一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构、电子设备制造技术

本发明专利技术提供了一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构、电子设备，用于对第一功率管进行驱动；该架构包括反馈单元，对第一功率管的感应电压进行分压反馈；控制单元，提供控制信号；集成驱动单元，包括开通三段式驱动支路以及关断三段式驱动支路；开通三段式驱动支路用于将感应电压和第一参考电压进行比较并根据比较结果输出第一驱动电流至第三驱动电流至第一功率管的栅极，对其进行分阶段导通以同时对第一功率管的开通损耗和尖峰电流进行优化；关断三段式驱动支路用于将感应电压和第二参考电压进行比较并根据比较结果输出第四驱动电流至第六驱动电流至第一功率管的栅极，对其进行分阶段关断以同时对第一功率管的关断损耗和尖峰电压进行优化。断损耗和尖峰电压进行优化。断损耗和尖峰电压进行优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构、电子设备


[0001]本专利技术涉及碳化硅驱动领域，尤其涉及一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构、电子设备。

技术介绍

[0002]随着宽禁带器件的发展，SiC MOSFET因比Si IGBT有着更快的开关速度与开关频率，能有效地提升电源系统的效率，而在近年来得到了十分快速的发展与应用。但由于过快的开关速度，也为SiC MOSFET带来了电压与电流尖峰问题。使用传统驱动电路很难同时对SiC MOSFET的电压电流尖峰问题与开关损耗问题进行优化，因此需要采取多段式驱动电路来控制SiC MOSFET驱动过程中，不同阶段的驱动电流大小，出现电压电流尖峰的阶段就降低驱动电流，其他阶段就升高驱动电流，即可实现SiC MOSFET在驱动过程中，同时优化电压电流尖峰问题与开关损耗问题。
[0003]请参考图1，现有技术采用的多段式驱动电路由片外FPGA、数字可编程驱动芯片构成。由于所述可编程驱动芯片能实现一个开关周期内非常多段数的控制，这就需要所述FPGA对多段控制产生控制时钟信号、控制段数信号、控制切换信号，因此现有技术的多段式驱动电路的整体控制延时由所述FPGA的控制频率决定，而所述FPGA的控制频率一般在100～300MHz，所以在控制延时上现有技术并不适合数十纳秒级的SiC MOSFET。此外，为实现多段数控制，所述数字可编程驱动芯片内部的数字控制需要大量电平移位电路、多段式触发电路以及编解码电路，这种大规模的数字电路则会带来更长的控制延时和更高的电路成本，并进一步降低对SiC MOSFET的控制延时。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构、电子设备，以通过低延时、低成本的方案对SiC MOSFET的电压电流尖峰问题与开关损耗问题进行同时优化。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，用于对第一功率管进行驱动，所述第一功率管的第一端耦接至地，所述第一功率管的第二端通过负载单元接至负载电源端；该架构包括：
[0006]反馈单元，所述反馈单元包括一反馈电感和分压支路；所述反馈电感的第一端耦接至所述第一功率管的第一端，其第二端耦接至所述分压支路的输入端；所述反馈电感用于产生一第一感应电压并输出至所述分压支路；所述分压支路耦接至所述负载单元，所述分压支路用于对所述第一感应电压进行分压，并输出一第一反馈电压；其中，所述第一反馈电压表征了所述第一功率管在开通与关断的过程中，因电流斜率的变化而导致尖峰电流和尖峰电压的变化；
[0007]控制单元，用于依据一输入电平输出控制信号；
[0008]集成驱动单元，包括开通三段式驱动支路以及关断三段式驱动支路；所述开通三段式驱动支路包括正电流斜率检测组件以及开通三段式处理电路；所述关断三段式驱动支
路包括负电流斜率检测组件以及关断三段式处理电路；其中：
[0009]所述正电流斜率检测组件耦接至所述分压支路的输出端，其用于接收所述第一反馈电压，并将所述第一反馈电压与一第一参考电压进行比较后，输出一第一开通电平信号；
