然。柵極驅動器803包括可交替開關的晶體管831和832，從而使得晶體管802的柵極為正電壓或者零電壓。
換言之，晶體管831的開啟和晶體管832的關閉促使晶體管802的柵極為正電壓并導通。晶體管831的關閉和晶體管832的開啟促使晶體管802的柵極為零電壓并截止。
電壓由于晶體管831和832的開/關而快速施加于晶體管802的柵極，從而，此結構中的柵極驅動器803通過所述操作將晶體管802從截止狀態(tài)急劇變?yōu)閷顟B(tài)，或者相反。晶體管802的這種急劇變化增加了開關噪聲并且有時會引發(fā)周邊器件和電路的故障。開關噪聲的增加有時還會損壞晶體管802本身，并且導致柵極驅動器本身的故障。
為了克服上述問題，如圖10所示，電阻器101，102，二極管103和電容器107加入到柵極驅動器803和晶體管802之間，從而可以調節(jié)從截止狀態(tài)到導通狀態(tài)或者相反時的轉變速度。
由于這些元件以及晶體管802的柵極均存在輸入電容(未示出)，加入諸如電阻器101，102，二極管103等元件減緩了施加電壓于晶體管802的柵極上的速度。此機制允許調節(jié)晶體管802由截止狀態(tài)到導通狀態(tài)或者相反時的轉變速度。此技術在日本專利申請未審查公開H04-230117中有所披露。
然而，上述常規(guī)柵極驅動器需要多個元件，例如，在柵極驅動器和功率管之間加入前述的電阻器和二極管，以實現如下目標(1)調節(jié)由截止狀態(tài)到導通狀態(tài)或者相反時的轉變速度以降低開關噪聲，(2)適當操作功率管以防止該功率管受損。
在利用前述的柵極驅動器形成電動機驅動裝置時，需要多個功率管802a，802b，802c，802d，802e和802f來驅動電動機驅動線圈811，813和815。所需加入的元件在數量上也與功率管的數目成正比。更具體地說，需要電阻器111，112，114，115，131，132，134，135，151，152，154，155，二極管113，116，133，136，153，156，以及電容器117，118，137，138，157和158。
同樣地，常規(guī)的柵極驅動器和采用此常規(guī)柵極驅動器的電動機驅動裝置也需要加入多個元件，以減緩功率管從截止狀態(tài)到導通狀態(tài)或者相反時的轉變速度。于是，這些元件本身及其組裝會提高成本，并會使得印刷電路板的布圖更加復雜，還會使得印刷電路板的面積增加。這些因素都會阻礙電動機驅動裝置以及使用這些裝置的設備變得更便宜、尺寸更小。
為克服前述問題，只需簡單地將用于形成柵極驅動器803的晶體管831和832替換為恒流源。由于此恒定電流值以及晶體管802柵極的輸入電容的存在，該替換可以省去諸如電阻器和二極管的加入元件，并能夠減緩在晶體管802的柵極上施加電壓的速度。
然而，這種用恒流源對晶體管831和832的簡單替換限制了適用于柵極驅動器的功率管，使得該柵極驅動器不能被應用于多種多樣的功率管。
更確切地說，功率管在其以氧化膜絕緣的柵極處具有電容結構，此電容結構形成輸入電容。隨著功率管輸出大小(output size)變大，此輸入電容也變大，該輸出大小包括絕對最大電流和耐電壓。換言之，柵極的輸入電容取決于功率管的輸出大小。
因此，前述用恒流源對晶體管831和832的簡單替換僅適用于那些具有與該恒定電流值相匹配的輸入電容的功率管。在使用具有較小輸入電容的功率管的情況下，從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)或者相反時的轉變速度變得過快，這將增加開關噪聲。相反，具有較大輸入電容的功率管過分降低了從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)和/或相反時的轉變速度，這將招致更大的開關損耗。換言之，只適用于具有與該恒流源的恒定電流值相匹配的輸入電容的功率管。
包含有以氧化膜絕緣的柵極的功率管具有取決于其柵極結構的輸入電容。通常，功率管具有溝道結構，這在近來才被開發(fā)出來，與常規(guī)的平面結構相比，其柵極具有更大的輸入電容。此外，隨著技術的進步和半導體成本的降低，以及微芯片技術和收縮(shrinking)技術，與常規(guī)半導體具有相同電容的半導體的芯片區(qū)域變得更小，從而輸入電容也變得更小。
從而，用恒流源對晶體管831和832的簡單替換難于支持功率管的多種柵結構。換言之，在電動機驅動裝置中對柵極驅動器的使用將難于通過改變功率管的輸出大小來支持多種多樣的電動機輸出，并且，此種使用將難于支持具有不同的柵極結構的功率管。

發(fā)明內容
本發(fā)明致力于解決上述問題，并旨在提供一種易適用于具有不同輸出大小的功率管的柵極驅動器，而且該柵極驅動器能夠以很少量的額外元件和低成本來實現功率管從截止狀態(tài)到導通狀態(tài)和/或相反時有適當的轉變速度。本發(fā)明還旨在提供一種使用前述柵極驅動器的電動機驅動裝置，并且此電動機驅動裝置能夠以很少量的額外元件和低成本來減少在PWM驅動下功率管開關所產生的噪聲，同時，此驅動裝置能夠容易地處理電動機輸出大小的改變。本發(fā)明還旨在提供裝配有該電動機驅動裝置的設備。
