栅极驱动器的可调软关断和电流升压器制造技术

一种设备控制在栅极驱动器电路的封装件外部的大功率驱动器件。第一电路响应于通过第一节点的第一信号，在第一时间长度上对控制节点充电，该第一信号指示控制信号的第一电平和不存在故障状况。第二电路响应于通过第二节点的第二信号，在第二时间长度上使控制节点放电，该第二信号指示控制信号的第二电平和不存在故障状况。第三电路包括电流放大器，并且被配置为软关断路径，以响应于通过第一节点的第一信号，在第三时间长度上使控制节点放电，该第一信号指示存在故障状况。第三时间长度与第二时间长度不同。二时间长度不同。二时间长度不同。

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动器的可调软关断和电流升压器


[0001]本申请涉及电路，并且更具体地涉及用于大功率应用的控制电路。

技术介绍

[0002]在典型的控制应用中，处理器系统提供一个或多个控制信号以控制负载系统。在正常操作期间，处理器系统的域和负载系统的域之间可能存在大的DC或瞬态电压差，因此在处理器系统和负载系统之间需要隔离屏障。例如，一个域可以在相对于地球地相差(switch)数百或数千伏特的电压处“接地”。因此，中间系统包括隔离，该隔离防止有害电流在处理器系统和负载系统之间流动。尽管隔离防止处理器系统通过直接传导路径耦合到负载系统，但是隔离通信信道允许使用光学(光电隔离器)、电容性、电感性(变压器)或电磁技术在两个系统之间进行通信。在至少一个实施例中，隔离通信信道阻挡DC信号并且仅通过AC信号。中间系统通常使用电压转换器和输出驱动器，在适于负载系统的电压电平处提供控制信号。
[0003]参照图1，在示例性AC电动机控制应用中，可以是微处理器、微控制器或其他合适的处理器件的处理器100在第一域(即，VDD1，例如，5伏特(V))中操作，并且为在第二域(即，VDD3，例如，600V)中操作的大功率负载系统提供一个或多个信号。每个系统102都包括隔离屏障130和隔离通信信道，以用于将控制信号从处理器100安全地传送到驱动器106，驱动器106驱动用于将三相功率传递到AC电动机120的三相逆变器的大功率驱动器件108和109。示例性大功率驱动器件包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、氮化镓(GaN)MOSFET、碳化硅功率MOSFET或其他能够在短时间段内传递高电流的合适器件。
[0004]电压转换器104将可用的电源电压从VDD3转换为可由系统102和驱动器106的高侧使用的电压电平(即，VDD2，例如，约15V)。请注意，在其他实施例中，单个电压转换器104将一个电源电压从第一电压电平(例如，VDD3)转换为多个其他电压电平(例如，VDD1和VDD2)和/或提供特定电压的多个输出(例如，对应于多个系统102的多个VDD2输出)。驱动器106以三相AC逆变器的相应大功率驱动器件108或109所需的电平提供开关控制信号。负载电动机需要高功率电平的三相功率。对应于耦合至VDD3的大功率器件(高侧逆变器器件)的系统102在相对于地球地相差VDD3的高电压电平的电压处“接地”。用于驱动AC电动机120的三相AC逆变器的典型大功率驱动器件108和109需要相当大的导通电压(例如，数十伏特范围内的电压)，并且易受可能损坏这些器件的故障状况的影响。因此，期望用于在不损坏大功率驱动器件或那些器件控制的负载的情况下处理故障状况的灵活技术。

