一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元及方法技术

本发明专利技术涉及一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元及方法，其包括：驱动模块，用于接收来自低压侧的两路驱动信号，分别控制功率器件的开关；测量模块，用于对功率器件的导通电压和导通电流进行在线监测；隔离模块，用于隔离高压侧与低压侧电路，并将驱动模块和测量模块的各种信号进行隔离传输；控制模块，与隔离模块连接后，接收来自上级控制侧的驱动信号和来自高压侧测量模块传输至的电压测量信号和电流测量信号，实现对驱动信号的处理，同时执行驱动信号延时调节功能。本发明专利技术具备基本的驱动和保护能力，同时集成了栅极延时调节功能。通过调整两个驱动信号的时间差，最大限度地提高智能开关的工作效率。本发明专利技术能在电子电路领域应用。路领域应用。路领域应用。

【技术实现步骤摘要】
一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元及方法


[0001]本专利技术涉及一种电子电路
，特别是关于一种在电子电路中的延时调节
应用的集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元及方法。

技术介绍

[0002]随着应用场景的拓展延伸，新一代电力电子器件在工作频率、可靠性、容量、效率、功率密度等多个方面受到了日益严苛的要求。鉴于性能、成本、工艺等因素，由SiC功率器件和Si IGBT功率器件共同组成的电力电子开关得到了广泛研究，其中部分类型已实现商用。然而一类由SiC MOSFET和Si IGBT组成的智能开关还处于实验室研发阶段，针对其的驱动单元也尚不成熟。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元及方法，其具备基本的驱动和保护能力，同时集成了栅极延时调节功能。通过调整两个驱动信号的时间差，最大限度地提高智能开关的工作效率。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其包括：驱动模块，用于接收来自低压侧的两路驱动信号，分别控制功率器件的开关；测量模块，用于对功率器件的导通电压和导通电流进行在线监测；隔离模块，用于隔离高压侧与低压侧电路，并将驱动模块和测量模块的各种信号进行隔离传输；控制模块，与隔离模块连接后，接收来自上级控制侧的驱动信号和来自高压侧测量模块传输至的电压测量信号和电流测量信号，实现对驱动信号的处理，同时执行驱动信号延时调节功能。
[0005]进一步，还包括保护模块；保护模块根据测量得到的导通电流大小判断是否触发保护动作，并将保护反馈信号分别传输至驱动模块和隔离模块，经隔离模块后传输至控制模块；由控制模块对保护反馈信号进行处理。
[0006]进一步，驱动模块接收来自保护模块的保护反馈信号，在短路过流故障发生时快速执行软关断。
[0007]进一步，测量模块包括导通电压在线监测电路和导通电流在线监测电路；导通电压在线监测电路用于测量得到功率器件的导通电压V
on
大小，导通电流在线监测电路用于测量功率器件的导通电流I
on
大小。
[0008]进一步，导通电压在线监测电路在功率器件处于导通状态时工作，根据功率器件导通电压V
on
与导通电压在线监测电路的输出电压V2的预设关系，并根据输出电压V2的采样数值，计算得到对应功率器件的导通电压V
on
大小。
[0009]进一步，导通电流在线监测电路在功率器件处于导通状态时工作，利用导通瞬态较高的电流变化率dI
on
/dt完成对导通电流的测量，根据导通电流在线监测电路的输出电压信号V3采样数值，计算得到对应功率器件的导通电流I
on
大小。
[0010]一种基于上述智能开关驱动单元的栅极驱动信号延时调节方法，其包括：采样计
算得到功率器件的导通电压V
on
和导通电流I
on
；根据导通电压V
on
和导通电流I
on
分别计算功率器件的结温和功率；在保证功率器件的结温平衡、处于安全区间内的前提下，最小化智能开关的总损耗，根据结温和功率确定驱动延时方案。
[0011]进一步，将计算得到的V
on
和I
on
对照预先获得的目标功率器件的V
on
‑
I
on
‑
T
j
三元数据表得到此时功率器件的结温。
[0012]进一步，驱动延时方案包括按照以最小化总损耗为目标的算法进行驱动信号延时调节，以及以优先平衡结温为目标的算法进行驱动信号延时调节；
[0013]如果功率器件的结温均处于安全区间内，则按照以最小化总损耗为目标的算法进行驱动信号延时调节；
[0014]如果功率器件的结温已超出安全范围，则按照以优先平衡结温为目标的算法进行驱动信号延时调节。