本發(fā)明的柵極驅動器用于將包含了以氧化膜絕緣的柵極的功率管從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)或者相反，此柵極驅動器包含如下元件第一電流源，用于輸出第一電流值，以當功率管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)時升高其柵極的電位；第二電流源，用于輸出第二電流值，以當功率管從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)時降低其柵極的電位。
第一和第二電流值通過至少一種電流源控制信息來準備。
前述結構能夠以很少量的額外元件和低成本來實現從導通狀態(tài)到截止狀態(tài)和/或相反時有合適的轉變速度，同時，前述柵極驅動器還易適用于驅動具有不同輸出大小的功率管。
本發(fā)明的電動機驅動裝置包括前述柵極驅動器。本發(fā)明的設備包括該電動機驅動裝置。柵極驅動器的前述結構允許電動機驅動裝置以及本發(fā)明的設備可以抑制在由裝配于該電動機驅動裝置和該設備的功率管所進行的PWM驅動中的開關操作產生的噪聲。本發(fā)明的柵極驅動器能夠以少量元件實現上述優(yōu)點，并且還支持具有各種輸出大小且被裝配于所述驅動裝置以及所述設備上的電動機。


圖1示出了根據本發(fā)明第一典型實施例的柵極驅動器的結構；圖2示出了根據本發(fā)明第二典型實施例的柵極驅動器的結構；圖3示出了根據本發(fā)明第三典型實施例的柵極驅動器的結構；圖4示出了根據本發(fā)明第四典型實施例的電動機驅動裝置的結構；圖5示出了根據本發(fā)明第五典型實施例的電動機驅動裝置的分配終端的結構；圖6示出了根據本發(fā)明第六典型實施例的電動機驅動裝置的分配終端的結構；圖7示出了根據本發(fā)明第七典型實施例的，包括了由本發(fā)明的電動機驅動裝置驅動的風扇電動機的空調(室外單元)的結構；圖8示出了根據本發(fā)明第八典型實施例的，且驅動系統(tǒng)中具有本發(fā)明的電動機驅動裝置的噴墨打印機的結構；圖9示出了常規(guī)柵極驅動器的結構；圖10示出了另一種常規(guī)柵極驅動器的結構；圖11示出了常規(guī)電動機驅動裝置的結構。
具體實施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的典型實施例進行說明。在以下描述中，用于接收被提供了電流源控制信息的柵極驅動器控制信號的輸入部分，被簡化為分配終端，并且該電流源控制信息由無源元件(電阻器)或通信信息所取代。
典型實施例1圖1示出了根據本發(fā)明第一典型實施例的柵極驅動器的結構。圖1中，功率管2包含以氧化膜絕緣的柵極，眾所周知，MOSFET或IGBT即為此種類型的功率管。在此第一實施例中，使用MOSFET作為例子。
柵極驅動器3具有用于與外部連接的連接器，且此連接器包含如下元件與柵極連接的連接部分(終端T6)；與源極連接的連接部分(終端T7)；以及用于接收柵極驅動器控制信息的一連串輸入終端(分配終端T1，分配終端T2，以及用于接收開關控制信號C的輸入終端(終端T10))。柵極驅動器3還包括如下元件作為其內部結構第一電流源31；第二電流源32；門電路(“非”電路)35；以及電流分配器4。
開關控制信號C交替處于高電平(電平H)和低電平(電平L)。
第一電流源31位于電源一側的終端(第一終端)連接到柵極驅動器的內部電源(未示出)，且第一電流源31的輸出端(第二終端)連接到第二電流源32位于電源一側的終端(第一終端)。第二電流源32的輸出端(第二終端)經由終端T7連接到功率管2的源極。第一電流源31的輸出端與第二電流源32位于電源一側的終端的連接點經由終端T6連接到功率管2的柵極。
更具體地說，柵極驅動器3包括第一電流源31和第二電流源32，且第一電流源31連接到功率管2的柵極，而第二電流源32連接在功率管2的柵極和源極之間。
電流分配器4作用于第一電流源31和第二電流源32。電流分配器4包括兩個用于接收柵極驅動器控制信號的分配終端T1和T2。終端T1和T2與無源元件(電阻器61和62)連接，作為電流源控制信息的輸入。
開關控制信號C作用于第一電流源31，且信號C的反相信號作用于第二電流源32。同時，信號C由門電路35反相。信號C注入終端T10，之后作用于第一和第二電流源31、32。
當信號C處于電平H時，第一電流源31輸出第一電流值I1，而第二電流源32電開路，不輸出第二電流值I2。當信號C處于電平L時，第一電流源31電開路，不輸出第一電流值I1。第二電流源32輸出第二電流值I2。
第一和第二電流源31，32，電流分配器4和門電路35形成根據第一實施例的柵極驅動器3，并且它們可集成為單片電路IC 5。
接下來，將說明前述柵極驅動器的工作。首先描述促使功率管2進入導通的操作。
促使晶體管2進入導通的操作從將開關控制信號C置于電平H開始。當信號C變?yōu)殡娖紿，第一電流源31輸出第一電流值I1，而第二電流源32電開路，然后電流值I1流向功率管2的柵極。
