电路、对应系统、车辆和操作方法与流程

电路、对应系统、车辆和操作方法
1.相关申请的交叉参考
2.本技术要求于2020年6月3日提交的意大利申请第10202000003165号的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及驱动电动机(例如，dc电动机)和相关方法。


背景技术：

4.直流(dc)电机可用于多种应用。例如，它们可用于自动地操作(例如，打开和关闭)行李箱、尾门以及通常车辆中任何类型的机动闩锁。
5.这种dc电机可通过诸如h桥电路的已知电路布置来驱动。传统h桥电路包括：第一分支(或支路)，包括第一高侧开关和第一低侧开关；第二分支(或支路)，包括第二高侧开关和第二低侧开关。两个分支并联在电源节点和电压参考节点(例如，接地节点)之间。dc电动机连接在第一和第二分支的中间节点之间。h桥电路中的开关可包括固态开关，诸如mos晶体管。
6.当在传统的电动行李箱应用中(例如，在车辆中)使用h桥电路驱动dc电动机时，手动移动行李箱(例如，由用户操作)会使得电动机充当发电机。这又会导致在驱动h桥电路的驱动器电路的电源电压引脚处产生过压(ov)。这种过压可超过电源电压引脚的绝对最大额定值(amr)。因此，可产生再循环电流，可能会损坏驱动器电路。
7.当驱动器电路的电源电压引脚连接至电源(例如，车辆中常规设置的电池)时(这对应于dc电机的正常操作)，或者当电源电压引脚未连接到电源时(例如，在用于制造车辆的制造过程的下线(eol)时，当可在车辆中安装电动行李箱电子控制单元(ecu)且还没有安装或连接电池时)，会发生上述场景。


技术实现要素：

8.一个或多个实施例的目的是提供针对可能的过压事件提供具有改进鲁棒性的h桥驱动器电路。
9.根据一个或多个实施例，可通过具有以下权利要求中阐述的特征的电路来实现这样的目标。
10.一个或多个实施例可涉及相应的系统(例如，用于驱动电动机的系统)。
11.一个或多个实施例可涉及相应的车辆。
12.一个或多个实施例可涉及操作电路的相应方法。
13.权利要求是本文针对实施例提供的教导的组成部分。
14.根据一个或多个实施例，一种电路可包括：电源引脚，被配置为接收电源电压；以及控制引脚集合，被配置为提供相应控制信号集合，用于控制h桥电路的相应开关集合的开关行为。相应开关集合可包括一对高侧开关和一对低侧开关。
15.根据一个或多个实施例，该电路可包括：控制电路装置，耦合至控制引脚集合，并且被配置为生成控制信号集合；以及感测电路装置，耦合至电源引脚，并且被配置为生成指示电源电压超过阈值的检测信号。
16.根据一个或多个实施例，控制电路装置可以对检测信号敏感，并且可被配置为由于检测信号指示电源电压超过阈值而生成控制信号，以激活一对高侧开关和一对低侧开关中的一对并且解除激活一对高侧开关和一对低侧开关中的另一对。
17.因此，一个或多个实施例可有利地提供用于驱动具有过压保护的h桥电路的成本效益高的解决方案。
附图说明
18.现在将参考附图仅作为示例来描述一个或多个实施例，其中：
19.图1是用于驱动电动机的设备的示例性电路框图；
20.图2是一个或多个实施例的可能应用的示例；
21.图3是根据一个或多个实施例的h桥驱动器电路的示例性电路框图；以及
22.图4是一个或多个实施例的可能操作的简化状态机示例。
具体实施方式
23.在随后的描述中，说明了一个或多个具体细节，旨在提供对本说明书实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者通过其他方法、组件、材料等来获得实施例。在其他情况下，不详细地说明或描述已知结构、材料或操作，以便不会模糊实施例的特定方面。
24.在本说明书的框架中提及“一个实施例”是为了表明在至少一个实施例中包括关于该实施例描述的特定配置、结构或特性。因此，在本说明书的一个或多个点中可能出现的诸如“在一个实施例中”的措辞不一定指一个或相同的实施例。此外，特定形式、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何适当方式组合。
