用于運(yùn)行用于操控場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于運(yùn)行用于操控（Ansteuern)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] MOSFET驅(qū)動(dòng)電路可W利用具有固定電流強(qiáng)度的操控電流和/或通過(guò)推挽級(jí) (push/puU-Stufe(推挽級(jí)））來(lái)操控所連接的功率MOS陽(yáng)T。也即，也可W在使用推挽級(jí)的 情況下利用固定的電流強(qiáng)度進(jìn)行操控。為了接通或切斷，可W使用具有不同電流方向的電 流源、也即對(duì)源極的源（如ellegegenSource)、或?qū)?V(Ugs)電壓的源。可替代地， 也可W相對(duì)源極和相對(duì)5V來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。
[0003] 對(duì)上升速率（Anstiegsrate)(slewrate,轉(zhuǎn)換速率）W及由此對(duì)功率MOS陽(yáng)T的 切換時(shí)間的適配（A噸assung)可W通過(guò)具有例如電阻和/或電容器的外部網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行。上 升速率可W在輕微的范圍內(nèi)通過(guò)MOS陽(yáng)T驅(qū)動(dòng)電路的SPI接口來(lái)適配。
[0004] 由于EMV要求，在許多應(yīng)用情況下，例如在脈寬調(diào)制運(yùn)行（PMW運(yùn)行）中，功率 MOSFET的切換過(guò)程必須非常緩慢地進(jìn)行(d制t< 巧訊1V/IJS)。特別是 在具有高系統(tǒng)電壓的系統(tǒng)情況下(例如在具有例如24V的恒定直流電壓的營(yíng)業(yè)用車(chē)輛情況 下)，運(yùn)在電短路的情況下導(dǎo)致功率MOSFET的破壞。在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的CV應(yīng)用情況下，流經(jīng) 功率MOS陽(yáng)T的電流的強(qiáng)度在電短路情況下根據(jù)電纜束、電池狀態(tài)等等可能在大約1iiS內(nèi) 上升到直至200A。在運(yùn)種情況下，功率MOS陽(yáng)T在所需的大約25yS的關(guān)斷時(shí)間的情況下被 不能修復(fù)地破壞。
[0005] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是指出如何能夠在電短路的情況下縮短關(guān)斷時(shí)間的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明，建議具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的用于運(yùn)行用于操控場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié) 構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路的方法W及運(yùn)樣的驅(qū)動(dòng)電路。有利的擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求W及下面的描 述的主題。
[0007] 發(fā)明優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明充分利用：根據(jù)對(duì)電短路的檢測(cè)，在從正常運(yùn)行變換到安全運(yùn)行W后在場(chǎng)效應(yīng) 晶體管結(jié)構(gòu)的操控回路中改變用于對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)行切換的操控信號(hào)的特征參量， 運(yùn)引起場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的切換加速。所述特征參量可W是操控信號(hào)的電功率、電流強(qiáng)度 或者電壓高度。由此變得可能的是，在檢測(cè)到的電短路的情況下與正常運(yùn)行相比在切換 過(guò)程中加速地對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的輸入電容進(jìn)行充電或放電，W便保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié) 構(gòu)。因此可W利用簡(jiǎn)單的手段縮短場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的切換時(shí)間，使得不發(fā)生場(chǎng)效應(yīng)晶體 管結(jié)構(gòu)的不能修復(fù)的損傷。優(yōu)選地加速場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的切斷（即不傳導(dǎo)電流)，但是本 發(fā)明原則上同樣設(shè)及接通（即傳導(dǎo)電流)。
[0008] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，為了檢測(cè)電短路，檢測(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的漏極端子與源極 端子之間的電壓并且將所檢測(cè)的電壓與闊值相比較。由此實(shí)現(xiàn)：可W利用簡(jiǎn)單和可靠的手 段確定無(wú)疑地檢測(cè)電短路。
[0009] 根據(jù)另一實(shí)施方式，第一特征參量是電操控信號(hào)的第一電流強(qiáng)度，并且第二特征 參量是電操控信號(hào)的第二電流強(qiáng)度。在此，第二電流強(qiáng)度按數(shù)值高于第一電流強(qiáng)度。由此 引起場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的輸入電容的加速充電或放電，而不使場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)和/或驅(qū) 動(dòng)電路的組件遭受提高的電壓。
[0010] 根據(jù)另一實(shí)施方式，通過(guò)操控驅(qū)動(dòng)電路的電流源來(lái)調(diào)整操控信號(hào)的電流強(qiáng)度，其 中該電流源被構(gòu)造為提供具有至少兩個(gè)不同電流強(qiáng)度的操控信號(hào)。由此實(shí)現(xiàn)：驅(qū)動(dòng)電路具 有特別簡(jiǎn)單的構(gòu)造。
[0011] 根據(jù)另一實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)電路具有電阻單元，該電阻單元具有擁有第一歐姆電阻 的第一電流路徑和擁有第二歐姆電阻的第二電流路徑，其中第一歐姆電阻不等于第二歐姆 電阻，并且其中利用電阻單元的開(kāi)關(guān)裝置可W通過(guò)第一電路路徑或第二電路路徑來(lái)引導(dǎo)操 控信號(hào)，W便提供具有第一電流強(qiáng)度和第二電流強(qiáng)度的操控信號(hào)。由此實(shí)現(xiàn)，例如可W使用 特別簡(jiǎn)單的、僅提供具有唯一電流強(qiáng)度的操控電流的電流源。
[0012] 根據(jù)另一實(shí)施方式，根據(jù)對(duì)電短路的檢測(cè)在從正常運(yùn)行變換到安全運(yùn)行時(shí)，將操 控信號(hào)的特征參量改變到10至1000倍、尤其是50至200倍。由此實(shí)現(xiàn)：在關(guān)斷過(guò)程時(shí)可 W將切換時(shí)間例如減小到1yS至25yS的值。
[0013] 根據(jù)另一實(shí)施方式，W推挽運(yùn)行來(lái)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電路。因此，驅(qū)動(dòng)電路具有兩個(gè)W相反 方式工作的構(gòu)件，其中運(yùn)兩個(gè)中分別僅有一個(gè)是激活的。工作電阻在W推挽方式運(yùn)行的驅(qū) 動(dòng)電路情況下是不需要的。由此與其它切換原理相比實(shí)現(xiàn)了明顯更高的效率。
[0014] 另外，屬于本發(fā)明的還有一種用于操控場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電 路被構(gòu)造為在正常運(yùn)行中提供具有第一特征參量的電操控信號(hào)W用于操控場(chǎng)效應(yīng)晶體管 結(jié)構(gòu)，其中第一特征參量確定場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)在場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的(關(guān)斷）切換過(guò)程 時(shí)的切換時(shí)間。該驅(qū)動(dòng)電路還被構(gòu)造為根據(jù)在場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的負(fù)載回路中電短路的 檢測(cè)從正常運(yùn)行變換到安全運(yùn)行，在該安全運(yùn)行中，驅(qū)動(dòng)電路提供具有第二特征參量的電 操控信號(hào)W用于改變場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的切換時(shí)間，其中第一特征參量不同于第二特征參 量。利用該驅(qū)動(dòng)電路，可W在檢測(cè)到的電短路的情況下與正常運(yùn)行相比在(關(guān)斷）切換過(guò) 程時(shí)加速地對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的輸入電容進(jìn)行充電或放電，W便保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié) 構(gòu)。利用運(yùn)種驅(qū)動(dòng)電路，例如可W操控機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的功率M0SFET，并且同時(shí)滿(mǎn)足機(jī)動(dòng)車(chē)輛 領(lǐng)域中的EMV要求?？蒞利用該驅(qū)動(dòng)電路來(lái)操控所有PWM控制的輸出級(jí)，因?yàn)榭蒞利用 相對(duì)長(zhǎng)的切換時(shí)間來(lái)滿(mǎn)足EMV要求。例如可W利用該驅(qū)動(dòng)電路來(lái)操控A傳感器加熱器 化ambda-Sondenheizer)、用于汽油或氣體的噴射閥、計(jì)量單元（ZME)或壓力調(diào)節(jié)閥（DRV)。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)電路具有電流源，該電流源被構(gòu)造為提供具有至少兩個(gè) 不同電流強(qiáng)度的操控信號(hào)。因此，驅(qū)動(dòng)電路可W具有特別簡(jiǎn)單的構(gòu)造。