晶體管2包括前述以氧化膜絕緣的柵極，此柵極具有電容結構，其在柵極和源極之間以及柵極和漏極之間均存在。這些電容結構形成輸入電容(在MOSFET情況下，該輸入電容通常稱為“Ciss”，而在IGBT情況下，其常稱為“Cies”。)第一電流值I1流入晶體管2的柵極，作為晶體管2輸入電容的充電電流，其柵-源電壓(以下簡稱為“柵電壓”)隨著該輸入電容的充電而增加。當柵電壓達到由晶體管2的特性決定的閾值，晶體管2開始導通，并且在適當的時候變?yōu)槿珜?開啟狀態(tài))。
從初始導通到全導通的時間，即，形成導通的開關時間通常由電流值I1和晶體管2的輸入電容決定。換言之，能夠用電流值I1對晶體管2導通的開關速度(由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)所需要的時間)進行某種程度的調節(jié)。
接下來描述功率管2的截止操作。此操作以將開關控制信號C置于電平L開始。當信號C變?yōu)殡娖絃時，第一電流源31電開路，而第二電流源32輸出第二電流值I2，其作為晶體管2輸入電容的放電電流。晶體管2的柵電壓隨著輸入電容以電流值I2放電而降低。當柵電壓達到由晶體管2的特性決定的閾值時，晶體管2開始截止，并在適當的時候變?yōu)橥耆刂?關閉狀態(tài))。
從初始截止狀態(tài)到完全截止狀態(tài)的時間，即，形成截止的開關時間通常由電流值I2和晶體管2的輸入電容決定。換言之，能夠用電流值I2對晶體管2截止的開關速度(由導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)所需要的時間)進行某種程度的調節(jié)。
以上描述證明電流值I1或I2對晶體管2的輸入電容充電或放電，并且柵電壓隨著充電或放電增加或降低，從而晶體管2變?yōu)閷ɑ蚪刂?。能夠用電流值I1或I2對變?yōu)閷ɑ蚪刂沟拈_關速度進行某種程度的調節(jié)。
圖1中，電流分配器4分配電流值I1和I2。電流分配器4經由分配終端T1與電阻器61連接，并輸出相應于電阻器61確定的電流分配信號SI1。第一電流源31接收信號SI1，并輸出與信號SI1相應的第一電流值I1。換言之，電流分配器4將相應于電阻器61的值而確定的第一電流值I1分配給第一電流源31，以使得電流源31能夠輸出第一電流值I1。類似地，電流分配器4將相應于與分配終端T2連接的電阻器62的值而確定的第二電流值I2分配給第二電流源32，以使得電流源32能夠輸出第二電流值I2。
第一電流值I1由與終端T1連接的電阻器61分配，從而可調節(jié)晶體管2導通的開關速度，并且，第二電流值I2由與終端T2連接的電阻器62分配，從而可調節(jié)晶體管2截止的開關速度。
為了更精確地調節(jié)開關速度，可在柵極和源極之間，或在柵極和漏極之間，或在漏極和源極之間加入電容器。此附加的電容器還能夠消除外部噪聲所引發(fā)的故障。
如在第一實施例中所討論的，當功率管2被促使變?yōu)閷?，第一電流?1輸出第一電流值I1以升高柵電壓，而當功率管2被促使變?yōu)榻刂?，第二電流?2輸出第二電流值I2以降低柵電壓。第一和第二電流值I1和I2可由分配終端T1和T2分配。
此結構使得無需在柵極驅動器3和晶體管2之間加入二極管和電阻器就可以適當地調節(jié)功率管導通或者截止的速度，從而可減少開關噪聲，并避免晶體管被擊穿。該調節(jié)可僅由與分配終端T1和T2相連的兩個電阻器61和62來實現，從而可以減小柵極驅動器的尺寸，降低成本。
在促使具有不同輸入電容的功率管導通和截止的情況下，可以僅僅通過用其它合適的電阻器代替電阻器61和62來對它們的開關速度進行調節(jié)。從而，本發(fā)明易適用于具有不同輸出大小的功率管。
典型實施例2圖2示出了根據本發(fā)明第二典型實施例的柵極驅動器的結構。在前述第一實施例中，電阻器61和62與兩個分配終端T1和T2相連接，從而分配第一電流值I1和第二電流值I2。在第二實施例中，柵極驅動器3包括一個與電阻器63連接的分配終端T3，如圖2所示，從而分配電流值I1和I2。
更具體地說，電流分配器4b具有預先確定的電流分配信號SI1和SI2之間的比率?；谂c終端T3連接的電阻器63的值，電流分配器4b輸出與上述比率相應的信號SI1和SI2。與信號SI1相應的電流值I1經由終端T8提供給功率管2的柵極。與信號SI2相應的電流值I2經由終端T9提供給功率管2的源極。提供給終端10的開關控制信號C以與第一實施例類似的方式作用。
此結構允許只用一個與分配終端T3連接的電阻器就可適當地調節(jié)將晶體管2由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)和/或相反時所需要的時間。因此，該結構進一步減小了柵極驅動器的尺寸，降低了成本。
在第一和第二實施例中，電阻器與分配終端連接以分配電流值I1和I2；然而，電阻器并非是必須的，使用諸如電容器或者電感器的無源元件也能夠獲得類似的效果。