25.在本文所附的附图中，相似的部分或元件用相似的参考符号/数字表示，并且为了简洁而不重复相应的描述。
26.本文使用的标题/参考文献仅为了方便，因此并未限定实施例的保护范围。
27.通过介绍示例性实施例的详细描述，可以首先参考图1。图1是根据一个或多个实施例的用于驱动电动机m(例如，dc电机)的设备10的示例性电路框图。
28.设备10可包括一个h桥电路，用于操作电动机m。h桥电路可包括：第一分支(或支路)，包括第一高侧开关hs1和第一低侧开关ls1；以及第二分支(或支路)，包括第二高侧开关hs2和第二低侧开关ls2。这两个分支可并联在电源节点100和电压参考节点gnd(例如，接地节点)之间。电动机m可耦合在开关hs1和ls1中间的第一节点102a与开关hs2和ls2中间的第二节点102b之间。如图1所例示，h桥电路中的开关hs1、hs2、ls1、ls2可包括固态开关，诸如mos晶体管。
29.设备10可进一步包括驱动器电路30(例如，集成电路ic)，其被配置为驱动h桥电路。如图1所例示，驱动器电路30可包括：电源引脚300，被配置为接收电源电压v
s
；第一高侧控制引脚302a，被配置为控制第一高侧开关hs1的开关；第二高侧控制引脚302b，被配置为
控制第二高侧开关hs2的开关；第一低侧控制引脚304a，被配置为控制第一低侧开关ls1的开关；第二低侧控制引脚304b，被配置为控制第二低侧开关ls2的开关；第一感测引脚306a，被配置为感测开关hs1、ls1中间的节点102a处的电压信号，并且促进激活(例如，接通)高侧开关hs1；以及第二感测引脚306b，被配置为感测开关hs2、ls2中间的节点102b处的电压信号，并且促进激活(例如，接通)高侧开关hs2。
30.在开关hs1、hs2、ls1和ls2包括mos晶体管的一个或多个实施例中，控制引脚302a、302b、304a和304b可耦合至相应的栅极端子。
31.申请人公司集团的公司在贸易指定l99dz200g提供的设备是门区系统集成电路(ic)，其可以适合实施如本文例示的驱动器电路30。
32.在如图1所例示的一个或多个实施例中，h桥电路的电源节点100和驱动器电路30的电源引脚300可被配置为从反向电池电路20的输出节点200接收电源电压v
s
。
33.反向电池电路20可被配置为在输入节点202处接收特定的电源电压v
bat
(例如，来自诸如车辆v中常规设置的12v电池bat的电源，请参见图2)，并在其输出节点200处提供电源电压v
s
。
34.在一个或多个实施例中，反向电池电路20可被配置为在电源电压v
bat
的极性反转的情况下保护设备10。例如，这可能发生在对车辆v的维护操作期间或者车辆v的启动操作期间。
35.在各种应用中(例如，如图2所例示，使用电机m自动地操作车辆v中的行李箱)，电动机m可由于外力的施加(例如，由于用户手动打开或关闭车辆的行李箱)而被迫移动(例如，旋转)。
36.如前面所讨论的，这可能导致在节点100处产生过压(ov)，并且传播到驱动器电路30的电源引脚300，其可能超过电源引脚300的绝对最大额定值(amr)(例如，在
‑
0.3v至 28v的范围内)。
37.根据特定的常规解决方案，通过使用高压能力元件(即，能够承受施加到其上的额外电压的电气部件)和/或使用附加无源部件(诸如齐纳二极管)，以便限制可能施加于驱动器电路的内部电路装置的最大电压，可针对过压事件为h桥驱动器电路提供保护。
38.应注意，这种传统的解决方案可能成本高昂。
39.因此，图3例示的一个或多个实施例可涉及用于h桥电路的驱动器电路30(图3中未示出h桥电路)，其中驱动器电路30被配置为在所谓的“发电机模式”中选择性地操作，以提供针对过压事件的改进鲁棒性。
40.当在发电机模式下操作时，驱动器电路30可感测电源引脚300处的过压事件的发生，并且作为感测到过压事件的结果，可激活(例如，切换到导通状态)与其连接的h桥电路的低侧开关ls1和ls2，(即，将电机m的两个端子连接至参考电压节点gnd)。通过将电机m的两个端子短路到同一电压节点，可对电机m施加制动动作，从而在电源电压引脚300处对过压进行反向作用并保护驱动器电路30。