[0010]所述开通三段式处理电路分别耦接至所述控制单元和所述正电流斜率检测组件和所述第一功率管的栅极，其用于接收所述第一开通电平信号和所述控制信号，并依据所述第一开通电平信号和所述控制信号形成第一驱动电流、第二驱动电流、第三驱动电流，并输出至所述第一功率管的栅极，所述第一驱动电流、所述第二驱动电流、所述第三驱动电流用于依次控制所述第一功率管在不同开通阶段的开通；
[0011]所述负电流斜率检测组件耦接至所述分压支路的输出端，其用于接收所述第一反馈电压，并将所述第一反馈电压与一第二参考电压进行比较后，输出一第一关断电平信号；
[0012]所述关断三段式处理电路分别耦接至所述控制单元和所述负电流斜率检测组件和所述第一功率管的栅极，其用于接收所述第一关断电平信号和所述控制信号，并依据所述第一关断电平信号和所述控制信号形成第四驱动电流、第五驱动电流、第六驱动电流，并输出至所述第一功率管的栅极，所述第四驱动电流、第五驱动电流、第六驱动电流用于依次控制所述第一功率管在不同关断阶段的关断；
[0013]且所述开通三段式驱动支路与所述关断三段式驱动支路均集成在同一芯片内。
[0014]可选的，所述开通三段式处理电路包括电平移位电路、开通三段式推挽电路；
[0015]所述电平移位电路分别耦接至所述正电流斜率检测组件的输出端、所述控制单元的输出端、所述开通三段式推挽电路的输入端；所述电平移位电路用于接收所述第一开通电平信号和所述控制信号，并分别对所述第一开通电平信号和所述控制信号进行电平移位后，分别输出对应的第一开通信号和第二开通信号；
[0016]所述开通三段式推挽电路的输出端耦接至所述第一功率管的栅极；所述开通三段式推挽电路用于接收所述第一开通信号和所述第二开通信号，并根据所述第一开通信号和所述第二开通信号依次对外输出所述第一驱动电流、所述第二驱动电流、所述第三驱动电流。
[0017]可选的，所述关断三段式处理电路包括第一反相器、关断三段式推挽电路；
[0018]所述第一反相器的输入端和输出端分别耦接至所述控制单元的输出端和所述关断三段式推挽电路的输入端；所述第一反相器用于对所述控制信号取反，以得到第二关断电平信号并输出至所述关断三段式推挽电路；
[0019]所述关断三段式推挽电路的输出端耦接至所述第一功率管的栅极，其输入端还耦接至所述负电流斜率检测组件的输出端；所述关断三段式推挽电路用于接收所述第一关断电平信号和所述第二关断电平信号，并根据所述第一关断电平信号和所述第二关断电平信号依次对外输出所述第四驱动电流、所述第五驱动电流、所述第六驱动电流。
[0020]可选的，所述正电流斜率检测组件包括第一比较器。
[0021]可选的，所述负电流斜率检测组件包括第二比较器。
[0022]可选的，所述开通三段式推挽电路包括第一级开通推挽支路和第二级开通推挽支路；
[0023]所述第一级开通推挽支路包括第一级推挽电路和第一MOS管；所述第一级推挽电路的输入端耦接至所述电平移位电路的输出端，其输出端耦接至所述第一MOS管的栅极；所
述第一MOS管的第二端耦接至所述第一功率管的栅极；所述第一级推挽电路用于接收所述第一开通信号，并对所述第一开通信号进行推挽后输出至所述第一MOS管的栅极；所述第一MOS管用于在推挽后的所述第一开通信号的作用下，输出第一电流或不输出；
[0024]所述第二级开通推挽支路包括第二级推挽电路和第二MOS管；所述第二级推挽电路的输入端耦接至所述电平移位电路的输出端，其输出端耦接至所述第二MOS管的栅极；所述第二MOS管的第二端耦接至所述第一功率管的栅极；所述第二级推挽电路用于接收所述第二开通信号，并对所述第二开通信号进行推挽后输出至所述第二MOS管的栅极；所述第二MOS管用于在推挽后的所述第二开通信号的作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，用于对第一功率管进行驱动，其特征在于，所述第一功率管的第一端耦接至地，所述第一功率管的第二端通过负载单元接至负载电源端；该架构包括：反馈单元，所述反馈单元包括一反馈电感和分压支路；所述反馈电感的第一端耦接至所述第一功率管的第一端，其第二端耦接至所述分压支路的输入端；所述反馈电感用于产生一第一感应电压并输出至所述分压支路；所述分压支路耦接至所述负载单元，所述分压支路用于对所述第一感应电压进行分压，并输出一第一反馈电压；其中，所述第一反馈电压表征了所