DE102017103934A1 - Half-bridge driver for controlling the bridge switch at least one half-bridge circuit - Google Patents
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Abstract
Halbbrückentreiber (5), zur Ansteuerung der Brückenschalter (3,4) wenigstens einer Halbbrückenschaltung (2), der als integrierter Schaltkreis (28) ausgebildet ist, mit einem High-Side Treiber (5) bei dem der High-Side Signalausgang (20), der High-Side Hochpotentialeingang (22) und der High-Side Niedrigpotentialeingang (23) jeweils an einen externen Anschluss geführt sind und der High-Side Signaleingang (21) über eine Steuerlogikschaltung (30) mit dem High-Side Eingang (18) verbunden ist, und einem Low-Side Treiber (6), bei dem der Low-Side Signalausgang (25) an einen externen Anschluss geführt ist und der Low-Side Signaleingang (24) mit dem Low-Side Eingang (19) verbunden ist. Half-bridge driver (5) for controlling the bridge switches (3, 4) of at least one half-bridge circuit (2), which is designed as an integrated circuit (28), with a high-side driver (5) in which the high-side signal output (20) , the high-side high-potential input (22) and the high-side low-potential input (23) are each led to an external connection, and the high-side signal input (21) is connected to the high-side input (18) via a control logic circuit (30) and a low-side driver (6), in which the low-side signal output (25) is led to an external connection and the low-side signal input (24) is connected to the low-side input (19).
Description
Die Erfindung beschreibt einen Halbbrückentreiber, zur Ansteuerung der Brückenschalter wenigstens einer Halbbrückenschaltung, aufweisend für jede anzusteuernde Halbbrücke: einen High-Side Treiber mit einem High-Side Signaleingang, einem High-Side Signalausgang, einem High-Side Hochpotentialeingang und einem High-Side Niedrigpotentialeingang, und einen Low-Side Treiber mit einem Low-Side Signaleingang, einem Low-Side Signalausgang, einem Low-Side Hochpotentialeingang und einem Low-Side Niedrigpotentialeingang.The invention describes a half-bridge driver for controlling the bridge switches of at least one half-bridge circuit, comprising for each half-bridge to be driven: a high-side driver with a high-side signal input, a high-side signal output, a high-side high potential input and a high-side low potential input, and a low-side driver with a low-side signal input, a low-side signal output, a low-side high-potential input and a low-side low-potential input.
Mehrphasige bürstenlose Gleichstrommotoren werden in der Regel an einer Brückenschaltung betrieben, die für jede Motorphase eine Halbbrücke aufweist. Jede Halbbrücke besitzt einen oberen Brückenschalter (High-Side Brückenschalter) und einen unteren Brückenschalter (Low-Side Brückenschalter) wobei sich der Anschluss der Motorphase zwischen den Brückenschaltern befindet.Multiphase brushless DC motors are usually operated on a bridge circuit having a half-bridge for each motor phase. Each half-bridge has an upper bridge switch (high-side bridge switch) and a lower bridge switch (low-side bridge switch) with the motor phase connection between the bridge switches.
Die Ansteuerung der Brückenschalter erfolgt üblicherweise durch eine Motorsteuerung, insbesondere mit einem Mikrocontroller. Diese Motorsteuerung generiert die Schaltsignale für die einzelnen Brückenschalter anhand eines Kommutierungsmusters.The control of the bridge switch is usually carried out by a motor control, in particular with a microcontroller. This motor control generates the switching signals for the individual bridge switches on the basis of a commutation pattern.
Eine Motorsteuerung wird beispielsweise mit einer Betriebsspannung zwischen 3 Volt und 12 Volt betrieben.A motor control is operated, for example, with an operating voltage between 3 volts and 12 volts.
