电机绕组监测和开关控制的制作方法

1.本公开的实施例涉及电机绕组监测和开关控制。


背景技术：

2.电机驱动系统(诸如机器人或伺服驱动器和功率工具无刷dc电机)中最常见的趋势之一是降低电机电感(相电感)。这在“无槽”电机(通常为标准电机的电感的25％)中更为突出。低电感电机绕组的实现提供了若干好处，诸如较高的速度能力、较好的动态特性以及可能更紧凑的电机尺寸。
3.然而，电机绕组中的电感的减小具有缺点，即，与驱动相应电机相关联的所谓的电流纹波将会增加。在这种情况下，诸如特别是当电机负载较低时，这会造成如下情况：通过相应绕组的电机电流反向，从而在相应低压侧开关被激活时变为负值(假定与大多数驱动系统一样，高压侧和低压侧pwm与死区时间插入互补)。
4.在电机绕组电流如前所述反向其方向的情况下，对应的所生成的磁通量也会反向。这种暂时的电流反向会导致所谓的“制动”效应，从而产生不良后果。例如，电机绕组电流的反向会导致电机制动、电机速度降低、失控、纹波、以及转矩和位置方面的类似影响。
5.一些电机制造商建议包括与相应电机绕组(电机相)串联的补充人工电感，以防止制动效果。然而，这违背了低电感电机的优点。


技术实现要素：

6.实现和使用清洁能源(或绿色技术)对于减少我们作为人类对环境的影响非常重要。一般来说，清洁能源包括任何不断发展的方法和材料，以减少能源消耗对环境的总体毒性。
7.本公开包括观察到原始能源(诸如从绿色能源或非绿色能源接收的)通常需要转换成适当形式(诸如期望的ac电压、dc电压等)才能用于为诸如服务器、计算机、移动通信设备、无线基站等终端设备供电。转换后的能量用于执行相应功能，诸如驱动电机的一个或多个绕组。无论能源是来自绿色能源还是非绿色能源，都希望最高效地利用由这样的系统提供的能源(诸如存储和后续分配和使用)以减少我们对环境的影响。这种公开和新颖的想法有助于基于更高效地使用能源来减少我们的碳足迹。
8.本文中的实施例包括用于改进控制和驱动电机的一个或多个绕组的效率的新颖方式。
9.更具体地，本文中的实施例包括一种装置和/或系统，该装置和/或系统包括控制器，诸如控制通过一个或多个电机绕组的电流的电机控制器。在一个实施例中，控制器监测通过电机的电机绕组提供的电流的幅值。控制器将电流的幅值与阈值进行比较。响应于检测到电流的幅值跨越阈值，控制器终止通过电机绕组的电流的流动。
10.在一个实施例中，通过电机绕组的电流的终止支持更高效地使用能量来驱动电机绕组。例如，本文中的一个实施例包括经由控制器终止通过电机绕组的电流，以防止电流在
反向方向上流动通过电机绕组。
11.根据另外的示例实施例，控制器经由多个开关控制通过电机绕组的电流的流动。经由开关的控制，控制器将电机绕组耦合到不同参考电压。向电机绕组的节点施加不同参考电压导致通过绕组的电流的幅值随时间变化，从而导致电机的对应电机轴旋转。在一个实施例中，终止通过电机绕组的电流的流动包括停用将电机绕组电连接到(接地)参考电压的低压侧开关电路装置。
12.注意，本文中讨论的阈值可以设置为任何合适的值。在一个实施例中，控制器终止通过绕组的电流的阈值对应于流动通过电机绕组的基本零安培的电流。本文中的另外的实施例包括：随着通过电机绕组提供的电流的幅值向零减小，经由控制器终止通过电机绕组的电流的流动。
13.在另外的示例实施例中，控制器控制多个开关以控制通过电机绕组的电流。例如，控制器激活耦合到电机绕组的第一开关以增加通过电机绕组的电流的幅值。稍后，在控制周期期间，控制器激活耦合到电机绕组的第二开关以降低通过电机绕组的电流的幅值。在一个实施例中，为了防止电机绕组电流的幅值反向或下降到小于零，控制器响应于检测到通过电机绕组的电流的幅值跨越阈值的情况而停用第一开关和第二开关二者以终止电流的流动。
14.本文中的另外的实施例包括：响应于检测到通过电机绕组的电流的幅值跨越阈值的情况，而经由控制器调节控制通过电机绕组的电流的流动的开关频率。在一个实施例中，经由高压侧开关电路装置的激活，控制器在电流流动终止之后再次发起通过电机绕组的电流的流动的增加。
15.本文中的另外的实施例包括将控制器实现为开关驱动器。在这种情况下，开关驱动器接收指示控制状态的脉冲宽度调制控制信号以应用于控制通过电机绕组的电流的流动的开关。以如先前讨论的方式，实现控制功能的开关驱动器监测电机绕组电流的幅值，并且基于电流的幅值与阈值的比较来调节所接收的脉冲宽度调制控制信号。在一个实施例中，由开关驱动器实现的开关驱动器调节防止通过电机绕组的电流的幅值下降到阈值以下。
16.在另外的示例实施例中，控制器控制通过电机的多个电机绕组中的每个电机绕组的电流的流动。例如，控制器监测流动通过第一电机绕组的第一电流；控制器监测通过第二电机绕组的第二电流；控制器监测通过第三电机绕组的第三电流；等等。控制器将第一电流与阈值进行比较；控制器将第二电流与阈值进行比较；控制器将第三电流与阈值进行比较；等等。控制器防止每个电流下降到阈值以下。例如，响应于检测到通过第一电机绕组的第一电流的幅值跨越(诸如等于或低于)阈值，控制器终止通过第一电机绕组的第一电流的流动；响应于检测到通过第二电机绕组的第二电流的幅值跨越(诸如等于或低于)阈值，控制器终止通过第二电机绕组的第二电流的流动；响应于检测到通过第三电机绕组的第三电流的幅值跨越(诸如等于或低于)阈值，控制器终止通过第三电机绕组的第三电流；等等。
17.如先前讨论的，在一个实施例中，通过每个电机绕组的电流的相应幅值随时间变化。另外地或替代地，提供给电机绕组的电流的相应幅值中的每个幅值相对于彼此异相。
