操作晶体管的方法、包括保护驱动器的电路和集成电路技术

技术编号:19127003 阅读:12 留言:0更新日期:2018-10-10 08:20
公开了一种操作晶体管的方法、包括保护驱动器的电路和集成电路。该方法包括:基于控制信号来导通和关断晶体管;监测晶体管的集电极节点的电压;检测晶体管的集电极节点的电压是否大于第一阈值;并且在检测到晶体管的集电极节点的电压大于第一阈值之后,将跨晶体管的负载路径的电压调节至第一目标电压。

【技术实现步骤摘要】
操作晶体管的方法、包括保护驱动器的电路和集成电路
本专利技术总体上涉及电子电路,以及在特定实施方式中,涉及具有集成式主动保护的晶体管。
技术介绍
晶体管器件被广泛用作各种不同应用(例如工业、机动车辆或消费者应用)中的电子开关。这些应用可以包括电力转换、电机驱动、感应加热或照明应用等等。在许多这些应用中,驱动器基于PWM(脉宽调制)信号来导通和关断晶体管器件。该PWM信号的频率可以取决于应用的类型和/或相应应用的工作状态。例如,在可以使用晶体管器件来驱动加热电阻器的加热应用中,PWM信号的频率可以为几十Hz;在可以使用晶体管器件来驱动诸如发光二极管(LED)的灯的照明应用中,PWM信号的频率可以是几百赫兹;在可以使用晶体管器件来驱动电磁阀的机动车辆应用中,PWM信号的频率可以为几千赫(kHz);在可以使用晶体管器件来驱动有刷DC电机的电机驱动应用中,PWM信号的频率可以是几十kHz;以及在可以使用晶体管器件来驱动感性负载(扼流器)的电力转换应用中,PWM信号的频率可以为几十kHz至几百kHz。晶体管器件可以用不同的技术来实现。由于每种晶体管技术通常在不同的性能指标、尺寸和成本之间提供不同的折衷,因此对晶体管类型的选择会是重要的。例如,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通常针对高的效率和开关进行优化。IGBT通常还能够在非常高的电压下工作,击穿电压可以达到1kV、1.2kV或更高。诸如IGBT的技术可以适用于诸如感应加热(IH)炊具的应用。IH炊具非常受欢迎,部分原因是其高能效。为了实现高能效,由于软开关损耗和较低的EMI频谱,IH炊具可以使用谐振转换器拓扑结构。
技术实现思路
根据一个实施方式,一种操作晶体管的方法包括:基于控制信号来导通和关断晶体管;监测晶体管的集电极节点的电压;检测晶体管的集电极节点的电压是否大于第一阈值;并且在检测到所述晶体管的集电极节点的电压大于第一阈值之后,将跨晶体管的负载路径的电压调节至第一目标电压。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点,现在参考以下结合附图进行的描述,在附图中:图1示出了根据本专利技术的实施方式的示例性IH炊具系统;图2a示出了根据本专利技术的实施方式的IH炊具子系统中的受保护的IGBT;图2b示出了根据本专利技术的实施方式的保护驱动器的高级视图;图2c示出了根据本专利技术的实施方式的具有限流器电路的图的保护驱动器;图2d示出了根据本专利技术的实施方式的IH炊具子系统的波形;图2e和图2f示出了根据本专利技术的实施方式的具有两个不同AC输入电压的跨IGBT202的负载路径的Vce和电流的波形;图2g示出了根据本专利技术的实施方式的具有过电压保护电路的图的保护驱动器;图2h示出了根据本专利技术的实施方式的在过电压状况期间IGBT的Vce、跨IGBT的负载路径的电流以及IGBT的栅极的电压;图2i示出了根据本专利技术的实施方式的具有诊断电路的图的受保护的IGBT;图2j示出了根据本专利技术的实施方式的具有电压范围和故障类型的表;图2k示出了操作IGBT晶体管的实施方式方法的流程图;图3示出了根据本专利技术的另一实施方式的具有限流器电路的图的保护驱动器;图4示出了根据本专利技术的另一实施方式的具有过电压保护电路的图的保护驱动器;图5a示出了根据本专利技术的又一实施方式的具有过电压保护电路541的图的保护驱动器;图5b示出了根据本专利技术的实施方式的在过电压状况期间IGBT的Vce、跨IGBT的负载路径的电流和IGBT的栅极的电压;图5c和图5d示出了操作过电压保护电路的实施方式方法的流程图;图6示出了根据本专利技术的另一实施方式的IH炊具子系统中的受保护的IGBT;图7a示出了根据本专利技术的实施方式的IH炊具子系统中的保护驱动器;图7b和图7c示出了根据本专利技术的实施方式的分别在从仿真烹饪表面的PCB设置移除烹饪容器之前和之后流过二极管的电流的单个脉冲波形;以及图7d示出了根据本专利技术的另一实施方式的在从烹饪表面移除烹饪容器之前和之后流过二极管的电流的波形。