用于功率转换电路的级联栅极驱动器输出制造技术

本公开的各实施例总体上涉及用于功率转换电路的级联栅极驱动器输出。一种栅极驱动器电路包括被配置为生成用于第一电源断开开关的第一栅极控制信号和用于与第一电源断开开关并联的第二电源断开开关的第二栅极控制信号的至少一个驱动器、以及被配置为与第一栅极控制信号相比实现第二栅极控制信号的延迟导通时间的逻辑，使得当对耦合到第一电源断开开关和第二电源断开开关的负载加电时，第一电源断开开关在第二电源断开开关之前导通。栅极驱动器电路逻辑还可以被配置为实现延迟截止时间，使得当对负载断电时第一电源断开开关在第二电源断开开关之前截止。还描述了对应的功率转换电路、电子系统和电源断开开关控制方法。电子系统和电源断开开关控制方法。电子系统和电源断开开关控制方法。

【技术实现步骤摘要】
用于功率转换电路的级联栅极驱动器输出


[0001]本公开的各实施例总体上涉及用于功率转换电路的级联栅极驱动器输出。

技术介绍

[0002]很多电池供电的电机驱动器和其他电力电子系统使用n沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或线性FET作为用于热插拔、电子保险丝和电池保护应用的固态断开开关。当这些系统被加电时，系统输入处的大容量电容器汲取很大浪涌电流，该浪涌电流可能是标称工作电流的很多倍。固态断开开关被引入以通过在启动期间对大容量电容器进行受控充电并且在发生故障时将系统与电源/电池断开来限制浪涌电流。
[0003]根据浪涌和短路条件期间的峰值电流，通常使用单个MOSFET或并联的若干MOSFET作为断开开关。如果将标准MOSFET用作断开开关，则在系统加电期间浪涌电流不受限制。此外，当标准MOSFET并联连接时，在浪涌电流瞬变期间会出现不均等电流共享。这导致并联耦合更多标准MOSFET以补偿不均等电流共享。
[0004]另一种方法是仔细选择具有匹配的Vth(阈值电压)值的标准MOSFET，这是昂贵的。此外，通常选择标准MOSFET作为断开开关，假定单个MOSFET将接管整个浪涌电流，因为无法保证MOSFET之间的均等电流共享，这表示附加成本。由于这些原因和其他原因，已经提出线性FET以用于在并联时限制浪涌电流和在浪涌瞬变期间实现均等电流共享。线性FET技术将沟槽MOSFET的低RDSon(通态电阻)与平面MOSFET的宽安全工作区(SOA)相结合。与标准MOSFET相比，线性FET具有更快的截止速度。但是，更快的截止会导致器件雪崩，从而导致故障并且对系统可靠性产生不利影响。
[0005]因此，需要一种用于电力电子系统的改进的断开开关方法。

