保护器件、系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供一种保护器件、系统及其方法，所述器件及方法提供一种用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出的保护器件，所述保护器件包括：低压检测电路，其监测所述电源并检测所述电源中的波动；以及栅极隔离电路，其在所述低压检测电路检测到所述电源中的波动时将所述栅极驱动器端子与所述电源隔离，其中在所述栅极被隔离时，所述栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源保护系统，尤其涉及用于高压应用的栅极保护电路。
技术介绍
在汽车电子系统中，点火线圈(ignition coil)通常诱发数百伏电压以驱动起动器电机。点火线圈通常由高压开关(例如，IGBT、MOSFET等)控制以将点火线圈耦合至电池电压。如果电池电压存在瞬间跌落(momentary drop),所述瞬间跌落可导致高压开关的栅极放电并断开，这又可导致点火线圈处的浮动高压状态。浮动高压状态通常引起从点火线圈初级到点火线圈次级的火花，这可危害和/或损坏附近的电子部件。解决这种火花问题的常规方法包括使用大电容器以基本上用作电池，并使高压开关在电池电压的瞬间跌落期间维持接通及导通。但是，这个方法要求使用相对较大的电容器，这就要求额外的成本及物理空间来实现。
技术实现思路
根据一些示例性实施例，提供了一种用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出的保护器件，所述保护器件包括低压检测电路，其监测电源并检测电源中波动的低压检测电路，以及栅极隔离电路，其在低压检测电路检测到电源中波动时将栅极驱动器端子与电源隔离，其中在栅极被隔离时，栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。保护器件可包括高侧驱动器电路、低侧驱动器电路、用以控制高侧驱动器电路和低侧驱动器电路的三态控制器电路，所述三态控制器电路包括栅极隔离电路。高侧驱动器电路可包括耦合至电源的第一晶体管，耦合至第一晶体管的第二晶体管，耦合在第二晶体管与栅极驱动器端子之间的电阻器。保护器件可包括耦合在栅极驱动器端子与第一晶体管的栅极之间的第三晶体管，第三晶体管的栅极耦合至低压检测电路，其中低压检测电路在低压检测电路检测到电源中的波动时将第三晶体管控制为导通，并且栅极驱动器端子的电压使第一晶体管断开，从而将栅极驱动器端子与电源隔离。高侧驱动器电路可包括第一二极管，其具有耦合至栅极驱动器端子的阳极以及耦合至第一晶体管的本体区域和第二晶体管的本体区域的阴极；以及第二二极管，其具有耦合至电源的阳极以及耦合至第一晶体管的本体区域和第二晶体管的本体区域的阴极。当电源发生波动时，第二二极管可被防止栅极驱动器端子的电压对电源放电。低侧驱动器电路可包括耦合至低基准电位的第四晶体管，所述第四晶体管的栅极耦合至低压检测电路；耦合在第四晶体管与栅极驱动器端子之间的第五晶体管。保护器件可包括模拟及数字电路，其控制第二晶体管和第五晶体管。低压检测电路可在低压检测电路检测到电源中的波动时将第一晶体管和第四晶体管控制为不导通。保护器件可包括限流控制电路，其控制耦合至栅极驱动器端子的外部开关中的电流。限流控制电路可包括将所需电压与跟外部开关中的电流成正比的感测电压相比较的放大器以及耦合在放大器与栅极驱动器端子之间的开关。根据一些示例性实施例，提供了一种包括感应器线圈、外部开关以及保护器件的系统，所述保护器件包括监测电源并检测电源中波动的低压检测电路，以及栅极隔离电路，其在低压检测电路检测到电源中波动时将栅极驱动器端子与电源隔离，其中栅极驱动器端子耦合至外部开关的栅极，并且在栅极被隔离时，栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。保护器件可包括耦合至电源的第一晶体管，耦合至第一晶体管的第二晶体管，耦合在第二晶体管与栅极驱动器端子之间的电阻器，耦合至低基准电位的第三晶体管，耦合在第三晶体管与栅极驱动器端子之间的第四晶体管，其中低压检测电路在低压检测电路检测到电源中波动时将第一晶体管和第三晶体管控制为不导通。保护器件可包括控制外部开关中的电流的限流控制电路，所述限流控制电路包括，将所需电压与跟外部开关中的电流成正比的感测电压相比较的放大器以及耦合在放大器与栅极驱动器端子之间的开关。根据一些示例性实施例，提供了一种用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出的方法，所述方法包括监测电源以检测电源中的波动，以及当监测检出电源中波动的时将栅极驱动器端子与电源隔离，其中在隔离期间，栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。栅极驱动器端子可通过第一晶体管和第二晶体管耦合至电源，并且所述隔离可包括当监测检出电源中波动时使第一晶体管断开。第一晶体管的本体区域可耦合至所述电源、第二晶体管的本体区域及栅极驱动器端子，并且所述方法可包括防止栅极驱动器端子的电压对电源放电。所述方法可包括防止栅极驱动器端子的电压对电源放电。所述方法可包括控制耦合至栅极驱动器端子的外部开关中的电流，所述控制包括将所需电压与跟外部开关中的电流成正比的感测电压相比较，以及基于电源的监测来控制开关使得在监测检测到电源中波动时开关不导通。所述方法可包括基于使能信号来控制第一晶体管和第二晶体管，使得在第二晶体管不导通的同时使第一晶体管导通且在第一晶体管不导通时使第二晶体管导通，其中所述隔离包括基于电源的监测来控制第三晶体管和第四晶体管，使得当监测未检测到电源中的波动时使第三晶体管和第四晶体管为导通，并且使得当监测检测到电源中波动时使第三晶体管和第四晶体管为不导通。