18.本文中的另外的实施例包括经由控制器改变与产生提供给对应电机绕组的相应电流相关联的开关频率。开关频率控制与每个电机驱动电流相关联的纹波电流的相应频
率。根据另外的示例实施例，控制器实现在终止电流流动的时间(随着电流的幅值减小到阈值)与将通过电机绕组提供的电流的幅值增加到阈值以上的后续时间之间的最小延迟阈值。防止电机绕组电流的开关的开关时段低于最小延迟时间防止控制器将相应开关频率增加到频率阈值以上。
19.如先前讨论的，本文中的实施例比常规技术有用。例如，本文中的实施例防止一个或多个电机绕组中的电流反向，从而导致更高效地使用功率来控制相应电机轴的旋转和负载。
20.下面更详细地公开这些和其他更具体的实施例。
21.注意，尽管本文中讨论的实施例适用于电机控制，但本文中公开的概念可以有利地应用于任何其他合适的拓扑以及通用电源控制应用。
22.注意，如本文中讨论的任何资源可以包括一个或多个计算机化设备、移动通信设备、服务器、基站、无线通信设备、通信管理系统、工作站、用户设备、手持或膝上型计算机等，以执行和/或支持本文中公开的方法操作中的任何一个或全部。换言之，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文中解释的那样操作以执行如本文中描述的不同实施例。
23.本文中的其他实施例包括用于执行上面概括的和下面详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施例包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，在该非暂态计算机可读存储介质上编码有软件指令以供后续执行。该指令当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行时编程和/或引起处理器(硬件)执行本文中公开的操作。这样的布置通常被提供作为软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，该软件、代码、指令和/或数据被布置或编码在诸如光学介质(例如，cd-rom)、软盘、硬盘、记忆棒、存储器设备等非暂态计算机可读存储介质上、或其他介质，诸如一个或多个rom、ram、prom等中的固件，或者这样的布置通常被提供作为专用集成电路(asic)等。软件或固件或者其他这样的配置可以安装到计算机化设备上以引起计算机化设备执行本文中解释的技术。
24.因此，本文中的实施例涉及支持如本文中讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
25.本文中的一个实施例包括一种其上存储有指令的计算机可读存储介质和/或系统。该指令在由计算机处理器硬件执行时引起计算机处理器硬件(诸如一个或多个位于同一位置或不同位置的处理器设备)：监测通过电机绕组提供的电流的幅值；将电流的幅值与阈值进行比较；并且响应于检测到电流的幅值跨越阈值，终止通过电机绕组的电流的流动。
26.为清楚起见，添加了上述步骤的顺序。注意，本文中讨论的任何处理操作都可以以任何合适的顺序执行。
27.本公开的其他实施例包括软件程序和/或相应硬件，以执行上面概述和下面详细公开的方法实施例步骤和操作中的任何一项。
28.应当理解，如本文中讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地体现为软件程序、固件、软件、硬件和/或固件的混合体、或单独的硬件，诸如在处理器(硬件或软件)内，或者在操作系统内或者在软件应用内。
29.如本文中讨论的，本文中的技术非常适合在实现一个或多个电感器组件以向负载
输送电流的领域中被使用。然而，应当注意，本文中的实施例不限于在这样的应用中使用，并且本文中讨论的技术也很好地适用于其他应用。
30.此外，注意，尽管本文中的每个不同特征、技术、配置等都可能在本公开的不同地方讨论，但意图在于，在合适的情况下，每个概念可以可选地彼此独立地执行或彼此相结合。因此，如本文中描述的一个或多个本发明可以以很多不同方式体现和观察。
31.此外，注意，本文中对实施例的初步讨论(“发明内容”)并未特意指定本公开或(多个)要求保护的发明的每个实施例和/或增加的新颖方面。相反，该简要描述仅呈现一般实施例和相对于常规技术的对应新颖点。对于(多个)本发明的附加细节和/或可能的观点(排列)，读者可以参考“具体实施方式”部分(其是实施例的概述)和本公开的对应附图，如下面进一步讨论的。
附图说明
32.图1是根据本文中的实施例的电机控制系统的示例总图；
33.图2是示出根据本文中的实施例的电机控制系统的示例图；
34.图3是示出根据本文中的实施例的通过多个电机绕组的电流的监测和控制的示例图；
35.图4是示出根据本文中的实施例的在不同电感下通过电机绕组的电流的示例时序图；
36.图5是示出根据本文中的实施例的在不同电感下通过电机绕组的电流的幅值变化的示例时序图；
37.图6是示出根据本文中的实施例的通过电机绕组的电流的示例时序图；
38.图7是示出根据本文中的实施例的向电机绕组提供电流的开关频率的调节的示例时序图；
39.图8是示出根据本文中的实施例的控制信号的调节的示例图；
40.图9是示出根据本文中的实施例的控制信号的调节的示例图；
41.图10是示出根据本文中的实施例的电机电流控制和开关频率调节的示例图；