技术实现思路

[0006]根据一种栅极驱动器电路的实施例，该栅极驱动器电路包括：被配置为生成用于第一电源断开开关的第一栅极控制信号和用于与第一电源断开开关并联的第二电源断开开关的第二栅极控制信号的至少一个驱动器、以及被配置为与第一栅极控制信号相比实现第二栅极控制信号的延迟导通时间的逻辑，使得当对耦合到第一电源断开开关和第二电源断开开关的负载加电时，第一电源断开开关在第二电源断开开关之前导通。
[0007]根据一种功率转换电路的实施例，该功率转换电路包括：反相器/转换器；电耦合到反相器/转换器的电源输入节点的电容器；电耦合在功率转换电路的电源输入节点与反相器/转换器的电源输入节点之间的第一晶体管；与第一晶体管并联并且电耦合在功率转换电路的电源输入节点与反相器/转换器的电源输入节点之间的第二晶体管；被配置为在将功率转换电路的电源输入节点从反相器/转换器的电源输入节点断开时将第一晶体管和第二晶体管作为断开开关进行操作的控制器；以及被配置为生成用于第一晶体管的第一栅极控制信号和用于第二晶体管的第二栅极控制信号的栅极驱动器电路，第二栅极控制信号与第一栅极控制信号相比具有延迟导通时间，使得当对耦合到第一电源断开开关和第二电
源断开开关的负载加电时，第一晶体管在晶体管之前导通。
[0008]根据一种电子系统的实施例，该电子系统包括：负载；耦合到负载的反相器/转换器；电耦合到反相器/转换器的电源输入节点的电容器；电源；电耦合在电源与反相器/转换器的电源输入节点之间的第一晶体管；与第一晶体管并联并且电耦合在电源与反相器/转换器的电源输入节点之间的第二晶体管；被配置为在将电源从负载断开时将第一晶体管和第二晶体管作为断开开关进行操作的控制器；以及被配置为生成用于第一晶体管的第一栅极控制信号和用于第二晶体管的第二栅极控制信号的栅极驱动器电路，第二栅极控制信号与第一栅极控制信号相比具有延迟导通时间，使得当对负载加电时，第一晶体管在第二晶体管之前导通。
[0009]根据一种驱动第一电源断开开关和与第一电源断开开关并联耦合的第二电源断开开关的方法的实施例，该方法包括：生成用于第一电源断开开关的第一栅极控制信号和用于第二电源断开开关的第二栅极控制信号；以及与第一栅极控制信号相比，实现第二栅极控制信号的延迟导通时间，使得当对耦合到第一电源断开开关和第二电源断开开关的负载加电时，第一电源断开开关在第二电源断开开关之前导通。
[0010]根据一种功率转换电路的实施例，该功率转换电路包括：反相器/转换器；电耦合到反相器/转换器的电源输入节点的大容量电容器；电耦合在功率转换电路的电源输入节点与反相器/转换器的电源输入节点之间的第一晶体管；与第一晶体管并联并且电耦合在功率转换电路的电源输入节点与反相器/转换器的电源输入节点之间的第二晶体管；被配置为在将功率转换电路的电源输入节点从反相器/转换器的电源输入节点断开时将第一晶体管和第二晶体管作为断开开关进行操作的控制器；以及被配置为生成用于第一晶体管的第一栅极控制信号和用于第二晶体管的第二栅极控制信号的栅极驱动器电路，第二栅极控制信号与第一栅极控制信号相比具有延迟导通时间，使得第一晶体管在第二晶体管之前导通并且电容器开始通过第一晶体管而不是第二晶体管汲取浪涌电流。
[0011]本领域技术人员在阅读以下详细描述并且查看附图之后将能够认识到其他特征和优点。
附图说明
[0012]附图的元素不必相对于彼此按比例。相同的附图标记表示对应的相似部分。各种图示实施例的特征可以组合，除非它们相互排斥。实施例在附图中描绘并且在下面的描述中详细描述。
[0013]图1示出了电子系统的实施例的框图，该电子系统包括负载、电源和耦合在负载与电源之间的功率转换电路；
[0014]图2示出了与对负载加电相关联的各种波形；
[0015]图3A描绘了典型标准MOSFET断开开关的栅极电荷特性，图3B描绘了线性FET断开开关的栅极电荷特性；
[0016]图4示出了与对负载断电相关联的各种波形；以及
[0017]图5到图11示出了相应电子系统的附加实施例，该电子系统包括耦合在负载与电源之间的功率转换电路。
具体实施方式
[0018]本文中描述的实施例提供了一种栅极驱动器电路，该栅极驱动器电路具有两个或更多个输出并且在输出之间引入了可配置的导通和/或可配置的截止延迟，使得第一电源断开开关首先导通以在加电事件期间限制浪涌电流并且第二电源断开开关相对于第一电源断开开关具有延迟导通时间以在正常操作期间减少系统功率损耗。在截止事件期间可以发生类似的延迟定序，因为第一电源断开开关可以首先截止，然后是第二电源断开开关，以在高电流下提供受控截止，这避免了断开开关的雪崩。