【附图说明】从下面对与要求保护的主题相符的一些示例性实施例的详细描述中，要求保护的主题的特征和优点将变得清楚，应该参照附图来理解这些详细描述，其中:图1示出与本专利技术的各个示例性实施例相符的电源保护系统的方框图；图2示出根据本专利技术的一个示例性实施例的电源保护系统的电路图；图3示出图2的电路图的模拟波形；图4示出根据本专利技术的一些示例性实施例的操作的流程图；以及图5示出根据本专利技术的一些示例性实施例的隔离栅极驱动器端子的操作的流程图。虽然下面的【具体实施方式】将参照图示示例性实施例进行，但是这些实施例的替代形式、修改形式和变型对于本领域技术人员来说将是清楚的。【具体实施方式】图1示出与本专利技术的各个示例性实施例相符的电源保护系统100的方框图。图1示出的电源保护系统100可与通用型或定制型集成电路(IC)(例如半导体集成电路芯片、片上系统(SoC)等)包括在一起或者形成通用型或定制型集成电路(IC)的部分。以下描述将以汽车起动器线圈为例，但是，从一开始就应当理解，这仅是非限制性实例，可在期待或需要不间断开关导通的任何系统中利用本专利技术的教导内容。此外，下面的【具体实施方式】将描述开关电路的某些具体类型，例如FET、BJT、IGBT, SiC等，但是，应当理解，这些开关类型对于某些应用可互换(按照本领域技术人员的理解)，并且因此本专利技术不限制于可能在附图中示出和/或文中描述的任何具体开关类型。[0031 ] 电源保护系统100包括栅极控制器106，栅极控制器106通常在电池电压102跌至低于正常操作值时提供不间断栅极控制信号104。栅极控制信号104可用于控制耦合至外部高压电路(本图中未示出，例如，起动器线圈)的开关(图中未示出)。栅极控制器106通常包括内部电源电路108，内部电源电路108生成内部电压109 (例如，Vdd电压)以向栅极控制器106的一些或所有功能性部件提供电源。内部电源电路108通常基于电池电压102而生成内部电压109。栅极控制器106还可包括低压检测电路110，低压检测电路110检测内部电压109的低压状况。高侧驱动器电路114和低侧驱动器电路116通常在不同操作状况下提供栅极控制信号，如下文将详细描述。还可提供三态控制器电路112，三态控制器电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保护器件，用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出，所述保护器件包括：低压检测电路，其监测所述电源并检测所述电源中的波动；以及栅极隔离电路，其在所述低压检测电路检测到所述电源中的波动时将所述栅极驱动器端子与所述电源隔离，其中在所述栅极被隔离时，所述栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。

【技术特征摘要】
2013.02.15 US 61/765,1621.一种保护器件，用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出，所述保护器件包括: 低压检测电路，其监测所述电源并检测所述电源中的波动；以及栅极隔离电路，其在所述低压检测电路检测到所述电源中的波动时将所述栅极驱动器端子与所述电源隔离， 其中在所述栅极被隔离时，所述栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。2.根据权利要求1所述的保护器件，还包括: 高侧驱动器电路； 低侧驱动器电路； 三态控制器电路，其控制所述高侧驱动器电路和所述低侧驱动器电路，所述三态控制器电路包括所述栅极隔离电路。3.根据权利要求2所述的保护器件，其中所述高侧驱动器电路包括: 第一晶体管，其耦合至所述电源； 第二晶体管，其耦合至所述第一晶体管； 电阻器，其耦合在所述第二晶体管与所述栅极驱动器端子之间。4.根据权利要求3所述的保护器件，还包括:第三晶体管，其耦合于所述栅极驱动器端子与所述第一晶体管的栅极之间，所述第三晶体管的栅极耦合至所述低压检测电路， 其中所述低压检测电路在所述低压检测电路检测到所述电源中的波动时将所述第三晶体管控制为导通，以及 所述栅极驱动器端子的所述电压使所述第一晶体管断开，将所述栅极驱动器端子与所述电源隔离。5.根据权利要求3所述的保护器件，其中所述高侧驱动器电路还包括: 第一二极管，其具有耦合至所述栅极驱动器端子的阳极以及耦合至所述第一晶体管的本体区域和所述第二晶体管的本体区域的阴极；以及 第二二极管，其具有耦合至所述电源的阳极以及耦合至所述第一晶体管的所述本体区域和所述第二晶体管的所述本体区域的阴极。6.根据权利要求5所述的保护器件，其中当所述电源发生波动时，所述第二二极管防止所述栅极驱动器端子的所述电压对所述电源放电。7.根据权利要求3所述的保护器件，其中所述低侧驱动器电路包括:第四晶体管，其耦合至低基准电位，所述第四晶体管的栅极耦合至所述低压检测电路；第五晶体管，其耦合在所述第四晶体管与所述栅极驱动器端子之间。8.根据权利要求7所述的保护器件，还包括:模拟及数字电路，其控制所述第二晶体管和所述第五晶体管。9.根据权利要求7所述的保护器件，其中所述低压检测电路在所述低压检测电路检测到所述电源中的波动时将所述第一晶体管和所述第四晶体管控制为不导通。10.根据权利要求1所述的保护器件，还包括:限流控制电路，其控制耦合至所述栅极驱动器端子的外部开关中的电流。11.根据权利要求10所述的保护器件，其中所述限流控制电路包括:放大器，其将所需电压与跟所述外部开关中的电流成正比的感测电压相比较；以及开关，其耦合在所述放大器与所述栅极驱动器端子之间。12.—种系统,包括: 感应器线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·E·吉尔伯格，约而根·批安卡，
申请(专利权)人：快捷半导体苏州有限公司，快捷半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32