42.图11是示出根据本文中的实施例的监测通过多个电机绕组中的每个的电流的不同可能实现的示例图；
43.图12是示出根据本文中的实施例的驱动器中的电机绕组电流控制的实现的示例图；
44.图13是示出根据本文中的实施例的经由实现控制功能的栅极驱动器模块来监测和控制通过多个绕组的电流的示例图；
45.图14是示出执行根据本文中的实施例的方法的计算机处理器硬件和相关软件指令的示例图；
46.图15是示出根据本文中的实施例的方法的示例图；以及
47.图16是示出根据本文中的实施例的电路的组装的示例图。
48.本发明的前述和其他目的、特征和优点将从本文中的优选实施例的以下更具体描述中变得明显，如附图所示，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中表示相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是重点放在说明实施例、原理、概念等上。
具体实施方式
49.本文中的一个实施例包括一种电机绕组控制器。为了控制通过电机绕组的电流，控制器监测通过电机绕组提供的电流的幅值。控制器将电流的幅值与阈值进行比较。响应于检测到电流的幅值跨越阈值，控制器终止通过电机绕组的电流的流动。在一种应用中，终止通过电机绕组的电流支持更高效地使用能量来驱动电机绕组。例如，经由控制器，终止通过电机绕组的电流可以防止电流在反向方向上流动通过电机绕组。控制器为电机中的多个绕组中的每个绕组实现上述控制功能。
50.现在，更具体地，图1是根据本文中的实施例的电机控制系统的示例总图。
51.在该示例实施例中，图1的电机系统100包括控制器140、驱动器148、开关152和电机绕组131-1。控制器140包括监测器142、比较器144和信号发生器146。
52.在该示例实施例中，诸如电机控制器的控制器140控制通过相应电机绕组131-1的电流121-1。
53.例如，诸如功率工具的用户操作电机系统100产生控制输入105。经由控制输入接口115(诸如经由用户108而控制的功率工具触发装置)提供给控制器140的控制输入105指示任何合适的控制信息，诸如电机131的轴148的旋转速度、电机131的轴的方向等。
54.在一个实施例中，如由控制输入105所指示的，控制器140控制通过电机绕组131-1(以及如本文进一步讨论的潜在的附加绕组)的电流121-1以控制与电机131相关联的轴199的旋转。
55.更具体地，在一个实施例中，经由监测器142，控制器140监测通过电机绕组131-1提供的电流121-1的幅值。传感器125-1生成指示通过电机绕组131-1的电流121-1的幅值的信号127-1。
56.监测器142(诸如包括一个或多个组件，诸如放大器、模数转换器等)接收信号127-1并且产生指示通过绕组131-1提供的电流121-1的幅值和/或极性的监测信号161。
57.如进一步所示，经由比较器144，控制器140将如由监测信号161所指示的电流121-1的幅值与阈值165进行比较。阈值165可以是任何合适的值。在一个实施例中，阈值165指示过零条件(触发条件)，在该过零条件下，通过绕组131-1的电流121-1的幅值为基本零安培或其他合适的值。
58.响应于检测到电流121-1的幅值跨越(诸如等于或小于)阈值165，控制器140经由信号发生器146终止通过电机绕组131-1的电流121-1的流动。在一个实施例中，这包括产生控制信号107以停用开关152。例如，驱动器148接收控制信号107并且关闭开关152，以防止电流121-1响应于触发条件而流动通过电机绕组131-1。
59.在一个实施例中，通过电机绕组131-1的电流121-1的终止支持更高效地使用能量来驱动电机绕组131-1。例如，本文中的一个实施例包括经由控制器140终止通过电机绕组131-1的电流121-1，以防止电流121-1在反向方向上流动通过电机绕组131-1。
60.在另外的示例实施例中，如先前讨论的，通过绕组131-1的电流121-1导致将转矩139施加到电机131的相应电机轴199。在第一方向上通过绕组121-1的电流流动导致电机131的轴199在第一旋转方向上旋转；在第二方向上通过绕组121-1的电流流动最终导致轴在第二方向上旋转或者至少减慢电机轴199在第一方向上流动的速度。
61.图2是示出根据本文中的实施例的电机控制系统的示例图。
62.在该示例实施例中，电机系统100包括如先前关于图1讨论的组件。然而，图2中的电机系统100还包括所谓的反相器220的实现方式。在一个实施例中，反相器220包括多个开关以控制通过电机131的绕组131-1、131-2和131-3的电流。
63.如下面进一步讨论的，在操作期间，反相器220控制通过多个电机绕组中的每个的电流的流动，更具体地如图3所示。
64.图3是示出根据本文中的实施例的通过多个电机绕组的电流的监测和控制的示例图。
65.在该示例实施例中，电机系统100包括反相器220以及与每个被监测绕组相关联的传感器和放大器。
66.例如，反相器220包括开关151、152、161、162、171和172。电机系统还包括放大器142-1、放大器142-2、放大器142-3、传感器125-1、传感器125-2和传感器125-3。
67.在该示例实施例中，开关151的漏极连接到输入电压vin；开关151的源极节点连接到开关152的漏极节点；开关152的源极节点连接到传感器125-1。包括开关151、开关152和传感器125-1在内的组件串联连接在输入电压vin与接地参考电压之间。此外，放大器142-1的非反相输入连接到传感器125-1的第一节点；放大器142-1的反相输入连接到传感器125-1的第二节点。在一个实施例中，传感器125-1是电阻器，尽管传感器125-1可以是其电压根据流动通过它的电流量而变化的任何合适类型的组件。通过传感器125-1的电流产生相应电压，该电压由放大器142-1放大以产生提供给监测器142的信号csoa。如先前讨论的，监测器142向控制器140提供关于相应绕组电流与阈值165的比较的信号。
68.如进一步所示，开关161的漏极连接到输入电压vin；开关161的源极节点连接到开关162的漏极节点；开关162的源极节点连接到传感器125-2。包括开关161、开关162和传感器125-2在内的组件串联连接在输入电压vin与接地参考电压之间。放大器142-2的非反相输入连接到传感器125-2的第一节点；放大器142-2的反相输入连接到传感器125-2的第二节点。在一个实施例中，传感器125-2是电阻器，但传感器125-2可以是任何合适的组件。通过传感器125-2的电流产生相应电压，该电压被放大器142-2放大以产生提供给监测器142的信号csob。
69.开关171的漏极连接到输入电压vin；开关171的源极节点连接到开关172的漏极节点；开关172的源极节点连接到传感器125-3。包括开关171、开关172和传感器125-3在内的组件串联连接在输入电压vin与接地参考电压之间。放大器142-3的非反相输入连接到传感器125-3的第一节点；放大器142-3的反相输入连接到传感器125-3的第二节点。在一个实施例中，传感器125-3是电阻器，但传感器125-3可以是任何合适的组件。通过传感器125-3的电流产生相应电压，该电压被放大器142-3放大以产生提供给监测器142的信号csob。
70.因此，当相应高压侧开关151经由信号s1h被激活时，绕组电流121-1流动通过相应高压侧开关和对应绕组131-1。在经由信号s1h停用高压侧开关151之后，控制器140经由信号s1l控制激活低压侧开关。低压侧开关152路径中的相应放大器放大由传感器125-1感测到的检测信号并且向监测器142传输信号csoa。
71.以如先前讨论的方式，控制器140监测绕组电流121-1的幅值并且防止其下降到阈值165(对应于零安培或其他合适的值)以下。绕组中的每个绕组被控制为彼此异相。
72.以类似的方式，基于通过绕组131-2的电流121-2的幅值和跨传感器125-2的电压，
放大器142-2产生信号csob，该信号csob至少部分地由控制器140用于生成施加到开关162的栅极的控制信号s2l，以关闭开关162，防止电流121-2下降到阈值165(诸如对应于零安培)以下。
73.基于通过绕组131-3的电流121-3的幅值和跨传感器125-3的电压，放大器142-3产生信号csoc，该信号csoc至少部分地由控制器140使用以产生施加到开关172的栅极的控制信号s3l，以关闭开关172，防止电流121-3下降到阈值165(诸如对应于零安培)以下。
74.因此，在一个实施例中，控制器140经由多个开关151和152控制通过电机绕组131-1的电流121-1的流动。经由开关151和152的控制，控制器140将电机绕组耦合到不同参考电压，诸如vin和接地。例如，经由开关151的激活，控制器140将绕组131-1的节点vn1电耦合到输入电压vin，同时开关152被停用。经由开关152的激活，控制器140将绕组131-1的节点vn1电耦合到接地参考电压，同时开关151被停用。
75.在相应控制周期期间的不同时间将不同参考电压施加到电机绕组导致通过绕组131-1的电流121-1的幅值随时间变化，从而导致对应电机轴199旋转。在一个实施例中，通过电机绕组131-1的电流121-1的流动的终止包括将电机绕组131-1电连接到(接地)参考电压的低压侧开关电路装置(开关152)的停用。
76.以类似的方式，控制器140经由多个开关161和162控制通过电机绕组131-2的电流121-2的流动。经由开关161和162的控制，控制器140将电机绕组耦合到不同参考电压，诸如vin和接地。例如，经由开关161的激活，控制器140将绕组131-2的节点vn2电耦合到输入电压vin，同时开关162被停用。此后，经由开关162的激活，控制器140将绕组131-2的节点vn2电耦合到接地参考电压，同时开关161被停用。
77.在相应控制周期期间的不同时间将不同参考电压施加到电机绕组导致通过绕组131-2的电流121-2的幅值随时间变化，从而导致对应电机轴199旋转。在一个实施例中，通过电机绕组131-2的电流121-2的流动的终止包括将电机绕组131-2电连接到(接地)参考电压的低压侧开关电路装置(开关162)的停用。
78.以类似的方式，控制器140经由多个开关171和172控制通过电机绕组131-3的电流121-3的流动。经由开关171和172的控制，控制器140将电机绕组耦合到不同参考电压，诸如vin和接地。例如，经由开关171的激活，控制器140将绕组131-3的节点vn3电耦合到输入电压vin，同时开关172被停用。此后，经由开关172的激活，控制器140将绕组131-3的节点vn3电耦合到接地参考电压，同时开关171被停用。