41.如图3所例示，根据一个或多个实施例的驱动器电路30可包括：第一电源引脚300，被配置为接收电源电压v
s
，如前面参考图1所描述的；控制引脚302a、302b、304a、304b和感测引脚306a，306b，被配置为控制h桥电路，如前面参考图1所描述的；第二电源引脚308，被配置为从电荷泵电路接收电源电压v
cp
(电荷泵电路在图中不可见，并且可能包括在驱动器
电路30中)；第一输入引脚310，被配置为从处理单元50(例如，车辆v中的微控制器单元)接收数字信号dirh；第二输入引脚312，被配置为从处理单元50接收数字信号pwmh；以及输出电源引脚314，被配置为向处理单元50提供调节电源电压(例如，5v调节电压)。
42.如图3所例示，根据一个或多个实施例的驱动器电路30可包括：第一高侧栅极驱动器电路32a，被配置为向控制引脚302a提供控制信号；第二高侧栅极驱动器电路32b，被配置为向控制引脚302b提供控制信号；第一低侧栅极驱动器电路34a，被配置为向控制引脚304a提供控制信号；第二低侧栅极驱动器电路34b，被配置为向控制引脚304b提供控制信号；接口、逻辑和诊断电路36，被配置为控制栅极驱动器电路32a、32b、34a和34b的激活；以及过压检测器电路38，耦合至电源引脚300以检测过压事件。
43.在一个或多个实施例中，栅极驱动器电路32a、32b、34a和34b可包括被配置为驱动mos晶体管hs1、hs2、ls1、ls2的栅极端子的推挽级(push
‑
pull)。
44.如图3所例示，高侧栅极驱动器电路32a和32b可被配置为从电荷泵电路接收电源电压v
cp
(其可高于电源电压v
s
，例如比电源电压v
s
高约10v)，以能够正确地驱动高侧开关hs1、hs2。由于在电源引脚300处检测到过压事件，出于安全原因，电荷泵电路可被解除激活。因此，虽然可通过同时激活高侧开关hs1、hs2来代替低侧开关ls1、ls2而假想地对电机m施加制动动作(这会导致电机m的两个端子短路到同一电压节点100)，但优选实施例可依赖于低侧开关的激活，以便保护驱动器电路30免受过压事件的影响，在过压事件期间激活高侧开关是不可能的。
45.在逻辑电路36处接收的数字信号dirh可以是用于控制电机m的移动方向(即，顺时针或逆时针)的二进制信号。例如，信号dirh的第一值(例如，0)可使能一对开关hs1、ls2的激活，而信号dirh的第二值(例如，1)可使能一对开关hs2、ls1的激活。
46.在逻辑电路36处接收的数字信号pwmh可以是用于控制电机m的激活的信号(例如，控制由电机m传递的扭矩量或其转速)。例如，信号pwmh可包括占空比在0％(对应于电机m传递的零转矩)和100％(对应于电机m传递的最大转矩)之间变化的方波信号。
47.因此，在一个或多个实施例中，逻辑电路36可被配置(例如，经由内部配置寄存器)以根据信号dirh和pwmh的值激活栅极驱动器电路32a、32b、34a和34b。
48.此外，在一个或多个实施例中，栅极驱动器电路32a、32b、34a和34b可被配置为经由相应的信号d2a、d2b、d4a、d4b向诊断电路36报告诊断信息。
49.在一个或多个实施例中，过压检测器电路38可包括模拟比较器电路，其被配置为将电源电压v
s
与模拟阈值(可能具有滞后)进行比较，以向逻辑电路36提供指示在电源引脚300处检测到的过压事件的输出信号。
50.仅通过非限制性示例，在电路38中，电源电压v
s
可与22.5v至25.5v范围内的上阈值v
a,h
(优选等于24.0v)以及21.0v至25.0v范围内的下阈值v
a,l
(优选等于22.5v)进行比较，从而产生滞后行为。滞后值可在0.5v至1.5v的范围内，优选值约为1.0v。
51.在一个或多个实施例中，过压检测器电路38处的过压事件的检测可由此被实施为“现场”(或“实时”)功能，即，过压检测器电路38的输出信号可以(仅)基于电源电压vs与一个或多个阈值v
a,h
、v
a,l
的比较而被断言(asserted)和取消断言。
52.过压检测器电路38可吸收大约1μa的附加静态电流.