典型實施例3圖3示出了根據本發(fā)明第三典型實施例的柵極驅動器的結構。在第三實施例中，例如，用于接收通信信息的終端CLK和DATA，如圖3所示，可作為分配終端T4和T5，且串行通信信息被提供給這些終端。基于該串行通信信息，電流分配器4c分配電流值I1和I2。在圖3中，使用了輸入終端CLK和DATA；然而，在串行通信中有多種方法，例如，僅DATA終端預備作為輸入終端，或者加入使能終端，使得此實施例可在多種通信形式下實現。提供給終端10的開關控制信號C以與第一實施例類似的方式工作。
第三實施例證明將晶體管2由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)或相反時所需要的時間可以通過通信信息準備。在針對具有不同輸出大小的功率管的情況下，柵極驅動器的硬件可以共享，從而可以減少用于管理模型類型的工時，且有望節(jié)省資源。
在上述各實施例中，將功率管2由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)和/或相反時所需要的時間具有如下不同的稱謂功率管開關操作的速度；功率管開關速度；以及功率管導通(或截止)的開關速度。這些術語表示功率管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)和/或相反的變化，以及這兩種狀態(tài)間的過渡狀態(tài)。
典型實施例4圖4示出了根據本發(fā)明第四典型實施例的電動機驅動裝置的結構。包含于與第四實施例相應的電動機驅動裝置中的柵極驅動器即為第一實施例中描述的柵極驅動器，因此，在此不再贅述。
在圖4中，電動機30的三相驅動線圈11，13和15以如下方式連接到逆變器20逆變器20包括功率管2a，2b，2c，2d，2e和2f。晶體管2a和2b關于直流電源Vdc串聯(lián)連接，如虛線框21中所示。此串聯(lián)連接的連接點與U相驅動線圈11連接。類似地，如虛線框23中所示，晶體管2c和2d關于直流電源Vdc串聯(lián)連接。此串聯(lián)連接的連接點與V相驅動線圈13連接。如虛線框25中所示，晶體管2e和2f關于直流電源Vdc串聯(lián)連接。該連接點與W相驅動線圈15連接。同時，驅動線圈11，13和15的公共連接點形成中性點N。
晶體管2a，2c和2e為第一功率管，并形成逆變器20的上臂，而晶體管2b，2d和2f為第二功率管，并形成逆變器20的下臂。這些功率管中的每一個均包含以氧化膜絕緣的柵極，并且也與第一實施例中一樣，使用MOSFET作為例子。
柵極驅動器3a，3c和3e具有相同的結構，并且分別經由終端T11，T12，T14，T15，T17和T18與第一功率管2a，2c和2e的柵極和源極連接。柵極驅動器3b，3d和3f具有相同的結構，并且分別經由終端T13，T16和T19與第二功率管2b，2d和2f的柵極相連接。
柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e和3f中的每一個都等同于不具有圖1所示的電流分配器4的柵極驅動器3，且各自的第一電流值Ia1，Ib1，Ic1，Id1，Ie1和If1共享從電流分配器41提供的電流分配信號SI1。第一電流值Ic1，Id1，Ie1和If1未被示出，但它們與Ia1和Ib1相同。類似地，其各自的第二電流值Ia2，Ib2，Ic2，Id2，Ie2和If2共享從電流分配器41提供的電流分配信號SI2。第二電流值Ic2，Id2，Ie2和If2未被示出，但它們與Ia2和Ib2相同。
柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e和3f接收以類似于第一實施例的圖1所示的開關控制信號C的方式工作的開關控制信號Ca，Cb，Cc，Cd，Ce和Cf，且這些信號被從PWM控制器55提供，并交替處于電平H(高電平信號)和電平L(低電平信號)。PWM控制器55從控制指令部分57接收命令信號Co。
柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e，3f，電流分配器41，PWM控制器55和控制指令部分57集成到單片電路IC50，從而與電流分配器41連接的分配終端T1和T2成為單片電路IC50的終端。分配終端T1和T2與在IC50外部安裝的電阻器61和62連接。
下面說明上述電動機驅動裝置的工作。控制指令部分57輸出命令信號Co，該信號用于指示電動機以期望的每分鐘轉數(rpm)旋轉，或者指示向驅動線圈施加一定電壓，或者指示驅動電流(轉矩指令)通過電動機的驅動線圈。PWM控制器55輸出開關控制信號Ca，Cb，Cc，Cd，Ce和Cf，以相應于命令信號Co對電動機的各相線圈11，13和15施加功率。
控制信號Ca和Cb負責U相驅動線圈11，且這些信號經由柵極驅動器3a和3b使得與線圈11連接的功率管2a和2b變?yōu)閷ɑ蛘呓刂?。通過將具有相當高頻率的PWM信號(例如，范圍從幾kHz到幾百kHz)疊加到基于電動機動子位置產生的原始信號(范圍從幾Hz到幾kHz)上而形成信號Ca和Cb。該動子在下文稱為轉子。PWM信號為脈沖寬度調制信號，其脈沖寬度由信號Co調節(jié)，從而控制施加于驅動線圈的功率大小。
