技术领域
[0001] 本实用新型涉及车载
电机控制器领域，尤其是对驱动拓扑的上
下管的驱动
信号之间插入合适死区时间的一种硬件死区电路。
背景技术
[0002] 一般地，在车载电机控制器领域，通过对绝缘栅双极型晶体管IGBT或者金属
氧化物
半导体场效应管MOSFET等功率器件进行
空间矢量脉冲宽度调制，以获得所需的信号
频率和幅值。传统的车载电机控制器通常采用两电平驱动拓扑模
块进行控制，参阅图1，示出了典型的驱动拓扑模块原理图，该驱动拓扑模块包括六个桥式连接的功率器件管Q1～Q6，六个功率器件管两两并联在高压
电池HVUDC的两端，分成三个桥臂，每个桥臂包括一个
上管一个下管，由于上述功率器件管自身结构原因，存在开通和关断延迟现象，若没有在上管和下管的驱动信号之间插入合适的死区时间，将导致上下管直通，从而使得控制器功能失效甚至器件损坏。
[0003] 为了尽量降低该影响，避免由于关断延迟效应造成上下管直通，有必要设置死区时间，通常死区时间大，模块工作会更可靠，但输出
波形容易失真且降低输出效率；死区时间小，输出波形要好一些，但会降低可靠性，存在一定上下管直通的
风险。所以合理地设置死区时间对系统工作的安全性和效率起到关键的作用。现有的死区时间设置一般是由控制
软件输出控制，但控制软件有可能失效，不够可靠，如当控制软件的程序跑飞或受到干扰时，就有可能使上下管的PWM信号重合，进而有导致模块损坏的风险。实用新型内容
[0004] 针对上述问题，本实用新型提供一种硬件死区电路，利用高通
滤波器的延时特性和
施密特触发器的波形整形功能产生死区时间，进而防止上下管直通，提高控制系统的可靠性和安全性。
[0005] 本实用新型通过以下技术方案来实现，一种硬件死区电路，包括第一模块和第二模块，所述第一模块包括一正向的第一施密特触发器、一反向的第二施密特触发器、一
高通滤波器和一逻辑与
门，所述第二模块包括一反向的第三施密特触发器、一反向的第四施密特触发器、一高通滤波器和一逻辑与门，其中：
[0006] 所述第一模块的所述第一施密特触发器接入PWM信号且输出分两路，一路接所述逻辑与门的第一输入端，另一路依次接所述高通滤波器、所述第二施密特触发器、所述逻辑与门的第二输入端，所述逻辑与门输出带有死区时间的PWMH信号；
[0007] 所述第二模块的所述第三施密特触发器接入PWM信号且输出分两路，一路接所述逻辑与门的一输入端，另一路依次接所述高通滤波器、所述第四施密特触发器、所述逻辑与门的另一输入端，所述逻辑与门输出带有死区时间的互补的PWML信号。
[0008] 利用高通滤波器的延时特性和施密特触发器的波形整形功能产生死区时间，将PWM信号换成带有死区时间的PWMH信号和互补的PWML信号，利用PWMH信号和互补的PWML信号分别控制上下管，有效防止了上下管直通的现象出现，提高了控制系统的可靠性和安全性。
[0009] 本实用新型硬件死区电路的进一步改进在于，所述高通滤波器为一阶高通滤波器，包括一电容和一
电阻，所述电容的一端为所述高通滤波器的输入端，所述电容的另一端接所述电阻，所述电阻接地，所述电容与所述电阻之间为所述高通滤波器的输出端。
[0010] 采用只包含一个电容和一个电阻的一阶高通滤波器，使该电路更加简化，成本更加低廉。
[0011] 本实用新型硬件死区电路的进一步改进在于，所述电阻为可变电阻。
[0012] 通过上述改进，可实现对死区时间的灵活调整，使该硬件死区电路具有较好的通用性。
[0013] 一种带有硬件死区电路的控制系统，包括一
单片机、一驱动拓扑模块、三个硬件死区电路，所述单片机向三个所述硬件死区电路发出所述PWM信号，所述驱动拓扑模块包括三个桥臂，三个所述硬件死区电路分别连接并控制三个所述桥臂。通过硬件死区电路的设置，有效防止了驱动拓扑模块的上下管直通，提高了控制系统的可靠性和安全性。
[0014] 本实用新型控制系统的进一步改进在于，每个所述桥臂包括一个上
三极管和一个下三极管，所述硬件死区电路中的所述PWMH信号与所述上三极管连接、所述PWML信号与相同所述桥臂的所述下三极管连接。
[0015] 本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：利用高通滤波器的延时特性和施密特触发器的波形整形功能产生死区时间，得到互补的带有死区时间的PWMH信号和PWML信号，分别控制上下管，有效防止了上下管直通的现象发生，提高了控制系统的可靠性和安全性；另外，通过一阶高通滤波器及可变电阻的设置，使电路简单、成本低廉，且方便对死区时间灵活调整，使该电路具有较好的通用性。
附图说明
[0016] 图1为典型的驱动拓扑模块原理图；
[0017] 图2为本实用新型较佳
实施例的电路原理图；
[0018] 图3为图2中V1～V6
节点处对应PWM信号的波形图；
[0019] 图4为本实用新型带有硬件死区电路的控制系统的电路原理图。
具体实施方式
[0020] 以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本
