功率开关的受控关断制造技术

描述了一种功率电路，所述功率电路包括：开关，耦合到电阻——电容——电感性负载；和驱动器，耦合到开关。驱动器被配置为在功率电路内检测紧急事件。在功率电路内检测到紧急事件之后，驱动器被进一步配置为执行开关的受控紧急关断操作以在所检测到的紧急事件期间和关断操作期间最小化开关的最大温度。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及用于控制断路开关的技术。
技术介绍
感应能量可以在功率电路(例如，基于开关的电源、机动车应用等）中累积，该功率 电路依赖于功率开关(诸如功率M0SFET(金属氧化物场效应晶体管）类型、基于半导体的开 关器件）来控制电流到电阻--电容--电感性负载的流动。功率开关的关断可以使感应 能量的累积停止并且允许在关断之前累积的感应能量。如果在电阻--电容--电感性负 载处发生短路，则累积的感应能量可以开始耗散，这可以潜在地损坏或甚至损毁功率开关 或功率电路的其它部分。 功率电路紧急事件(例如，过载事件、短路等）可以导致感应能量在功率电路中的 最大累积以及随后的耗散。为了防止能量耗散和产生的热损坏在功率开关发生，一些功率 电路可以包括横跨功率开关的漏极和栅极端子的"齐纳二极管栅极钳位电路"（简称为"齐 纳钳位电路")。在紧急事件期间，功率电路可以试图通过尽可能快地关断功率电路的开关 来最小化作为紧急事件的结果累积的感应能量的量。当由齐纳钳位电路保护的功率开关在 紧急事件期间被尽可能快地关断时，在齐纳钳位电路过渡到钳位操作的时段期间将发生功 率开关的结温度的上升。如果温度超过功率开关的最大温度额定，则瞬间温度上升可能损 坏并甚至损毁功率开关。
技术实现思路
一般地描述了用于在紧急关断操作期间控制功率开关的栅极放电以最小化紧急 事件期间功率开关的最大结温度的技术和电路。功率电路可以包括功率开关，用于控制电 流到电阻一电容一电感性负载的流动。功率开关的驱动器可以驱动栅极电流以对功率 开关充电，例如，驱动功率开关接通和关断。在紧急事件期间(例如短路负载，过压等)，功率 电路可以断开功率开关以保护功率开关和负载。 在一些功率电路中，在紧急事件中，功率电路在开关处执行快速紧急关断操作以 使开关的栅极电荷在尽可能短的时间量中放电。快速紧急关断可能导致开关的结温度的上 升和/或可能需要使用钳位电路来处置在紧急事件之前在功率电路中累积的感应能量的 耗散。为了消除对这种钳位电路的需要并且为了最小化开关的最大结温度，如这里描述的， 功率开关的驱动器可以被配置为检测功率电路中的紧急事件。在检测到功率电路中的紧急 事件之后，驱动器可以被配置为执行功率开关的受控紧急关断操作以最小化在紧急事件和 关断操作期间功率开关的最大温度。 在一个示例中，本公开涉及一种方法，方法包括：由驱动器检测功率电路中的紧急 事件，功率电路包括用于控制到电阻--电容--电感性负载的电流的开关。方法还包括 响应于检测到的紧急事件由驱动器执行对开关的受控紧急关断操作。 在另一示例中，本公开涉及一种功率电路，该功率电路包括耦合到电感性负载的 开关。功率开关还包括用于控制开关的驱动器，其中驱动器被配置为响应于在功率电路内 检测到的紧急事件而执行对开关的受控紧急关断。 在另一示例中，本公开涉及一种功率电路，该功率电路包括耦合到电感性负载的 开关和耦合到该开关的驱动器。驱动器包括：用于检测功率电路内紧急事件的装置和用于 响应于检测到的紧急事件而执行对开关的受控紧急关断操作的装置。一个或多个示例的细 节在附图和下面的描述中被阐述。根据描述和附图以及根据权利要求，本公开的其它特征、 目标和优点将是显而易见的。【附图说明】 图1是图示根据本公开的一个或多个方面的用于控制到电阻--电容--电感性 负载的电流的示例性系统的框图。 图2是图示图1中示出的示例性系统的功率电路的一个示例的框图。 图3是图示根据本公开的一个或多个方面的图2中示出的功率电路的各个定时特 性的定时图。 图4是图示图1中示出的示例性系统的功率电路的附加示例的框图。 