[0015]一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
[0016]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0017]1、本专利技术实现了适用于由SiC MOSFET和Si IGBT组成的智能开关的驱动单元，在实现大功率驱动、快速保护的同时具有栅极延时优化调节的功能，有利于最大限度地提高智能开关的工作效率并防止器件过热失效、过热老化等问题的出现。
[0018]2、本专利技术采用的电压、电流在线监测电路能够集成于智能开关的驱动单元中，具有非侵入的特点，不占用额外体积，不影响电力电子设备功率侧的正常运行。
[0019]3、本专利技术采用的基于温敏电参数的结温在线监测对控制芯片的存储和运算能力要求简单，便于通过驱动单元或电力电子设备整体控制单元中的控制芯片实现，兼容性好，无需额外的存储或运算成本投入。并且能够以较快的速度获取在线运行中的智能开关的结温数据，有利于及时分析其工作状态、评估其健康和老化状况。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例中的整体功能模块组成示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例中的导通电压在线监测电路示意图；
[0022]图3是本专利技术实施例中的导通电流在线监测电路示意图；
[0023]图4是本专利技术实施例中的栅极驱动信号延时调节的流程图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]本专利技术提供的一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，有利于最大限度发挥SiC MOSFET和Si IGBT两者的比较优势，在开关速度、通流能力、工作总损耗等方面实现更为优异的性能。本专利技术包括：集成控制、隔离、驱动、保护、测量多种功能的驱动单元，导通电压和导通电流在线监测电路，基于温敏电参数的结温在线监测法，栅极驱动信号延时调节策略。该驱动单元适用于由SiC MOSFET和Si IGBT组成的智能开关，在确保大功率驱动、快速保护功能的同时，能够在线监测其中两个功率器件的导通电压、导通电流和结温，并据此通过栅极延时调节提高了智能开关总体工作效率，此外该驱动单元还具有结构简单、集成度高等优势。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其特征在于，包括：驱动模块，用于接收来自低压侧的两路驱动信号，分别控制功率器件的开关；测量模块，用于对功率器件的导通电压和导通电流进行在线监测；隔离模块，用于隔离高压侧与低压侧电路，并将驱动模块和测量模块的各种信号进行隔离传输；控制模块，与隔离模块连接后，接收来自上级控制侧的驱动信号和来自高压侧测量模块传输至的电压测量信号和电流测量信号，实现对驱动信号的处理，同时执行驱动信号延时调节功能。2.如权利要求1所述集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其特征在于，还包括保护模块；保护模块根据测量得到的导通电流大小判断是否触发保护动作，并将保护反馈信号分别传输至驱动模块和隔离模块，经隔离模块后传输至控制模块；由控制模块对保护反馈信号进行处理。3.如权利要求2所述集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其特征在于，驱动模块接收来自保护模块的保护反馈信号，在短路过流故障发生时快速执行软关断。4.如权利要求1所述集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其特征在于，测量模块包括导通电压在线监测电路和导通电流在线监测电路；导通电压在线监测电路用于测量得到功率器件的导通电压V
on
大小，导通电流在线监测电路用于测量功率器件的导通电流I
on
大小。5.如权利要求4所述集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其特征在于，导通电压在线监测电路在功率器件处于导通状态时工作，根据功率器件导通电压V
on
与导通电压在线监测电路的输出电压V2的预设关系，并根据输出电压V2的采样数值，计算得到对应功率器件的导通电压V
on
大小。6.如权利要求4所述集成栅极延时调节功能的智能开关驱动单元，其特征在于，导通电流在线监测电路在功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶之菁，郑泽东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：