说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0021] 下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0022] 对于本实用新型的一较佳实施例，参阅图2所示，一种硬件死区电路，包括第一模块和第二模块，所述第一模块包括正向的第一施密特触发器IC1、反向的第二施密特触发器IC2、第一高通滤波器和第一逻辑与门IC3，所述第二模块包括一反向的第三施密特触发器IC4、一反向的第四施密特触发器IC5、第二高通滤波器和第二逻辑与门IC6，其中：
[0023] 所述第一模块的第一施密特触发器IC1的输入端接PWM信号、输出端分别接第一高通滤波器的输入端和第一逻辑与门IC3的第一输入端，第一高通滤波器的输出端接第二施密特触发器IC2的输入端，第二施密特触发器IC2的输出端接第一逻辑与门IC3的第二输入端，第一逻辑与门IC3的输出端输出开通上升沿插入死区时间的PWMH信号；
[0024] 所述第二模块的第三施密特触发器IC4的输入端接PWM信号、输出端分别接第二高通滤波器的输入端和第二逻辑与门IC6的第一输入端，第二高通滤波器的输出端接第四施密特触发器IC5的输入端，第四施密特触发器IC5的输出端接第二逻辑与门IC6的第二输入端，第二逻辑与门IC6的输出端输出开通上升沿插入死区时间的互补的PWML信号；
[0025] 需要注意的是，本硬件死区电路中各元件的参数设定需满足产生的死区时间能够保证在关断管的
电流下降至10％之前，开通管的电流上升值不超过10％，以确保关断管完全关闭之后开通管才打开，进而达到防止上下管直通的目的。
[0026] 进一步地，本实施例选用一阶高通滤波器作为第一高通滤波器和第二高通滤波器，具体地：第一高通滤波器包括第一电容C1和第一电阻R1，第一电容C1的第一端为第一高通滤波器的输入端，第一电容C1的第二端分两路，一路作为第一高通滤波器的输出端，另一路接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接地；第二高通滤波器包括第二电容C2和第二电阻R2，第二电容C2的第一端为第二高通滤波器的输入端，第二电容C2的第二端分两路，一路作为第二高通滤波器的输出端，另一路接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端接地。
[0027] 进一步地，第一电阻R1和第二电阻R2均为可变电阻。通过调整第一电阻R1和第二电阻R2的阻值来实现对第一电容C1和第二电容C2的充放电时间的调整，进而实现对死区时间的调整，使该硬件死区电路具有较好的通用性。
[0028] 本实用新型提供了一种带有硬件死区电路的控制系统，参阅图3所示，包括一单片机、一驱动拓扑模块、三个硬件死区电路，单片机向三个硬件死区电路发出所述PWM信号，驱动拓扑模块包括三个桥臂，三个硬件死区电路分别连接并控制三个桥臂。
[0029] 在一较佳实施例中，驱动拓扑模块包括六个三极管Q1～Q6，Q1、Q3、Q5分别为三个桥臂的上三极管，对应的Q2、Q4、Q6为三个桥臂的下三级管；每个硬件死区电路将接收到的PWM信号转换成一对带有死区时间的PWMH信号和PWML信号，每对PWMH信号和PWML信号通过一个驱动芯片接至驱动拓扑模块的一个桥臂上，且使PWMH信号驱动上三级管，PWML信号驱动对应的下三极管。
[0030] 上述实施例的控制系统，有效防止了驱动拓扑模块的上下管直通，提高了可靠性和安全性。
[0031] 该硬件死区电路的工作原理如下：
[0032] 参阅图4所示，PWM信号经过正向的第一施密特触发器IC1得到整形的PWM信号V1，经过反向的第三施密特触发器IC4得到整形后的互补PWM信号V4；
[0033] 整形后的PWM信号V1经过第一高通滤波器于第一电容C1和第一电阻R1之间形成指数信号V2，整形后的互补PWM信号V4经过第二高通滤波器于第二电容C1和第二电阻R1之间形成指数信号V5；
[0034] 指数信号V2经过反向的第二施密特触发器IC2，由于第二施密特触发器IC2在V2的
电压值大于VN时输出低电平，V2的电压值小于VN时输出高电平，所以第二施密特触发器IC2的输出端会输出短脉冲信号V3，指数信号V5经过反向的第四施密特触发器IC5，由于第四施密特触发器IC5在V5的电压值大于VN时输出低电平，V5的电压值小于VN时输出高电平，所以第四施密特触发器IC5的输出端会输出短脉冲信号V6；
[0035] 整形的PWM信号V1与整形的短脉冲信号V3经过第一逻辑与门IC3做逻辑相与，取交集得到开通上升沿插入死区时间T的PWMH信号，整形的互补PWM信号V4与整形的短脉冲信号V6经过第二逻辑与门IC6做逻辑相与，取交集得到开通上升沿插入死区时间T的互补的PWML信号，PWMH信号与PWML信号共同形成控制上下管正常关断和延迟开通的驱动信号。
[0036] 以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