53.如图3所例示，逻辑电路36可被配置为运行逻辑例程360，其在本说明书可被称为
“
电源电压监控”例程。具体地，逻辑例程360可包括借助于在逻辑电路36内以确定的采样率运行的模数转换器(adc)对电源电压v
s
的值进行采样，并将采样值与可能具有滞后的数字阈值进行比较，以便监控电源引脚300处的过压事件。
54.仅通过非限制性示例，可将被逻辑电路36采样的电源电压v
s
与19.5v至22.5v范围内的上阈值v
d,h
和18.5v至22.5v范围内的下阈值v
d,l
进行比较，从而产生滞后行为。滞后值可以在0.5v至1.5v的范围内，优选值约为1.0v。
55.电源电压监控例程360可吸收大约250μa的附加静态电流。
56.因此，一个或多个实施例可同时设置有模拟过压检测器电路38和数字电源电压监控例程360，以检测和/或监控电源节点300处的过压事件。此外，如以下进一步详述的，考虑到它们不同的功耗，模拟检测器电路38和数字监控例程360可根据驱动器电路30的操作状态而被选择性地激活。
57.在一个或多个实施例中，驱动器电路30可被配置为根据不同的操作状态进行操作。例如，驱动器电路30的操作可由如图4例示的状态机40来管理，状态机40包括激活操作状态a、待机操作状态sb和故障安全操作状态fs。
58.在激活操作状态a中，设备10和驱动器电路30可以是全功能的，例如所有可用功能可以被激活。
59.在待机操作状态sb中，为了降低功耗，驱动器电路30的一些功能可以不被激活。例如，可以禁用驱动器电路30和处理单元50之间的通信，并且可以减少驱动器电路30的操作以降低功耗。
60.在故障安全操作状态fs中，设备10被设置为安全条件，例如对车辆v的乘客无害的条件。此外，在这种状态下，驱动器电路30的一些功能可以不被激活。
61.举例来说，在待机操作状态sb和故障安全操作状态fs中，逻辑电路36可能无法驱动任何栅极驱动器电路32a、32b、34a、34b以激活h桥电路中的任何开关，并且提供电源电压v
cp
的电荷泵电路可以关闭。在待机状态sb和故障安全操作状态fs中，由于逻辑电路36中的adc可以被解除激活，因此逻辑电路36可能不能运行电源电压监控例程360。在待机操作状态sb和故障安全操作状态fs中，过压检测器电路38可以有效以检测电源引脚300处的过压事件。
62.如图4所例示，在激活状态a下操作的驱动器电路30可由于接收到的命令(例如，经由spi接口从处理单元50接收的命令)而切换到待机状态sb(箭头400)。备选地，在激活状态a下操作的驱动器电路30可由于检测到故障条件(例如，检测到看门狗故障)而(自动)切换到故障安全状态fs(箭头402)。在检测到故障条件的相同条件下，也可以从待机状态sb切换到故障安全状态fs(箭头404)。
63.应注意，当驱动器电路30在激活、待机和故障安全操作状态中的任一状态下操作时，电源引脚300处都可能发生过压事件。
64.应注意，在一个或多个实施例中，(仅)在驱动器电路30在激活操作状态a下操作的情况下可发生用于制动电机m的低侧开关ls1、ls2的激活，因为在其他操作状态下，逻辑电路36可能无法驱动任何栅极驱动器电路32a、32b、34a、34b。
65.因此，在一个或多个实施例中，由于在驱动器电路30在待机或故障安全操作状态下操作的同时由于发生过压事件并被模拟监控电路38检测到，驱动器电路30可切换到激活
