CN108631269B - 用于谐振逆变器的智能电源模块 - Google Patents

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Abstract

一种智能电源模块包括一个电源开关、一个续流器件以及一个引入了栅极驱动电路和一个或多个电源开关保护电路的控制器电路。在一个实施例中，电源开关是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件，续流器件是一个PN结二极管，将控制器电路配置成半导体集成电路(IC)。电源模块为电源开关器件配置了保护功能，保护电路形成在控制器电路IC上，与电源开关共同封装。在一些实施例中，电源模块中的控制电路包括一个有源软启动电路，激活该有源软启动电路实现电源开关的软启动。在其他实施例中，电源模块中的控制电路包括一个有源接通脉冲控制电路，以检测异常系统输入信号脉冲情况，闭锁系统不必要的输入脉冲。

Description

用于谐振逆变器的智能电源模块
技术领域
本发明主要涉及智能电源模块，更确切的说是关于一种用于谐振逆变器的智能电源模块。
背景技术
感应加热已被广泛应用于国内工业和医疗等领域。感应加热是指通过电磁感应加热导电物体(例如金属等)的技术，通过物理上靠近物体的电路中电流的波动，使得封闭电路(物体)中产生电流。例如，一个电磁炉包括交流电驱动的谐振回路，在感应线圈处感应交流磁场。感应线圈处的交流磁场，在置于感应线圈附近的金属蒸煮罐中产生感应电流。电阻金属蒸煮罐中感应的电流产生热量，反过来加热蒸煮罐中的食物。
一种常用的感应加热拓扑结构是单开关准谐振逆变器拓扑结构，包括一个单独的电源开关和一个单独的谐振电容器，为感应线圈提供可变的谐振电流。由于IGBT的高功率可能性和高开关频率操作，因此配置单独的开关准谐振逆变器通常使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为电源开关器件。
过电压状况，例如电源浪涌等，对于单开关准谐振逆变器电路来说是一个严重的问题。尤其是当电压超过电源开关器件的额定电压时，准谐振逆变器电路中的电源开关器件可能失效或永久受损。例如，发生闪电时，可能会在交流输入线路中产生极其高的浪涌电压。当浪涌电压超过电源开关器件的击穿电压时，如果没有在电源浪涌发生后极短的时间(毫秒量级)内采取补救措施，那么电源开关器件受到无法挽回地损伤。除了过电压情况之外，单开关准谐振逆变器电路还可能受到其他故障情况，影响准谐振逆变器电路的可靠性和效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于谐振逆变器的智能电源模块，以改善现有技术中的一个或多个问题。
本发明的一个方面在于提出一种半导体封装，包括：
一个分立的电源开关，具有一个控制端和第一、第二电源端；
一个分立的续流器件，续流器件电并联到电源开关的第一和第二电源端；以及
一个整体集成的控制器电路，控制器电路具有一个第一输出端，连接到电源开关的控制端，一个第一输入端，接收输入信号，一个第二输入端接收反馈信号，输入信号决定电源开关的接通时间和断开时间，控制器电路包括一个栅极驱动电路，用于产生栅极驱动信号，根据输入信号，驱动电源开关的控制端，以及一个保护电路，配置至少一个用于保护电源开关的保护功能，
其中半导体封装包括一个第一端连接电源开关的第一电源端，一个第二端连接电源开关的第二电源端，一个第三端耦合到控制器电路的第一输入端，一个第四端耦合到控制器电路的第二输入端，一个第五端，接收正向电压源电压，以及一个第六端，接收地电压，第五端耦合到控制器电路的电源端，第六端耦合到控制器电路的接地端。
其中，控制器电路中的保护电路包括一个过电压保护电路，过电压保护电路包括一个保护栅极驱动电路和一个过电压控制电路，配置过电压控制电路检测电源开关断开时间内电源开关上的过电压情况，接通保护栅极驱动电路，用钳位电压驱动电源开关，接通电源开关，耗散过电压。
其中，控制器电路中的保护电包括一个软启动保护电路，软启动保护电路由一个软启动栅极驱动电路和软启动控制电路构成，配置软启动控制电路，在控制器电路上电之后，或系统输入信号的空闲时间之后，或故障情况排除之后，检测第一系统输入信号脉冲，根据检测到的第一系统输入信号脉冲，接通软启动栅极驱动电路，配置软启动驱动电路，用一个缓慢升高的电压驱动电源开关，从而软接通电源开关。
其中，保护电路检测电源开关的运行情况，根据检测到的故障情况，产生故障指示信号，配置控制器电路根据生效的故障指示信号，闭锁系统输入信号不要驱动电源开关。
其中，控制器电路中的保护电路包括配置一个最大工作周期禁用电路，监控系统输入信号的接通持续时间，根据接通持续时间超过最大的接通时间，断开电源开关。
其中，控制器电路中的保护电路包括配置一个异常接通禁用电路，监控系统输入信号的失效转换，在最小的断开时间，闭锁系统输入信号不会驱动电源开关。
本发明的另一个方面在于提出一种产生栅极驱动信号的方法，用于驱动电源开关的控制端，其中控制端控制电源开关的第一电源端和第二电源端之间流动的电流，该方法包括：
根据电压源电压升高到阈值电压以上，检测上电情况；
检测系统输入信号，系统输入信号确定电源开关的接通时间和断开时间；
在上电情况之后，确定系统输入信号的信号脉冲是一个第一信号脉冲，根据确定情况，产生软栅极驱动信号，驱动电源的控制端，软接通电源开关；
根据第一信号脉冲之后系统输入信号的信号脉冲，产生一个标准的栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端；
在系统输入信号的空闲时间之后，确定系统输入信号的信号脉冲是第一信号脉冲，根据确定情况，产生软栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端，软接通电源开关；并且
在故障情况排除之后，确定系统输入信号的信号脉冲是第一信号脉冲，根据确定情况，产生软栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端，软接通电源开关。
其中，故障情况包括正向电压源电压的欠电压、正向电压源的过电压，接通时间超过最大接通时间以及过温情况的其中之一。
其中，产生软栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端，软接通电源开关包括产生具有缓慢升高栅极电压的软栅极驱动信号。
其中，确定系统输入信号的信号脉冲是系统输入信号空闲时间之后的第一信号脉冲，包括：
在空闲时间持续的长度超过了最大的空闲时间之后，确定系统输入信号的信号脉冲是空闲时间之后的第一信号脉冲。
其中，还包括：
在空闲时间持续的长度小于最大的空闲时间之后，确定系统输入信号的信号脉冲是空闲时间之后的第一信号脉冲；