除非另外指出,否则不同附图中的相应数字和符号一般指代相应的部分。附图被绘制成清楚地示出优选实施方式的相关方面,并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施方式,指示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以遵循图号。具体实施方式下面详细讨论当前优选实施方式的实现和使用。然而,应该理解的是,本专利技术提供了许多可以在各种各样的特定情况下实施的可应用的专利技术构思。所讨论的特定实施方式仅仅是说明形成和使用本专利技术的特定方式,而并不限制本专利技术的范围。将关于特定背景下的优选实施方式、在各种实现方式和系统中具有集成式主动保护的IGBT来描述本专利技术。本专利技术的实施方式可以与单端并联谐振拓扑结构的其他实现、其他类型的晶体管、替选实现以及其他系统(例如微波炉和电饭锅)一起使用。在本专利技术的实施方式中,IGBT与过电压保护电路、限流器电路和超温传感器集成。集成的温度传感器能够监测IGBT的结温,而集成的限流器电路和过电压保护电路能够保护IGBT免受过电流或过电压状况的损害。限流器电路可以在栅极驱动器环路中没有感测电阻器的情况下被实现。过电压保护电路可以通过具有在检测到过电压状况时调节跨IGBT的负载路径的电压的调节回路来被实现。一些实施方式可以在检测到过电压状况之后将跨IGBT的负载路径的电压调节至固定的目标电压。其他实施方式可以在检测到过电压状况之后动态地调节跨IGBT的负载路径的电压。IH炊具是通过提供通过感应线圈的AC电流来加热负载(通常为烹饪容器)的系统。感应线圈在烹饪容器中诱导出涡流,涡流导致烹饪容器升温。通常,烹饪容器使用从磁场产生涡流和热量的诸如铁的材料制成。AC电流的频率和占空比可以被调整和优化以在特定类型的材料上产生热量。AC电流的生成效率可以通过使用被调整到特定谐振频率的谐振回路(resonancetank)来被优化。图1示出了根据本专利技术的实施方式的示例性IH炊具系统100。IH炊具系统100包括AC电源124、桥式整流器118、谐振回路105、负载144、IGBT102、外部温度传感器110和112、栅极驱动器120、控制器126和134、电容器108以及用户界面142和140。谐振回路105包括谐振电感器106和谐振电容器104。控制器126包括模数转换器(ADC)132、比较器块130、输出块128和保护控制块127。在正常工作期间,桥式整流器118对由AC电源124提供的电压进行整流。当IGBT102导通时,电流可从节点VRECT+流过谐振电感器106并流过IGBT102的负载路径。当IGBT102关断时,流过谐振电感器106的电流流入谐振电容器104,直到流过谐振电感器106的电流达到零。当流过谐振电感器的电流达到零时,跨谐振电容器104的电压处于其周期内的最大值处。在流过谐振电感器的电流达到零之后,跨谐振电容器104的电压使得电流沿相反的方向流过谐振电感器106,从而使谐振电容器104放电。这样的电流可以给电容器108充电,并且可以通过IGBT的二极管再循环,这可以降低跨IGBT102的负载路径的电压。在跨IGBT102的负载路径的电压降低至例如零伏特之后,可以利用零电压开关(ZVS)来使IGBT102导通,从而重复序列。当节点VRECT+的电压较高时,流过IGBT102本文档来自技高网
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操作晶体管的方法、包括保护驱动器的电路和集成电路

