一種dv/dt檢測與保護裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種DV/DT檢測裝置，尤其涉及一種DV/DT檢測與保護裝置，屬于 智能功率驅(qū)動模塊的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子電力技術(shù)的不斷進步，高壓柵極驅(qū)動電路以及智能功率模塊（將高壓柵 極驅(qū)動電路以及功率器件合封在一起的功率驅(qū)動模塊）在馬達、自動化、電源系統(tǒng)等多個 領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003] 高壓半橋拓撲是高壓柵極驅(qū)動電路最典型應(yīng)用場景。高壓柵極驅(qū)動電路、高側(cè)功 率器件（M0S或者IGBT)、低側(cè)功率器件一起組成半橋驅(qū)動拓撲。如圖1所示，柵極驅(qū)動電路 按照工作電源電壓分主要包括高側(cè)驅(qū)動電路和低側(cè)驅(qū)動電路，其中高側(cè)驅(qū)動電路的輸出HO 控制高側(cè)MOSFET Ml的開關(guān)，而低側(cè)驅(qū)動電路的輸出LO控制低側(cè)MOSFET M2的開關(guān)。通過 自舉二極管Dbs和自舉電容Cbs組成的自舉浮動電源用來給高側(cè)驅(qū)動電路提供電源。因此 高側(cè)驅(qū)動電路的浮動地VS隨著功率器件的開關(guān)狀態(tài)而變化。如圖2所示，HO由低變?yōu)楦?時，LO輸出低，高側(cè)MOSFET Ml導通，半橋驅(qū)動系統(tǒng)的輸出節(jié)點VS從地電位以DV/DT速率切 換至功率電源電壓。為了提高半橋系統(tǒng)的效率，降低功率器件在開關(guān)過程中的功耗，需要讓 功率器件以更快的速度切換。但是VS以DV/DT速率變化會存在兩方面不好的機制：一是當 VS以DV/DT的速率變化，寄生電容Cds上會流過位移電流（Idl)，該電流會在柵極驅(qū)動電路 的輸出阻抗或者電容Cgs上產(chǎn)生壓降，如果該壓降超過了 MOSFET的閾值，就會引起MOSFET 的誤導通；二是當VS以DV/DT的速率變化，寄生電容Cdb上同樣會流過位移電流（Id2)，該 電流在寄生電阻Rb上產(chǎn)生的壓降如果大于寄生三極管NPN的開啟電壓，同樣會引起NPN的 導通，進而觸發(fā)大電流。如果VS的變化速率DV/DT超過了限定的范圍，上述兩種機制都會 引起低側(cè)MOSFET M2誤導通從而引起高低側(cè)MOSFET的直通或者引起M2的閂鎖，進而對M2 造成永久性的毀壞。如何讓功率器件以更安全的DV/DT開關(guān)速率工作，現(xiàn)有技術(shù)主要通過 外圍分立器件來調(diào)整柵極驅(qū)動電路的輸出驅(qū)動能力，進而調(diào)整DV/DT。
[0004] 但是這種方式增加了使用成本，且不太利于應(yīng)用印刷電路板（PCB)的布局，容易 增加各種寄生干擾因素；另外這種方式不適用于對全集成的智能功率模塊，無法有效方便 地調(diào)整DV/DT，從而對功率器件起到保護作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種DV/DT檢測 與保護裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)通過外圍分立器件來調(diào)整柵極驅(qū)動電路的輸出驅(qū)動能力，不適 用于對全集成的智能功率模塊，無法有效方便地調(diào)整DV/DT的問題。
[0006] 本實用新型具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0007] 一種DV/DT檢測與保護裝置，包括：
[0008] DV/DT檢測電路，用于檢測DV/DT的電壓變化量；該電路包括若干個高壓MOS管、 電阻、箝位二極管及寄生電容，其中高壓MOS管的柵端接入輸入信號，該高壓MOS管的漏 端連接電阻且源端接公共地；所述電阻的兩端連接箝位二極管；所述寄生電容連接于高壓 MOS管的漏端和源端之間；
[0009] DV/DT比較電路，與DV/DT檢測電路相連，用于根據(jù)所述電壓變化量確定電壓變化 量所屬DV/DT級別，及根據(jù)DV/DT級別配置用于控制輸出驅(qū)動調(diào)整電路工作模式的信號；
[0010] 輸出驅(qū)動調(diào)整電路，與DV/DT比較電路相連，用于根據(jù)控制信號配置工作模式及 輸出驅(qū)動能力。
[0011] 進一步地，作為本實用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述DV/DT比較電路包括若干 個比較電平及與之連接的窗口比較器。
[0012] 進一步地，作為本實用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述輸出驅(qū)動調(diào)整電路包括用 于充電的第一輸出驅(qū)動管和用于放電的第二輸出驅(qū)動管，以及連接于所述兩個輸出驅(qū)動管 之間的驅(qū)動調(diào)整單元；所述驅(qū)動調(diào)整單元包括若干組開關(guān)電路，且所述開關(guān)電路的數(shù)量與 控制信號數(shù)量對應(yīng)。
[0013] 進一步地，作為本實用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述若干組開關(guān)電路之間串聯(lián)， 每個開關(guān)電路由電阻和與電阻并聯(lián)的開關(guān)管組成。
[0014] 進一步地，作為本實用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述若干組開關(guān)電路之間并聯(lián)， 且每個開關(guān)電路由邏輯門電路及被邏輯門電路控制的第三輸出驅(qū)動管組成。