79.在相应控制周期期间的不同时间将不同参考电压施加到电机绕组导致通过绕组131-3的电流121-3的幅值随时间变化，从而导致对应电机轴199旋转。在一个实施例中，通过电机绕组131-3的电流121-3的流动的终止包括将电机绕组131-3电连接到(接地)参考电压的低压侧开关电路装置(开关172)的停用。
80.图4是示出根据本文中的实施例的通过电机绕组的电流的示例时序图。
81.在该示例实施例中，控制器140控制通过电机131的绕组的相应电流的激活。该示例示出了与绕组131-1相关联的绕组电感l1和l2的两种不同设置，其中电感l2小于电感l1。
82.更具体地，对于当绕组121-1的电感为l1(高电感)时的第一情况，控制器140在时间t0到时间t1之间激活高压侧开关电路装置151，同时低压侧开关电路装置152被停用。开关151的激活导致电流121-1(l1)的幅值在时间t0到时间t1之间增加。控制器140然后在时
间t1到时间t2之间停用高压侧开关电路装置151，同时低压侧开关电路装置152被激活。开关152的激活导致电流121-1(l1)的幅值在时间t1到时间t2之间减小。
83.控制器140在激活高压侧开关电路装置151与激活低压侧开关电路装置152之间切换以产生电流121-1(l1)。通过绕组的平均电流121-1被示出为电流420。没有电流121-1(l1)下降到阈值165以下的情况。
84.对于当绕组121-1的电感为l2(诸如低电感)时的第二情况，其中l2小于l1，控制器140在时间t0到时间t1之间激活高压侧开关电路装置151，同时低压侧开关电路装置152被停用。开关151的激活导致电流121-1(l2)的幅值在时间t0到时间t1之间增加。控制器140然后在时间t1到时间t2之间停用高压侧开关电路装置151，同时低压侧开关电路装置152被激活。开关152的激活导致电流121-1(l2)的幅值在时间t1到时间t2之间减小。
85.控制器140在激活高压侧开关电路装置151与激活低压侧开关电路装置152之间切换以产生电流121-1(l2)。通过绕组131-1的平均电流121-1被示出为电流420。在该示例实施例中，在每个控制周期的一部分期间，绕组131-1的低电感l2导致电流121-1(l2)下降到阈值165以下。
86.因此，图表400指示降低与电机131相关联的每个绕组的电感的幅值使得在相应控制周期的一部分期间，通过每个绕组的相应电流更可能下降到相应阈值165以下。
87.图5是示出根据本文中的实施例的通过电机绕组的电流的示例时序图。
88.图表500示出了标准电感(l1)和低电感(l2)电机绕组两者中的负载减少(在时间t13到时间t14之间)对电机131的影响。信号420表示通过绕组131-1的平均电流。
89.以与先前讨论的类似的方式，控制器140控制相应开关和通过绕组131-1的电流121-1(电流斜坡)的可变流动。实现绕组131-1的高电感l2情况和低电感l1情况都导致在正常电机开关控制操作期间电流极性的变化。
90.例如，电感l1处的绕组131-1的电流121-1(l1)和电感l2处的绕组131-1的电流121-1(l2)在时间t13之后下降到阈值165以下。然而，注意，当电机负载减少时(即，当需要较低平均电流来驱动电机时，诸如发生在时间t13到时间t14之间)，所谓的制动效应(诸如当相应绕组电流121的幅值下降到阈值165以下时)被放大或加剧。这是常规电机驱动器的另一趋势，因为应用需要能够在满载和低速或低转矩下操作。
91.图6是示出根据本文中的实施例的通过电机绕组的电流的示例时序图。
92.图表600包括控制通过相应绕组的电流的详细波形。如先前讨论的，控制器140在激活高压侧开关电路装置与激活低压侧开关电路装置之间切换，其间具有死区时间。在时间t22到时间t24之间，电流121-1的幅值高于阈值165。在时间t24到时间t26之间，电流121-1下降到阈值165以下。因此，电机131中的电流121-1大部分为正，但在开关控制周期的一部分期间确实变为负。
93.图7是示出根据本文中的实施例的防止绕组电流下降到阈值以下和调节向电机绕组提供电流的开关频率的示例时序图。
94.以如先前讨论的方式，控制器140在相应控制周期期间监测电流121-1的幅值。例如，在时间t31到时间t32之间，控制器激活开关151，从而导致电流121-1的幅值增加。在时间t32处或附近，在相应死区时间之后，控制器140激活低压侧开关152，从而导致通过绕组131-1的电流121-1的幅值减小。在时间t33处，以如先前讨论的方式，控制器140检测到电流
121-1的幅值跨越阈值165。在这种情况下，控制器140在时间t33停用开关152。
95.再次注意，阈值165可以设置为任何合适的值。在一个实施例中，控制器140终止通过绕组131-1的电流121-1的阈值165对应于流动通过电机绕组131的基本零安培的电流。本文中的另外的实施例包括：随着通过电机绕组131-1提供的电流121-1的幅值向零减小(诸如就在时间t33之前)，经由控制器140终止通过电机绕组131-1的电流121-1的流动。因此，为了防止电机绕组电流121-1的幅值反向或下降到小于零(诸如阈值165)，控制器140停用高压侧开关电路装置151和第二开关152两者以终止电流121-1的流动。
96.本文中的另外的实施例包括：响应于检测到通过电机绕组131-1的电流121-1的幅值跨越阈值165，经由控制器140调节控制通过电机绕组131-1的电流121-1的流动的开关频率。
