用于栅极控制的功率开关处的短路的快速短路检测的方法和设备技术

一种用于检测栅极控制的功率开关

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于栅极控制的功率开关处的短路的快速短路检测的方法和设备
[0001]本专利技术涉及一种用于检测栅极控制的功率开关
(
特别是碳化硅或氮化镓
MOSFET)
处的短路的方法和设备
。
[0002]存在用于检测栅极控制的功率开关处的短路的不同种类的常规检测方法
。
[0003]利用传统的饱和检测方法，通过二极管感测
MOSFET
的漏极端子和源极端子之间的漏极源极电压
。
当在接通瞬态期间感测到的漏极电压没有下降到其饱和电压时，可以检测到故障
。
这种检测需要相对仔细的设计，并且高度依赖于温度
。
在
MOSFET
的情况下还需要饱和，而在
IGBT
的情况下还需要去饱和
。
[0004]在高电感短路的情况下，这种常规方法难以良好地工作
。
[0005]另一种常规检测方法包括通过将栅极处的栅极电荷与栅极控制的功率开关的栅极和源极端子之间的栅极源极电压进行比较来检测短路
。
例如，可以通过使用电流镜结构感测栅极电流或测量栅极电阻两端的电压降来获取栅极电荷
。
此外，这种常规方法需要校准并且实施起来相当复杂
。
[0006]短路检测的另一种可能的方式是执行流动电流的直流测量，然而，这对功率回路具有影响并且实施起来也不容易
。
此外，短路检测的这种方式实施起来是庞大且昂贵的
。
[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种允许快速检测栅极控制的功率开关处的短路并且不需要复杂的实施方式的方法和设备
。
[0008]该目的根据本专利技术的第一方面通过包括权利要求1的特征的用于检测栅极控制的功率开关处的短路的快速短路检测设备来实现
。
[0009]根据第一方面，本专利技术提供了一种用于栅极控制的功率开关处的短路检测的短路检测设备，所述设备包括测量电路和短路检测信号生成电路，所述测量电路用于响应于沿着所述栅极控制的功率开关的杂散电感的电压降而生成测量信号，所述短路检测信号生成电路用于在所述测量信号超过基准电压并且所述栅极控制的功率开关处于接通状态的情况下生成短路检测信号
。
[0010]在根据本专利技术的第二方面的短路检测设备的可能的实施例中，所述测量电路连接到集成在封装中的所述栅极控制的功率开关，所述栅极控制的功率开关包括
Kelvin
源极引脚，该
Kelvin
源极引脚用于通过所述
Kelvin
源极引脚和所述源极引脚之间的所述短路检测设备的所述测量电路分接沿着所述栅极控制的功率开关的所述杂散电感的所述电压降
。
[0011]在另一可能实施例中，根据本专利技术的第二方面的短路检测设备用于检测栅极控制的功率开关处的短路，所述栅极控制的功率开关包括
MOSFET
，特别是
SiC
或
GaN MOSFET。
[0012]在根据本专利技术的第二方面的短路检测设备的又一可能实施例中，所述比较器电路用于将由所述测量电路生成的测量信号与自生成的基准电压进行比较，以生成比较器输出信号
。
[0013]在根据本专利技术的第二方面的短路检测设备的又一可能实施例中，所述短路检测信号生成电路包括分压器电路
、
信号延迟电路和逻辑门，所述分压器电路用于测量由栅极驱动器电路输出并供应给所述栅极控制的功率开关的栅极端子的栅极控制信号的输出电压，
以提供测量的栅极电压，所述信号延迟电路用于以延迟时间延迟所述测量的栅极电压，以提供短路检测使能信号，其中，在所述逻辑门被从所述信号延迟电路接收的所述短路检测使能信号使能的情况下，由所述比较器电路输出的所述比较器输出信号经由所述逻辑门作为所述短路检测信号被供应给所述栅极驱动器电路的输入端
。
[0014]根据另一方面，本专利技术提供了一种用于检测栅极控制的功率开关处的短路的快速短路检测方法，所述方法包括以下步骤：响应于沿着所述栅极控制的功率开关的杂散电感的电压降而提供测量信号，以及在所提供的测量信号超过基准电压并且所述栅极控制的功率开关处于接通状态的情况下生成短路检测信号
。
[0015]本专利技术不需要复杂的实施方式，特别是不需要提供复杂的模拟或数字电路，例如
FPGA。
根据本专利技术的方法和设备提供了对可能的短路电流的非常快速的检测
。
它可以在不同的短路电流状况下操作，并且实施起来容易且便宜
。
也不需要等待栅极控制的功率开关的去饱和
。
根据本专利技术的方法和设备允许栅极控制的功率开关的正常操作，而不干扰或影响其正常操作
。
可以在纳秒内非常快速地检测短路
。
由栅极驱动器输出的电压可以用于激活根据本专利技术的第一方面的检测方法
。
根据本专利技术的方法和设备测量栅极控制的功率开关的杂散电感两端的电压，以检测栅极控制的功率开关处的短路电流
。
在可能的实施例中，用于短路检测的栅极控制的功率开关的杂散电感包括在栅极控制的功率开关的源极端子和
Kelvin
源极引脚之间的杂散电感
。
[0016]在可能的实施例中，所述测量信号由具有比较器电路的测量电路生成，所述比较器电路将所述测量信号与所述基准电压进行比较以生成比较器输出信号