根据空闲时间之后的系统输入信号的信号脉冲，产生标准的栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端。
其中，还包括：
根据空闲时间之后第一信号脉冲之后系统输入信号的信号脉冲，产生一个标准的栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端。
其中，还包括：
根据故障情况排除之后第一信号脉冲之后系统输入信号的信号脉冲，产生一个标准的栅极驱动信号，驱动电源开关的控制端。
本发明的另一个方面在于提出一种产生栅极驱动信号的方法，用于驱动电源开关的控制端，控制端控制电源开关的第一电源端和第二电源端之间的电流，该方法包括：
检测系统输入信号，系统输入信号确定电源开关的接通时间和断开时间；
根据系统输入信号，产生栅极驱动信号；
确定系统输入信号的接通持续时间超过最大接通时间，根据确定结果，禁用栅极驱动信号，断开电源开关；并且
确定系统输入信号的失效转换，根据确定结果，在最小的断开时间，闭锁系统输入信号不影响栅极驱动信号。
其中，还包括：
根据系统输入信号超过最大接通时间，生效故障指示信号；
根据生效的故障指示信号，禁用栅极驱动信号，断开电源开关，闭锁系统输入信号不影响栅极驱动信号；
根据失效的故障指示信号，恢复检测系统输入信号。
其中，还包括：
根据最小的断开时间过期，恢复检测系统输入信号。
阅读以下详细说明的实施例并参照各种附图，本发明的这些特点和优势对于本领域的技术人员来说，无疑将显而易见。
附图说明
以下的详细说明及附图提出了本发明的各个实施例。
图1表示单开关准谐振逆变器的电路图，用于传统结构中的感应加热。
图2表示在本发明的一些实施例中，利用智能电源模块的单开关准谐振逆变器的电路图，用于感应加热。
图3表示在本发明的一些实施例中，单片半导体封装中的智能电源模块。
图4表示在本发明的一些实施例中，利用单片半导体封装制成的智能电源模块。
图5表示在本发明的一些实施例中，智能电源模块中可以引入的控制器电路的示意图。
图6表示在本发明的实施例中，在图5所示的控制器电路中软启动保护电路结构的示意图。
图7表示在一些示例中，软启动模式下控制器电路运行的时序图。
图8表示在本发明的实施例中，为准谐振逆变器电路中电源开关器件提供软启动保护的方法流程图。
图9表示在本发明的实施例中，在图5所示的控制器电路中，集成MDCD和ATOD保护电路结构的示意图。
图10表示在本发明的实施例中，MDCD电路的电路图。
图11表示在本发明的实施例中，ATOD电路的电路图。
图12表示在一些示例中，图9所示的ATOD和MDCD模式下，控制器电路运行的时序图。
图13表示在一些示例中，ATOD和HTOD保护模式下控制器电路运行的时序图。
图14表示在本发明的实施例中，为准谐振逆变器电路中电源开关器件提供MDCD和ATOD保护体系的方法流程图。
具体实施方式
本发明可以以各种方式实现，包括作为一个工艺；一种器件；一个系统；和/或一种物质合成物。在本说明书中，这些实现方式或本发明可能采用的任意一种其他方式，都可以称为技术。一般来说，可以在本发明的范围内变换所述工艺步骤的顺序。
本发明的一个或多个实施例的详细说明以及附图解释了本发明的原理。虽然，本发明与这些实施例一起提出，但是本发明的范围并不局限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，本发明包含多种可选方案、修正以及等效方案。在以下说明中，所提出的各种具体细节用于全面理解本发明。这些细节用于解释说明，无需这些详细细节中的部分细节或全部细节，依据权利要求书，就可以实现本发明。为了简便，本发明相关技术领域中众所周知的技术材料并没有详细说明，以免对本发明产生不必要的混淆。
在本发明的实施例中，智能电源模块包括一个电源开关器件、一个续流装置、一个引入栅极驱动电路的控制器电路以及一个或多个电源开关保护电路。在一个实施例中，电源开关器件或电源开关是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件，续流装置是一个PN结二极管。在一个实施例中，控制器电路配置成一个半导体集成电路(IC)。智能电源模块为电源开关器件实现保护功能，保护电路形成在控制器电路IC上，与电源开关共同封装。在这种情况下，电源开关无需用户操作，就能单独提供必要的保护功能。
在一些实施例中，智能电源模块用在单开关准谐振逆变器中，用于感应加热。由于IGBT的高功率性能和高开关频率操作，单开关准谐振逆变器经常利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)，配置成电源开关器件。然而，IGBT通常要求需要保护，尤其是避免当IGBT在高功率、高电流体系中运行时发生的故障情况和事件。本发明所述的智能电源模块提供引入了电源开关器件的单独的半导体封装，引入保护电路有利于组建准谐振逆变器电路，尤其是用于感应加热。
在本发明的实施例中，智能电源模块的控制电路包括一个有源软启动电路，检测电源开关所需的软启动情况，激活软启动驱动电路，实现电源开关的软启动。在这种情况下，避免了电源开关的硬接通，从而提高了电源开关的可靠性。
在本发明的实施例中，智能电源模块中的控制电路包括一个有源接通脉冲控制电路，检测异常系统输入信号脉冲事件，激活有源接通脉冲控制电路，在必要时闭锁系统输入脉冲。在一些实施例中，有源接通脉冲控制电路包括一个最大的工作周期检测电路和一个异常接通检测电路。在这种情况下，保护电源开关不受引起电源开关损伤或影响其可靠性的异常事件影响。
本申请是关于2016年11月23日存档的题为《用于开关电源器件的有效箝位过电压保护》的待审共同受让的美国专利申请号15/360,590，为了所有目的，特此引用其全文以作参考。本申请还关于同时存档的题为《用于开关电源器件的双级保护控制方法》的待审共同受让的美国专利申请号15/464,130(ALPHP051)，为了所有目的，特此引用其全文以作参考。
图1表示传统结构中用于感应加热的单开关准谐振逆变器的电路图。参见图1，单开关准谐振逆变器10包括一个浪涌抑制器14、一个桥式整流器16、一个滤波电路、一个谐振腔和一个电源开关器件M0(也称为电源开关)。准谐振逆变器10接收交流输入电压12，交流输入电压12耦合到浪涌逆变器14上。桥式整流器16(也称为一个二极管桥)将交流输入电压12转换成直流电压，然后直流电压通过滤波电路滤波，滤波电路包括一个输入电容器Ci、一个滤波电感器Lf、一个滤波电容器Cf和一个电阻Rs。滤波直流电压Vcf(节点18)用于由电感线圈Lr和谐振电容器Cr组成的谐振腔。感应线圈Lr连接到电源开关M0上，电源开关M0根据栅极驱动信号Vgctrl接通和断开。续流二极管D1通过电源开关M0连接。当电源开关M0接通时，电流iC从感应线圈Lr流出，经过电源开关M0接地。当电源开关M0断开时，没有电流流经谐振电容器Cr。在本实施例中，电源开关M0是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT的集电极端连接到感应线圈Lr(节点20)上，IGBT的发射极端连接到地。IGBT的栅极端由栅极驱动信号Vgctrl(节点22)驱动。根据栅极驱动信号Vgctrl，电源开关M0接通和断开，以控制蒸煮罐中感应的电流量，从而控制产生的热量。