操作状态(例如，其可以“唤醒”：参见图4中的箭头406、408)。
66.一旦切换到激活操作状态a，驱动器电路30可随后根据电源电压监控例程360的结果来激活用于制动电机m的低侧开关ls1、ls2。
67.在一个或多个实施例中，当在激活操作状态a下操作时，驱动器电路30可被配置为管理时间交叉电流保护(tccp)，以避免h桥电路中的高侧和低侧开关之间的交叉电流传导。例如，这样的交叉电流保护特征可通过逻辑电路36以数字方式管理，抑制h桥电路的同一分支中的两个开关的同时激活。
68.在一个或多个实施例中，驱动器电路30的控制寄存器(例如，包括在接口、逻辑和诊断电路36中)可包括专用配置位(例如，generator_mode_en)。根据专用配置位的值，驱动器电路30的发电机模式可以被使能(例如，如果generator_mode_en＝1)或禁用(例如，如果generator_mode_en＝0)。可相应地使能或禁用过压检测器电路38。在一个或多个实施例中，电源电压监控例程360可作为驱动器电路30在激活操作状态a下操作的结果而被使能，与发电机模式是否被使能无关。
69.因此，在一个或多个实施例中，如下面的表格i所例示，可以使能或禁用过压检测器电路38和电源电压监控例程360：
70.表格i
[0071][0072]
在激活操作状态下，响应于由监控例程360检测到过压事件以及发电机模式被使能(generator_mode_en＝1)，可以激活h桥电路中的低侧开关，并且可以关闭电荷泵电路。
[0073]
在激活操作状态下，响应于由监控例程360检测过压事件以及发电机模式被禁用(generator_mode_en＝0)，可以关闭h桥电路，并且可以关闭电荷泵电路。
[0074]
提供选择性地激活发电机模式的可能性可能是有利的，例如在驱动器电路30用于电动行李箱(pot)应用的情况下。例如，驱动器电路30可包括被配置为管理车辆的其它锁闩(例如，机动车的车门)的电子器件的附加电路。在这种情况下，可能不需要使能发电机模式。在一个或多个实施例中，专用配置位generator_mode_en的默认值可等于1，以使得在设备启动时默认使能发电机模式。
[0075]
一个或多个实施例可受益于这样一个事实，即“发电机模式”的实施可嵌入在驱动器电路30内并且可以是完全自主的，使得对过压事件的反应可以快速，只要其不涉及驱动器电路30自身外部的任何部件的操作(例如，处理电路50的操作)。因此，一个或多个实施例可利于由于在电源电压引脚300处感测到过压事件而及时激活低侧开关ls1、ls2。
[0076]
此外，如果与先前的解决方案相比，一个或多个实施例可提供成本降低的具有过压保护的h桥的驱动器电路和布置。
[0077]
此外，一个或多个实施例可提供以硬件实施的过压保护，而无需为此目的开发特定软件。
[0078]
如本文所例示的，电路(例如，30)可包括：电源引脚(例如，300)，被配置为接收电源电压(例如，v
s
)；控制引脚集合(例如，302a、302b、304a、304b)，被配置为提供相应控制信号的集合以控制h桥电路的相应开关集合(例如，hs1、hs2、ls1、ls2)的开关行为，其中相应开关集合包括一对高侧开关(例如，hs1、hs2)和一对低侧开关(例如，ls1、ls2)；控制电路装置(例如，36)，耦合至控制引脚集合(例如，32a、32b、34a、34b)，并被配置为生成控制信号集合(例如，根据从诸如50的处理单元接收的诸如dirh、pwmh的至少一个输入信号)；以及感测电路装置(例如，38、360)，耦合至电源引脚，并且被配置为生成指示电源电压超过阈值的检测信号。