Die Brückenschalter hingegen, müssen entsprechend der Motorspannung und der Stromaufnahme des angetriebenen Motors dimensioniert sein. Daher werden als Brückenschalter häufig Leistungstransistoren verwendet. Diese erfordern in der Regel höhere Schaltspannungen und hohe Schaltströme, beispielsweise >400mA. Eine direkte Ansteuerung der Brückenschalter über einen Schaltausgang des Mikrokontrollers ist nicht möglich, da diese nur wenige mA liefern können.The bridge switches, however, must be dimensioned according to the motor voltage and the current consumption of the driven motor. Therefore, bridge transistors often use power transistors. These usually require higher switching voltages and high switching currents, for example> 400mA. A direct control of the bridge switch via a switching output of the microcontroller is not possible because they can deliver only a few mA.
Aus diesem Grund werden zwischen Mikrokontroller und Brückenschalter sogenannte Halbbrückentreiber eingesetzt. Ein Halbbrückentreiber besitzt einen Signaleingang, der direkt mit einem Schaltausgang eines Mikrokontrollers oder einer Pulsbreitensteuerung verbunden werden kann. Der Halbbrückentreiber weist weiter für die High-Side und die Low-Side jeweils einen Hochpotentialeingang und einen Niedrigpotentialeingang zum Anschließen einer Betriebsspannung auf. Er besitzt weiter einen Signalausgang, der mit dem Brückenschalter verbunden werden kann. Es ist also für jede Motorphase ein Halbbrückentreiber notwendig. Der Halbbrückentreiber leitet im Wesentlichen das Eingangssignal an seinen Signalausgang weiter, jedoch mit der angelegten Betriebsspannung, die sich von der Betriebsspannung des Mikrocontrollers unterscheiden kann. Weiterhin kann der Halbbrückentreiber einen zum Brückenschalter passenden Schaltstrom liefern.For this reason, so-called half-bridge drivers are used between microcontroller and bridge switch. A half-bridge driver has a signal input that can be directly connected to a switching output of a microcontroller or a pulse width controller. The half-bridge driver further has a high-potential input and a low-potential input for connecting an operating voltage for the high-side and the low-side, respectively. It also has a signal output that can be connected to the bridge switch. So it is necessary for each motor phase, a half-bridge driver. The half-bridge driver essentially forwards the input signal to its signal output, but with the applied operating voltage, which may differ from the operating voltage of the microcontroller. Furthermore, the half-bridge driver can deliver a switching current suitable for the bridge switch.
Die Brückenschalter können beispielsweise als Feldeffekttransitoren (FET) oder als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ausgebildet sein. Auch andere Halbleiterschalter sind denkbar, wenn die Treiberleistung zur Ansteuerung der entsprechenden Basis-, bzw. Gate-Anschlüsse ausreichend ist. Neben der Anpassung der Brückenschalter an die zu schaltenden Lasten, ist es möglich durch geeignete Wahl der Topologie der Brückenschalter eine Optimierung der Schaltung in Bezug auf Größe und Kosten vorzunehmen. Die High-Side und Low-Side Brückenschalter können beispielsweise als N/N-FET, P/N-FET oder Bipolar gewählt werden. Dabei sind bei einer N/N- FET Halbbrücke beide Brückenschalter als N-Kanal FET ausgebildet. Bei einer P/N-FET Halbbrücke ist der High-Side Brückenschalter als P-Kanal FET und der Low-Side Brückenschalter als N-Kanal FET ausgebildet. Ähnliche Kombinationen sind auch mit IGBT möglich, die ebenfalls in P und N Typen erhältlich sind.The bridge switches can be designed, for example, as field effect transistors (FET) or as insulated gate bipolar transistors (IGBTs). Other semiconductor switches are also conceivable if the driver power for controlling the corresponding base or gate connections is sufficient. In addition to the adaptation of the bridge switch to the loads to be switched, it is possible by appropriate choice of the topology of the bridge switch to optimize the circuit in terms of size and cost. The high-side and low-side bridge switches can be selected, for example, as N / N-FET, P / N-FET or bipolar. In the case of an N / N-FET half-bridge, both bridge switches are designed as N-channel FETs. In a P / N-FET half-bridge, the high-side bridge switch is designed as a P-channel FET and the low-side bridge switch as an N-channel FET. Similar combinations are also possible with IGBT, which are also available in P and N types.