在准谐振逆变器10中，电源开关M0由栅极驱动信号Vgctrl驱动，根据主机系统(例如微控制器26)提供的系统输入信号VIN，使电源开关M0接通和断开。系统输入信号驱动栅极驱动电路24，栅极驱动电路24产生栅极驱动信号Vgctrl，用于驱动电源开关M0。在传统的结构中，准谐振逆变器10由分立的组件构成——电源开关、续流二极管和栅极驱动电路配置成单独的、分立的组件。另外，传统的准谐振逆变器10不包括电源开关的保护功能。在运行过程中，必须保护电源开关M0不会受到各种不安全的操作情况影响，以确保电源开关的可靠性。
智能电源模块
图2表示在本发明的一些实施例中，利用智能电源模块配置的单开关准谐振逆变器的电路图，用于感应加热。参见图2，单开关准谐振逆变器50包括一个浪涌抑制器14、一个桥式逆变器16、一个滤波电路、一个谐振腔和一个智能电源模块60。智能电源模块60引入一个电源开关器件M0(也称为电源开关)、一个续流二极管D1和一个控制器电路65。控制器电路65具有栅极驱动功能，以产生栅极驱动信号Vgctrl(节点62)，驱动电源开关M0。控制器电路65还包括一个或多个保护电路，具有一种或多种保护功能，保护电源开关M0不受过电压或欠电压情况、电源浪涌事件和异常系统输入脉冲等不希望发生的运行情况影响。
准谐振逆变器50接收交流输入电压12，交流输入电压12耦合到浪涌逆变器14上。桥式整流器16(也称为二极管桥)将交流输入电压12转换成直流电压，直流电压用滤波电路滤波，滤波电路包括一个输入电容器Ci、一个滤波电感器Lf、一个滤波电容器Cf和一个电阻Rs。滤波直流电压Vcf(节点18)用于由电感线圈Lr和谐振电容器Cr组成的谐振腔。感应线圈Lr连接到智能电源模块60中的电源开关M0上，电源开关M0根据栅极驱动信号Vgctrl接通和断开。续流二极管D1并联到电源开关M0，其阴极连接到感应线圈Lr(节点20)。当电源开关M0接通时，电流iC从感应线圈Lr流出，经过电源开关M0接地。当电源开关M0断开时，没有电流流经谐振电容器Cr。反而，电流iLr在感应线圈Lr和谐振电容器Cr之间循环。在本实施例中，电源开关M0是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT的集电极端连接到感应线圈Lr(节点20)上，IGBT的发射极端连接到地。IGBT的栅极端由栅极驱动信号Vgctrl驱动。续流二极管D1的阳极连接到IGBT的发射极端，续流二极管D1的阴极连接到IGBT的集电极端。在本实施例中，电源开关M0是一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
在运行过程中，当电源开关M0(IGBT)接通时，交流电流流经感应线圈Lr，产生一个震荡磁场。震荡磁场在位于感应线圈附近的金属蒸煮罐中产生电流。电阻金属罐中流动的电流产生热量，从而加热蒸煮罐中的食物。当电源开关M0断开时，电流iLr在感应线圈Lr和电容器Cr周围循环。根据栅极驱动信号Vgctrl，电源开关M0接通和断开，以控制蒸煮罐中感应的电流量，从而控制产生的热量。
更确切地说，在准谐振逆变器50中，电源开关M0由栅极驱动信号Vgctrl驱动，根据主机系统(例如微控制器26)提供的系统输入信号VIN，接通和断开电源开关M0。更确切地说，系统输入信号决定电源开关的接通时间和断开时间。在本发明的实施例中，系统输入信号VIN提供给智能电源模块60，尤其是控制器电路65。控制器电路65产生栅极驱动信号Vgctrl(节点62)，用于驱动电源开关M0。为了实现电源开关的保护功能，智能电源模块接收反馈电压VFB(节点28)，反馈电压VFB表示IGBT的集电极至发射极电压VCE，或电源开关M0的电源端上的电压。在本实施例中，由电阻器R1至R7电阻链组成的分压器，耦合到IGBT的集电极端(节点20)，以分担集电极至发射极电压VCE，作为反馈电压VFB。反馈电压VFB(节点20)十耦合到智能电源模块60上，以实现保护功能。在本例中，分压器由多个电阻器的电阻链构成，以产生反馈电压VFB。在其他实施例中，分压器可以仅由两个电阻器构成，以分压集电极至发射极电压VCE，产生反馈电压VFB。
在一些实施例中，智能电源模块60用在单开关准谐振逆变器中，用于感应加热。由于IGBT具有高电源性能和高开关频率，因此单开关准谐振通常利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为电源开关器件。然而，IGBT通常需要对故障情况提供保护，尤其是在高功率、高电流体系中运行时。智能电源模块60提供单独的半导体封装，引入电源开关器件，引入的保护电路有利于准谐振逆变器电路的搭建，尤其是用于感应加热时。
在本发明的实施例中，利用单独的组件共同封装在一个单独的半导体集成电路封装中，制成智能电源模块。更确切地说，智能电源模块包括电源开关为单独的IGBT器件，续流器件为单独的PN结二极管，控制器电路配置成半导体集成电路(IC)。在一个实施例中，IGBT器件、PN结二极管和控制器电路IC共同封装在一个整体的半导体封装中。图3表示在一些实施例中，整体半导体封装中的智能电源模块。参见图3，智能电源模块60包括控制器电路集成电路(IC)65，与单独的电源开关(IGBT)M0和续流器件(PN结二极管)D1共同封装。控制器电路集成电路(IC)65包括栅极驱动电路，用于产生栅极驱动信号Vgctrl，驱动电源开关M0的栅极端。控制器电路集成电路(IC)65还包括保护电路，实现电源开关M0的保护功能。
这样一来，智能电源模块60包括输入/输出端，使电源模块在所需的应用中连接到外部电路。在本实施例中，智能电源模块60包括一个第一端，是IGBT电源开关的集电极端，以及一个第二端，是IGBT电源开关的发射极端。IGBT M0的栅极端62是智能电源模块60的内部，耦合到控制器电路IC 65的输出电压VOUT。控制器电路IC 65产生输出电压VOUT，作为栅极驱动信号Vgctrl，用于驱动IGBT。IGBT的发射极端耦合到控制器电路IC的公共节点PCOM端。在实际配置中，发射极端通常连接到地，使得控制器电路IC的PCOM端也连接到地。
