预驱动器短路保护制造技术

本申请公开一种栅极驱动器电路108，其包括比较器204和栅极驱动器222。比较器204被配置为检测在第一功率场效应晶体管(FET)208中的短路。栅极驱动器222被配置为通过在第一驱动电流下产生第一信号来驱动第一功率FET 208的栅极。响应于比较器204检测到第一功率FET 208中的短路，栅极驱动器222还被配置为在第一下拉电流下脉冲第一信号。在脉冲结束之后，栅极驱动器222还被配置为在第一保持电流下驱动第一功率FET 208的栅极。第一保持电流小于第一下拉电流。

Pre drive short circuit protection

A gate driver circuit 108 is disclosed, which includes a comparator 204 and a gate driver 222. Comparator 204 is configured to detect a short circuit in the first power field effect transistor (FET) 208. The 222 gate driver is configured to drive the first gate power FET 208 through the first signal is generated in the first drive current. In response to the comparator 204 detects the first power FET 208 in the short circuit, the gate driver 222 is further configured to first pulse signal in the first pull-down current. At the end of the pulse after the gate driver 222 is further configured to maintain the current drive in the first gate of the first power FET 208. The first holding current is less than the first pull-down current.

【技术实现步骤摘要】
预驱动器短路保护

技术介绍
在许多应用中，电动机需要大电流(即，大于100A)以进行操作。在许多情况下，利用特殊功率场效应晶体管(FET)驱动这些大电流。利用栅极驱动器电路控制功率FET操作。栅极驱动器电路可以包括多个栅极驱动器，该多个栅极驱动器中的一个可以通过在驱动电流(即，上拉电流)下产生信号来驱动功率FET，以使功率FET接通。类似地，栅极驱动器可以将电流(以下拉电流)下拉以将功率FET断开。以这种方式，栅极驱动器电路可以控制功率FET的操作。有时，在功率FET内或其物理布线中发生短路。在常规系统中，栅极驱动器被配置为一旦检测到功率FET内的短路立即产生用于系统所有功率FET的下拉电流。该下拉电流被一致地提供到功率FET的栅极，直到所有功率FET被断开。如果短路导致功率FET连接到电源且栅极驱动器电路响应于这些故障而继续下拉功率FET的栅极，则驱动器电路将最终由于过大功率而烧毁，从而导致驱动器芯片的失效。
技术实现思路
以上所指出问题在很大程度上由用于保护栅极驱动器电路免于短路的系统和方法解决。在一些实施例中，栅极驱动器电路包括比较器和栅极驱动器。比较器被配置为检测第一功率场效应晶体管(FET)中的短路。栅极驱动器被配置为通过在第一驱动电流下产生第一信号(即，在第一驱动电流下产生“接通”或“断开”信号)来驱动第一功率FET的栅极。响应于比较器检测到在第一功率FET的任何端子之间的短路，栅极驱动器还被配置为在第一下拉电流下对第一功率FET的栅极进行脉冲。在脉冲结束之后，栅极驱动器还被配置为在第一保持电流下驱动第一功率FET的栅极。第一保持电流小于第一下拉电流。另一例示性实施例为控制系统，该控制系统包括微控制器(MCU)、第一功率FET，以及耦合到MCU和第一功率FET的栅极驱动器电路。MCU被配置为实现控制系统的状态改变。第一功率FET被配置为驱动电动机。栅极驱动器电路被配置为通过在驱动电流下产生第一信号来驱动第一功率FET的栅极。响应于第一功率FET中的短路，栅极驱动器电路还被配置为在第一下拉电流下脉冲第一信号。在脉冲结束之后，栅极驱动器电路还被配置为在第一保持电流下驱动第一功率FET的栅极。第一保持电流小于第一下拉电流。另一例示性实施例为用于保护栅极驱动器电路免于短路的方法。该方法包括在驱动电流下驱动第一功率FET的栅极。该方法还包括检测第一功率FET中的短路。响应于检测到短路，该方法还包括在第一下拉电流下将第一信号脉冲到第一功率FET的栅极。响应于脉冲信号的结束，该方法包括在第一保持电流下驱动第一功率FET的栅极。