Der Halbbrückentreiber muss zwangsläufig genau auf alle diese Merkmale angepasst werden. Daher kann es bei geringfügigen Änderungen an der Brückenschaltung bereits notwendig sein, einen anderen Halbbrückentreiber zu benutzen. Aus diesem Grund gibt es am Markt zahlreiche Halbbrückentreiber, hauptsächlich als integrierte Schaltungen, die aber jeweils immer nur für genau einen eng abgegrenzten Anwendungszweck verwendbar sind. Beispielsweise für eine 12V, N/N-FET Automotive Anwendung. Aufgrund der begrenzten Anwendbarkeit solcher integrierten Halbbrückentreiber sind die verkauften oder hergestellten Stückzahlen gering und daher die Preise hoch.The half-bridge driver must inevitably be precisely adapted to all these features. Therefore, with minor changes to the bridge circuit, it may already be necessary to use another half-bridge driver. For this reason, there are numerous half-bridge drivers on the market, mainly as integrated circuits, but each can only be used for exactly one narrowly defined application. For example, for a 12V, N / N-FET automotive application. Due to the limited applicability of such integrated half-bridge drivers, the quantities sold or produced are low and therefore the prices are high.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Halbbrückentreiber zu schaffen, der für verschiedene Anwendungen einsetzbar ist und daher kostengünstiger ist.The object of the invention is therefore to provide a half-bridge driver which can be used for various applications and is therefore less expensive.
Insbesondere bei einem Einsatz in vollintegrierten Motortreiber-IC's, die neben dem Gate Treiber auch eine Kommutierungslogik und/oder einen Mikrocontroller enthalten, kann die beschriebene Ausführung des Halbbrückentreibers wesentlich flexibler in unterschiedlichen Applikationen mit unterschiedlichen Leistungsendstufen eingesetzt werden. Durch die große Flexibilität steigen die Stückzahlen solcher vergleichbar komplexen Bausteine, wodurch der Preis pro Baustein sinkt.In particular, when used in fully integrated motor driver IC's, which also contain a commutation logic and / or a microcontroller in addition to the gate driver, the described embodiment of the half-bridge driver can be used much more flexible in different applications with different power amplifiers. Due to the great flexibility, the numbers of such comparatively complex components increase, which reduces the price per component.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Halbbrückentreiber mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dieser Halbbrückentreiber ist dadurch gekennzeichnet, dass der Halbbrückentreiber als integrierte Schaltung ausgebildet ist, aufweisend einen Betriebsspannungsanschluss und einen Masseanschluss. Für jede anzusteuernde Halbbrücke weist die integrierte Schaltung einen Halbbrückentreiber auf, mit einem High-Side Eingang und einem Low-Side Eingang, wobei der High-Side Signalausgang, der High-Side Hochpotentialeingang und der High-Side Niedrigpotentialeingang jeweils an einen externen Anschluss geführt sind und der High-Side Signaleingang über eine Steuerlogikschaltung mit dem High-Side Eingang verbunden ist, wobei der Low-Side Signalausgang an einen externen Anschluss geführt ist, der Low-Side Hochpotentialeingang mit dem Betriebsspannungsanschluss und der Low-Side Niedrigpotentialeingang mit dem Masseanschluss verbunden sind, und der Low-Side Signaleingang mit dem Low-Side Eingang verbunden ist. Eine Anpassung an eine Brückenschaltung erfolgt durch geeignete Beschaltung der externen Anschlüsse.This object is achieved by a half-bridge driver according to the invention with the features of the main claim. This half-bridge driver is characterized in that the Half-bridge driver is designed as an integrated circuit, comprising an operating voltage terminal and a ground terminal. For each half-bridge to be controlled, the integrated circuit has a half-bridge driver, with a high-side input and a low-side input, wherein the high-side signal output, the high-side high-potential input and the high-side low potential input are each led to an external connection and the high-side signal input is connected to the high-side input via a control logic circuit, the low-side signal output being connected to an external terminal, the low-side high-potential input being connected to the operating voltage terminal and the low-side low-potential input being connected to the ground terminal , and the low-side signal input is connected to the low-side input. An adaptation to a bridge circuit takes place by suitable wiring of the external connections.
Der Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass der High-Side Treiber bis auf seinen Signaleingang nicht innerhalb der integrierten Schaltung verschaltet ist. Stattdessen sind seine restlichen Eingänge auf externe Anschlüsse der integrierten Schaltung nach Außen geführt. Externer Anschluss bedeutet in diesem Fall, dass der Anschluss beispielsweise über einen Anschlusspin oder eine Bond- oder Lötstelle von außen kontaktierbar ist. Der High-Side Treiber kann daher durch die externe Beschaltung an verschiedene Brückentopologien angepasst werden. Durch entsprechende Verschaltung kann beispielsweise der High-Side Treiber mit einem schwebendem Potential (floating potential) oder einem festen Potential betrieben werden.The advantage of the invention consists in the fact that the high-side driver is not interconnected except for its signal input within the integrated circuit. Instead, its remaining inputs are routed externally to external terminals of the integrated circuit. External connection in this case means that the connection can be contacted, for example, via a connection pin or a bonding or soldering point from the outside. The high-side driver can therefore be adapted to different bridge topologies thanks to the external wiring. By appropriate interconnection, for example, the high-side driver can be operated with a floating potential or a fixed potential.
Der integrierte Halbbrückentreiber kann dadurch für eine Vielzahl an verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, für die im Stand der Technik viele verschiedene Halbbrückentreiber notwendig wären. Der erfindungsgemäße Halbbrückentreiber ist daher auch in größeren Stückzahlen und daher wesentlich kostengünstiger herstellbar.The integrated half-bridge driver can thereby be used for a variety of different applications, for which many different half-bridge drivers would be necessary in the prior art. The half-bridge driver according to the invention is therefore also in larger quantities and therefore much cheaper to produce.
Zum Schalten des High-Side Treibers können aufgrund des wählbaren Potentials unterschiedliche Spannungen notwendig sein. Daher ist es zweckmäßig, wenn die Steuerlogikschaltung einen Pegelumsetzer zur Ansteuerung des High-Side Treibers aufweist. Durch diesen Pegelumsetzer ist das Schaltsignal immer dem Treiberpotential entsprechend richtig angepasst.To switch the high-side driver, different voltages may be necessary due to the selectable potential. Therefore, it is expedient if the control logic circuit has a level converter for driving the high-side driver. Through this level converter, the switching signal is always adjusted according to the driver potential accordingly.
Eine zusätzliche Anwendungsmöglichkeit ergibt sich für den erfindungsgemäßen Halbbrückentreiber, wenn der High-Side Eingang zusätzlich an einen externen Anschluss geführt ist. Dadurch kann anstelle des internen High-Side Treibers auch ein externer Gatetreiber angesteuert werden. Dies ist beispielsweise in Anwendungen mit hohen Versorgungsspannungen, beispielsweise 230V, von Vorteil, weil nur ein kleiner Teil der Schaltung auf diese Betriebsspannung angepasst werden muss.An additional application possibility arises for the half-bridge driver according to the invention, if the high-side input is additionally routed to an external connection. As a result, an external gate driver can be controlled instead of the internal high-side driver. This is advantageous, for example, in applications with high supply voltages, for example 230V, because only a small part of the circuit has to be adapted to this operating voltage.
Um eine solche externe Ansteuerung zu unterstützen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuerlogikschaltung einen Umschalter aufweist, mit dem der High-Side Treiber schaltbar mit dem High-Side Eingang oder dem Low-Side Eingang verbindbar ist. Auf diese Weise kann der High-Side Treiber auch mit dem Low-Side Signal geschaltet werden, insbesondere, wenn die High-Side durch einen externen Gatetreiber geschaltet wird. Dadurch lassen sich beispielsweise große Leistungstransistoren mit einer hohen Gate-Kapazität leichter ansteuern. Dies ist beispielsweise bei Schaltungen mit IGBT-Leistungsschaltern und hohen Betriebsspannungen nutzbar und von Vorteil.In order to support such an external control, it may be advantageous if the control logic circuit has a changeover switch with which the high-side driver can be connected to the high-side input or the low-side input in a switchable manner. In this way, the high-side driver can also be switched with the low-side signal, in particular if the high-side driver is switched by an external gate driver. As a result, for example, large power transistors with a high gate capacitance can be controlled more easily. This is useful, for example, in circuits with IGBT circuit breakers and high operating voltages and advantageous.
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung weist die Steuerlogikschaltung einen Umschalter auf, mit dem das High-Side Eingangssignal invertierbar ist. Dies ermöglicht insbesondere bei P/N Halbbrücken eine einfachere Ansteuerung, da die Invertierung nicht bereits in der Motorsteuerung oder der Pulsbreitensteuerung vorgenommen werden muss.In an expedient embodiment of the invention, the control logic circuit has a switch with which the high-side input signal is invertible. This allows easier control, in particular in the case of P / N half-bridges, since the inversion does not have to be performed in the motor control or the pulse width control.
Die Umschalter können beispielsweise über externe Anschlüsse steuerbar sein. Alternativ kann eine solche Einstellung auch mit internen Registern vorgenommen werden, die beispielsweise über einen Serial Peripheral Interface Bus (kurz SPI) beschrieben werden.The switches can be controlled for example via external connections. Alternatively, such a setting can also be made with internal registers, which are described for example via a Serial Peripheral Interface Bus (SPI for short).
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Halbbrückentreiber eine integrierte Pulsweitenmodulationseinheit aufweist, die intern mit den High-Side und Low-Side Eingängen verbunden ist und/oder einen Mikrocontroller aufweist. Dadurch ist der Halbbrückentreiber noch universeller konfigurierbar. Eine integrierte Pulsweitenmodulationseinheit kann beispielsweise auch eine Sicherheitslogik beinhalten, die verhindert, dass die beiden Brückenschalter einer Halbbrücke gleichzeitig eingeschaltet sind.It is particularly advantageous if the half-bridge driver has an integrated pulse width modulation unit which is internally connected to the high-side and low-side inputs and / or has a microcontroller. This makes the half-bridge driver even more universally configurable. An integrated pulse width modulation unit may, for example, also include safety logic that prevents the two bridge switches of a half bridge from being switched on at the same time.
Ein solcher Halbbrückentreiber kann an einer beliebigen Motorsteuerung betrieben werden. Durch die Integration kann für die Motorsteuerung prinzipiell immer dasselbe Basisprogramm verwendet werden. Eine Anpassung an die Art der Brückenschaltung erfolgt ausschließlich im Halbbrückentreiber. Dazu kann hier der Mikrocontroller oder die Pulsbreitenmodulationseinheit verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten aufweisen, etwa einen nichtflüchtigen Speicher.Such a half-bridge driver can be operated on any motor controller. Due to the integration, the same basic program can always be used for the motor control. An adaptation to the type of bridge circuit takes place exclusively in the half-bridge driver. For this purpose, the microcontroller or the pulse width modulation unit may have different configuration options, such as a nonvolatile memory.