信號Cc和Cd負責V相驅動線圈13，并以與上述信號Ca和Cb類似的方式工作。信號Ce和Cf負責W相驅動線圈15，并以與上述信號Ca和Cb類似的方式工作。上述三組信號各自原始信號的電角度相互之間有120度的相位差，從而各驅動線圈11，13和15被順次驅動以驅動電動機?？梢韵鄳诏B加在原始信號上的PWM信號的脈沖寬度對電動機的每分鐘轉數進行彈性控制。
以上討論描述了電動機驅動裝置的基本工作。接下來，以下將說明柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e，3f和電流分配器41的工作。
在圖4中，柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e和3f大致具有相同的機構，并以同樣的方式工作。因此，以下描述僅提及柵極驅動器3a，而省略對其它柵極驅動器的描述。
柵極驅動器3a大致與第一實施例中使用的柵極驅動器3相同。二者差別僅在于，由于電流分配信號SI1和SI2由柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e和3f共享，電流分配器41被置于柵極驅動器3a外部。柵極驅動器3a和3之間不存在實質差異。
當開關控制信號Ca處于電平H時，柵極驅動器3a使得功率管2a進入導通，而當信號Ca處于電平L時，功率管2a被關閉。這與圖1中所示的柵極驅動器3的工作相同。更確切地說，當信號Ca處于電平H，第一電流源3a1輸出電流值Ia1。此時，第二電流源3a2電開路。電流值Ia1作為第一功率管2a柵極中存在的輸入電容的充電電流，并升高柵電壓，從而使得晶體管2a導通。當信號Ca處于電平L，第二電流源3a2輸出第二電流值Ia2，此時，第一電流源3a1電開路。電流值Ia2作為功率管2a的輸入電容的放電電流，并降低柵電壓，從而截止第一功率管2a。
如此，第一電流值Ia1或第二電流值Ia2對第一功率管2a的充電電容進行充電或放電，并且，此充電或放電升高或降低柵電壓，從而晶體管2a變?yōu)閷ɑ蛘呓刂埂?br> 可以利用電流值Ia1或Ia2對導通或者截止的開關速度進行一定程度的調節(jié)。這與第一實施例相同。
相應于電流分配器41所提供的電流分配信號SI1和SI2分配前述電流值Ia1和Ia2，并且相應于與分配終端T1和T2連接的電阻器61和62提供信號SI1和SI2。換言之，基于與終端T1和T2連接的電阻器61和62的值提供電流值Ia1和Ia2。
因此，電阻器61和62可以調節(jié)將第一功率管2a由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)和/或相反時所需要的時間。對于柵極驅動器3a的描述適用于其它柵極驅動器3b，3c，3d，3e和3f。
由于用于分配第一和第二電流值的信號SI1和SI2由各個柵極驅動器共享，對應于柵極驅動器3b，3c，3d，3e和3f的功率管2b，2c，2d，2e和2f的開關速度與第一功率管2a相同。換言之，與終端T1和T2連接的電阻器61和62通常可以將所有功率管的開關速度調節(jié)為相同的值，并且這種調節(jié)可由來自單片電路IC50外部的一個操作來實現。
如上討論，在第四實施例中，用于驅動電動機驅動線圈11，13和15的功率管2a，2b，2c，2d，2e和2f被對應于柵極驅動器3a，3b，3c，3d，3e和3f進行配備，這些柵極驅動器以與第一實施例中所使用的柵極驅動器3大體相同的方式工作。這些柵極驅動器中的全部或者部分被集成入單片電路IC，且從各個柵極驅動器提供的第一和第二電流值可通過來自單片電路IC外部的一個操作利用兩個分配終端T1和T2來進行分配。
此結構可省去如圖11所示的現有技術中所描述的附加于每一個功率管的二極管和電阻器，并且允許僅利用與分配終端T1和T2相連接的兩個電阻器61和62通過一個操作來調節(jié)所有功率管的開關速度。這樣可以減小電動機驅動裝置的尺寸，并節(jié)約成本。
因此，功率管從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)或者相反時的改變速度可以得到適當地調節(jié)，從而減小在電動機PWM驅動時產生的開關噪聲，并且可以避免功率管本身被擊穿。
在促使具有不同輸入電容的功率管變?yōu)閷ɑ蛘呓刂沟那闆r下，只需用適當的電阻器替換電阻器61和62即可調節(jié)開關速度。因此，本發(fā)明易適用于具有不同輸出大小的功率管。換言之，本發(fā)明的電動機驅動裝置可用于不同輸出大小的電動機。
典型實施例5圖5示出了根據本發(fā)明第五典型實施例的電動機驅動裝置的分配終端的結構。在前述的第四實施例中，電阻器61和62與分配終端T1和T2連接，從而分配第一和第二電流值。在第五實施例中，一個電阻器63與一個分配終端T3連接，從而分配第一和第二電流值。