。
[0017]在根据本专利技术的第一方面的方法的可能实施例中，所生成的短路检测信号被供应给栅极驱动器电路的输入端，以在关断时段内触发所述栅极驱动器电路对所述栅极控制的功率开关的自动关断
。
[0018]在根据本专利技术的第一方面的方法的可能实施例中，由所述栅极驱动器电路输出并经由栅极电阻器施加到所述栅极控制的功率开关的栅极端子的栅极控制信号的输出电压借助于分压器电路来测量，以提供所述栅极驱动器电路的所述测量的输出电压
。
[0019]在根据本专利技术的第一方面的方法的可能实施例中，通过信号延迟电路以延迟时间延迟所述栅极驱动器电路的测量的栅极电压，以提供短路检测使能信号
。
[0020]在根据本专利技术的第一方面的方法的又一可能实施例中，在逻辑门被从所述信号延迟电路接收的所述短路检测使能信号使能的情况下，所述比较器输出信号可以经由所述逻辑门作为所述短路检测信号被供应给所述栅极驱动器电路的所述输入端
。
[0021]在根据本专利技术的第一方面的方法的又一可能实施例中，由所述栅极驱动器电路施加到所述栅极控制的功率开关的所述栅极端子的所述栅极控制信号包括从微控制器接收的信号
。
[0022]该信号可以包括调制信号
(
特别是脉宽调制信号
)
或一个或多个信号脉冲
。
[0023]在根据本专利技术的第一方面的方法的又一可能实施例中，所述基准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于栅极控制的功率开关
(4)
处的短路检测的短路检测设备
(1)
，所述设备
(1)
包括
‑
测量电路
(2)
，其用于响应于沿着所述栅极控制的功率开关
(4)
的杂散电感
L
S
的电压降
Δ
V
LS
而生成测量信号
V
LS,m
，以及
‑
短路检测信号生成电路
(3)
，其用于在所述测量信号
V
LS,m
超过基准电压
V
ref
并且所述栅极控制的功率开关
(4)
处于接通状态的情况下生成短路检测信号
V
SC
。2.
根据权利要求1所述的短路检测设备，其中，所述测量电路
(2)
连接到集成在封装中的所述栅极控制的功率开关
(4)
，所述栅极控制的功率开关
(4)
包括
Kelvin
源极引脚
(S')
，该
Kelvin
源极引脚
(S')
用于通过所述短路检测设备
(1)
的所述测量电路
(2)
分接沿着所述栅极控制的功率开关
(4)
的所述杂散电感
L
S
的所述电压降
。3.
根据权利要求1所述的短路检测设备，其中，所述测量电路
(2)
连接到所述栅极控制的功率开关
(4)
的所述
Kelvin
源极引脚
(S")
和源极引脚
(S)。4.
根据前述权利要求1至3中任一项所述的短路检测设备，其中，所述栅极控制的功率开关
(4)
包括
MOSFET
，特别是
SiC MOSFET
或
GaN MOSFET
或
HEMT。5.
根据前述权利要求1至4中任一项所述的短路检测设备，其中，所述短路检测信号生成电路
(3)
包括比较器电路
(3A)
，所述比较器电路
(3A)
用于将由所述测量电路
(2)
生成的测量信号
V
LS,m
与所述基准电压
V
ref
进行比较，以生成比较器输出信号
V
LS,c
。6.
根据前述权利要求1至5中任一项所述的短路检测设备，其中，所述短路检测信号生成电路
(3)
包括使能短路
SC
检测电路
(3B)
，所述使能短路
SC
检测电路
(3B)
具有：分压器电路
(31)
，其用于测量由栅极驱动器电路
(5)
输出并供应给所述栅极控制的功率开关
(4)
的栅极端子
(G)
的栅极控制信号
V
G
的输出电压，以提供测量的栅极电压
V
G,m
，信号延迟电路
(32)
，其用于以延迟时间
t
del
延迟所述测量的栅极电压
V
G,m
，以提供短路检测使能信号
V
SC,en
，并且具有逻辑门
(33)
，其中，在所述逻辑门
(33)
被从所述信号延迟电路
(32)
接收的所述短路检测使能信号
V
SC,en
使能的情况下，由所述比较器电路
(3A)
输出的所述比较器输出信号
V
LS,c
经由所述逻辑门
(33)
作为所述短路检测信号
V
SC
被供应给所述栅极驱动器电路
(5)
的输入端
(SC)。7.
根据权利要求6所述的短路检测设备，其中，所生成的短路检测信号
V
SC
被供应给所述栅极驱动器电路
(5)
的输入端
(SC)
，以在关断时段内触发所述栅极驱动器电路
(5)
对所述栅极控制的功率开关
(4)
的自动关断
。8.
根据权利要求7所述的短路检测电路，其中，由所述栅极驱动器电路
(5)
输出并经由栅极电阻器施加到所述栅极控制的功率开关
(4)
的栅极端子
(G)
的栅极控制信号
V
G
的输出电压，借助于形成所述短路检测信号生成电路
(3)
的一部分的所述使能短路
SC
检测电路
(3B)
的所述分压器电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿利，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：