In diesem Fall können auch die Umschalter durch die Pulsbreitenmodulationseinheit oder durch den Mikrocontroller angesteuert sein.In this case, the switches can be controlled by the pulse width modulation unit or by the microcontroller.
Je nach Art der externen Beschaltung kann eine Hilfsstromquelle oder eine Hilfsspannungsquelle notwendig sein, insbesondere bei schwebendem Potential. In einer zweckmäßigen Ausführung weist daher der Halbbrückentreiber eine Hilfsstromquelle und/oder Hilfsspannungsquelle auf, die extern beschaltbar ist. Durch die Integration in die integrierte Schaltung sind weniger externe Komponenten notwendig. Die externe Beschaltung sorgt jedoch für eine universelle Verwendbarkeit. Depending on the type of external wiring, an auxiliary power source or an auxiliary power source may be necessary, especially when the potential is floating. In an advantageous embodiment, therefore, the half-bridge driver to an auxiliary power source and / or auxiliary voltage source, which is externally connected. Integration into the integrated circuit requires fewer external components. The external wiring, however, ensures universal usability.
Der erfindungsgemäße Halbbrückentreiber kann beispielsweise als System-on-a-Chip (SoC) oder als System-in-Package (SiP) ausgebildet sein.The half-bridge driver according to the invention can be designed, for example, as a system-on-a-chip (SoC) or as a system-in-package (SiP).
Zur Ansteuerung von mehrphasigen Elektromotoren sind mehrere Halbbrückentreiber notwendig. Es ist daher vorteilhaft, wenn in einer integrierten Schaltung mehrere Halbbrückentreiber vorhanden sind. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Halbbrückentreiber zur Ansteuerung von drei Halbbrücken ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es dabei, dass gemeinsam benutzbare Komponenten, wie beispielsweise eine Hilfsstromquelle, nur einmal notwendig sind.To control multiphase electric motors several half-bridge drivers are necessary. It is therefore advantageous if several half-bridge drivers are present in an integrated circuit. It is particularly advantageous if the half-bridge driver is designed to drive three half-bridges. It is advantageous that shared components, such as an auxiliary power source, are necessary only once.
Insbesondere kann der erfindungsgemäße Halbbrückentreiber in einer Ansteuerschaltung für einen Elektromotor verwendet werden. Ausführungen mit drei Halbbrücken eignen sich beispielsweise für einen dreiphasigen Synchron- oder Asynchronmotor. Andere vorteilhafte umfassen nur zwei Halbbrücken. Solche Ausgestaltungen eigenen sich beispielsweise zur Ansteuerung eines Gleichstrommotors (DC-Motor) in einer H-Brückenkonfiguration. Weiterhin ist beispielsweise auch eine Ausführung mit vier Halbbrücken möglich. In diesem Fall kann zusätzlich zu einem dreiphasigen Motor ein Gleichstromwandler (DCDC-Konverter) oder eine Power-Factor-Correction Einheit (PFC) mit angesteuert werden. Ebenfalls können mit vier Halbbrückentreibern bipolare Schrittmotoren oder zwei DC-Motoren in einer doppelten H-Brücken Konfiguration betrieben werden.In particular, the half-bridge driver according to the invention can be used in a drive circuit for an electric motor. Designs with three half-bridges are suitable, for example, for a three-phase synchronous or asynchronous motor. Other advantageous include only two half-bridges. Such embodiments are suitable, for example, for driving a DC motor (DC motor) in an H-bridge configuration. Furthermore, for example, an embodiment with four half-bridges is possible. In this case, in addition to a three-phase motor, a DC-DC converter (DCDC converter) or a Power-Factor-Correction unit (PFC) can also be controlled. Also, with four half-bridge drivers, bipolar stepper motors or two DC motors can be operated in a double H-bridge configuration.