智能电源模块60还包括一个第三端，作为正向电压源端，接收正向电压源电压Vcc或Vdd，第四端接收来自外部主机系统的系统输入电压VIN，第五端接收反馈信号ROV。在一个示例中，反馈信号ROV是反馈电压VFB(图2)，表示IGBT的集电极至发射极电压VCE。智能电源模块60包括一个第六端，提供故障输出信号VFO，作为输出信号，表示IGBT处检测到的故障情况，第七端提供过温指示信号VOT，作为输出信号，表示IGBT处检测到的过温情况。故障输出信号VFO和过温指示信号VOT是可选的，在本发明的其他实施例中可以省略。最后，智能电源模块60包括一个第八端COM，接收地电压。
图4表示在本发明的一些实施例中，智能电源模块配置成整体半导体封装。参见图4，智能电源模块封装在一个塑料晶体管封装中。在本例中，利用晶体管外形(TO)封装，封装智能电源模块。电源开关M0具有很大的晶片尺寸，以承受高压和高电流操作情况。所形成的二极管D1与电源开关M0共同封装。控制器电路IC是电源开关M0尺寸的分数，可以安装在TO封装的引线框上。
图5表示在本发明的一些实施例中，智能电源模块中可以引入的控制器电路的示意图。参见图5，控制器电路65接收系统输入信号VIN，经由施密特触发器71锁定，滤波器72处理，然后耦合到D触发器73的时钟输入端和逻辑与门74的一个输入端上，逻辑与门74也接收D触发器73的输出信号，作为逻辑与门74的另一个输入。逻辑与门的输出是控制信号，驱动驱动电路75。控制器电路65包括PMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2，以及附加电阻器Ron和Roff，以构成标准的栅极驱动电路。电阻器Ron和Roff之间的公共节点是输出电压VOUT，耦合到电源开关上，作为栅极驱动信号Vgctrl。晶体管M1和M2由驱动电路75驱动。这样一来，控制器电路65接收系统输入信号VIN，输入信号VIN具有指定的工作周期，决定电源开关的接通时间和断开时间。系统输入信号VIN经处理产生控制信号Vc，控制信号Vc被耦合来驱动栅极驱动电路，产生输出电压VOUT，用于实际驱动电源开关。除了当激活保护功能以便修正或闭锁系统输入信号脉冲时以外，控制信号Vc都会镜像系统输入信号VIN。
尤其是，控制器电路IC65包括一组保护电路90，实现保护功能，用于保护电源开关不受损坏或退化。每个保护电路91-97都产生一个输出信号，耦合到非门77。在一个实施例中，保护电路91-97产生输出信号，当检测到有关故障时，激活高输出信号。非门77的输出端是故障指示信号FO，可以通过NMOS晶体管M5，用于产生故障输出信号VFO。在一个实施例中，故障指示信号FO是有源低信号。故障输出信号VFO可以用于通知电源模块的微控制器或外部主机系统。故障指示信号FO也耦合到软启动控制电路80，和D触发器73的重置端。当保护电路91-97的其中一个检测到故障时，生效其输出信号，有源低的D触发器73的重置端将生效，使与门74被禁用。因此，控制电压Vc将被禁用，如果有任何系统输入信号脉冲的话，也不会将系统输入信号脉冲传递到栅极驱动电路。
在一些实施例中，控制器电路65具有一项或多项以下保护功能：
(1)OVCP：控制器电路65可以配置过电压钳位保护体系，保护IGBT不受过电压情况或电源浪涌事件影响。IGBT的集电极和发射极端上过量的电压，尤其是当IGBT断开时，会对IGBT造成不可挽回的损坏。在一些实施例中，OVCP保护体系接通IGBT，同时当IGBT的集电极至发射极电压超过器件的击穿电压时，在IGBT的栅极端加载电压钳位。在这种情况下，IGBT在遭受任何不可挽回的损坏之前，就能将过电压情况或电源浪涌安全地耗散掉。
在本发明的实施例中，OVCP保护体系通过过电压(OV)控制电路70配置，驱动过电压(OV)钳位电路68。在一个示例中，OVCP保护体系利用上述待审的共同受让的美国专利申请号15/360,590中所述的过电压保护体系配置OVCP保护体系。另外，在本实施例中，保护电路90包括一个OVCP保护电路95，当检测到过电压情况时，激活OVCP保护电路95，以闭锁系统输入信号，并禁用控制信号Vc。通过OV控制电路70，激活OV钳位电路68，在钳位栅极电压下接通IGBT，以耗散过电压。
(2)软启动：控制电路65可以配置一个软启动保护体系，使IGBT在特定的操作情况下软接通。在本实施例中，软接通IGBT是指在IGBT上加载缓慢升高的栅极电压。软启动或软接通功能限制了耦合到IGBT上的浪涌电流，以降低噪声和发生大浪涌电流时引起的其他问题。例如，在感应加热应用中，必须限制浪涌电流，同时为谐振电容器Cr充电。
在本发明的实施例中，软启动保护功能通过软启动检测电路82和软启动控制电路80配置。随着电源模块的加电之后，激活软启动保护一段初始的输入脉冲，一段长空闲时间之后，第一个输入脉冲，移除故障情况之后，第一个输入脉冲。软启动保护功能将在下文中详细介绍。
(3)ATOD：在IGBT断开时间内，控制器电路65可以配置一个异常的输入信号禁用体系。尤其是当IGBT断开时，一旦IGBT断开，系统输入信号上的噪声或响铃就无意中恢复接通。在实施例中，异常输入信号禁用体系为电源开关配置一段最小的断开时间，电源开关不允许被恢复接通，直到最小的断开时间为止。在这种情况下，忽略异常或不必要的输入信号脉冲，防止IGBT无意中恢复接通。在本发明的实施例中，通过ATOD电路97配置异常输入信号禁用体系。
(4)MDCD：控制器电路65可以配置最大的工作周期禁用体系，保护IGBT不受过长的输入信号影响，过长的输入信号可能损坏IGBT或应用电路。在本发明的实施例中，通过MDCD电路93，配置最大的工作周期禁用体系。当IGBT的接通时间超过最大的工作周期时，MDCD电路93将闭锁系统输入信号，使IGBT接通。
(5)HTOD：控制器电路65可以配置硬接通禁用功能，当电源开关维持在高电压值时，防止电源开关接通。在本发明的实施例中，利用HTOD电路96，配置硬接通禁用功能。HTOD电路96检测IGBT上的电压，当IGBT上的电压超过指定阈值时，激活HTOD电路96，闭锁系统输入信号。在一个示例中，在上述待审和共同受让的美国专利申请号15/464,130中利用所述的HTOD保护体系，配置HTOD保护体系。
(6)OT：控制器电路65可以配置过温保护功能，保护IGBT或电源模块不会过热。过温保护功能使用温度监控电路78，监控温度，产生过温输出信号VOT。在这种情况下，主机系统可以监控输出信号VOT，以确定电源模块是否经历过热情况。另外，在本实施例中，保护电路包括一个过温(OT)保护电路94，在过温情况下被激活，以禁用电源开关。
(7)UVLO/OVLO：当检测到的电压源电压超出范围时，通过断开输出电压，控制器电路65可以配置一个欠压和过压保护控制器电路。在本发明的实施例中，利用UVLO电路92配置欠压保护体系，同时利用OVLO电路91配置过压保护体系。UVLO(欠压锁定)电路92检测电压源电压低于指定阈值，并禁用栅极驱动电路，断开IGBT。OVLO(过压锁定)电路91检测电压源电压超过指定阈值，禁用栅极驱动电路，断开IGBT。
