用于保护功率开关的电路和方法技术

公开了一种用于保护功率开关的方法和电路。该电路包括第一、第二和第三功率开关节点；反馈电路，其耦接到第一、第二和第三功率开关节点中的至少一个，用于调节通过功率开关的电流的变化；耦接到反馈电路的检测器电路，其具有用于指示通过功率开关的电流的变化处于调节中的输出端；以及耦接至检测器电路的定时电路。定时电路被配置成测量通过功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间，以及将通过功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间与参考进行比较。定时电路包括用于在通过功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间超过参考的情况下生成过电流信号的输出端。的情况下生成过电流信号的输出端。的情况下生成过电流信号的输出端。

【技术实现步骤摘要】
用于保护功率开关的电路和方法
[0001]本申请为2018年9月6日提交的申请号为201811038302.2、专利技术名称为“用于保护功率开关的电路和方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]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

[0003]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

[0004]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。
[0005]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。
[0006]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
102016111449.9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。
[0033]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。
[0034]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的数字反馈信号114的至少两个反馈信号，外部模数转换器112将电压转换成形成数字反馈信号114的二进制字。模数转换器112被连接在布置在集成电路器件103中的内部dv/dt监测级115的上游。
[0035]反馈信号104(例如，电压和/或电流)可以在集成电路器件103中在后处理级的输入端处与来自内部预处理级的内部控制信号111(例如，电压和/或电流)组合(例如，求和)。监测级105根据半导体器件106的负载路径上的电压——例如半导体器件的集电极处的电压——来执行每时间电压变化dv/dt的模拟计算。监测级115对来自数字反馈信号114的每时间电压变化dv/dt进行数字计算，数字反馈信号114表示半导体器件106的负载路径上的电压。监测级115控制预处理级101，预处理级101根据输入信号100和数字反馈信号114来输出模拟信号110(例如，电压和/或电流)。
[0036]此外，外部dv/dt监测级105和内部dv/dt监测级115评估要控制的半导体器件106的负载路径上的电压的每时间电压变化。电压评估可以包括如下操作中的至少之一：监测电压变化，选通反馈信号，检测电压的上升和下降，放大或衰减至少一个反馈信号等。输出级102提供控制输出信号116，例如，取决于控制输入信号100和反馈信号104和114的受控电压和/或电流，以调节控制路径(栅极)半导体器件106处的电压变化dv/dt。
[0037]可选地，集成电路器件103可以经由电阻器109连接到半导体器件106的栅极。还可选地，信号预处理级101和后处理级102可以经由电阻器110连接。电阻器109可以具有尽可能小的电阻，刚好足以抑制半导体器件106的控制路径(栅极)中的振荡即可，从而使整个电路稳定。流入半导体器件106的控制路径(栅极)中的电流通过到输出级的反馈而被间接控制，该输出级形成本示例中的集成电路器件103的信号后处理级102的一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；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端；以及耦接至所述检测器电路的定时电路，其中，所述定时电路被配置成测量通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间，其中，所述定时电路被配置成将通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间与参考进行比较，以及其中，所述定时电路包括用于在通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间超过所述参考的情况下生成过电流信号的输出端。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端。3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述定时电路与所述检测器电路分隔开。4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路与所述功率开关集成到一起。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端。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端。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端。10.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的功率开关。11.根据权利要求1所述的电路，其中，所述定时电路包括微控制器，所述微控制器被配置成对所述检测器电路的输出端处的信号的时间长度数字地计数，以指示通过所述功率开关的电流的变化处于调节中。12.根据权利要求1所述的电路，其中，所述定时电路包括时间至数字转换器。13.根据权利要求1所述的电路，其中，所述定时电路包括第二比较器、耦接在所述定时电路的第一输入端与所述第二比较器的输入端之间的电阻器、以及耦接在所述第二比较器的输入端与地之间的电容器。14.根据权利要求1所述的电路，其中，所述定时电路包括电流源、电容器和第二比较器，其中，所述电流源由所述检测器电路的输出控制，其中，所述电流源被配置成对所述电容器充电，以及其中，所述电容器耦接至所述第二比较器的输入端。15.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生成与通过所述功率
开关的电流的变化相对应的信号的运算放大器，以及其中，所述检测器电路包括与所述运算放大器分隔开的第一比较器，所述第一比较器具有耦接至所述运算放大器的输出端的第一输入端、耦接至被设置成电流随时间变化的参考值的第二输入端、以及耦接至所述检测器电路的输出端的输出端。16.一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；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端；以及耦接至所述检测器电路和参考的定时电路，其中，所述定时电路被配置成测量通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间，以及其中，所述定时电路包括用于在通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间超过所述参考的情况下生成过电流信号的输出端。17.一种用于保护功率开关的方法，包括：感测通过所述功率开关的电流的变化处于调节中；测量通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间；将通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间与参考进行比较；以及如果通过所述功率开关的电流的变化处于调节中的持续时间超过所述参考，则生成过电流信号。18.根据权利要求17所述的方法，其中，感测通过所述功率开关的电流的变化处于调节中包括：生成表示通过所述功率开关的电流的变化的第一信号，以及生成表示所述第一信号大于电流值的变化的参考的第二信号。19.根据权利要求18所述的方法，还包括响应于所述过电流信号而关断所述功率开关。20.根据权利要求19所述的方法，其中，感测通过所述功率开关的电流的变化处于调节中与导通事件同时发生。21.根据权利要求20所述的方法，还包括感测所述功率开关两端的电压处于调节中。22.一种用于保护功率开关的方法，包括：感测所述功率开关两端的电压的变化处于调...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔，
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：