附图说明对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：图1示出根据各种实施例的控制系统的例示性方框图；图2示出根据各种实施例的栅极驱动器电路和功率FET电路的例示性方框图；图3示出根据各种实施例的功率FET的例示性信号对时间的曲线图；以及图4示出根据各种实施例的用于保护栅极驱动器电路免于短路的方法的例示性流程图。符号和声明贯穿以下描述和权利要求使用某些术语指代特定系统组件。如本领域技术人员将理解的，公司可以通过不同的名称指代组件。本文档不打算区分名称不同而非功能不同的组件。在下面的论述和权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式的方式使用，且因此应被解释为意指“包括但不限于...”。另外，术语“耦合”或“耦接”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接连接，或者通过经由其他设备和连接件的间接连接。“基于”的表述旨在意指“至少部分基于”。因此，如果X基于Y，则X可以基于Y以及任何数量的其他因素。具体实施方式以下论述涉及本专利技术的各种实施例。虽然这些实施例中的一个或更多个可为优选的，但是所公开的实施例不应被解释为或以其他方式用于限制本公开(包括权利要求)的范围。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，且任何实施例的论述仅意指是该实施例的范例，而不旨在暗示本公开(包括权利要求)的范围限于该实施例。在许多系统中，利用功率场效应晶体管(FET)驱动大电流以控制电动机。栅极驱动器通常控制这些功率FET的操作。栅极驱动器可以通过在驱动电流(即，上拉电流)下产生信号来驱动功率FET，以使功率FET接通。类似地，栅极驱动器可以将电流(以下拉电流)下拉以将功率FET断开。以这种方式，栅极驱动器电路可以控制功率FET的操作。有时，在功率FET内发生短路。在常规系统中，栅极驱动器被配置为一旦检测到功率FET内的短路立即产生用于系统的所有功率FET的下拉电流(有时约为1A)。该下拉电流被一致地提供到功率FET的栅极，直到所有的功率FET被断开。然而，在某些情况下，功率FET中的一个功率FET的栅极可能短路到提供高电压(例如，24V)的系统电源。因此，下拉电流可能不足以克服短路并且功率FET可保持接通。在常规系统中，当短路仍然存在时，但是即使不能克服短路，栅极驱动器仍继续产生下拉电流以试图将功率FET下拉。因此，当栅极驱动器连续地试图汲取(sink)下拉电流(约1A)时，许多电子组件可能由于过多的热积聚而被破坏。因此，希望设计安全系统，该安全系统在检测到短路时能够使功率FET下拉，但是如果短路不能克服，也不会破坏附加的电子组件。根据所公开的原理，一旦在系统的功率FET中检测到短路，则栅极驱动器可以被配置为脉冲下拉电流以快速下拉所有的功率FET。然而，脉冲仅在预定(有时是短暂的)时间段内提供下拉电流。因此，如果不能克服短路，则栅极驱动器不会无限期地试图汲取下拉电流。一旦脉冲已经结束，栅极驱动器被配置为产生待提供至功率FET的栅极的更小(例如30mA)保持电流。这维持系统浮动，同时不产生可能破坏附加电子组件的过多的热。此外，如果曾经克服短路，则该保持电流可以最终下拉(即，断开)受影响的功率FET。因此，这些外部功率FET在需要时(即，在相位短路期间)被快速关停，同时避免由于过多的热导致的损坏(由于栅极到电源的短路)。图1示出根据各种实施例的控制系统100的例示性方框图。控制系统100可以包括电源单元(PSU)102、功率FET电路104、微控制器(MCU)106、栅极驱动器电路108和电动机110。在一些实施例中，控制系统100被配置为控制电动机110的驱动。尽管图1所描绘的控制系统100被配置为控制电动机110，但在另选实施例中，控制系统100可以被配置为控制包括任何类型的电路的任何类型的设备。PSU102可以是任何类型的电气设备，该电气设备被配置为在给定电压(例如，24V)下产生电源124从而为控制系统100的其余组件(即，功率FET电路104、MCU106、栅极驱动器电路108)提供电能以进行操作。PSU102可以是包括DC电源、AC到DC电源、线性调节器、AC电源、切换式电源，不间断电源(UPS)、电池等的任何类型电源。因为由PSU102供应的电源可能太高而不能直接对一些组件供电，在一些实施例中，一个或更多个电压调节器(未示出)被配置为接收由PSU102供应的电力，并在恒定电压下产生输出信号以直接为控制系统100的其他组件(例如，可以集成在相同集成电路上的MCU106和栅极驱动器电路108)供电。这些一个或更多个电压调节器可为低压降(LDO)调节器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极驱动器电路，其包括：比较器，其被配置为检测第一功率场效应晶体管即FET中的短路；以及栅极驱动器，其被配置为：通过在第一驱动电流下产生第一信号来驱动所述第一功率FET的栅极；以及响应于所述比较器检测到所述第一功率FET中的短路，在第一下拉电流下脉冲所述第一信号，并且在所述脉冲结束之后，在第一保持电流下驱动所述第一功率FET的所述栅极，所述第一保持电流小于所述第一下拉电流。