更具體地說，在第五實施例中，電流分配器41具有預先確定的電流分配信號SI1和SI2的比率。電流分配器41基于與終端T3連接的電阻器63的值輸出信號SI1和SI2。柵極驅動器3a對應于信號SI1和SI2向第一功率管(未示出)的柵極和源極輸出電流值。柵極驅動器3b對應于信號SI1和SI2向第二功率管(未示出)的柵極輸出電流值。柵極驅動器3c，3d，3e和3f以與上述的柵極驅動器3a和3b類似的方式操作。
此結構允許僅用一個與分配終端T3連接的電阻器來調節(jié)功率管由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)和/或相反時所需要的時間，從而進一步減小電動機驅動裝置的尺寸，降低成本。
在第四和第五實施例中，電阻器與分配終端連接以分配第一和第二電流值；然而，無需使用電阻器，而使用諸如電容器或者電感器的其它無源元件來代替電阻器也可以獲得類似的效果。
典型實施例6圖6示出了根據本發(fā)明第六典型實施例的電動機驅動裝置的分配終端的結構。如圖6所示，用于接收通信信息的終端CLK和DATA，被用作為分配終端T4和T5，且注入這些終端的串行通信信息可分配第一和第二電流值。這種結構允許所述通信信息可以分配功率管由截止狀態(tài)改變?yōu)閷顟B(tài)和/或相反時所需要的時間。在功率管具有不同輸出大小的情況下，柵極驅動器的硬件可以共享，從而可以減少管理模型類型的工時，并有望節(jié)省資源。串行通信有多種方法，例如，僅將DATA終端作為輸入終端，或者加入使能終端，從而使得此實施例可以在多種通信形式下實現。
典型實施例7圖7示出了根據本發(fā)明第七典型實施例的，具有使用了本發(fā)明的電動機驅動裝置的風扇電動機的空調(室外單元)的結構。在圖7中，室外單元201由置于底板202上的隔板204分為壓縮室206和熱交換室209。在壓縮室206中，放置壓縮機205，而在熱交換室209中，放置熱交換器207和用于冷卻熱交換器207的風扇電動機208。在隔板204上，放置了容納電子器件的盒210。
風扇電動機208由裝載在無刷直流電動機旋轉軸上的風扇形成，且由置于盒210中的電動機驅動裝置203驅動。驅動風扇電動機208使得風扇旋轉以冷卻熱交換室209。
前述第四到第六實施例中所描述的電動機驅動裝置可用作電動機驅動裝置203，從而包含本發(fā)明的電動機驅動裝置的空調(室外單元)可以很好地利用根據本發(fā)明第四到第六實施例的那些電動機驅動裝置的優(yōu)點。
典型實施例8圖8示出了根據本發(fā)明第八典型實施例的，在其驅動系統(tǒng)中具有本發(fā)明的電動機驅動裝置的噴墨打印機的結構。在圖8中，噴墨打印機(以下簡稱為打印機)310所包括的驅動系統(tǒng)包含如下元件用于使得打印頭307裝載于托架上，掃描紙張的托架電動機301；以及用于送入一張檔案紙的送紙電動機306。托架電動機301為由電動機驅動裝置300驅動的無刷直流電動機，而送紙電動機306為步進電動機。
送紙電動機306旋轉而將其旋轉力傳送到送紙滾筒305，從而將紙張308送到圖樣這一側。托架電動機301在其旋轉軸處具有滑輪302，且牙輪皮帶303繞過滑輪302。打印頭307裝載于皮帶303，且打印頭307的噴嘴將墨汁噴到紙張308上。托架電動機301在前進或后退方向上的旋轉，經由滑輪和皮帶，使得打印頭307向左或向右掃描，如圖8所示。打印頭307掃描紙張308，并往紙張308上噴墨，并且紙張308被輸送，從而在紙張308上形成圖像。
所述電動機驅動裝置可被用作電動機驅動裝置300，從而包含了本發(fā)明的電動機驅動裝置的打印機可以具有根據本發(fā)明第四到第六實施例的電動機驅動裝置的優(yōu)點。
除了在第七和第八實施例中描述的設備，以下設備也適于使用本發(fā)明的電動機驅動裝置復印機，光學介質設備，硬盤設備，空調設備(室內單元)，空氣過濾器，熱水器，電冰箱，真空吸塵器，洗衣機，FA設備，以及通用逆變器設備。
如上所述，本發(fā)明的柵極驅動器包括第一電流源和第二電流源。第一電流源輸出第一電流值，以升高柵電壓并促使功率管進入導通，而第二電流源輸出第二電流值，以降低柵電壓并促使功率管進入截止?？梢酝ㄟ^至少一個分配終端分配第一和第二電流值。
這種結構允許用很少量的元件來適當地調節(jié)功率管從截止狀態(tài)到導通狀態(tài)和/或相反時所需要的時間，從而減小柵極驅動器的尺寸，降低其成本。本發(fā)明的柵極驅動器易用于驅動具有不同輸出大小的功率管。也可通過分配終端依照通信信息分配第一和第二電流值，從而使得具有不同輸出大小或者不同電極結構的功率管可以共享柵極驅動器的硬件。這樣，可以減少管理模型類型所用的工時，且有望節(jié)省資源。
本發(fā)明的電動機驅動裝置相應于用于驅動電動機驅動線圈的多個功率管準備了多個本發(fā)明的柵極驅動器。這些柵極驅動器中的全部或者部分被集成入單片電路IC，并且可用至少一個分配終端通過來自單片電路IC外部的一個操作對每一個柵極驅動器各自的第一和第二電流值進行分配。