[0015] 進一步地，作為本實用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述DV/DT檢測電路檢測包括 第一及第二高壓MOS管、第一及第二電阻、第一及第二箝位二極管、第一及第二寄生電容， 其中第一高壓MOS管的柵端接入第一輸入信號，該第一高壓MOS管的漏端連接第一電阻且 源端接公共地；所述第一電阻的兩端連接第一箝位二極管；所述第一寄生電容連接于第一 高壓MOS管的漏端和源端之間；所述第二高壓MOS管的柵端接入第二輸入信號，該第二高壓 MOS管的漏端連接第二電阻且源端接公共地；所述第二電阻的兩端連接第二箝位二極管； 所述第二寄生電容連接于第二高壓MOS管的漏端和源端之間。
[0016] 本實用新型采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果：
[0017] (1)本實用新型所提供的DV/DT檢測與保護裝置，通過自動檢測功率器件開關(guān)過 程中的DV/DT，當DV/DT超過設(shè)定的閾值時，驅(qū)動電路會自動調(diào)整輸出驅(qū)動能力，使功率器 件工作在合理安全的DV/DT范圍；電路實現(xiàn)方式簡單，可靠性和集成度高，不需要額外的外 圍器件，適用于橋式電路、智能功率模塊等各種應(yīng)用。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要 使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施 例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。
[0019] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中半橋驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)。
[0020] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中DV/DT引起的MOSFET失效機制。
[0021] 圖3為本實用新型的DV/DT檢測與保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖4為本實用新型中DV/DT比較電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖5(a)為本實用新型中DV/DT比較電路的正常電平轉(zhuǎn)換過程工作波形；圖5(b) 為本實用新型中DV/DT比較電路的DV/DT較小過程工作波形；圖5(c)為本實用新型中DV/ DT比較電路的DV/DT較大過程工作波形。
[0024] 圖6為本實用新型中DV/DT比較電路的判定示意圖。
[0025] 圖7為本實用新型中輸出驅(qū)動調(diào)整電路的實施方式1的示意圖。
[0026] 圖8為本實用新型中輸出驅(qū)動調(diào)整電路的實施方式2的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。應(yīng)當明確，所描述的實施例僅 僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型 保護的范圍。
[0028] 本實用新型提供的DV/DT檢測與保護的裝置，包括DV/DT檢測電路、DV/DT比較電 路以及輸出驅(qū)動調(diào)整電路；其中DV/DT檢測電路包括若干個高壓MOS管、電阻、箝位二極管 及寄生電容。在本實施例中，如圖3所示，DV/DT檢測電路包括第一及第二高壓MOS管，第一 及第二電阻，第一及第二箝位二極管，以及第一及第二寄生電容；所述第一高壓MOS管MA1， 其柵端接輸入信號IN1，漏端接第一電阻R1，第一電阻Rl的另一端接浮動電源VB ;第一高 壓MOS管MAl的源端接公共地VSS，第一電阻Rl的兩端接第一箝位二極管Dl ;對于第二高 壓MOS管M2,其柵端接輸入信號IN2,漏端接第二電阻R2,第二電阻R2的另一端接浮動電 源VB ;第二高壓MOS管MA2的源端接公共地VSS，第二電阻R2的兩端接第二箝位二極管D2。 且第一寄生電容Cpar 1連接于第一高壓MOS管MAl的漏端和源端之間，第二寄生電容Cpar2 連接于第二高壓MOS管MA2的漏端和源端之間；該檢測電路還實現(xiàn)了高壓電平轉(zhuǎn)換功能，將 低電壓域的輸入INl和IN2轉(zhuǎn)換為高電壓域的信號。檢測電路是檢測DV/DT而引起的寄生 電容的位移電流在電阻上的電壓變化獲得電壓變化量。
[0029] 第一高壓MOS管MAl和第二高壓MOS管MA2的漏端檢測到電壓變化量送到DV/DT 比較電路與內(nèi)部的基準窗口比較，并輸出至少一位的控制信號配置輸出驅(qū)動調(diào)整電路的工 作模式，來調(diào)整輸出驅(qū)動能力。輸出驅(qū)動調(diào)整電路，根據(jù)控制信號調(diào)整及輸出不同工作模式 下的驅(qū)動能力，以確保功率器件工作在安全DV/DT范圍內(nèi)。
[0030] 在本實施例中，還給出了裝置中DV/DT比較電路的具體實施實例，如圖4所示，包 括了一個比較電平Vref，窗口比較器Compl和Comp2,兩個比較器的反相輸入端都與比較電 平Vref相連接，兩個窗口比較器的正相輸入端分別接高壓電平轉(zhuǎn)換電路的輸出節(jié)點A和 B，兩個窗口比較器的輸出CA和CB與或非門Norl的兩個輸入端相連接，Norl的輸出端接 RS-Latch的S端，RS-Latch的R端接復位信號UVLO。其工作過程如下，當高側(cè)MOSFET導通 時，半橋電路的輸出節(jié)點VS會以DV/DT的速率變化。因為高側(cè)驅(qū)動電路采樣自舉電容Cbs 提供浮動電源，當VS以DV/DT的速率變化，高側(cè)驅(qū)動電路的電源VB也會以DV/DT的速率跟 隨變化。此時，由于VB的DV/DT變化，會在高壓電平轉(zhuǎn)換電路中第一高壓MOS管Ml和第二 高壓MOS管M2的第一寄生電容Cparl和第二寄生電容Cpar2上分別產(chǎn)生位移電流。該電 流會流過高壓電平轉(zhuǎn)換電路中的第一電阻Rl和第二電阻R2,在兩個電阻上產(chǎn)生壓降等于 .RJ.(2)、11 Csi5:r i(2)第一電阻Rl和第二電阻R2,第一高壓MOS管MAl和第二高壓MOS管 .、猶 ' -0， MA2都盡可能地匹配。所以如果浮動電源VB上有DV/DT的電壓變化時