【技术特征摘要】
2016.04.29 US 15/142,8521.一种栅极驱动器电路，其包括：比较器，其被配置为检测第一功率场效应晶体管即FET中的短路；以及栅极驱动器，其被配置为：通过在第一驱动电流下产生第一信号来驱动所述第一功率FET的栅极；以及响应于所述比较器检测到所述第一功率FET中的短路，在第一下拉电流下脉冲所述第一信号，并且在所述脉冲结束之后，在第一保持电流下驱动所述第一功率FET的所述栅极，所述第一保持电流小于所述第一下拉电流。2.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中：所述比较器还被配置为检测第二功率FET中的短路；以及所述栅极驱动器还被配置为：通过在第二驱动电流下产生第二信号来驱动所述第二功率FET的栅极；以及响应于所述比较器检测到所述第二功率FET中的短路，在第二下拉电流下脉冲所述第二信号，并且在所述脉冲结束之后，在第二保持电流下驱动所述第二功率FET的所述栅极，所述第二保持电流小于所述第二下拉电流。3.根据权利要求2所述的栅极驱动器电路，其中所述栅极驱动器还被配置为响应于所述比较器检测到所述第一功率FET中的所述短路，在所述第二下拉电流下脉冲所述第二信号，并且在所述脉冲结束后，在所述第二保持电流下驱动所述第二功率FET的所述栅极。4.根据权利要求2所述的栅极驱动器电路，其中所述栅极驱动器还被配置为响应于所述比较器检测到所述第二功率FET中的所述短路，在所述第一下拉电流下脉冲所述第一信号，并且在所述脉冲结束后，在所述第一保持电流下驱动所述第一功率FET的所述栅极。5.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述比较器被配置为通过确定所述第一功率FET的栅极到源极电压以检测第一功率FET中的所述短路。6.一种控制系统，其包括：微控制器即MCU，其被配置为实现用于所述控制系统的状态改变；第一功率场效应晶体管即FET，其被配置为驱动电动机；以及栅极驱动器电路，其耦合到所述MCU和所述第一功率FET，所述栅极驱动器电路被配置为：通过在驱动电流下产生第一信号来驱动所述第一功率FET的栅极；以及响应于在所述第一功率FET中的短路，在第一下拉电流下脉冲所述第一信号，并且在所述脉冲结束之后，在第一保持电流下驱动所述第一功率FET的所述栅极，所述第一保持电流小于所述第一下拉电流。7.根据权利要求6所述的控制系统，其还包括被配置为驱动所述电动机的第二功率FET，其中所述栅极驱动器电路还被配置为通过在所述驱动电流下产生第二信号来驱动所述第二功率FET的栅极，并且响应于所述第二功率FET中的短路，在第二下拉电流下脉冲所述第二信号，并且在所述脉冲结束之后，在第二保持电流下驱动所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·亚马那卡，S·布拉萨布拉马尼安，T·檀娜卡，M·加格，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US