用于检测高电流的栅极电压的诊断制造技术

本公开的实施例涉及一种用于检测高电流的栅极电压的诊断。用于功率开关电路的过载检测和保护。对于具有更快切换速度的电路，快速故障检测和对检测到的过载状况的响应可能是被期望的。检测电路系统可以监测一个或多个功率开关的控制端子上的电压。基于经验测量，在功率开关电路(例如，半桥电路)的过载状况下，在控制端子处的电压可能增加，并且在一些示例中，增加到大于电源电压的大小。比较器可以检测到超过电压大小阈值的电压增加，向功率开关电路的控制电路系统输出指示，并且控制电路系统可以采取措施以保护电路系统的其余部分，诸如降低电压或关闭功率开关电路。如降低电压或关闭功率开关电路。如降低电压或关闭功率开关电路。

【技术实现步骤摘要】
用于检测高电流的栅极电压的诊断


[0001]本公开涉及功率开关，并且更具体地，涉及用于保护功率开关电路免受可能发生的不同问题的技术和电路。

技术介绍

[0002]功率开关被用于多种多样的应用中以控制递送到负载的功率。作为示例，功率开关可以包括场效应晶体管(FET)、双极结晶体管(BJT)、氮化镓(GaN)开关或碳化硅(SiC)开关或者可以包括可控硅整流器(SCR)。FET的示例可以包括但不限于结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、双栅MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、任何其他类型的FET或它们的任何组合。MOSFET的示例可以包括但不限于PMOS、NMOS、DMOS或任何其他类型的MOSFET或它们的任何组合。MOSFET可以由硅、氮化镓、碳化硅或其他材料形成。BJT的示例可以包括但不限于PNP、NPN、异质结或任何其他类型的BJT或它们的任何组合。
[0003]功率开关通常由驱动器电路经由调制控制信号来控制，诸如脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、脉冲持续时间调制、脉冲密度调制或其他类型的调制控制信号。调制控制信号可以被施加到功率开关的控制端子(例如栅极)，以控制功率开关的开/关切换，并由此控制通过功率开关递送到负载的平均功率量。功率开关的开/关切换有效地将功率递送分成分立的部分。可以通过快速接通和关断开关来控制馈送到负载的电压和/或电流的平均值。与关断时段相比，开关接时段越长，供应给负载的总功率就越高。在许多应用中，两个不同的功率开关被配置为高侧配置和低侧配置，并且两个功率开关的开/关切换是同步的，以便将期望功率递送到位于高侧和低侧开关之间的开关节点。