软驱动控制
在实际的感应加热中，利用负载检测控制，准谐振逆变器系统启动其操作。也就是说，提供单独的或多个系统输入信号脉冲，在启动或上电时接通IGBT，相应的电流或电压响应反馈到微控制器，以确定驱动的负载。在负载检测过程中，准谐振逆变器不可避免地受到很高的浪涌电流。一旦谐振电容器Cr充电，准谐振逆变器可以在零电压切换(ZVS)接通中操作。因此，第一个接通脉冲处的浪涌电流处于整个操作中最严重的级别。
在本发明的实施例中，智能电源模块的控制器电路配置一个软驱动保护体系，在特定的操作情况下激活，软接通电源开关(IGBT)，以限制浪涌电流。在本实施例中，软接通IGBT是指在IGBT上加载缓慢升高的栅极电压。在一些实施例中，软驱动保护体系使用一个软驱动栅极驱动电路，从标准的栅极驱动电路上分离出来，在软驱动运行过程中，软接通电源开关。通过软驱动电源开关，使浪涌电流达到最小，减少过量峰值电流和电源开关启动过程中接地噪声带来的相关问题。限制浪涌电流还改善了电源开关的长时间可靠性。
图6表示在本发明的实施例中，图5所示的控制器电路中软驱动保护电路结构的示意图。参见图6，控制器电路65包括一个标准的时间驱动电路66和一个软驱动保护栅极驱动电路68。在一些实施例中，软启动保护栅极驱动电路68可以是一个共享电路，还可以用作过电压保护栅极驱动电路，这将在下文中详细介绍。
在控制器电路65中，根据系统输入信号VIN，驱动标准的栅极驱动电路66，控制电源开关M0或IGBT的接通和断开切换周期，以便在准谐振逆变器处获得所需的电源输出。系统输入信号VIN可以是一个PWM信号，或者一个在接通时间和断开时间之间切换的时钟信号。标准的栅极驱动电路66在节点62处产生一个输出信号，作为栅极驱动信号Vgctrl，耦合到IGBT的栅极端。在本实施例中，标准的栅极驱动电路66制成一个CMOS逆变器，包括一个PMOS晶体管M1与一个NMOS晶体管M2串联在正向电压源Vdd(节点64)和地之间。阻抗Z1耦合到PMOS晶体管M1的漏极端，阻抗Z2耦合到NMOS晶体管M2的漏极端。PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2之间的公共节点62是标准的栅极驱动电路66的输出信号。
用于驱动标准栅极驱动电路的栅极控制信号VG1和VG2，由各自的前驱电路86和88产生。前驱电路86、88为PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2产生栅极控制信号VG1和VG2，使得根据输入信号VIN，交替接通和断开PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2。也就是说，PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2没有同时接通。在标准的电路操作过程中，当输入信号VIN在逻辑高电平和逻辑低电平之间切换时，标准的栅极驱动电路66产生栅极驱动信号Vgctrl，使IGBT接通和断开。更确切地说，NMOS晶体管M2接通，驱动IGBT的栅极端接地，以在正常操作过程中断开IGBT。还可选择，接通PMOS晶体管M1，驱动IGBT的栅极端到电压源电压Vdd，以在正常操作过程中接通IGBT。
在本实施例中，软启动保护栅极驱动电路68包括一个PMOS晶体管M3，与阻抗Z3串联在正向电压源Vdd(节点64)和标准栅极驱动电路66的输出节点62之间，标准栅极驱动电路66的输出节点62也是IGBT的栅极端。在本实施例中，软驱动保护栅极驱动电路68是与过电压保护栅极驱动电路一起的共享电路。如上所述，待审和共同受让的美国专利申请号15/360,590，过电压保护体系使用一个保护栅极驱动电路，包括PMOS晶体管M3和NMOS晶体管M4串联在正向电压源Vdd(节点38)和地之间。在PMOS晶体管M3的漏极端提供阻抗Z3，在NMOS晶体管M4的漏极端(节点52)提供阻抗Z4。PMOS晶体管M3和NMOS晶体管M4之间的公共节点62是保护栅极驱动电路的输出信号。保护栅极驱动电路68在节点62上产生输出信号，作为栅极驱动信号Vgctrl，耦合到IGBT的栅极端。在本实施例中，由于软启动保护体系仅与IGBT的栅极端的拉高或IGBT的接通有关，因此软启动保护栅极驱动电路68使用保护栅极驱动电路的拉高部分(PMOS晶体管M3)。用于驱动软驱动保护栅极驱动电路68的栅极控制信号VG3由软前驱电路84产生。
为了配置软驱动保护体系，控制器电路65包括一个输入探测器67、一个软启动时间探测器82和一个软启动控制电路80。输入探测器67探测系统输入信号VIN上的信号脉冲。在一个实施例中，输入探测器67包括输入噪声滤波，用于系统输入信号VIN的接通瞬态和断开瞬态。软启动时间探测器82测量输入脉冲之间的持续时间，产生软启动启用信号SSH。当输入信号脉冲之间的持续时间变得很长时，软启动启用信号生效。当系统输入信号中有很长的空闲时间时，信号SSH将生效。在本实施例中，系统输入信号可以通过软启动控制电路80传递到前驱电路84、86、88。还可选择，系统输入信号或表示它的信号，可以直接提供给前驱电路84、86、88。
软启动控制电路80接收软启动启用信号SSH，还从保护电路90接收故障指示信号FO或表示它的信号。软启动控制电路80产生标准的驱动信号ND 1和ND2以及软启动驱动信号SD3，耦合到各自的前驱电路87、88和86上。当软启动没有激活时，软启动控制电路80生效标准的驱动信号ND1和ND2，使得前驱动器86、88激活标准的栅极驱动电路66，根据系统输入信号或控制信号Vc，驱动晶体管M1和M2。
根据生效的软驱动启用信号SSH或根据生效的故障指示信号，软启动控制电路80激活软启动保护体系，在软启动驱动信号SD3生效的同时，标准的驱动信号ND1和ND2失效。在这种情况下，晶体管M1和M2断开，同时PMOS晶体管M3接通。随着阻抗Z3、PMOS晶体管M3缓慢接通IGBT的栅极端，从而限制IGBT栅极端处的峰值电流。在第一输入信号脉冲之后，允许标准的驱动信号ND1和ND2，在正常工作过程中驱动IGBT。
在一个可选实施例中，根据控制信号Vc(图5)，操作软驱动保护电路。当检测到故障情况时，控制信号Vc或者镜像系统输入信号VIN，或者被禁用。也就是说，当故障指示信号生效时，系统输入信号VIN被闭锁，不会传递到控制信号Vc。因此，在可选实施例中，输入探测器67可以取而代之接收控制信号Vc。另外，控制信号Vc直接提供给前驱电路84、86、88，并且软驱动控制电路80产生驱动信号ND1和ND2或SD3，根据是否需要软启动时间驱动，以激活或不激活前驱电路，前驱电路根据控制信号Vc驱动栅极驱动电路。
