CN109714033A - 功率器件的驱动装置与方法 - Google Patents

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CN109714033A CN201910131718.7A CN201910131718A CN109714033A CN 109714033 A CN109714033 A CN 109714033A CN 201910131718 A CN201910131718 A CN 201910131718A CN 109714033 A CN109714033 A CN 109714033A
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Abstract

本申请公开了一种用于功率器件的驱动装置。包括检测模块，与功率器件耦合，配置为检测功率器件状态；驱动模块，分别耦合至所述检测模块和功率器件，配置为根据所述检测模块的检测结果对所述功率器件进行调控；其中，当检测结果为所述功率器件处在第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断并且不响应系统开关信号的第一保护模式；当检测结果为所述功率器件处在第二过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断但是响应系统开关信号的第二保护模式；其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。本申请还提供了相应的功率器件驱动方法和用电设备。

Description

功率器件的驱动装置与方法
技术领域
本申请属于电气控制领域，尤其涉及一种适用于功率器件的驱动装置与方法。
背景技术
这些年来功率器件例如绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)被广泛地应用于电机驱动、照明电路、变频器、牵引传动等领域。但是在实际应用中常常会出现负载短路的情况。在负载短路情况下，IGBT导通电流会很大，如果没有及时关断功率器件，会引起器件过热，最终导致器件损坏。
发明内容
本申请针对上述问题，本申请提供了一种功率器件驱动装置包括检测模块，与功率器件耦合，配置为检测功率器件状态；驱动模块，分别耦合至所述检测模块和功率器件，配置为根据所述检测模块的检测结果对所述功率器件进行调控；其中，当检测结果为所述功率器件处在第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断并且不响应系统开关信号的第一保护模式；当检测结果为所述功率器件处在第二过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断但是响应系统开关信号的第二保护模式；其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
特别的，所述驱动装置还包括开关信号屏蔽模块，分别与所述检测模块和所述驱动模块耦合，配置为根据所述检测模块的检测结果，在所述功率器件处在第一过流状态时，对提供给所述驱动模块的系统开关信号进行屏蔽。
本申请还提供了一种功率器件驱动装置，包括检测模块，与功率器件耦合，配置为检测功率器件状态；驱动模块，分别耦合至所述检测模块和功率器件，配置为根据所述检测模块的检测结果对所述功率器件进行调控；其中，当检测结果为所述功率器件处在第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断并且不响应系统开关信号的第一保护模式；当所述检测结果为所述功率器件处在第二过流状态时，所述检测模块在第一预定时间段内继续检测所述功率器件的状态；在所述第一预定时间段内，当所述功率器件达到第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入所述第一保护模式；当所述第一预定时间段结束时，所述功率器件始终处在第二过流状态，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入第二保护模式；其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
特别的，所述驱动装置还包括开关信号屏蔽模块，分别与所述检测模块和所述驱动模块耦合，配置为根据所述检测模块的检测结果，在所述功率器件处在第一过流状态时，对提供给所述驱动模块的系统开关信号进行屏蔽。
特别的，所述检测模块包括第一比较器，其第一输入端配置为接收所述第一阈值，第二输入端配置为接收功率器件的状态信号，其输出端耦合至所述驱动模块以提供第一状态标识信号；第二比较器，其第一输入端配置为接收所述第二阈值，第二输入端配置为接收所述状态信号，其中所述第一阈值大于所述第二阈值，且所述第一阈值对应于第一过流状态值，所述第二阈值对应于第二过流状态值；以及延时单元，其第一输入端和第二输入端分别耦合到所述第一比较器和第二比较器的输出端，配置为产生所述第一预定时间段，并所述第一预定时间段内或者结束时基于所述第一比较器和第二比较器的输出信号提供第二状态标识信号；其中所述第一或第二状态标识信号有效时代表所述功率器件处在第一或第二过流状态。
