用于保护功率开关的电路和方法技术

公开了一种用于在导通期间保护功率开关的方法和电路。该方法包括：感测通过功率开关的电流的变化处于调节中；测量通过功率开关的电流的变化处于调节中的时间；以及将通过功率开关的电流的变化处于调节中的时间与参考时间进行比较。如果通过功率开关的电流的变化处于调节中的时间超过参考时间，则生成可用于禁用功率开关的过电流信号。

Circuits and Methods for Protecting Power Switches

A method and circuit for protecting power switches during turn-on are disclosed. The method includes: sensing the change of the current through the power switch in the regulation; measuring the time when the change of the current through the power switch is in the regulation; and comparing the time when the change of the current through the power switch is in the regulation with the reference time. If the time when the current changes through the power switch are in adjustment exceeds the reference time, an overcurrent signal that can be used to disable the power switch is generated.

【技术实现步骤摘要】
用于保护功率开关的电路和方法
本专利技术一般地涉及结合经调节的di/dt和dv/dt的功率开关的过流和过压保护的系统和方法。
技术介绍
电力转换器使用各种类型的功率开关。这些电力转换器的输出可能经历短路或过载状况。虽然已知用于处理短路和过电压状况的保护电路，但是尽快检测这些状况以使功率开关中的功耗最小化是很重要的。现有的保护电路可能具有相对慢的反应时间，并且可能无法防止内部温度上升到可能永久损坏或破坏功率开关的水平。
技术实现思路
根据本专利技术的实施方式，一种用于保护功率开关的电路包括：第一功率开关节点、第二功率开关节点和第三功率开关节点；反馈电路，其耦接到所述功率开关节点中的至少一个功率开关节点，用于调节通过功率开关的电流的变化；以及耦接到反馈电路的检测器电路，其具有用于识别功率开关正在调节通过功率开关的电流的变化的输出。检测器电路可以包括附加输出，用于识别通过功率开关的电流的变化的调节水平。定时电路耦接到检测器电路，该定时电路具有用于生成过电流信号的输出。该电路还可以包括耦接到功率开关节点中的至少两个功率开关节点的附加反馈电路，用于调节功率开关两端的电压的变化。附加检测器电路耦接到附加反馈电路，该附加检测器电路具有用于识别功率开关正在调节功率开关两端的电压的变化的输出。附加检测器电路可以包括附加输出，用于识别功率开关两端的电压的变化的调节水平。附加定时电路耦接到附加检测器电路，附加定时电路具有用于生成过电压信号的输出。该电路可以与常见集成电路或电路板中的功率开关集成，或者功率开关可以在其他电路部件的外部且远离其他电路部件。根据本专利技术的另一个实施方式，一种用于保护功率开关的方法包括：感测通过功率开关的电流的变化处于调节中；测量通过功率开关的电流的变化处于调节中的时间；以及将通过功率开关的电流的变化处于调节中的时间与参考时间进行比较。该方法还包括：如果通过功率开关的电流的变化处于调节中的时间超过参考时间，则生成过电流信号。该方法还包括：响应于过电流信号而关断功率开关。感测通过功率开关的电流的变化处于调节中与导通事件同时发生。该方法还可以包括感测功率开关两端的电压处于调节中。根据本专利技术的另一个实施方式，一种用于保护功率开关的方法包括：感测功率开关两端的电压的变化处于调节中；测量功率开关两端的电压的变化处于调节中的时间；以及将功率开关两端的电压的变化处于调节中的时间与参考时间进行比较。该方法还包括：如果功率开关两端的电压的变化处于调节中的时间超过参考时间，则生成过电压信号。该方法还包括：响应于过电压信号而改变通过功率开关的电流的变化的目标值，并且还对多个过电压信号进行计数。感测功率开关两端的电压的变化处于调节中与关断事件同时发生。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：图1是示出不具有外部输出升压电路而具有带有模拟和数字dv/dt反馈路径的集成电路的示例性驱动器电路的示意图；图2是示出具有外部输出升压电路并具有带有模拟和数字dv/dt反馈路径的集成电路的示例性驱动器电路的示意图；图3是示出不具有外部输出升压电路而具有带有模拟和数字dv/dt和di/dt反馈路径的集成电路的示例性驱动器电路的示意图；图4是示出具有外部输出升压电路并具有带有模拟和数字dv/dt和di/dt反馈路径的集成电路的示例性驱动器电路的示意图；；图5是示出具有模拟和数字反馈路径的示例性驱动器电路的示意图；图6是示出具有修改的模拟和数字反馈路径的示例性驱动器电路的示意图；图7是示出具有进一步修改的模拟和数字反馈路径的示例性驱动器电路的示意图；图8是示出与功率开关相关联的导通波形的时序图；图9是示出与功率开关相关联的关断波形的时序图；图10是示出根据本专利技术的方法的在导通时的过电流保护波形的时序图；图11是示出根据本专利技术的方法的在关断时的过电压保护波形的时序图；图12是包括dv/dt和di/dt调节的功率开关栅极驱动器电路的框图；图13是调节电路的实现的示意图；图14是所实现的与图13的电路相关联的限幅电路的示意图；图15是根据本专利技术的实施方式的有源di/dt调节检测器的示意图；图16示出根据本专利技术的实施方式的用于生成过电流信号的时间测量电路的示例；图17是与根据本专利技术的过电流检测方法相关联的波形的时序图；图18是根据本专利技术的过电流检测方法的流程图；图19是根据本专利技术的实施方式的包括窗口检测和“过高”di/dt检测的有源di/dt调节检测器的示意图；图20是根据本专利技术的实施方式的有源dv/dt调节检测器的示意图；图21是与根据本专利技术的过电压检测方法相关联的波形的时序图；图22是根据本专利技术的过电压检测方法的流程图；图23是根据本专利技术的实施方式的有源di/dt调节检测器的示意图；以及图24是根据本专利技术的实施方式的dv/dt和di/dt的集成的数字路径的框图。具体实施方式图1至图7总体上描述了如2016年6月22日提交的德国专利申请DE102016111449.9中描述的功率开关的电压变化的调节(dv/dt调节)和电流变化的调节(di/dt调节)。图1至图7的描述提供了本专利技术的实施方式的短路和过载保护特征的环境。参照图8至图24进行本专利技术的实施方式的详细描述。在本专利技术的实施方式中，功率开关被配置为包括di/dt和dv/dt调节两者，并且还被配置为通过对在导通状态期间di/dt保持在调节中的持续时间进行计时并且通过对在关断状态期间dv/dt保持在调节中的持续时间进行计时来检测短路和过载状况。根据参照图8至图24的本专利技术的实施方式描述了其他短路和过载检测特征。在简单的常见驱动器电路中，其主要限制在关断期间的电压过冲，反馈信号直接作用于半导体器件的控制端子，例如它们的栅极。由于反馈信号需要一定量的电流以在对低栅极电阻(小于1欧姆到几欧姆)作用时在栅极处产生电压的有效变化，因此这种直接反馈结构是不利的。在其他常见的驱动器电路中，反馈电流较低，因为它们作用于直接驱动半导体器件的栅极的功率放大器级的输入端。功率放大器级的输入端处——在该处反馈电流必须产生电压——的输入阻抗比诸如栅极电阻器的半导体器件的控制端子处的输入阻抗高几个数量级。这种驱动器电路通常使用连接为电流放大器的分立晶体管，例如，具有射极跟随器型配置的分立晶体管。对于高电流放大，可能需要例如具有达林顿(Darlington)配置的两个或三个放大器级。为了评估每时间电压变化dv/dt和/或每时间电流变化di/dt，通常采用标准的无源分立部件。图1示出了用于驱动可控半导体器件106——例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)或任何其他适当的半导体器件——的示例性驱动器电路。半导体器件106的发射极可以经由寄生电感107连接到地108，并且其集电极连接到负载(未示出)。半导体器件106的负载路径是其发射极和集电极之间的路径，并且可以包括寄生电感107。驱动器电路接收外部控制信号，例如控制输入信号100，并且包括信号预处理级101和后续的信号后处理级102，例如内部输出级。至少信号预处理级101和后处理级102可以被集成在集成电路器件103中。集成电路器件103可以接收控制输入信号100和例如来自外部模拟dv/dt监测级105的模拟反馈信号104和来自外部模数转换器112的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于保护功率开关的电路，包括：第一、第二和第三功率开关节点；反馈电路，其耦接到所述第一、第二和第三功率开关节点中的至少一个功率开关节点，用于调节通过所述功率开关的电流的变化；以及耦接到所述反馈电路的检测器电路，其具有用于指示通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的输出。