Die Erfindung und einige beispielhafte Anwendungsmöglichkeiten sind nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Aufgrund der universellen Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Halbbrückentreibers dienen diese Ausführungsbeispiele lediglich der Verdeutlichung der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.The invention and some exemplary applications are explained below with reference to the accompanying drawings. Due to the universal applicability of the half-bridge driver according to the invention, these embodiments serve only to illustrate the invention and are in no way limiting.
Es zeigt:
-
1 : ein Blockschaltbild einer Motorsteuerung mit einem Halbbrückentreiber nach dem Stand der Technik, -
2 : ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Halbbrückentreibers, -
3 : ein Blockschaltbild einer Steuerlogikschaltung, -
4 ein Blockschaltbild des Halbbrückentreibers der2 in einemersten Anwendungsfall mit 12V Motorspannung und einer N/N Halbbrücke, -
5 ein Blockschaltbild des Halbbrückentreibers der2 in einem zweiten Anwendungsfall mit einer 24V Motorspannung und einer P/N Halbbrücke, -
6 ein Blockschaltbild des Halbbrückentreibers der2 in einem dritten Anwendungsfall mit einem externen Halbbrückentreiber, mit einer hohen Motorspannung (beispielsweise > 24V) und einer N/N oder P/N Halbbrücke.
-
1 FIG. 2 is a block diagram of a motor controller having a prior art half-bridge driver. FIG. -
2 FIG. 2: a simplified block diagram of a half-bridge driver according to the invention, FIG. -
3 FIG. 3 is a block diagram of a control logic circuit. FIG. -
4 a block diagram of the half-bridge driver of2 in a first application with 12V motor voltage and a N / N half-bridge, -
5 a block diagram of the half-bridge driver of2 in a second application with a 24V motor voltage and a P / N half-bridge, -
6 a block diagram of the half-bridge driver of2 in a third application with an external half-bridge driver, with a high motor voltage (eg> 24V) and an N / N or P / N half-bridge.
Die
Die Motoranordnung weist weiterhin eine Motorsteuerung
Weiterhin weist die Motorsteuerung
Eine sogenannte Capture Compare Unit (CCU)
Ein Analog/Digital Converter (ADC) mit einem Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA)
Daneben besitzt die Motoranordnung einen Spannungswandler
Die
Ein erfindungsgemäßer Halbbrückentreiber
Die EPWM
Für jede anzusteuernde Motorphase ist ein separater Halbbrückentreiber
Der High-Side Treiber
Der Trick der Erfindung besteht nun darin, dass der High-Side Treiber
Insbesondere ist der High-Side Treiber
Der Low-Side Treiber
Der Low-Side Signaleingang
Auf diese Weise kann der Halbbrückentreiber
In
Ein erster, durch ein Steuersignal der EPWM
Der Ausgang des ersten Schalters
Der Ausgang des Inverter-Schalters
Am Ausgang des zweiten Schalters folgt ein Pegelumsetzer
Der Halbbrückentreiber
In
Mögliche Anwendungen des Halbbrückentreibers sind im Folgenden mit Bezug auf die
Die
Der Low-Side Signalausgang LSx_GD_OUT ist in diesem Fall direkt mit dem Low-Side Brückenschalter
Der erste Schalter
Um das schwebende Potential zu realisieren, ist der High-Side Niedrigpotentialeingang HSx_GND mit einem Lastausgang
Der High-Side Hochpotentialeingang HSx_Vcc ist über eine erste Diode D1 mit einer Konstantwechselstromquelle
Die Sperrdiode D2 verhindert, dass Strom von der Konstantwechselstromquelle in die Motorspannungsquelle fließt. Die erste Diode D1 verhindert, dass Strom vom Motor M in die Konstantwechselstromquelle
Aufgrund der Motorspannung von 12 V beträgt das schwebende Potential am High-Side Niedrigpotentialeingang HSx_GND maximal 12 V. Die gezeigte externe Beschaltung sorgt nun dafür, dass das Potential am High-Side Hochpotentialeingang HSx_Vcc stets um die Spannung der Konstantwechselstromquelle über dem Potential am High-Side Niedrigpotentialeingang HSx_GND ist. Diese Potentialdifferenz ist notwendig, um die im High-Side Treiber
Anstelle der gezeigten Beschaltung mit einer Konstantwechselstromquelle
Die gezeigte externe Konstantwechselstromquelle
Die
Der Low-Side Signalausgang LSx_GD_OUT ist in diesem Fall direkt mit dem Low-Side Brückenschalter
Der High-Side Signalausgang HSx_GD_OUT ist ebenfalls direkt mit dem High-Side Brückenschalter
Der High-Side Hochpotentialeingang HSx_Vcc ist mit der Motorspannungsquelle
Der High-Side Niedrigpotentialeingang HSx_GND ist über eine zweite Diode D2 in Durchlassrichtung mit der Konstantwechselstromquelle
Alternativ kann anstelle der Konstantwechselstromquelle hier beispielsweise eine Z-Diode mit einem Widerstand als Spannungsquelle dienen.Alternatively, instead of the constant AC power source, here for example a Zener diode with a resistor can serve as the voltage source.
Die
Dieses Beispiel soll zeigen, wie der erfindungsgemäße IC
In dem Ausführungsbeispiel der
Der High-Side Hochpotentialeingang HSx_Vcc ist hier fest mit der 12 V Betriebsspannung
Der externe High-Side Treiber
Neben den hier gezeigten Anwendungsbeispielen sind noch zahlreiche andere Beschaltungen des erfindungsgemäßen integrierten Schaltkreises für einen Halbbrückentreiber denkbar und möglich. Der IC ist somit für viele verschiedene Anwendungen einsetzbar, weshalb er in größeren Stückzahlen kostengünstiger herstellbar ist.In addition to the application examples shown here are many other circuits of the integrated circuit according to the invention for a half-bridge driver conceivable and possible. The IC can thus be used for many different applications, which is why it can be produced more economically in larger quantities.
Halbbrückentreiber
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Brückenschaltungbridge circuit
- 22
- Halbbrückehalf bridge
- 33
- High-Side BrückenschalterHigh-side bridge switch
- 44
- Low-Side BrückenschalterLow-side bridge switch
- 55
- HalbbrückentreiberHalf-bridge driver
- 66
- High-Side TreiberHigh-side driver
- 77
- Low-Side TreiberLow-side driver
- 88th
- Motorsteuerungmotor control
- 99
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 1010
- LIN-BustreiberLIN bus driver
- 1111
- EPWMEPWM
- 1212
- CCUCCU
- 1313
- HallsensorHall sensor
- 1414
- ADC & PGAADC & PGA
- 1515
- MTCMTC
- 1616
- Spannungsteilervoltage divider
- 1717
- SpannungswandlerDC converter
- 1818
- High-Side EingangHigh-side entrance
- 1919
- Low-Side EingangLow-side entrance
- 2020
- High-Side SignaleingangHigh-side signal input
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---|---|---|---|---|
US20120105039A1 (en) | 2010-10-29 | 2012-05-03 | R2 Semiconductor, Inc. | Delay Block for Controlling a Dead Time of a Switching Voltage Regulator |
US20130207704A1 (en) | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Richtek Technology Corporation | Circuit and method for improving noise immunity of a single-end level shifter in a floating gate driver |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120105039A1 (en) | 2010-10-29 | 2012-05-03 | R2 Semiconductor, Inc. | Delay Block for Controlling a Dead Time of a Switching Voltage Regulator |
US20130207704A1 (en) | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Richtek Technology Corporation | Circuit and method for improving noise immunity of a single-end level shifter in a floating gate driver |
DE102013217173A1 (en) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Infineon Technologies Ag | Circuit arrangement comprising a half-bridge and circuit arrangement for driving a high-side switch |
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