97.在该示例实施例中，在时间t35(其发生在电流121-1在时间t33终止之后)，控制器140发起增加通过电机绕组131-1的电流121-1的流动。控制器140经由开关152的激活在时间t36到时间t37之间减小电流121-1的幅值。在时间t37，控制器140停用相应开关152以防止电流121-1下降到相应阈值165以下。
98.控制器140在时间t37之后(诸如到时间t38)再次延迟激活高压侧开关电路装置151，以降低控制开关151和152的开关频率。换言之，时间t33到时间t35之间的时间差远小于时间t37到时间t38之间的时间差。
99.因此，本文中的实施例包括经由控制器140改变与产生提供给对应电机绕组131-1的相应电流121-1相关联的开关频率。
100.图8是示出根据本文中的实施例的控制信号的调节的示例图。
101.如先前讨论的，本文中的实施例包括防止相应电流121-1的幅值下降到相应阈值165以下。这会导致相应间隙(诸如在时间t43到时间t45之间)，在该间隙中，高压侧开关或低压侧开关都未被激活。因此，根据情况a、以及对应控制信号s1h和s1l的应用，通过绕组131-1的电流121-1(a)在时间t43到时间t45之间经历零电流的间隙时间。
102.注意，本文中的实施例包括调节操作相应开关以控制电流121-1的开关频率。例如，在情况b下，控制器140经由在时间t43变高的信号s1h在时间t43(而不是时间t45)激活开关151。这(情况b)增加了控制开关151和152的开关频率并且减少或消除了间隙时间t43到t45，否则在该间隙时间t43到t45期间，电流121-1为零安培。这减少了电流121-1(b)为零安培的间隙时间。
103.图9是示出根据本文中的实施例的控制信号的调节的示例图。
104.在该示例实施例中，控制器140被防止将控制开关151和152的开关频率的幅值增加到相应开关频率阈值以上。例如，控制开关151和152的开关频率控制与电机驱动电流121-1相关联的纹波(诸如锯齿形)的相应频率。控制器140调节产生控制信号s1h和s1l的开关频率。
105.更具体地，响应于在时间t53检测到电流121-1的幅值跨越阈值165，控制器140调节控制相应开关151和152的相应开关频率。
106.例如，如先前讨论的，情况a指示存在没有电流通过绕组131-1并且开关频率没有变化的间隙(在t53到t55之间的时间)。
107.然而，在图9的情况b下，控制器140实现tmin(最小开关时段)的最小时间延迟，控
制器140能够在该最小时间延迟中从一个周期到下一周期激活高压侧开关电路装置151。控制器140在终止电流流动的时间(在时间t53处)与将通过电机绕组131提供的电流121-1(b)的幅值增加到阈值165以上的后续时间t54之间应用(t54减去t53)最小间隙延迟。最小时间tmin防止控制器140在t53之后再次激活高压侧开关电路装置，使得在一个周期内在t51激活高压侧开关电路装置的时间不早于时间t54。在这种情况下，该示例中的最大开关频率为1/tmin。
108.图10是示出根据本文中的实施例的用于防止电机绕组电流下降到阈值以下的电机电流控制和开关频率调节的示例图。
109.在该示例实施例中，控制器140以第一开关频率(诸如1/sp1，其中sp1表示控制开关151和152的开关时段)操作开关。控制器140基于来自用户108的控制输入105来向绕组131-1提供平均电流420。
110.在时间t64到t65处或附近，电机131经历负载减少，导致输送到电机131的电力减少。在这种情况下，控制器140增加控制相应开关151和152的开关频率以防止电流121-1下降到阈值165以下。例如，在时间t65处或附近，控制器140切换到以较高开关频率(诸如1/sp2，其中sp2表示以如先前讨论的方式控制开关151和152的开关时段)操作开关151和152。
111.图11是示出根据本文中的实施例的监测通过多个电机绕组中的每个的电流的不同可能实现的示例图。
112.注意，电机131的每个绕组中的电流的幅值的监测可以根据实施例而变化。
113.例如，在诸如实施例a等一个实施例中，电机系统100实现放大器142-1以放大跨相应感测电阻器125-1的电压的幅值以确定电流121-1的幅值。因此，本文中的实施例包括在低压侧导通时段期间监测支路分流电流，诸如在应用3个分流感测和高压侧调制pwm的情况下。
114.根据另一示例实施例b，电机系统100实现放大器142-11以放大跨相应感测电阻器125-11的电压的幅值以确定电流121-1的幅值。在这种情况下，如果使用同相电流感测，则整个电流信息(电流121-1)可用，控制器140中的比较器或adc检测阈值跨越。
115.根据另一示例实施例c，电机系统100使用低压侧开关152的rdson来确定电流121-1的幅值。放大器142-21放大跨开关152的漏极-源极节点的电压的幅值以确定电流121-1的幅值。在这种情况下，低压侧的rdson感测也提供用于检测zcd的有价值的信息：当电流反向时，开关152(rdson)上的电压降将反向。如果使用高压侧调制，则可以监测低压侧开关152；如果使用低压侧pwm调制，则可以使用高压侧开关151rdson感测。
116.图12是示出根据本文中的实施例的在多相中实现电机绕组电流控制的示例图。