在本发明的实施例中，软启动保护体系在以下操作情况下被激活。上电后，软启动栅极驱动被激活第一系统输入信号脉冲。故障情况排除后，还激活软启动栅极驱动第一系统输入信号脉冲。最终，一段延长的输入信号空闲时间后，激活软启动栅极驱动第一系统输入信号脉冲。软启动模式可用于不同的工作环境，参见图7，这将在下文中详细介绍。图7表示在一些示例中，软启动模式中控制器电路运行的时序图。
首先，系统启动之后，激活软启动，第一系统输入信号脉冲，包括热插拔。参见图7，时间区域“1”，当电源模块上电后，电压源电压Vdd(曲线102)从低电压电平升高到最终的电压电平。当电压源电压Vdd低于所需的最小电压源电压电平VDDR时，欠电压锁定(UVLO)保护功能探测欠电压情况，生效故障指示信号FO(曲线112)。随着故障指示信号FO的生效，控制器电路闭锁系统输入信号VIN(曲线106)。也就是说，忽略所有的系统输入信号脉冲，直到欠电压情况被排除之后为止。在本实施例中，当电压源电压Vdd达到最小的电压源电压电平VDDR之后，故障指示信号FO失效。延长的时间段提供了一个保护段，确保故障排除之后，标准操作不会立即继续进行。在图7中，曲线104代表故障情况，也就是说，故障情况的开始和结束。故障被排除之后，故障指示信号FO失效一段延长的时间段。
一旦上电，当电压源电压达到最小的电压电平VDDR，故障指示信号FO失效时，输入探测器67探测第一系统输入脉冲，并生效SSH信号。软启动控制电路80被激活，以接通软启动栅极驱动电路68，使IGBT栅极电压缓慢上升。因此，上电后第一个系统输入脉冲产生一个软启动栅极驱动信号(曲线108)，如图7所示。根据生效的栅极驱动信号，IGBT处的控制器电路(曲线110)升高。
其次，探测到系统输入信号已空闲或者一段指定时间未激活之后，激活软启动第一系统输入信号脉冲。例如，如图7中的时间区域“2”所示，系统输入信号VIN变为空闲一段很长的时间，例如250μs或以上。空闲时间有时称为软重启时间。软启动时间探测器82探测空闲时间，生效SSH信号，使得一旦在空闲时间之后检测到系统输入信号脉冲，软启动控制电路80就激活，接通软启动保护栅极驱动电路68，使IGBT栅极电压缓慢升高。因此，空闲时间Tsoft_重启之后的第一系统输入脉冲，产生一个软启动驱动信号，如图7所示。
第三，故障情况被排除之后，激活软启动第一系统输入信号脉冲。在一个实施例中，软启动控制电路探测到已经失效的故障指示信号FO，当故障情况清除之后，软启动保护激活第一系统输入信号脉冲。例如，在图7所示的时间区域“3”处，系统输入信号脉冲已经生效一段比最大的允许接通时间(例如35μs)更长的一段时间。在那种情况下，故障指示信号FO生效，电源开关被断开，以保护电源开关。随着故障指示信号FO生效，系统输入信号脉冲被忽略。当故障情况被排除之后，也就是说，当系统输入信号被禁用，延长的时间(例如250μs)已经过完之后，故障指示信号FO失效。软启动控制电路80探测到失效的故障指示信号，使得一旦故障排除之后接收到系统输入信号脉冲，软启动控制电路80就被激活，接通软启动保护栅极驱动电路68，使IGBT栅极电压缓慢升高。因此，故障排除之后的第一系统输入脉冲(时间“4”)产生一个软启动栅极驱动信号，如图7所示。
时间段“5”表示检测到的另一个故障情况，激活故障指示信号FO。故障情况可以是保护电路90所检测到的那些情况中的其中之一，包括UVLO、OVLO、MDCD、OVCP、HTOD或OT。当故障情况排除时，故障指示信号失效前保持一段很长的时间。软启动控制电路80检测到失效的故障指示信号，使得一旦故障排除之后接收到系统输入信号脉冲，软启动控制电路80就被激活，接通软启动保护栅极驱动电路68，使IGBT栅极电压缓慢升高。因此，故障排除之后第一系统输入脉冲(时间“6”)，产生一个软启动栅极驱动信号，如图7所示。
图8表示在本发明的实施例中，一个准谐振逆变器电路中为电源开关器件提供软启动保护方法的流程图。参见图8，当上述智能电源模块中引入的电源开关器件上电(202)时，软启动保护方法200启动。方法200确定电压源电压欠电压锁定指示器是否已经重置(204)。一旦上电，设置欠电压锁定指示器，防止智能电源模块运行，直到电压源电压达到指定的电压阈值为止。当电压源电压已经达到指定的电压阈值时，欠电压锁定指示器被重置。方法200激活了软启动栅极驱动电路，系统输入信号(206)的第一输入信号脉冲。因此，为第一输入信号脉冲，产生软启动栅极驱动信号。方法200继续进行两个镜像步骤210、218，以确定在准谐振逆变器电路运行过程中，何时再次需要软启动。
首先，方法200监控系统输入信号(210)的断开时间。当系统输入信号的断开时间已经超过最大的空闲时间(212)时，方法200探测到空闲时间(214)之后的第一系统输入信号脉冲。方法200激活软启动栅极驱动电路(224)。从而，在空闲时间之后，为第一系统输入信号脉冲，产生软启动栅极驱动信号。方法200恢复两个监控步骤210和218。当系统输入信号的断开时间小于最大空闲时间(212)时，方法200为下一个系统输入信号脉冲(216)激活标准的栅极驱动电路。方法200恢复两个监控步骤210和218。
同时，方法200还监控故障指示信号(218)。根据检测到的故障情况，当故障情况被排除时，生效和失效故障指示信号FO。当故障指示信号FO生效时，方法200继续监控故障指示信号。当故障指示信号FO失效(220)时，表示故障情况被排除，当故障信号失效(222)之后，方法200检测到第一系统输入信号脉冲。然后，方法200激活软启动栅极驱动电路(224)。因此，故障信号清除之后，为第一系统输入信号脉冲，产生软启动栅极驱动信号。方法200恢复两个监控步骤210和218。
这样一来，软启动保护方法200继续监控输入信号脉冲的断开时间或空闲时间，也继续监控故障信号失效，以确定何时需要软启动栅极驱动信号。软启动保护方法200运行，在特定的运行情况下，限制电源开关上的浪涌电流，提高电源开关的可靠性。
有源接通脉冲控制
准谐振逆变器中IGBT的接通时间，影响IGBT的峰值电流和峰值集电极电压。为了确保安全操作，并提高系统的可靠性。必须保护IGBT不要接通过长时间，时间过长可能导致晶体管过热，并对器件造成损坏。在本发明的实施例中，控制器电路配置最大的工作周期禁用(MDCD)保护功能。MDCD保护功能可以运行，限制IGBT的接通时间不会超过指定的最大时间。在这种情况下，IGBT保持在安全的工作体系中。
另外，在准谐振逆变器正常运行时，IGBT的峰值集电极电压VCE可以达到1kV或更高，开关频率为30kHz。如果IGBT意外地再次接通，由于噪声误触发，集电极电压仍然在地电平以上的话，IGBT会遭到严重的硬开关，从而影响电源开关的效率和可靠性。在本发明的实施例中，控制器电路配置了异常接通禁用(ATOD)保护功能。ATOD保护功能维持了最小的断开时间，从而闭锁系统输入信号。在这种情况下，指定断开时间内的输入噪声信号，将不会无意接通IGBT。在一些实施例中，ATOD保护功能实施了10μs的最小断开时间。