[0016] 根據(jù)另一實(shí)施方式，驅(qū)動(dòng)電路具有電阻單元，該電阻單元具有擁有第一歐姆電阻 的第一電流路徑和擁有第二歐姆電阻的第二電流路徑。第一歐姆電阻不等于第二歐姆電 阻，其中利用電阻單元的開(kāi)關(guān)裝置可W通過(guò)第一電流路徑或者第二電流路徑來(lái)引導(dǎo)操控信 號(hào)，W便提供具有第一特征參量和第二特征參量的操控信號(hào)。因此，驅(qū)動(dòng)電路例如可W具有 特別簡(jiǎn)單的電流源，該電流源僅僅提供具有唯一電流強(qiáng)度的操控電流。
[0017] 本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)和擴(kuò)展方案從說(shuō)明書(shū)和附圖中得出。
[0018] 能夠理解，前述的和下面還要闡述的特征不僅可WW分別說(shuō)明的組合、而且可W W其他組合或單獨(dú)地使用，而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0019] 本發(fā)明根據(jù)實(shí)施例在附圖中示意性地示出，并且下面參考附圖予W詳盡描述。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1W示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)電路的第一 實(shí)施例。
[0021] 圖2W示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)電路的第二 實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 圖1W示意圖示出了用于操控場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4的驅(qū)動(dòng)電路2。
[0023] 在本實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4是功率MOS陽(yáng)T。功率MOS陽(yáng)T(英語(yǔ)：power M0SFET)是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的專(zhuān)口化版本，所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) 晶體管針對(duì)大電流和電壓的導(dǎo)通和截止被優(yōu)化(至幾百安培和至大約1000伏特，其中組件 體積為大約1立方厘米)。與本實(shí)施例不同，場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4還可W是由場(chǎng)效應(yīng)晶體管 和雙極晶體管構(gòu)成的級(jí)聯(lián)電路的一部分。另外，場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4也可W是IGBT(英語(yǔ)： insulated-gatebipolartransistor(絕緣柵雙極晶體管））的一部分。
[0024] 在本實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4作為功率開(kāi)關(guān)運(yùn)行。場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4被 環(huán)入到控制回路26中和負(fù)載回路28中。負(fù)載回路28具有負(fù)載電阻6、例如機(jī)動(dòng)車(chē)輛的執(zhí) 行器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4的漏極端子D和源極端子S。控制回路26將場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu) 4的柵極端子G與驅(qū)動(dòng)電路2的第一端子32導(dǎo)電地連接，其中驅(qū)動(dòng)電路2的第二端子34與 場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4的源極端子S導(dǎo)電地連接。
[00巧]此外，場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4在漏極端子D與柵極端子G之間具有第一寄生電容Cgd, 在柵極端子G與源極端子S之間具有第二寄生電容Cgg,并且在漏極端子D與源極端子S之 間具有第S寄生電容Cdg。寄生電容Cgd和Cgg構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4的輸入電容C。1。，其 大小至少對(duì)應(yīng)于兩個(gè)寄生電容Cgd和Cgg之和： ^ 斗、。
[0026] 場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4的接通和關(guān)斷需要對(duì)輸入電容的再充電（Umladen)。再 充電的所需持續(xù)時(shí)間確定場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)4的所需切換時(shí)間。
[0027] 驅(qū)動(dòng)電路2通過(guò)提供操控信號(hào)Ia來(lái)引起輸入電容Cm。的再充電。在本實(shí)施例中， 操控信號(hào)Ia是操控電流。