117.如先前讨论的，在一个实施例中，通过电机131中的每个电机绕组的电流的相应幅值随时间变化。另外地或替代地，与电机131的绕组相关联的电流的相应幅值中的每个幅值相对于彼此异相。
118.在另外的示例实施例中，控制器140控制通过多个电机绕组中的每个电机绕组的电流。例如，控制器140监测流动通过第一电机绕组131-1的第一电流121-1；流动通过第二电机绕组131-2的第二电流121-2；流动通过第三电机绕组131-3的第三电流121-3；等等。以如先前讨论的方式，控制器140将第一电流121-1与阈值165进行比较；控制器140将第二电流121-2与阈值165进行比较；控制器140将第三电流121-3与阈值165进行比较；等等。
119.控制器140防止每个电流下降到阈值以下。例如，响应于检测到通过第一电机绕组131-1的第一电流121-1的幅值跨越(诸如等于或低于)阈值165，控制器140终止通过第一电机绕组121-1的第一电流121-1的流动；响应于检测到通过第二电机绕组131-1的第二电流121-2的幅值跨越(诸如等于或低于)阈值165，控制器140终止通过第二电机绕组131-2的第二电流121-2的流动；响应于检测到通过第三电机绕组131-3的第三电流121-3的幅值跨越(诸如等于或低于)阈值165，控制器140终止通过第三电机绕组131-3的第三电流121-3的流动；等等。
120.图13是示出根据本文中的实施例的监测和控制通过多个绕组的电流的栅极驱动器的示例图。
121.这是具有该创新的块换向三相反相器(假定图2中的3支路分流器)的实现方式的可能框图。
122.在这种情况下，栅极驱动器模块(诸如半导体芯片或其他合适的硬件)包括tcd(阈值跨越检测)功能的集成，并且当在该相位上检测到跨越时直接关闭该相位的相应低压侧开关。栅极驱动器模块1348(诸如逻辑)标识在只有一个tcd输入可用或者它可以包括3个tcd输入(每个tcd输入专用于一个绕组支路)的情况下必须停用哪个pwm控制信号和低压侧开关。这取决于所使用的特定pwm调制，例如高压侧或低压侧调制。
123.因此，本文中的实施例包括将与控制器140相关联的功能的全部或部分实现为开关驱动器(栅极驱动器模块1348)。例如，在一个实施例中，开关驱动器(栅极驱动器模块1348)接收指示控制状态的脉冲宽度调制控制信号1301以应用于控制通过电机绕组131-1的电流121-1的流动的开关152。以如先前讨论的方式，比较器144监测电机绕组电流121-1的幅值，并且基于电流的幅值与阈值165的比较来调节所接收的脉冲宽度调制控制信号1301。在一个实施例中，由栅极驱动器模块1348(开关驱动器)实现的开关驱动器调节防止通过电机绕组131-1的电流121-1的幅值下降到阈值165以下。
124.在一个实施例中，栅极驱动器模块1348以如先前关于第一绕组131-1讨论的方式控制通过多个绕组中的每个绕组的电流。
125.在又一示例实施例中，控制器140生成控制信号1355并且将其传输到栅极驱动器模块1348。控制信号1355控制栅极驱动器模块1348是否以如先前讨论的方式响应于检测到相应电流跨越阈值165而实现低压侧开关关闭。
126.在另外的示例实施例中，栅极驱动器模块1348向控制器140提供由控制多个绕组电流中的每个绕组电流的栅极驱动器模块1348实现的控制调节信息1375。顾名思义，控制调节信息1375指示由栅极驱动器模块1348相对于由控制器140生成的原始脉冲宽度调制信号1301而实现的脉冲宽度调制控制信号调节和定时。因此，栅极驱动器模块1348向控制器140通知与控制电流121-1、121-2等相关联的操作条件。
127.图14是根据本文中的实施例的用于实现如本文中讨论的任何操作的计算机设备的示例框图。
128.如图所示，本示例的计算机系统1400(诸如由一个或多个资源中的任何一个资源实现的，诸如控制器140、监测器142、比较器144、信号发生器146等)包括互连1411，互连1411耦合计算机可读存储介质1412(诸如可以在其中存储和检索数字信息的非暂态类型的介质(或硬件存储介质))、处理器1413(例如，计算机处理器硬件，诸如一个或多个处理器设
备)、i/o接口1414和通信接口1417。
129.i/o接口1414提供与任何合适的电路装置(诸如驱动器148、开关120等)的连接。
130.计算机可读存储介质1412可以是任何硬件存储资源或设备，诸如存储器、光存储、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质1412存储由控制器应用140-1使用以执行如本文中描述的任何操作的指令和/或数据。
131.此外，在该示例实施例中，通信接口1417使得计算机系统1400和处理器1413能够通过诸如网络190的资源进行通信以从远程源检索信息并且与其他计算机通信。
132.如图所示，计算机可读存储介质1412被编码有由处理器1413执行的控制器应用140-1(例如，软件、固件等)。控制器应用140-1可以被配置为包括用于实现本文中讨论的任何操作的指令。
133.在一个实施例的操作期间，处理器1413经由使用互连1411来访问计算机可读存储介质1412，以便启动、运行、实施、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质1412上的控制器应用140-1中的指令。