技术实现思路

[0005]在本专利技术的至少一个实施例中，一种用于控制在栅极驱动器电路的封装件外部的大功率驱动器件的设备包括耦合在第一节点和控制节点之间的第一电路。第一电路被配置为响应于通过第一节点的第一信号，在第一时间长度上对控制节点充电，该第一信号指示
控制信号的第一电平和不存在故障状况。该设备包括耦合在第二节点和控制节点之间的第二电路。第二电路被配置为响应于通过第二节点的第二信号，在第二时间长度上使控制节点放电，该第二信号指示控制信号的第二电平和不存在故障状况。该设备包括耦合在第一节点和控制节点之间的第三电路。第三电路包括电流放大器，并且被配置为软关断路径，以响应于通过第一节点的第一信号，在第三时间长度上使控制节点放电，该第一信号指示存在故障状况。第三时间长度与第二时间长度不同。
[0006]在本专利技术的至少一个实施例中，一种用于控制在栅极驱动电路的封装件外部的大功率驱动器件的方法包括：响应于不存在故障状况和控制信号的第一电平，使用第一节点在第一时间长度上对控制节点充电。该方法包括响应于控制信号的第二电平和不存在故障状况，使用第二节点在第二时间长度上使控制节点放电。第二时间长度与第一时间长度不同。该方法包括响应于存在故障状况，使用第一节点在第三时间长度上使控制节点放电。第三时间长度与第二时间长度不同。在第三时间长度上使控制节点放电包括：使用无源元件使控制节点上的电压衰减；以及放大通过第一节点的第一电流。
附图说明
[0007]通过参考附图，可以更好地理解本专利技术，并且使其许多目的、特征和优点对于本领域技术人员显而易见。
[0008]图1示出了示例性电动机控制系统的功能框图。
[0009]图2示出了包括故障检测电路和驱动器控制电路的图1的示例性电动机控制系统的一部分的功能框图。
[0010]图3A
‑
图3C示出了图2的电动机控制系统的开关节点的电压波形。
[0011]图4示出了根据本专利技术的至少一个实施例的图2的栅极驱动电路的示例性控制信号的细节。
[0012]图5A和图5B示出了根据本专利技术的各个实施例的具有可调软关断的电动机控制系统的一部分的功能框图。
[0013]图6示出了根据本专利技术的至少一个实施例的具有可调软关断和电流升压器的电动机控制系统的一部分的功能框图。
[0014]图7示出了根据本专利技术的至少一个实施例的具有成本降低的可调软关断和电流升压器的封装驱动器集成电路产品的一部分的功能框图。
[0015]图8示出了根据本专利技术的至少一个实施例的具有可调软关断、电流升压器和附加特征的封装驱动器集成电路产品的一部分的功能框图。
[0016]在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。
具体实施方式
[0017]参照图2，在示例性电动机控制应用中，处理器100在第一电压域(即，VDD1，例如，5V)中操作，并且为在第二域(即，VDD3，例如，数百伏特)中操作的大功率负载系统提供一个或多个信号。驱动器产品200包括隔离屏障230和通信信道，以用于安全地从处理器100跨过隔离屏障230传送控制信号，以驱动用于将三相功率传递到AC电动机120的三相AC逆变器的大功率驱动器件108和109。在示例性实施例中，驱动器产品200包括配置为单个封装件中的
多芯片模块的多个集成电路。例如，驱动器产品200包括初级侧集成电路201和次级侧集成电路203。初级侧集成电路201从处理器100接收控制信号，并将该信号跨过隔离屏障230传送到次级侧集成电路203。在这种实施例中，端子250、252、254、
……
、270是多芯片模块的封装件的引脚，并且耦合到外部元件(例如，分立电阻器和电容器)和处理器100。
[0018]驱动器产品200包括隔离屏障230，隔离屏障230隔离驱动器产品200的第一侧(例如，初级侧集成电路201)和驱动器产品200的第二侧(例如，次级侧集成电路203)上的域，第一侧使用VDD1(例如，小于十伏特的电压)进行操作，第二侧使用VDD2(例如，数十伏特的电压)进行操作。隔离通信信道有助于初级侧集成电路201和次级侧集成电路203之间的通信。可以使用不使用两侧之间的导电路径的任何合适的通信技术，例如，光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制在栅极驱动器电路的封装件外部的大功率驱动器件的设备，所述设备包括：第一电路，耦合在第一节点和控制节点之间，所述第一电路被配置为响应于通过所述第一节点的第一信号，在第一时间长度上对所述控制节点充电，所述第一信号指示控制信号的第一电平和不存在故障状况；第二电路，耦合在第二节点和所述控制节点之间，所述第二电路被配置为响应于通过所述第二节点的第二信号，在第二时间长度上使所述控制节点放电，所述第二信号指示所述控制信号的第二电平和不存在所述故障状况；以及第三电路，耦合在所述第一节点和所述控制节点之间，所述第三电路包括电流放大器，并且被配置为软关断路径，以响应于通过所述第一节点的所述第一信号，在第三时间长度上使所述控制节点放电，所述第一信号指示存在所述故障状况，所述第三时间长度与所述第二时间长度不同。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第三电路还包括耦合在所述电流放大器和所述控制节点之间的电阻器。3.根据权利要求1所述的设备，还包括：电流升压电路，耦合到所述第一电路、所述第二电路和所述第三电路，其中，所述电流升压电路被配置为放大从所述第一节点接收并由所述电流升压电路提供给所述控制节点的第一电流，并且被配置为放大由所述电流升压电路提供给所述第二节点的第二电流。4.根据权利要求1所述的设备，还包括：电流升压电路，包括所述电流放大器，其中，所述电流升压电路被配置为放大从所述第一节点接收并由所述电流升压电路提供给所述控制节点的第一电流，放大由所述电流升压电路提供给所述第二节点的第二电流，以及放大提供给所述第一节点的第三电流。5.根据权利要求1、2、3或4所述的设备，还包括：所述栅极驱动器电路包括：驱动器，被配置为至少部分地基于第一参考电压、第二参考电压和所述控制信号来控制所述大功率驱动器件；故障电路，被配置为基于所述大功率驱动器件的端子之间的电压来产生故障指示符，所述故障状况至少部分地基于所述故障指示符；第一端子，耦合到所述第一节点，并且被配置为响应于所述控制信号的所述第一电平和不存在所述故障状况，在所述第一时间长度上对所述大功率驱动器件的所述控制节点充电，并且被配置为响应于存在所述故障状况，在所述第三时间长度上使所述控制节点放电；以及第二端子，耦合到所述第二节点，并且被配置为在所述第二时间长度上使所述控制节点放电。6.根据权利要求1、2、3或4所述的设备，其中，所述控制节点耦合到所述大功率驱动器件的栅极端子，并且所述设备还包括：第四电路，耦合在第三节点和所述控制节点之间，所述第四电路包括第二电流放大器，
所述第二电流放大器被配置为响应于所述控制节点上的电压下降到预定阈值电压以下，钳位所述控制节点。7.一种用于控制在栅极驱动电路的封装件外部的大功率驱动器件的方法，所述方法包括：响应于控制信号的第一电平和不存在故障状况，使用第一节点在第一时间长度上对控制节点充电；以及响应于所述控制信号的第二电平和不存在所述故障状况，使用第二节点在第二时间长度上使所述控制节点放电；以及响应于存在所述故障状况，使用所述第一节点在第三时间长度上使所述控制节点放电，所述第三时间长度与所述第二时间长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮龙，扬，
申请(专利权)人：硅谷实验室公司，
类型：发明
国别省市：