【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率开关和半导体开关的领域，特别是涉及改善半桥和全桥电路中使用的功率开关和半导体开关的短路抗性特别是，本专利技术涉及一种用于保护功率开关、如mosfet晶体管免受短路和过电流的影响的保护电路。
技术介绍
1、用于半桥和全桥电路的传统驱动器通过额外调设的分流电阻处理压降。这特别是对于高性能开关来说是不经济的，因为对此适用的电阻很昂贵，而且必须耗散产生的损耗功率，这限制电路组件的有效功率并且降低其效率。也存在一些应用在没有分流器的情况下工作，并由已接通的mosfet的漏极-源极电压求取过电流识别。这通常是借助比较器或多个其他构件以相应的电路开销来实现的。这种电路的缺点是高的构件开销，而且必须有电路和昂贵的构件或集成电路的电压供给，这排除了成本有效的解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术所基于的任务在于实现一种成本有效的解决方案，用于改善功率开关的短路抗性，该解决方案可以以少的构件开销和电路开销来实现。
2、该任务通过独立权利要求的主题解决。本专利技术的有利的扩展方案在从属权利要求、说明书和附图中说明。
3、根据本专利技术的解决方案基于下面提出的概念。
4、本专利技术提供一种保护电路，该保护电路能够实现更快的短路识别，并且因此提供保护免受短路和过电流的影响的保护功能，但在没有集成电路或比较器的情况下工作。
5、根据本专利技术的保护电路也可用于自举方案(bootstrap-)。它只需要低的构件开销，并且可以以节省成本的方式实现
6、由于保护电路的连接部不必直接连接在mosfet上，而是也连接在至负载或供给电压/接地的线路上，因此可以同时检测线路电感，这导致di/dt识别，因此可以在短路情况下更快地、且以比以前可能的电流峰值更小的电流峰值关断电流。
7、因此，在此描述的保护电路提供以下技术优点：
8、能够以最少的成本有利构件实现有效的过电流识别和关断。
9、保护电路不需要附加的电压供给。栅极的控制信号就足够了。
10、保护电路可以直接集成到现有的驱动电路中，而不是栅极串联电阻(gatevorwiderstand)。
11、简单地通过改变电阻值，即可在非常宽的界限内调整电流范围。
12、在非常低的uds电压下也可以进行电流检测，并且新的mosfet也可以借助几毫欧姆的rds(on)电阻来保护。
13、通过以下实现温度补偿：v7的温度相关性vf和v3的vbe(on)(见图2)具有相同的变化过程，即如果二极管的正向电压在较高的温度下下降，则v3的基极-发射极开关电压也会以相同程度下降。
14、由于二极管的导通电压和晶体管的开关电压相互补偿，因此电路可以将在mosfet处小于100至200mv的压降uds可靠地识别为过电流。
15、通过c1和c2以及r3至r5的相应的参数确定(dimensionierung)，甚至可以将在故障情况下的短路电流调设得低于最大允许电流。
16、在故障情况下，只有mosfet的栅极被放电，操控源未被明显地负载。
17、在r3和r4之间提供如下电压：该电压在正常运行下与通过功率mosfet的电流近似成比例。
18、r3和r4之间的电压可以直接用来操控发光二极管、光耦合器或半导体构件或半导体电路，以将故障信号传达给外部的监测单元。
19、功率mosfet的接通/关断特性得到改善，这导致更低的开关损失。
20、即使在持久短路的情况下，尽管有其他操控，也防止mosfet的破坏。
21、当不再存在过电流或短路时，完全的保护会自行恢复。
22、由于仅使用分立的构件，因此该电路也可以直接一起集成到功率开关的硅中。可以提供功率开关，该功率开关借助电阻和电容的简单外部布线能够实现可调设的电流极限。
23、在电子学的许多应用中，通过使用该电路可以使借助电流互感器或分流器的电流检测变得多余。
24、电机在电流极限下的受控启动也可以通过这种方式实现。
25、通过将t1设计为达林顿晶体管，可以保护多个并联连接的mosfet和具有高栅极电容的mosfet。
26、通过插入一个简单的齐纳二极管，可以附加地保护mosfet的栅极免受过电压的影响。
27、该电路也可以直接集成到mosfet的硅芯片中。电流极限可以通过向外引出的引脚来布线和单独匹配。
28、根据本专利技术的第一方面，上述任务通过用于保护功率开关免受短路和过电流的影响的保护电路来解决，功率开关具有栅极连接部、漏极连接部和源极连接部，其中，保护电路包括以下：用于接收栅极控制信号的控制输入端；用于在功率开关的栅极连接部处提供栅极信号的栅极端子；用于连接到功率开关的漏极连接部的漏极端子；用于连接到功率开关的源极连接部的源极端子；第一晶体管，其连接在控制输入端和栅极端子之间，其中，第一晶体管构造用于，基于栅极控制信号在预给定的电压范围内提供栅极信号；rc网络，其连接在漏极端子和源极端子之间，其中，rc网络构造用于检测通过功率开关的电流；第二晶体管，其连接在栅极端子和源极端子之间，其中，第二晶体管构造用于，当通过功率开关的电流高于预给定的电流极限值时关断功率开关。
29、这种根据本专利技术的保护电路以最小的电路开销实现了最大的保护，并且比以前使用的所有解决方案更成本有利、更快且更简单。它仅借助分立的构件工作。
30、由于其极快的短路检测，根据本专利技术的保护电路也可以在极低电感的结构的情况下使用。无需附加的电压供给。
31、根据保护电路的一种示例性实施方式，第一晶体管、第二晶体管和rc网络构造用于从栅极控制信号中获取其电压供给。
32、根据本专利技术的保护电路的直接从栅极控制信号的供给提供以下技术优点：保护电路既可以用于低侧应用(low-side anwendung)，也可以用于高侧应用。
33、根据保护电路的一种示例性实施方式，可以通过rc网络的参数确定(dimensionierung)预给定用于关断功率开关的电流极限值。
34、这提供以下技术优点：仅仅通过rc网络的相应的参数确定，保护电路可以用于多种应用。
35、根据保护电路的示例性实施方式，rc网络包括由第一电阻和以下并联电路组成的串联电路，所述并联电路由第一电容和第二电阻组成，其中，串联电路与第二电容并联连接。
36、如果不存在所述电容，当通过r4操控栅极信号(101，见图2)时，晶体管v3被接通。因此，v1从不可能接通。这只借助c1和c2才能够实现，因为它们在接通时刻的电压为0v。
37、只有在通过r和c定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种保护电路(100，200，300)，所述保护电路用于保护功率开关(120)免受短路和过电流的影响，所述功率开关(120)具有栅极连接部、漏极连接部和源极连接部，其中，所述保护电路(100，200，300)包括以下：
2.根据权利要求1所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述第一晶体管(V1)、所述第二晶体管(V3)和所述RC网络(130)构造为，从所述栅极控制信号(110)获得其电压供给。