【技术保护点】
1.一种操作晶体管的方法,包括:基于控制信号来导通和关断所述晶体管;监测所述晶体管的集电极节点的电压;检测所述晶体管的集电极节点的电压是否大于第一阈值;并且在检测到所述晶体管的集电极节点的电压大于所述第一阈值之后,将跨所述晶体管的负载路径的电压调节至第一目标电压。

【技术特征摘要】
2017.03.16 US 15/460,9381.一种操作晶体管的方法,包括:基于控制信号来导通和关断所述晶体管;监测所述晶体管的集电极节点的电压;检测所述晶体管的集电极节点的电压是否大于第一阈值;并且在检测到所述晶体管的集电极节点的电压大于所述第一阈值之后,将跨所述晶体管的负载路径的电压调节至第一目标电压。2.根据权利要求1所述的方法,其中,调节跨所述晶体管的负载路径的电压包括:监测所述晶体管的集电极节点的电压;以及基于所监测的所述晶体管的集电极节点的电压来调整跨所述晶体管的负载路径的电压。3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述晶体管包括绝缘栅双极型晶体管IGBT。4.根据权利要求1所述的方法,还包括:在检测到所述晶体管的集电极节点的电压大于所述第一阈值时的第一时段之后,将跨所述晶体管的负载路径的电压调节至第二目标电压。5.根据权利要求1所述的方法,还包括:监测流过所述晶体管的负载路径的电流;并且当流过所述晶体管的负载路径的电流大于第二阈值时,关断所述晶体管。6.根据权利要求1所述的方法,其中,导通和关断所述晶体管还包括:在控制端子处接收所述控制信号;当所述控制端子的电压低于第二阈值时,导通所述晶体管;以及当所述控制端子浮置时,将所述控制端子拉高至第一电压。7.根据权利要求6所述的方法,还包括:确定在所述晶体管中是否发生故障状况;并且基于是否发生了故障状况来确定所述第一电压。8.根据权利要求1所述的方法,还包括:通过导通和关断所述晶体管来加热烹饪容器。9.根据权利要求1所述的方法,还包括:监测流过跨所述晶体管的负载路径耦接的二极管的二极管电流;并且当所述二极管电流大于预定二极管电流阈值时检测负载移除事件。10.一种包括保护驱动器的电路,所述保护驱动器包括:栅极驱动器,其被配置成耦接至晶体管并且被配置成基于控制信号来导通和关断所述晶体管;过电压检测电路,其被配置成:监测所述晶体管的集电极节点的电压;检测所述晶体管的集电极节点的电压是否大于第一阈值;以及调节器电路,其被配置成:在所述过电压检测电路检测到所述晶体管的集电极节点的电压大于所述第一阈值之后,将跨所述晶体管的负载路径的电压调节至第一目标电压。11.根据权利要求10所述的电路,其中,所述调节器电路基于所监测的所述晶体管的集电极节点的电压来调整跨所述晶体管的负载路径的电压。12.根据权利要求10所述的电路,还包括所述晶体管。13.根据权利要求12所述的电路,其中,所述晶体管包括绝缘栅双极型晶体管IGBT。14.根据权利要求13所述的电路,还包括耦接至所述晶体管的负载路径的感应线圈。15.根据权利要求10所述的电路,其中,所述调节器电路还被配置成:在所述过电压检测电路检测到所述晶体管的集电极节点的电压大于所述第一阈值时的第一时段之后,将跨所述晶体管的负载路径的电压调节至第二目标电压。16.根据权利要求15所述的电路,其中,所述第二目标电压高于所述第一目标电压。17.根据权利要求10所述的电路,其中,所述保护驱动器还包括限流器电路,所述限流器电路被配置成当流过所述晶体管的负载路径的电流具有大于第二阈值的幅度时关断所述晶体管。18....

【专利技术属性】
技术研发人员:彼得·布雷德迈尔约格·塞雷索托马斯·基默
申请(专利权)人:英飞凌科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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