在一些实施例中，智能电源模块的控制器电路配置了集成MDCD和ATOD保护电路，监控系统输入信号VIN，在特定的工作情况下，闭锁系统输入信号脉冲，以保护电源开关(IGBT)。在一个实施例中，MDCD保护功能控制最大的接通持续时间，维持系统在安全的体系中运行，同时ATOD保护功能闭锁干扰最小断开时间的不必要的输入信号脉冲。在这种情况下，控制器电路改善了噪声免疫、效率和系统可靠性。
图9表示在本发明的实施例中，图5所示的控制器电路中集成的MDCD和ATOD保护电路结构的示意图。参见图9，控制器电路65包括一个标准的栅极驱动电路66。根据系统输入信号VIN，驱动标准的电极驱动电路66，控制电源开关M0或IGBT的接通和断开开关周期，以便在准谐振逆变器处获得所需的电源输出。系统输入信号VIN可以是一个PWM信号，或者在接通时间和断开时间之间切换的时钟信号。标准的栅极驱动电路66在节点62上产生一个输出信号，作为栅极驱动信号Vgctrl，耦合到IGBT的栅极端。在本实施例中，将标准的栅极驱动电路66制成CMOS逆变器，包括一个PMOS晶体管M1与NMOS晶体管M2串联在正向电压源Vdd(节点64)和地之间。阻抗Z1耦合到PMOS晶体管M1和漏极端，阻抗Z2耦合到NMOS晶体管M2的漏极端。PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2之间的公共节点62是标准栅极驱动电路66的输出信号。
前驱电路128产生栅极控制信号VG(节点130)，用于驱动标准的栅极驱动电路。同时，控制信号Vc驱动前驱电路128，当检测到故障情况时，控制信号Vc或者镜像系统输入信号VIN或者被禁用。也就是说，当检测到特定的故障情况时，闭锁系统输入信号VIN传递到控制信号Vc。前驱电路128产生栅极控制信号VG，根据输入信号VIN，使得PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2交替接通。也就是说，PMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2不会同时接通。在标准电路操作中，当输入信号VIN在逻辑高电平和逻辑低电平之间切换时，标准栅极驱动电路66产生栅极驱动信号Vgctrl，使IGBT接通和断开。更确切地说，NMOS晶体管M2接通，驱动IGBT的栅极端接地，在正常运行过程中，断开IGBT。还可选择，接通PMOS晶体管M1，驱动IGBT的栅极端到电压源电压Vdd，在正常操作过程中接通IGBT。
控制器电路65中集成的MDCD和ATOD保护电路包括一个输入探测器67、一个MDCD电路93、一个ATOD电路97、一个逻辑非门120、一个D-触发器124和一个逻辑与非门126。非门120、D-触发器124和与非门126可以同其他保护电路共享电路，如图5所示。输入探测器67探测系统输入信号VIN上的信号脉冲。在一个实施例中，输入探测器67包括输入噪声滤波，用于系统输入信号VIN的接通瞬态和断开瞬态。接收到的输入信号脉冲提供给MDCD电路93和并联的ATOD电路97。MDCD电路93产生一个MD信号(节点122)，ATOD电路产生一个AT信号(节点121)。
在MDCD电路93，测量并监控输入信号脉冲的接通时间。当检测到的接通时间处于或超过最大接通时间时，例如35-40μs，MDCD电路93生效MD信号。MD信号仍然生效直到系统输入信号脉冲失效为止。在这种情况下，MDCD电路93限制了IGBT的接通时间到最大的接通时间，保护IGBT免受损坏。例如，在一些情况下，微控制器产生系统输入信号脉冲，输入信号脉冲的接通时间比所需的最大接通时间更长。在那种情况下，MDCD电路93运行，无论微控制器提供的接通时间多长，都限制IGBT的接通时间到最大的接通时间。
在ATOD电路97处，监控系统输入信号，以检测系统输入信号失效的转换。例如，失效时，系统输入信号具有高至低的转换。对于每个失效转换来说，ATOD电路97生效AT信号，AT信号保持生效一段指定的时间段，对应IGBT最小的断开时间。因此，每次系统输入信号断开IGBT时，ATOD电路97被激活，实施IGBT的最小断开时间。无论系统输入信号的状态如何，ATOD电路97都闭锁系统输入信号脉冲传递最小的断开时间。对于系统输入信号的每个失效转换来说，ATOD电路都实施最小的断开时间。因此，如果系统输入信号快速切换，例如由于噪声误触发等，那么对于每个失效转换来说，ATOD电路都将实施最小的断开时间，使得最后一个系统输入信号脉冲将仍然受到最小的断开时间。
MD信号和AT信号耦合到非门120，非门120驱动D-触发器124的重置端。系统输入信号VIN耦合到D-触发器73的时钟输入。系统输入信号VIN还耦合到逻辑与非门126，逻辑与非门也接收D-触发器124的输出信号，作为其他输入。与非门的输出是控制信号Vc，驱动前驱电路128。这样一来，输入信号VIN继续产生控制信号Vc，耦合控制信号Vc驱动标准的栅极驱动电路66，用于产生输出电压Vgctrl(节点62)，驱动电源开关。除了当MD信号或AT信号生效时以外，控制信号Vc都会镜像系统输入信号VIN，以闭锁系统输入信号脉冲通过。在运行过程中，MD信号生效(例如有源高)，限制IGBT的接通时间，AT信号生效(例如有源高)，在IGBT的最小断开时间内，闭锁系统输入脉冲。
图10表示在本发明的实施例中，MDCD电路的电路图。参见图10，利用触发器、逆变器和电流源为电容器充电，制成MDCD电路93。电容器上的电压与参考电压VREF相比较。选择参考电压VREF，检测所需的最大接通时间。电容器电压和参考电压VREF相比拟，产生MD信号。
图11表示在本发明的实施例中，ATOD电路的电路图。参见图11，利用触发器、逆变器和电流源为电容器充电，制成ATOD电路97。电容器上的电压与参考电压VREF相比较。选择参考电压VREF，检测所需的最小断开时间。电容器电压和参考电压VREF相比拟，产生AT信号。
图12表示在一些示例中，图9所示的MDCD模块和ATOD模块中控制器电路运行的时序图。参见图12，当系统输入信号脉冲VIN(曲线152)达到时，MD信号(曲线154)失效(逻辑低)，AT信号(曲线156)也失效(逻辑低)。对于每个输入信号脉冲，IGBT栅极电压Vgctrl(曲线160)驱动到高，以接通IGBT，当IGBT接通时，集电极电流(曲线160)流动。
在时间“1”处，系统输入信号从生效(逻辑高)到失效(逻辑低)转换。根据VIN信号转换到低时，AT信号生效最小的断开时间，在本例中最小断开时间为10μs。当AT信号生效时，任何到达的输入信号脉冲将被闭锁或忽略，IGBT将不会接通。