這種結構允許用很少量的元件減少用PWM驅動方法驅動電動機時所產生的開關噪聲，從而減小電動機驅動裝置的尺寸，并降低其成本。通過改變功率管的輸出大小，本發(fā)明的電動機驅動裝置易用于多種電動機。可以通過分配終端依照通信信息分配第一和第二電流值，從而使得具有不同輸出大小或者不同電極結構的功率管能夠共享電動機驅動裝置的硬件。這樣，可以減少管理模型類型的工時，并有望節(jié)省資源。
由于本發(fā)明的電動機驅動裝置可用于多種電動機，此電動機驅動裝置可以被輕易地并入各種設備的驅動系統(tǒng)中，這些設備可以是信息設備，家用電器，工業(yè)設備，以及FA設備等。同樣也可以減小那些并入了本發(fā)明的電動機驅動裝置的設備的尺寸，并且降低其成本和噪聲。
工業(yè)實用性本發(fā)明的柵極驅動器用少量的元件實現了對由該柵極驅動器驅動的功率管的開-關速度的適當調節(jié)。此柵極驅動器不僅可用于具有不同輸出大小的功率管，還可用于以PWM驅動方法驅動電動機的電動機驅動裝置中。此柵極驅動器還可以廣泛地用于其它電動機驅動方法以及將功率管作為開關元件的應用中。包含本發(fā)明的柵極驅動器的電動機驅動裝置可并入各種設備中，從而減小這些設備的尺寸并降低其成本和噪聲。
權利要求
1.一種柵極驅動器，用于迫使包含了以氧化膜絕緣的柵極的功率管進入導通或截止，該柵極驅動器包括第一電流源，用于輸出第一電流值，以升高所述柵極的電位而使所述功率管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)；以及第二電流源，用于輸出第二電流值，以降低所述柵極的電位而使所述功率管從所述導通狀態(tài)變?yōu)樗鼋刂範顟B(tài)，其中基于至少一種電流源控制信息來分配所述第一電流值和所述第二電流值。
2.一種柵極驅動器，與包含了以氧化膜絕緣的柵極的功率管的源極和所述柵極相連接，該柵極驅動器包括用于與所述柵極驅動器外部相連接的連接件，該連接件包括與所述柵極連接的連接部分，與所述源極連接的連接部分，以及用于接收柵極驅動器控制信號的一連串輸入終端；以及包含了第一電流源，第二電流源，門電路(“非”電路)和電流分配器的內部結構，其中由所述電流分配器提供的輸出信號分配所述第一電流源和所述第二電流源的電流值，并且利用經由用于接收柵極驅動器控制信號的所述輸入終端之一提供的開關控制信號來控制所述兩個電流源的輸出，其中所述電流分配器經由除了提供所述開關控制信號的那個輸入終端之外的每一個所述輸入終端接收至少一種電流源控制信息，并且基于該電流源控制信息控制所述電流分配器的一組輸出信號；其中所述門電路(“非”電路)將用于控制所述第二電流源的所述開關控制信號反相；其中所述第一電流源的第一終端與所述柵極驅動器的所述電源連接，且所述第一電流源的第二終端與所述第二電流源的第一終端連接，而所述第二電流源的第二終端經由與所述源極連接的所述連接部分與所述功率管的所述源極連接；其中所述第一電流源的所述第二終端和所述第二電流源的所述第一終端的連接點經由與所述柵極連接的所述連接部分與所述功率管的所述柵極連接；其中當基于第一條所述電流源控制信息分配將要從所述第一電流源提供的所述第一電流值時，以及當基于第二條所述該電流源控制信息分配將要從所述第二電流源提供的所述第二電流值時，在所述開關控制信號為高電平信號的情況下，所述第一電流源輸出所述第一電流值，而所述第二電流源電開路且不輸出所述第二電流值，并且該第一電流值注入所述功率管的所述柵極，以成為該功率管的輸入電容的充電電流，并且通過利用該充電電流對充電電容充電而將所述功率管的所述柵極和所述源極之間的電壓升高到某個閾值電壓，之后所述功率管的漏極和所述源極之間導通，并且所述功率管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)所需要的時間可以基于一組所述電流源控制信息得到控制，在所述開關控制信號為低電平信號的情況下，所述第一電流源電開路且不輸出所述第一電流值，而所述第二電流源輸出所述第二電流值，從而在所述功率管的所述輸入電容中所充的電子電荷成為到所述第二電源的所述第一終端的放電電流，并且因來自所述輸入電容的所述放電電流而導致的放電將所述功率管的所述柵極和所述源極之間的電壓降低到某個閾值電壓，之后所述功率管的所述漏極和所述源極之間截止，并且所述功率管從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)所需要的時間可以基于所述一組電流源控制信息得到控制。
3.權利要求1或者權利要求2所述的柵極驅動器，其中所述第一電流源和所述第二電流源至少由單片集成電路形成，并且至少一條從該單片集成電路外部提供的電流源控制信息可用于分配所述第一電流值和所述第二電流值。
4.權利要求1或者權利要求2所述的柵極驅動器，其中所述電流源控制信息被注入用于接收柵極驅動器控制信號的所述一連串輸入終端中的兩個輸入終端，并且這些輸入終端中的每一個分別與用于分配所述第一和所述第二電流值的無源元件連接。
5.權利要求1或者權利要求2所述的柵極驅動器，其中，所述電流源控制信息只被注入一個輸入終端，該輸入終端用于接收柵極驅動器控制信號，并與無源元件相連接，并且，所述第一電流值與所述第二電流值的比率預先被確定，從而所述無源元件的值可以分配所述第一電流值或所述第二電流值中的一個。