图5是图示根据本公开的一个或多个方面的图4中示出的功率电路的各个定时特 性的定时图。 图6和7是分别图示根据本公开的一个或多个方面的图4中示出的功率电路的示 例性驱动器的框图。 图8是图示根据本公开的一个或多个方面的示例性驱动器的示例性操作的流程 图。 图9是图示根据本公开的一个或多个方面的图6和7中示出的示例性驱动器的各 个定时特性的定时图。 图10A和10B是图示根据本公开的一个或多个方面的图4中示出的功率电路的各 个定时特性的定时图。 图11是图示根据本公开的一个或多个方面的图4中示出的功率电路的各个定时 特性的定时图。 图12A和12B是图示根据本公开的一个或多个方面的图4中示出的功率电路的各 个定时特性的定时图。 图13是图示图1中示出的示例性系统的功率电路的附加示例的框图。 图14是图示图1中示出的示例性系统的功率电路的附加示例的框图。【具体实施方式】 功率M0SFET(金属氧化物场效应晶体管)是基于半导体的"功率开关"的一个示例， 其可以在功率电路(例如基于开关的电源、机动车应用等）中被用于控制电流到电阻--电 容--电感性负载(例如，继电器、电磁阀、电感性致动器、线束、LED模块、电机等）的流动。 功率电路可以"接通"和"关断"一个或多个功率开关以控制穿过电阻--电容--电感性 负载(例如，电机、光源、短路负载情况中的电线束等）的电流流动的方向。 在正常操作期间，当功率电路向电阻--电容--电感性负载供应电流时，可能 发生使得感应能量在功率电路中累积的电流尖峰。紧急事件(例如，高电流尖峰、短路等)可 以导致感应能量的最大累积和随后的耗散。在紧急事件期间，在功率电路中累积的感应能 量的量可以超过功率电路在功率开关的关断期间能够一次安全耗散的能量的最大量。结 果，能量的耗散可能引起功率电路各部分的过热和损坏。通过执行功率开关的"快速紧急关 断"（这里还称为"快速紧急断路")，功率电路可以试图最小化在紧急事件期间在电路中积 累的感应能量的量并且防止电路的部件被损坏。在试图尽可能快地"关断"功率开关方面， 在快速紧急关断期间功率电路可以更快地使功率开关的栅极电荷放电(与本来将在正常操 作中的电路相比)。 为了防止能量耗散和产生的热损坏在紧急事件期间在功率开关处发生，一些功率 电路可以包括"齐纳二极管栅极钳位电路"（简称为"齐纳钳位电路")。功率电路可以在功 率开关的漏极和栅极之间布置齐纳钳位电路，以使得齐纳钳位电路两端的电压("Va")等于 功率开关的漏极和栅极之间的电压("VD(；")。当Va、VD(；超过与齐纳钳位电路相关联的击穿 电压时，齐纳钳位电路可以通过短路功率开关的漏极和栅极端子并且把电流传导离开功率 开关的漏极来驱动功率开关进入钳位操作。换句话说，齐纳钳位电路可以限制功率开关的 漏极和源极之间的节点电压以防止由过压状况引起的功率开关的不可控击穿。 如上面讨论的，为了耗散在负载短路或其它紧急事件期间累积的感应能量，功率 电路可以通过尽可能快地对功率开关的栅极电荷进行放电来执行功率开关的"快速紧急关 断"。不幸的是，当尽可能快地关断受齐纳钳位电路保护的功率开关时，随着齐纳钳位电路 从非钳位操作过渡到钳位操作，可能发生功率开关的结温度的上升。齐纳钳位电路从非钳 位过渡到钳位操作的时间在这里可以被称为"过渡时段"。齐纳钳位电路的过渡时段期间的 瞬间温度上升可能损坏并且甚至损毁功率开关，尤其在温度的上升超过功率开关的最大温 度额定的情况下。 根据本公开的技术和电路，为了耗散在紧急事件(例如电阻--电容--本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：由驱动器检测功率电路内的紧急事件，功率电路包括用于控制到电阻——电感——电容性负载的电流的开关；以及由驱动器响应于检测到的紧急事件来执行开关的受控紧急关断操作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C德耶拉西，R伊林，HP克罗伊特，M拉杜尔纳，
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