技术实现思路

[0004]总的来说，本公开描述了用于功率开关电路的过载检测和保护。在一些示例中，功率开关电路可以通过增加功率开关的切换速度来更有效地进行操作。对于具有更快的切换速度的电路，为了诸如安全性和提高效率，快速过载检测和对检测到的过载状况的响应可能是期望的。本公开的检测电路系统可以相对于切换电路的电源电压而监测一个或多个功率开关的控制端子上电压。在一些示例中，本公开的电路布置可以通过利用静电放电(ESD)保护组件来检测功率开关的控制端子处的电压变化的方式提供快速过载检测。基于经验测量，在功率开关电路(例如，半桥电路)的过载状况下，控制端子处的电压可能增加，并且在一些示例中，增加到大于功率开关电路的电源电压的大小。本公开的电路布置可以检测功率晶体管的控制端子(例如，栅极)处的电压大小的这种增加。在一个示例布置中，比较器可以检测ESD二极管两端超过电压阈值的电压增加，向功率开关电路的控制电路系统输出指示，并且控制电路系统可以采取措施(诸如降低电压或关闭功率开关电路)以保护电路的其余部分。
[0005]在一个示例中，本公开描述了一种被配置为控制功率开关的驱动器电路，该驱动器电路包括：输出引脚，其中该驱动器电路被配置为将驱动信号从输出引脚递送到功率开
关的控制端子，以控制功率开关的开/关切换；电压检测电路，被配置为检测功率开关的控制端子上的电压过冲；以及保护逻辑电路系统，被配置为：从电压检测电路接收电压过冲满足电压阈值的指示；基于接收到的指示确定存在过载状况；以及响应于确定存在过载状况，调整经由输出引脚递送的驱动信号以改变功率开关的操作。
[0006]在另一个示例中，本公开描述了一种系统，包括：负载；包括晶体管的功率开关，其中功率开关被配置为控制递送到负载的功率；以及驱动器电路，被配置为控制功率开关，该驱动器电路包括：输出引脚，其中驱动器电路被配置为将驱动信号从输出引脚递送到功率开关的控制端子，以控制功率开关的开/关切换；以及电压检测电路，被配置为检测功率开关的控制端子的电压过冲；以及保护电路，被配置为：从电压检测电路接收关于电压过冲满足电压阈值的指示；基于接收到的指示确定存在过载状况；以及响应于确定存在过载状况，调整经由输出引脚递送的驱动信号来改变功率开关的操作。
[0007]在另一个示例中，本公开描述了一种控制功率开关的方法，包括：将驱动信号从驱动器电路的输出引脚递送到功率开关的栅极，以控制功率开关的开/关切换；从电压检测电路接收关于在功率开关的栅极处的电压值的指示；基于在功率开关的栅极处的电压值来确定是否存在电压过冲；确定电压过冲是否满足电压阈值；基于电压过冲满足电压阈值来确定是否存在过载状况；响应于确定存在过载状况，调整经由输出引脚递送的驱动信号，以调整功率开关的操作。
[0008]在附图和以下说明中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目的和优点将根据说明书和附图以及权利要求而显而易见。
附图说明
[0009]图1是包括功率开关电路、驱动器电路和控制器的示例系统的框图。
[0010]图2是图示了根据本专利技术的一种或多种技术的具有功率开关电路以及过载检测和响应电路系统的示例系统的框图。
[0011]图3是图示了本公开的电路系统对过载状况的示例响应的时间曲线图。
[0012]图4是图示了用于功率切换电路的本公开的过载检测和响应电路系统的一种可能的示例实现的示意图。
[0013]图5是图示了本公开的过载检测和响应电路系统的示例操作的流程图。
具体实施方式
[0014]本公开描述了用于保护功率开关电路的电路系统和监测技术。在一些示例中，与较低的切换速度相比，通过增加功率开关的切换速度，功率开关电路可以更有效地进行操作。对于具有较快切换速度以得到安全性和电路保护的电路，对电路故障的快速检测和快速响应(诸如过载检测)可能是期望的。本公开的检测电路系统可以相对于开关电路的电源电压而监测一个或多个功率开关的控制端子上的电压。在一些示例中，本公开的电路布置可以通过利用静电放电(ESD)保护组件检测功率开关的控制端子处的电压变化的方式提供快速故障检测。诸如过载状况之类的故障可以指代电路可能承载了高于正常电流的电路状况。短路可能会导致这种过载状况。在本公开中，“短路”可以指代通过功率开关的电流处于足够高的水平以使功率开关即使在接通时也限制电流量的情形。
[0015]基于经验测量，在功率开关电路(例如，半桥电路)的过载状况中，控制端子处的电压可能增加，并且在一些示例中，增加到大于功率开关电路的电源电压的绝对值。本公开的电路布置可以检测功率晶体管的控制端子(例如，栅极)处的电压大小的这种增加。诸如处理器、逻辑电路系统等之类的监测电路系统可以对检测到的电路故障做出响应以降低功率，或者在一些示例中，关闭开关电路。
[0016]以这种方式，本公开的电路系统可以提供比其他过载检测技术更快的过载状况检测和响应，与其他电路布置相比，这可以得到改进的安全性和更高效率的功率开关电路系统。例如，具有较慢的过载响应的电路可以用被额定为承受高电流的时间至少与过载检测特征的响应时间一样长的功率半导体来实现。在本公开中，过载状况是电路组件可能经受高电流(例如，高于期望电流)的状况，该高电流可能使电路组件降级或损坏。然而，允许半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被配置为控制功率开关的驱动器电路，所述驱动器电路包括：输出引脚，其中所述驱动器电路被配置为将驱动信号从所述输出引脚递送到所述功率开关的控制端子，以控制所述功率开关的开/关切换；电压检测电路，被配置为检测所述功率开关的所述控制端子上的电压过冲；以及保护电路系统，被配置为：从所述电压检测电路接收所述电压过冲满足电压阈值的指示；基于接收到的所述指示确定存在过载状况；以及响应于确定存在所述过载状况，调整经由所述输出引脚递送的所述驱动信号以改变所述功率开关的操作。2.根据权利要求1所述的电路，其中来自所述电压检测电路的所述电压过冲满足电压阈值的所述指示包括第一指示；以及其中所述保护电路系统还被配置为：从保护电路接收关于在所述功率开关处存在故障状况的第二指示，其中所述保护电路与所述电压检测电路分离；以及响应于接收到所述第二指示，确定存在所述过载状况。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述保护电路包括去饱和DESAT检测电路或过电流保护OCP电路。4.根据权利要求1所述的电路，其中所述功率开关包括绝缘栅极氧化物型功率开关，以及其中所述控制端子包括所述绝缘栅极氧化物型功率开关的栅极。5.根据权利要求1所述的电路，其中所述功率开关包括选自由以下各项组成的组的晶体管：绝缘栅双极型晶体管IGBT；硅金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET；碳化硅SiC MOSFET；以及氮化镓GaN MOSFET。6.根据权利要求1所述的电路，其中所述电压检测电路包括：二极管，被配置为提供静电放电ESD保护。7.根据权利要求6所述的电路，其中所述电压检测电路包括：比较器，被配置为基于所述二极管两端的电压来输出所述电压过冲满足电压阈值的所述指示。8.根据权利要求1所述的电路，其中为了调整所述驱动信号，所述保护逻辑电路系统被配置为输出关闭所述功率开关的驱动信号。9.一种系统，包括：负载；包括晶体管的功率开关，其中所述功率开关被配置为控制递送到所述负载的功率；以及驱动器电路，被配置为控制所述功率开关，所述驱动器电路包括：输出引脚，其中所述驱动器电路被配置为将驱动信号从所述输出引脚递送到所述功率
开关的控制端子，以控制所述功率开关的开/关切换；以及电压检测电路，被配置为检测所述功率开关的所述控制端子上的电压过冲；以及保护电路系统，被配置为：从所述电压检测电路接收所述电压过冲满足电压阈值的指示；基于接收到的所述指示确定存在过载状况；以及响应于确定存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：