下一个系统输入信号脉冲达到，当达到对输入信号脉冲来说最大的接通时间(例如35μs)时，控制器电路正常运行直到时间“2”。作为响应，MD信号生效，故障指示信号FO作为响应生效。随着MD信号生效，控制器电路断开IGBT。当IGBT接通一段很长时间时，控制器电路可以增大到高电平。在本发明的实施例中，MD信号断开IGBT，在最大的接通时间，使最大的集电极电流封顶。
MD信号生效，直到在时间“3”时系统输入信号转换低为止。因此，MD信号失效，在延长的时间之后，故障指示信号FO也失效。同时，随着系统输入信号转换低时，AT信号生效，在最小的断开时间内，闭锁任何不需要的系统输入信号脉冲。
在时间“4”时，故障指示信号FO失效，随着故障情况被排除，控制器电路接收第一输入信号脉冲。在本例中，激活软启动模块第一输入信号脉冲，栅极电压软接通。在第一输入信号脉冲的低转换处，AT信号生效。在时间“5”处，最小的断开时间过完之前，输入信号脉冲的序列到达，作为系统输入信号。AT信号仍然生效，闭锁输入信号脉冲的序列。对于检测到的高至低转换，最小的断开时间重新启动，使得最后一个高至低转换在时间“6”处，AT信号保持生效最小的断开时间(10μs)。AT信号生效的整个时间，输入信号VIN被闭锁或被忽略。在时间“7”时，最小的断开时间过完，下一个系统输入信号脉冲被允许通过，在正常运行过程中接通IGBT。
图13表示在一些示例中，ATOD和HTOD保护模式中控制器电路运行的时序图。参见图13，ATOD和HTOD保护模块都运行，闭锁系统输入信号VIN(曲线172)。然而，根据系统输入信号的失效，ATOD保护模块(曲线174)运行，以实施最小的断开时间。同时，根据IGBT集电极电压(曲线178)，HTOD保护模块(曲线176)运行，当集电极电压高于HTOD设置电平时，闭锁输入信号脉冲。在时间“1”时，系统输入信号到达，进行正常运行。在时间“2”时，第二个系统输入信号在最后一个输入信号脉冲的最小断开时间内到达，ATOD保护模块闭锁第二个系统输入信号脉冲。同时，HTOD保护模块也被激活，当集电极电压超过HTOD设置电平时，闭锁任意输入信号脉冲。在时间“3”时，ATOD保护模块再次闭锁系统输入信号脉冲，系统输入信号脉冲在最后一次失效转换的最小断开时间内到达。同时，在时间“4”时，HTOD保护模块闭锁系统输入信号脉冲，当集电极电压高于HTOD设置电平时，系统输入信号脉冲到达。
图14表示在本发明的实施例中，为准谐振逆变器电路中电源开关器件提供MDCD和ATOD保护体系的方法流程图。在本实施例中，方法250利用MDCD保护体系和ATOD保护体系并联。在其他实施例中，每个保护体系都可以单独运行，无需其他的保护体系。图14仅用于解释说明，不用于局限。
参见图14，通过检测系统输入信号脉冲(252)，MDCD-ATOD保护方法250启动。方法250检测到系统输入信号生效(254)。例如，系统输入信号可以从逻辑低转换到逻辑高。对于MDCD保护体系来说，根据检测到的系统输入信号生效，方法250监控系统输入信号(256)的接通时间。方法250确定接通时间是否超过最大的接通时间(258)。根据接通时间超过最大接通时间，方法250生效故障指示信号(260)，断开电源开关(262)。方法250还闭锁系统输入信号，直到故障指示信号失效(264)为止。在一些实施例中，故障情况排除之后，故障指示信号生效一段延长时间。例如，最大接通时间之后，系统输入信号的失效将排除故障情况，延长的时间之后(例如250μs)，故障指示信号失效。方法250继续监测系统输入信号(252)。
同时，对于ATOD保护体系，方法250检测到系统输入信号失效(266)。例如，系统输入信号可以从逻辑高转换到逻辑低。根据检测到系统输入信号失效，方法250闭锁系统输入信号脉冲，最小的断开时间(268)。当最小的断开时间过期(270)时，方法250继续监测系统输入信号(252)。
虽然为了表述清楚，以上内容对实施例进行了详细介绍，但是本发明并不局限于上述细节。实施本发明还有许多可选方案。文中的实施例仅用于解释说明，不用于局限。

Claims (6)

1.一种半导体封装，其特征在于，包括：
一个分立的电源开关，具有一个控制端和第一、第二电源端；
一个分立的续流器件，续流器件电并联到电源开关的第一和第二电源端；以及
一个整体集成的控制器电路，控制器电路具有一个第一输出端，连接到电源开关的控制端，一个第一输入端，接收输入信号，一个第二输入端接收反馈信号，输入信号决定电源开关的接通时间和断开时间，控制器电路包括一个栅极驱动电路，用于产生栅极驱动信号，根据输入信号，驱动电源开关的控制端，以及一个保护电路，配置至少一个用于保护电源开关的保护功能，
其中半导体封装包括一个第一端连接电源开关的第一电源端，一个第二端连接电源开关的第二电源端，一个第三端耦合到控制器电路的第一输入端，一个第四端耦合到控制器电路的第二输入端；以及
其中控制器电路中的保护电路包括配置一个最大工作周期禁用电路，监控系统输入信号的接通持续时间，所述的最大工作周期禁用电路包括一个电流源为电容器充电,当电容器电压和一选定的参考电压相比拟，断开电源开关。
2.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，半导体封装包括一个第五端，接收正向电压源电压，以及一个第六端，接收地电压，第五端耦合到控制器电路的电源端，第六端耦合到控制器电路的接地端。
3.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，半导体封装包括一个晶体管外形封装。
4.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，控制器电路中的保护电包括一个软启动保护电路，软启动保护电路由一个软启动栅极驱动电路和软启动控制电路构成，配置软启动控制电路，在控制器电路上电之后，或系统输入信号的空闲时间之后，或故障情况排除之后，检测第一系统输入信号脉冲，根据检测到的第一系统输入信号脉冲，接通软启动栅极驱动电路，配置软启动驱动电路，用一个缓慢升高的电压驱动电源开关，从而软接通电源开关。
5.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，控制器电路中的保护电路包括配置一个异常接通禁用电路，监控系统输入信号的失效转换，在最小的断开时间，闭锁系统输入信号不会驱动电源开关。
6.如权利要求1所述的半导体封装，其特征在于，保护电路检测电源开关的运行情况，根据检测到的故障情况，产生故障指示信号，配置控制器电路根据生效的故障指示信号，闭锁系统输入信号不要驱动电源开关。
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