134.控制器应用140-1的执行在处理器1413中产生诸如控制器进程140-2的处理功能。换言之，与处理器1413相关联的控制器进程140-2表示在计算机系统1400中的处理器1413内或上执行控制器应用140-1的一个或多个方面。
135.根据不同实施例，注意，计算机系统1400可以是被配置为控制电源并且执行如本文中描述的任何操作的微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路装置等。
136.现在将经由图15中的流程图1500讨论由不同资源支持的功能。注意，以下流程图中的步骤可以按任何合适的顺序执行。
137.图15是示出根据本文中的实施例的控制功率转换器的方法的示例图。
138.在流程图1500的处理操作1510中，控制器140和对应组件监测通过电机绕组131-1提供的电流121-1的幅值。
139.在处理操作1520中，控制器将电流121-1的幅值与阈值165进行比较。
140.在处理操作1530中，响应于检测到电流121-1的幅值跨越阈值165，控制器140终止通过电机绕组131的电流121-1的流动。
141.图16是示出根据本文中的实施例的电机控制系统和相关组件在一个或多个电路板上的组装的示例图。
142.在该示例性实施例中，组装器1640收纳基板1610和电机系统100的对应组件，诸如控制器140、监测器142、比较器144、信号发生器146、驱动器148等中的一个或多个组件。组装器1640将控制器140和其他组件(诸如监测器142、比较器144、信号发生器146、驱动器148等)附接(耦合)到基板1610。
143.经由如本文中描述的相应电路路径，组装器1640提供控制器140与对应组件之间的连接。注意，诸如控制器140、监测器142、比较器144、信号发生器146、驱动器148的组件可以以任何合适的方式固定或耦合到基板1610。例如，电机系统100中的组件中的一个或多个组件可以焊接到基板1610，插入到设置在基板1610上的插座中，等等。
144.进一步注意，基板1610是可选的。如附图中所示的和如本文中描述的一个或多个电路路径或连接中的任何一个连接可以设置在电缆或其他合适的介质中。
145.在一个非限制性示例实施例中，电机131设置在其自己的基板上或独立于基板
1610的基板上；电机131的基板经由电线、电缆、链路等直接或间接地连接到基板1610。控制器140或电机系统100的任何部分也可以设置在插入基板1610的插座中的独立的较小的板上。
146.经由一个或多个电路路径1622(诸如一个或多个迹线、电缆、连接器、电线、导体、导电路径等)，组装器1640将电机系统100和对应组件耦合到电机131。在一个实施例中例如，电路路径1622从一个或多个驱动器148向电机131的不同绕组131-1、131-2、131-3等传传送电流。
147.因此，本文中的实施例包括一种系统，该系统包括：基板1610(诸如电路板、独立板、母板、注定要耦合到母板的独立板、主机等)；以及包括如本文中描述的对应组件的电机系统100；以及电机131(诸如电机、绕组等)。
148.再次注意，本文中的技术非常适用于电路应用，诸如控制通过一个或多个电机绕组的电流的应用。然而，应当注意，本文中的实施例不限于在这样的应用中使用，并且本文中讨论的技术也很好地适用于其他应用。
149.基于本文中阐述的描述，已经阐述了很多具体细节以提供对要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践要求保护的主题。在其他情况下，普通技术人员已知的方法、装置、系统等没有被详细描述，以免混淆要求保护的主题。详细描述的某些部分已经根据对存储在计算系统存储器(诸如计算机存储器)内的数据位或二进制数字信号的运算的算法或符号表示来呈现。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用来向本领域其他技术人员传达他们工作的实质的技术的示例。本文中描述的算法通常被认为是导致期望结果的自洽操作序列或类似处理。在这种情况下，操作或处理涉及物理量的物理操作。通常，尽管不是必须，这样的量可以采用能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要是出于常用的原因，将这样的信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数目、数字等是很方便的。然而，应当理解，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联并且仅仅是方便的标签。除非另外特别说明，否则如从以下讨论中很清楚的，可以理解，贯穿本说明书的讨论使用诸如“处理”、“计算(computing)”、“算数(calculating)”、“确定”等术语是指诸如计算机或类似的电子计算设备等计算平台操纵或变换数据的动作或过程，该数据在计算平台的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内表示为物理电子或磁量。
150.虽然本发明已经参考其优选实施例被具体地示出和描述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。这样的变化旨在被本技术的范围覆盖。因此，本技术的实施例的前述描述不旨在限制。相反，对本发明的任何限制在以下权利要求中给出。