述第一功率管在开通与关断的过程中，因电流斜率的变化而导致尖峰电流和尖峰电压的变化；控制单元，用于依据一输入电平输出控制信号；集成驱动单元，包括开通三段式驱动支路以及关断三段式驱动支路；所述开通三段式驱动支路包括正电流斜率检测组件以及开通三段式处理电路；所述关断三段式驱动支路包括负电流斜率检测组件以及关断三段式处理电路；其中：所述正电流斜率检测组件耦接至所述分压支路的输出端，其用于接收所述第一反馈电压，并将所述第一反馈电压与一第一参考电压进行比较后，输出一第一开通电平信号；所述开通三段式处理电路分别耦接至所述控制单元和所述正电流斜率检测组件和所述第一功率管的栅极，其用于接收所述第一开通电平信号和所述控制信号，并依据所述第一开通电平信号和所述控制信号形成第一驱动电流、第二驱动电流、第三驱动电流，并输出至所述第一功率管的栅极，所述第一驱动电流、所述第二驱动电流、所述第三驱动电流用于依次控制所述第一功率管在不同开通阶段的开通；所述负电流斜率检测组件耦接至所述分压支路的输出端，其用于接收所述第一反馈电压，并将所述第一反馈电压与一第二参考电压进行比较后，输出一第一关断电平信号；所述关断三段式处理电路分别耦接至所述控制单元和所述负电流斜率检测组件和所述第一功率管的栅极，其用于接收所述第一关断电平信号和所述控制信号，并依据所述第一关断电平信号和所述控制信号形成第四驱动电流、第五驱动电流、第六驱动电流，并输出至所述第一功率管的栅极，所述第四驱动电流、第五驱动电流、第六驱动电流用于依次控制所述第一功率管在不同关断阶段的关断；且所述开通三段式驱动支路与所述关断三段式驱动支路均集成在同一芯片内。2.根据权利要求1所述的基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，其特征在于，所述开通三段式处理电路包括电平移位电路、开通三段式推挽电路；所述电平移位电路分别耦接至所述正电流斜率检测组件的输出端、所述控制单元的输出端、所述开通三段式推挽电路的输入端；所述电平移位电路用于接收所述第一开通电平信号和所述控制信号，并分别对所述第一开通电平信号和所述控制信号进行电平移位后，分别输出对应的第一开通信号和第二开通信号；所述开通三段式推挽电路的输出端耦接至所述第一功率管的栅极；所述开通三段式推挽电路用于接收所述第一开通信号和所述第二开通信号，并根据所述第一开通信号和所述第二开通信号依次对外输出所述第一驱动电流、所述第二驱动电流、所述第三驱动电流。3.根据权利要求2所述的基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，其特征在于，所述关断三段式处理电路包括第一反相器、关断三段式推挽电路；
所述第一反相器的输入端和输出端分别耦接至所述控制单元的输出端和所述关断三段式推挽电路的输入端；所述第一反相器用于对所述控制信号取反，以得到第二关断电平信号并输出至所述关断三段式推挽电路；所述关断三段式推挽电路的输出端耦接至所述第一功率管的栅极，其输入端还耦接至所述负电流斜率检测组件的输出端；所述关断三段式推挽电路用于接收所述第一关断电平信号和所述第二关断电平信号，并根据所述第一关断电平信号和所述第二关断电平信号依次对外输出所述第四驱动电流、所述第五驱动电流、所述第六驱动电流。4.根据权利要求3所述的基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，其特征在于，所述正电流斜率检测组件包括第一比较器。5.根据权利要求4所述的基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，其特征在于，所述负电流斜率检测组件包括第二比较器。6.根据权利要求3所述的基于电流斜率检测的全集成驱动芯片架构，其特征在于，所述开通三段式推挽电路包括第一级开通推挽支路和第二级开通推挽支路；所述第一级开通推挽支路包括第一级推挽电路和第一MOS管；所述第一级推挽电路的输入端耦接至所述电平移位电路的输出端，其输出端耦接至所述第一MOS管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张烁，童乔凌，闵闰，彭晗，唐文军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：