3.根据权利要求1或2所述的保护电路(100，200，300)，其中，用于关断所述功率开关(120)的电流极限值(610)能够通过所述RC网络(130)的参数确定来预给定。
4.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述RC网络(130)包括由第一电阻(R4)和以下并联电路组成的串联电路：所述并联电路由第一电容(C2)和第二电阻(R5)组成，其中，所述串联电路与第二电容(C1)并联连接。
5.根据权利要求4所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述RC网络(130)的第一节点(105
6.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述保护电路包括：
7.根据权利要求6所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述保护电路包括：
8.根据权利要求6或7所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述第二节点(106)构造为外部的连接部，所述外部的连接部用于在所述第二节点(106)处提供电压，用以操控外部电路和/或用以识别故障情况。
9.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(100，200，300)，所述保护电路包括：
10.根据权利要求9所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述第二二极管(V4)与所述第一晶体管(V1)并联地、以导通方向连接在所述栅极端子(102)与所述控制输入端(101)之间。
11.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(300)，其中，所述第一晶体管(V1)构造为达林顿晶体管(V1，V2)，所述达林顿晶体管具有集电极连接部、发射极连接部和基极连接部。
12.根据权利要求11所述的保护电路(300)，其中，所述达林顿晶体管(V1，V2)的发射极连接部与所述栅极端子(102)连接，其中，所述达林顿晶体管(V1，V2)的集电极连接部通过第四电阻(R1)与所述控制输入端(101)连接；其中，所述达林顿晶体管(V1，V2)的基极连接部通过第五电阻(R2)与所述达林顿晶体管(V1，V2)的集电极连接部连接。
13.根据权利要求12所述的保护电路(300)，其中，所述第二晶体管(V3)构造为双极晶体管，所述双极晶体管具有集电极连接部、发射器连接部和基极连接部，其中，所述第二晶体管(V3)的集电极连接部与所述达林顿晶体管(V1，V2)的基极连接部连接。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的保护电路(300)，所述保护电路包括：齐纳二极管(V8)，所述齐纳二极管(V8)连接到所述源极端子(104)与所述达林顿晶体管(V1，V2)的基极连接部之间，其中，所述齐纳二极管(V8)构造用于保护所述功率开关(120)的栅极连接部免受过电压的影响。
15.根据权利要求14所述的保护电路(300)，其中，所述齐纳二极管(V8)构造用于，将所述功率开关(120)的栅极连接部处的电压限制为所述齐纳二极管(V8)的齐纳电压加上所述达林顿晶体管(V1，V2)的基极-发射极电压。
16.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(200，300)，所述保护电路包括：第三二极管(V6)，所述第三二极管(V6)以导通方向连接在所述栅极端子(102)与如下节点(107)之间：所述节点(107)处在所述第二晶体管(V3)与所述第一晶体管(V1)之间。
17.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(300)，
...【技术特征摘要】
1.一种保护电路(100，200，300)，所述保护电路用于保护功率开关(120)免受短路和过电流的影响，所述功率开关(120)具有栅极连接部、漏极连接部和源极连接部，其中，所述保护电路(100，200，300)包括以下：
2.根据权利要求1所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述第一晶体管(v1)、所述第二晶体管(v3)和所述rc网络(130)构造为，从所述栅极控制信号(110)获得其电压供给。
3.根据权利要求1或2所述的保护电路(100，200，300)，其中，用于关断所述功率开关(120)的电流极限值(610)能够通过所述rc网络(130)的参数确定来预给定。
4.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述rc网络(130)包括由第一电阻(r4)和以下并联电路组成的串联电路：所述并联电路由第一电容(c2)和第二电阻(r5)组成，其中，所述串联电路与第二电容(c1)并联连接。
5.根据权利要求4所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述rc网络(130)的第一节点(105)与所述第二晶体管(v3)的控制连接部电连接，用以操控所述第二晶体管(v3)，在所述第一节点处，所述第一电阻(r4)与由所述第一电容(c2)和所述第二电阻(r5)组成的所述并联电路连接在一起。
6.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述保护电路包括：
7.根据权利要求6所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述保护电路包括：
8.根据权利要求6或7所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述第二节点(106)构造为外部的连接部，所述外部的连接部用于在所述第二节点(106)处提供电压，用以操控外部电路和/或用以识别故障情况。
9.根据以上权利要求中任一项所述的保护电路(100，200，300)，所述保护电路包括：
10.根据权利要求9所述的保护电路(100，200，300)，其中，所述第二二极管...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·科尔布，N·舍特根，
申请(专利权)人：林德材料处理有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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