[0079]
如本文所例示，控制电路装置可以对检测信号敏感，并且可被配置为作为检测信号指示电源电压超过阈值的结果，生成控制信号以激活一对高侧开关和一对低侧开关中的一对并且解除激活这一对高侧开关和这一对低侧开关中的另一对。
[0080]
如本文所例示，耦合至电源引脚的感测电路装置可包括模拟比较器电路(例如，38)，其被配置为将电源电压与至少一个相应阈值进行比较。
[0081]
如本文所例示，模拟比较器电路可包括具有滞后的比较器电路，具有滞后的比较器电路具有下阈值(优选在21.0v和25.0v之间，更优选等于22.5v)和上阈值(优选在22.5v和25.5v之间，更优选等于24.0v)。
[0082]
如本文所例示，优选根据存储在驱动器电路的控制寄存器中的值，模拟比较器电路可以选择性地使能或禁用。
[0083]
如本文所例示，耦合至电源引脚的感测电路装置可包括：模数转换器电路，被配置为提供电源电压的数字表示；以及数字电路(例如，360)，被配置为将电源电压的数字表示与至少一个相应阈值进行比较(例如，在确定的采样率下)。
[0084]
如本文所例示，数字电路可包括具有滞后的数字比较器电路，具有滞后的数字比较器电路具有下阈值(优选在18.5v和22.5v之间)和上阈值(优选在19.5v和22.5v之间)。
[0085]
如本文所例示，控制电路装置可被配置为交替地在激活操作状态(例如，a)和至少一个非激活操作状态(例如，sb、fs)下操作(例如，40)，其中在激活操作状态下，控制电路装置被使能以生成控制信号集合，并且数字电路被使能，在非激活操作状态下，控制电路装置不被使能来生成控制信号集合，并且数字电路不被使能。
[0086]
如本文所例示，由于由模拟比较器电路生成的检测信号指示电源电压超过阈值，控制电路装置可被配置为从至少一个非激活操作状态切换到激活操作状态。
[0087]
如本文所例示，由于检测信号指示电源电压超过阈值，控制电路装置可被配置为生成控制信号以激活低侧开关对并且解除激活高侧开关对。
[0088]
如本文所例示，一种系统可包括：电动机(例如，m)；h桥电路，耦合至电动机，并且被配置为驱动电动机；根据一个或多个实施例的电路，耦合至h桥电路；电源(例如，bat)，被配置为向电路的电源引脚和h桥电路提供电源电压；以及处理单元(例如，50)，耦合至电路，并且被配置为生成用于控制电路的至少一个输入信号(例如，dirh、pwmh)。
[0089]
如本文所例示，车辆(例如，v)可包括根据一个或多个实施例的系统，其中电动机可操作车辆的电动行李箱。
[0090]
如本文所例示，根据一个或多个实施例的操作电路的方法可包括：接收电源电压；提供控制信号集合，用于控制h桥电路的相应开关集合的开关行为，其中相应开关集合包括
一对高侧开关和一对低侧开关；根据从处理单元接收的至少一个输入信号生成控制信号集合；生成指示电源电压超过阈值的检测信号；以及由于检测信号指示电源电压超过阈值，生成控制信号集合以激活一对高侧开关和一对低侧开关中的一对并且解除激活一对高侧开关和一对低侧开关中的另一对。
[0091]
在不损害基本原则的情况下，细节和实施例可以在不脱离保护范围的情况下，相对于仅以示例的方式描述的内容，甚至显著地变化。
[0092]
保护范围由所附权利要求确定。