6.權利要求3所述的柵極驅動器，其中所述電流源控制信息被注入至少一個用于接收柵極驅動器控制信號的輸入終端，而所述電流源控制信息是從所述柵極驅動器外部提供的通信信息，并且基于該通信信息分配所述第一和所述第二電流值。
7.一種電動機驅動裝置，包括在權利要求1或權利要求2中所定義的柵極驅動器，進一步包括單相或多相的電動機驅動線圈；以及在電源終端之間串聯(lián)連接的第一功率管和第二功率管，并且該串聯(lián)連接的連接點與所述驅動線圈的末端連接，其中，所述第一功率管中的若干個和所述第二功率管中的若干個對應于所述驅動線圈的若干相位，并且所述功率管包括以氧化膜絕緣的柵極，其中，相應于多個所述第一和所述第二功率管準備了多個所述柵極驅動器，并且該多個柵極驅動器中的全部或部分由單片集成電路形成；并且其中，通過來自于所述單片集成電路外部的一個操作利用至少一個用于接收柵極驅動器控制信號的終端(分配終端)對每一個所述柵極驅動器的所述第一電流值和所述第二電流值進行分配。
8.一種電動機驅動裝置，包括權利要求1或權利要求2中所定義的柵極驅動器，進一步包括在電源終端之間串聯(lián)連接的第一功率管和第二功率管；以及其輸出終端為所述串聯(lián)連接的連接點的逆變器部分，其中，所述第一功率管中的若干個和所述第二功率管中的若干個對應于所述逆變器部分的若干輸出相，并且這些功率管包括了以氧化膜絕緣的柵極，其中，相應于所述多個第一和第二功率管準備了多個所述柵極驅動器，并且所述多個柵極驅動器中的全部或部分由單片集成電路形成，并且其中，通過來自于所述單片集成電路外部的一個操作利用至少一個用于接收柵極驅動器控制信號的終端(分配終端)對每一個所述柵極驅動器的所述第一電流值和所述第二電流值進行分配。
9.權利要求7所述的電動機驅動裝置，其中，有兩個用于接收柵極驅動器控制信號的所述輸入終端可用，且該兩個終端中的每一個均與無源元件連接，并且基于這些無源元件的值分別對所述第一電流值和所述第二電流值進行分配。
10.權利要求8所述的電動機驅動裝置，其中，有兩個用于接收柵極驅動器控制信號的所述輸入終端可用，且該兩個終端中的每一個均與無源元件連接，并且基于這些無源元件的值分別對所述第一電流值和所述第二電流值進行分配。
11.權利要求7所述的電動機驅動裝置，其中，僅有一個用于接收柵極驅動器控制信號的所述輸入終端可用，且該輸入終端與無源元件連接，并且所述第一電流值和所述第二電流值間的比率被預先確定，從而基于所述無源元件的值對所述第一電流值或者所述第二電流值中的一個進行分配。
12.權利要求8所述的電動機驅動裝置，其中，僅有一個用于接收柵極驅動器控制信號的所述輸入終端可用，且該輸入終端與無源元件連接，并且所述第一電流值和所述第二電流值間的比率被預先確定，從而基于所述無源元件的值對所述第一電流值或者所述第二電流值中的一個進行分配。
13.權利要求7所述的電動機驅動裝置，其中，至少一個用于接收柵極驅動器控制信號和所述電流源控制信息的所述輸入終端可用，并且所述電流源控制信息是從所述柵極驅動器外部提供的通信信息，且基于該通信信息分配所述第一電流值和所述第二電流值。
14.權利要求8所述的電動機驅動裝置，其中，至少一個用于接收柵極驅動器控制信號和所述電流源控制信息的所述輸入終端可用，并且所述電流源控制信息是從所述柵極驅動器外部提供的通信信息，且基于該通信信息分配所述第一電流值和所述第二電流值。
15.一種配備了權利要求7中所定義的電動機驅動裝置的設備。
16.一種配備了權利要求8中所定義的電動機驅動裝置的設備。
17.權利要求15所述的設備，其中，該設備可以為打印機，復印機，光學媒介設備，硬盤設備，空調機，空氣過濾器，熱水器，冰箱，真空吸塵器，洗衣機，FA設備，以及通用逆變器設備中的一個。
18.權利要求16所述的設備，其中，該設備可以為打印機，復印機，光學媒介設備，硬盤設備，空調機，空氣過濾器，熱水器，冰箱，真空吸塵器，洗衣機，FA設備，以及通用逆變器設備中的一個。
全文摘要
用于使得包含了以氧化膜絕緣的柵極的功率管(2)進入導通或者截止的柵極驅動器(3)，此柵極驅動器(3)包括第一電流源(31)，用于輸出第一電流值以升高所述柵極的電位，而使功率管從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)；以及第二電流源(32)，用于輸出第二電流，以降低所述柵極的電位，而使功率管(2)從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)?；谥辽僖环N電流源控制信息對所述第一電流值和所述第二電流值進行分配。此結構允許利用少量元件來配置功率管(2)進入導通或者截止的合適速度，并且柵極驅動器(3)易用于驅動具有不同輸出大小的功率管(2)。
文檔編號H03K17/0412GK1934785SQ200380104699
公開日2007年3月21日 申請日期2003年10月9日 優(yōu)先權日2002年12月20日
發(fā)明者八十原正浩, 龜田晃史, 櫻間一彰 申請人:松下電器產業(yè)株式會社