[0019]延迟可以通过模拟或数字实现被引入栅极驱动器中，并且可以是可编程的或者通过测量、校准等定义或者可以是固定的。例如，在基于测量的实现的情况下，浪涌电流感测可以经由串联电阻器或使用比较器的RDSon感测来实现。在达到一定阈值之后，可以导通第二电源断开开关。相反，由栅极驱动器电路实现的导通延迟可以是恒定值，使得不需要附加感测电路。在截止期间，响应于系统或控制器保护或正常截止序列，第一电源断开开关立即截止。在从第一电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种栅极驱动器电路，包括：至少一个驱动器，被配置为生成用于第一电源断开开关的第一栅极控制信号和用于第二电源断开开关的第二栅极控制信号，所述第二电源断开开关与所述第一电源断开开关并联；以及逻辑，被配置为与所述第一栅极控制信号相比实现所述第二栅极控制信号的延迟导通时间，使得当对耦合到所述第一电源断开开关和所述第二电源断开开关的负载加电时，所述第一电源断开开关在所述第二电源断开开关之前导通。2.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述逻辑被配置为基于所述第一电源断开开关的感测到的漏极到源极电压或流过所述第一电源断开开关的感测到的电流来实现所述延迟导通时间。3.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述逻辑被配置为基于编程延迟值来实现所述延迟导通时间。4.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述逻辑被配置为基于流过电阻器的感测到的电流来实现所述延迟导通时间，所述电阻器耦合在电源与所述第一电源断开开关之间。5.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述逻辑被配置为基于在所述第一电源断开开关与地之间的电容器的感测到的电压来实现所述延迟导通时间。6.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述负载是功率转换系统，并且其中所述逻辑被配置为基于在所述第一电源断开开关导通时被充电的、在所述功率转换系统的输入处的去耦大容量电容器或dc总线电容器的感测到的电压来实现所述延迟导通时间。7.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述栅极驱动器电路包括单个驱动器，其中所述单个驱动器被配置为输出所述第一栅极控制信号，并且其中所述逻辑被配置为通过对所述单个驱动器的输出施加所述延迟导通时间来生成所述第二栅极控制信号。8.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述栅极驱动器电路包括第一驱动器和第二驱动器，其中所述第一驱动器被配置为基于从控制器接收的开关控制信号生成所述第一栅极控制信号，并且其中所述逻辑被配置为向所述开关控制信号施加所述延迟导通时间以输入到所述第二驱动器。9.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述逻辑还被配置为与所述第一栅极控制信号相比实现所述第二栅极控制信号的延迟截止时间，使得当对耦合到所述第一电源断开开关和所述第二电源断开开关的所述负载断电时，所述第一电源断开开关在所述第二电源断开开关之前截止。10.根据权利要求9所述的栅极驱动器电路，其中所述延迟截止时间使得所述第一电源断开开关在所述第二电源断开开关开始截止之前完全截止。11.根据权利要求9所述的栅极驱动器电路，其中所述延迟截止时间使得所述第二电源断开开关在对耦合到所述第一电源断开开关和所述第二电源断开开关的所述负载断电时具有受控截止。12.根据权利要求9所述的栅极驱动器电路，其中所述逻辑被配置为基于编程延迟值来实现所述延迟截止时间。13.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中所述第一电源断开开关与所述栅极驱
动器电路单片集成。14.一种功率转换电路，包括：反相器/转换器；电容器，电耦合到所述反相器/转换器的电源输入节点；第一晶体管，电耦合在所述功率转换电路的电源输入节点与所述反相器/转换器的所述电源输入节点之间；第二晶体管，与所述第一晶体管并联并且电耦合在所述功率转换电路的所述电源输入节点与所述反相器/转换器的所述电源输入节点之间；控制器，被配置为在将所述功率转换电路的所述电源输入节点从所述反相器/转换器的所述电源输入节点断开时将所述第一晶体管和所述第二晶体管作为断开开关进行操作；以及栅极驱动器电路，被配置为生成用于所述第一晶体管的第一栅极控制信号和用于所述第二晶体管的第二栅极控制信号，所述第二栅极控制信号与所述第一栅极控制信号相比具有延迟导通时间，使得当对耦合到所述第一电源断开开关和所述第二电源断开开关的负载加电时，所述第一晶体管在所述晶体管之前导通。15.根据权利要求14所述的功率转换电路，还包括：传感器，被配置为感测所述第一晶体管的漏极到源极电压或流过所述第一晶体管的电流，其中所述栅极驱动器电路被配置为基于所述第一晶体管的感测到的漏极到源极电压或流过所述第一晶体管的感测到的电流来实现所述延迟导通时间。16.根据权利要求14所述的功率转换电路，其中所述栅极驱动器电路被配置为基于编程延迟值来实现所述延迟导通时间。17.根据权利要求14所述的功率转换电路，还包括：传感器，被配置为感测流过耦合在电源与所述第一晶体管之间的电阻器的电流，其中所述栅极驱动器电路被配置为基于流过所述电阻器的感...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
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：