【技术特征摘要】
2017.09.07 US 15/697,9731.一种用于保护功率开关的电路，包括：第一、第二和第三功率开关节点；反馈电路，其耦接到所述第一、第二和第三功率开关节点中的至少一个功率开关节点，用于调节通过所述功率开关的电流的变化；以及耦接到所述反馈电路的检测器电路，其具有用于指示通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的输出。2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述检测器电路包括用于识别通过所述功率开关的电流的变化的调节水平的附加输出。3.根据权利要求1所述的电路，还包括耦接到所述检测器电路的定时电路。4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述定时电路包括用于生成过电流信号的输出。5.根据权利要求1所述的电路，还包括耦接到所述第一、第二和第三功率开关节点中的至少两个功率开关节点的附加反馈电路，用于调节所述功率开关两端的电压的变化。6.根据权利要求5所述的电路，还包括耦接到所述附加反馈电路的附加检测器电路，所述附加检测器电路具有用于指示所述功率开关两端的电压的变化处于调节中的输出。7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述附加检测器电路包括用于识别所述功率开关两端的电压的变化的调节水平的附加输出。8.根据权利要求6所述的电路，还包括耦接到所述附加检测器电路的附加定时电路。9.根据权利要求8所述的电路，其中，所述附加定时电路包括用于生成过电压信号的输出。10.根据权利要求1所述的电路，还包括耦接到所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·诺林，约翰尼斯·格勒格尔，安东·毛德，贝恩哈德·维希特，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT