栅极驱动器电路和检测逆变器支路中的短路事件的方法技术

提供了栅极驱动器电路和检测逆变器支路中的短路事件的方法。该栅极驱动器电路包括：高侧功率晶体管；低侧功率晶体管，其耦接至高侧功率晶体管，其中，在耦接在低侧功率晶体管与高侧功率晶体管之间的负载节点处产生输出电压；栅极驱动器，其被配置成接收高侧控制信号和低侧控制信号、基于高侧控制信号驱动高侧功率晶体管并且基于低侧控制信号驱动低侧功率晶体管；以及短路检测电路，其被配置成基于高侧控制信号、低侧控制信号和输出电压来监测高侧功率晶体管处和低侧功率晶体管处的短路事件，并且响应于检测到在高侧功率晶体管或低侧功率晶体管的任一个处的短路事件而生成故障信号。障信号。障信号。

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动器电路和检测逆变器支路中的短路事件的方法


[0001]本公开内容整体上涉及栅极驱动器以及用于通过高侧开关装置和低侧开关装置检测短路的方法。

技术介绍

[0002]高压(HV)栅极驱动器电路可以包括用于驱动低侧晶体管开关的低压(LV)栅极驱动器和用于驱动高侧晶体管开关的HV栅极驱动器。在全桥、半桥和三相的驱动系统中，存在几种用于防止由于短路情况引起的装置损坏的保护方法，例如分流电阻器电路和去饱和(DESAT)功能(即，去饱和故障检测电路)。但是，通常不会在指定条件下激活这些保护方法。这意味着需要几个功能来保护高侧晶体管开关和低侧晶体管开关两者。
[0003]DESAT功能在短路情况下仅针对高侧开关装置(即，高侧晶体管开关)被激活。DESAT功能的主要问题在于需要一个附加电路用于将故障信号从高压集成电路(IC)传输至栅极驱动器电路的低压IC，其中高压IC和低压IC位于不同的电压域中。
[0004]另一方面，分流电阻器电路无法检测到高侧接地故障。
[0005]因此，可能期望能够检测到高侧开关装置和低侧开关装置两者处的故障的改进装置。

技术实现思路

[0006]实施方式提供了一种栅极驱动器电路，其包括：高侧功率晶体管；低侧功率晶体管，其耦接至高侧功率晶体管，其中，在耦接在低侧功率晶体管与高侧功率晶体管之间的负载节点处产生输出电压；栅极驱动器，其被配置成接收高侧控制信号和低侧控制信号，基于高侧控制信号驱动高侧功率晶体管，并且基于低侧控制信号驱动低侧功率晶体管；以及短路检测电路，其被配置成基于高侧控制信号、低侧控制信号和输出电压来监测高侧功率晶体管处和低侧功率晶体管处的短路事件，并且响应于检测到在高侧功率晶体管或低侧功率晶体管的任一个处的短路事件而产生故障信号。
[0007]实施方式提供了一种检测逆变器的逆变器支路中的短路事件的方法。该方法包括：接收高侧控制信号和低侧控制信号；基于高侧控制信号驱动逆变器支路的高侧功率晶体管；基于低侧控制信号驱动低侧功率晶体管；基于驱动高侧功率晶体管并且驱动低侧功率晶体管，在耦接在低侧功率晶体管与高侧功率晶体管之间的负载节点处产生输出电压；基于高侧控制信号、低侧控制信号和输出电压监测在高侧功率晶体管处和在低侧功率晶体管处的短路事件；以及响应于检测到在高侧功率晶体管或低侧功率晶体管中的任一个处的短路事件而产生故障信号。
附图说明
[0008]本文参照附图对实施方式进行描述。
[0009]图1是示出根据一个或更多个实施方式的功率半导体装置的电机控制致动器的示
意框图；
[0010]图2是根据一个或更多个实施方式的功率模块的示意性框图；
[0011]图3A是根据一个或更多个实施方式的栅极驱动器电路的示意图；
[0012]图3B是根据一个或更多个实施方式的耦接至栅极驱动器电路的短路检测电路的示意图；
[0013]图4是根据一个或更多个实施方式的栅极驱动器电路的示意图；以及
[0014]图5A和图5B分别示出了根据一个或更多个实施方式的用于高侧开关和低侧开关的在正常工作模式和故障工作模式下的信号图。
具体实施方式
[0015]在下文中，阐述细节以提供对示例性实施方式的更全面的解释。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。在其他情况下，众所周知的结构和装置以框图形式或以示意视图示出而不是详细示出，以避免模糊实施方式。另外，除非另有特别说明，否则下文描述的不同实施方式的特征可以彼此组合。
[0016]此外，等同或相似的元件或者具有等同或相似功能的元件在以下描述中用等同或相似的附图标记表示。由于在附图中相同或功能等同的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对设置有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对于具有相同或相似附图标记的元件提供的描述是可相互交换的。
[0017]在这方面，可以参考所描述的附图的方向来使用诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“前面”、“后面”、“背面”、“前部”、“后部”、“之上”等的方向性术语。因为实施方式的部件可以以多个不同的取向定位，所以方向性术语用于说明的目的而绝不是限制性的。应当理解，在不脱离权利要求限定的范围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以进行结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。
[0018]应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，该元件可以直接连接或耦接至另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应该以类似的方式来解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
[0019]在本文描述的或附图中示出的实施方式中，任何直接电气连接或耦接(即，没有另外的中间元件的任何连接或耦接)也可以通过间接连接或耦接(即，与一个或更多个另外的中间元件的连接或耦接)来实现，反之亦然，只要实质上保持连接或耦接的通用目的例如发送某种信号或发送某种信息。可以将不同实施方式的特征进行组合以形成另外的实施方式。例如，除非有相反说明，否则关于实施方式之一描述的变型或修改也可以适用于其他实施方式。
[0020]本文可以使用术语“基本上”来解释在不脱离本文描述的实施方式的方面的情况下在工业中被认为可接受的小制造公差(例如，在5％内)。
[0021]传感器可以指将要测量的物理量转换为电信号例如电流信号或电压信号的部件。例如，物理量可以是单分流电阻器系统中的分流电阻器处的电流或电压。
[0022]信号处理电路和/或信号调节电路可以接收来自一个或更多个部件的一个或更多个信号并且对一个或更多个信号执行信号调节或处理。如本文所使用的，信号调节指的是
以这样的方式操纵信号，使得信号满足下一阶段的要求以进行进一步处理。信号调节可以包括从模拟转换为数字(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使信号适于在调节之后进行处理所需的任何其他处理。
[0023]因此，信号处理电路可以包括模数转换器(ADC)，其将来自一个或更多个传感器元件的模拟信号转换为数字信号。信号处理电路还可以包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(DSP)。
[0024]现代装置在机动车辆、消费和工业应用中的许多功能，例如转换电能以及驱动电机或电机器，依赖于功率半导体装置。例如，仅举几个示例，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管已经用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。
[0025]功率半导体装置通常包括被配置成沿着装置的两个负载端子结构或负载电极(例如，源极/发射极和漏极/集电极)之间的负载电流路径传导负载电流的半导体结构。此外，可以借助于有时被称为栅电极的控制电极来控制负载电流路径。例如，在从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体装置设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种栅极驱动器电路，包括：高侧功率晶体管；低侧功率晶体管，其耦接至所述高侧功率晶体管，其中，在耦接在所述低侧功率晶体管与所述高侧功率晶体管之间的负载节点处产生输出电压；栅极驱动器，其被配置成接收高侧控制信号和低侧控制信号、基于所述高侧控制信号驱动所述高侧功率晶体管、并且基于所述低侧控制信号驱动所述低侧功率晶体管；以及短路检测电路，其被配置成基于所述高侧控制信号、所述低侧控制信号和所述输出电压来监测所述高侧功率晶体管处和所述低侧功率晶体管处的短路事件，并且响应于检测到在所述高侧功率晶体管或所述低侧功率晶体管的任一个处的短路事件而生成故障信号。2.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中：所述短路检测电路被配置成将表示所述输出电压的输出电压测量结果与高参考电压进行比较，并在所述输出电压测量结果小于所述高参考电压的条件下并且在所述高侧控制信号具有高信号电平的条件下，检测到在所述高侧功率晶体管处的高侧短路事件，以及所述短路检测电路被配置成在所述输出电压测量结果等于或大于所述高参考电压的条件下或者在所述高侧控制信号具有低信号电平的条件下，检测到所述高侧功率晶体管处的正常工作。3.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中：所述短路检测电路被配置成将表示所述输出电压的输出电压测量结果与低参考电压进行比较，并在所述输出电压测量结果大于所述低参考电压的条件下并且在所述低侧控制信号具有高信号电平的情况下，检测到在所述低侧功率晶体管处的低侧短路事件，以及所述短路检测电路被配置成在所述输出电压测量结果等于或小于所述低参考电压的条件下或者在所述低侧控制信号具有低信号电平的条件下，检测到所述低侧功率晶体管处的正常工作。4.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中：所述短路检测电路被配置成将表示所述输出电压的输出电压测量结果与高参考电压进行比较，并且在所述输出电压测量结果小于所述高参考电压的条件下且在所述高侧控制信号具有高信号电平的条件下，检测到在所述高侧功率晶体管处的高侧短路事件，以及所述短路检测电路被配置成将表示所述输出电压的输出电压测量结果与低参考电压进行比较，并且在所述输出电压测量结果大于所述低参考电压的条件下且在所述低侧控制信号具有高信号电平的条件下，检测到在所述低侧功率晶体管处的低侧短路事件。5.根据权利要求4所述的栅极驱动器电路，还包括：直流电源，其被配置成产生直流电压，并且耦接至所述高侧功率晶体管的负载路径端子并耦接至所述低侧功率晶体管的负载路径端子，其中，所述高参考电压是所述直流电压的第一预定百分比，并且所述低参考电压是所述直流电压的第二预定百分比，其中，所述高参考电压大于所述低参考电压。6.根据权利要求5所述的栅极驱动器电路，其中：所述高参考电压限定了从所述高参考电压扩展至所述直流电压的高侧正常工作范围，以及所述低参考电压限定了从0V扩展至所述低参考电压的低侧正常工作范围。
7.根据权利要求5所述的栅极驱动器电路，还包括：VDC感测电路，其耦接至所述高侧功率晶体管的负载路径端子和所述低侧功率晶体管的负载路径端子，其中，所述VDC感测电路被配置成从所述直流电压分接所述高参考电压和所述低参考电压，并将所述高参考电压和所述低参考电压提供给所述短路检测电路。8.根据权利要求7所述的栅极驱动器电路，其中，所述栅极驱动器、所述短路检测电路和所述VDC感测电路被集成在栅极驱动器集成电路上。9.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，还包括：输出电压感测电路，其耦接至所述输出电压，并且被配置成分接表示所述输出电压的输出电压测量结果并将所述输出电压测量结果提供给所述短路检测电路。10.根据权利要求9所述的栅极驱动器电路，其中，所述栅极驱动器、所述短路检测电路和所述输出电压感测电路被集成在栅极驱动器集成电路上。11.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中，所述短路检测电路被配置成从微控制器接收所述高侧控制信号和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旻燮，李俊培，
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：