特别的，所述延时单元包括计时器，其输入端耦合至所述第二比较器的输出端，配置为在所述第二比较器输出有效电平时开始计时，并在计时结束后输出有效电平；非门，其输入端耦合至所述第一比较器的输出端；以及与门，其第一输入端耦合到所述非门的输出端，第二输入端耦合至所述计时器的输出端，第三输入端耦合至所述第二比较器的输出端，并且所述与门的输出端耦合至所述驱动模块，以向所述驱动模块提供所述第二状态标识信号。
特别的，所述开关信号屏蔽模块包括报错器，配置为当接收到所述第一状态标识信号时，阻断向所述驱动模块提供所述系统开关信号的通路，和/或向上位机报错。
特别的，所述驱动装置还包括调整模块，其耦合在所述功率器件和所述检测模块之间，以基于所述功率器件的输出来生成所述状态信号。
本申请还提供了一种用于功率器件的驱动方法，包括检测功率器件工作状态信号；当所述状态信号的值大于等于第一阈值，则使所述功率器件进入第一保护模式，其中所述第一阈值对应于第一过流状态；当所述状态信号的值大于等于第二阈值而小于所述第一阈值，则使所述功率器件进入第二保护模式，其中所述第二阈值对应于第二过流状态；其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
特别的，在所述第一和第二保护模式中，所述功率器件处在软关断状态，并且在所述第一保护模式中所述功率器件不对系统开关信号做出响应。
本申请还提供了一种用于功率器件的驱动方法，包括检测功率器件工作状态信号；当所述状态信号的值大于等于第一阈值，则使所述功率器件进入第一保护模式，其中所述第一阈值对应于第一过流状态；当所述状态信号的值大于等于第二阈值而小于所述第一阈值，则在第一预定时间段内继续对所述功率器件进行监测；在所述第一预定时间段内，所述状态信号大于等于第一阈值，则使所述功率器件进入第一保护模式；在所述第一预定时间段结束时，所述状态大于等于所述第二阈值而小于所述第一阈值，则使所述功率器件进入第二保护模式，其中所述第二阈值对应于第二过流状态，其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
特别的，在所述第一和第二保护模式中，所述功率器件处在软关断状态，并且在所述第一保护模式中所述功率器件不对开关信号做出响应。
特别的，所述第一保护模式持续的第二预定时间段由用户设定。
特别的，所述方法还包括当所述状态信号的值大于等于第一阈值，向上位机报错。
本申请还提供了一种用电设备，包括一个或多个功率器件；以及
一个或多个前述的驱动装置，所述驱动装置耦合至相应的功率器件，以向所述功率器件提供驱动信号。
采用本申请所提供的技术方案，在功率器件稳定导通以后，能够精确、有效、及时地防止功率器件因过流、过压或是其他因素导致的损坏。
附图说明
参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。
图1为依据本申请实施例的驱动装置的架构图；
图2a为基于本申请一实施例的功率器件驱动装置的电路示意图；
图2b为基于本申请一实施例的功率器件驱动方法流程图；
图3a为基于本申请另一实施例的功率器件驱动装置的电路示意图；
图3b为基于本申请另一实施例的功率器件驱动方法流程图；
图4为图3a中功率器件驱动装置在触发一般过流保护模式过程中的时序图；以及
图5为图3a中功率器件驱动装置在触发退饱和保护模式过程中的时序图。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本申请一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本申请的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本申请的所有实施例。可以理解，在不偏离本申请的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本申请的范围由所附的权利要求所限定。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。对于附图中的各单元之间的连线，仅仅是为了便于说明，其表示至少连线两端的单元是相互通信的，并非旨在限制未连线的单元之间无法通信。
在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
当负载发生短路而要关断过流功率器件(如IGBT)时，如果采用正常关断时的驱动能力，有可能会造成VCE的过大，从而损坏功率器件。所以在关断过流器件时，一般采用软关断，即通过降低功率器件例如IGBT晶体管的驱动电压，降低功率器件驱动电路的驱动能力，以降低VCE的电压。系统或用户可以根据需要设定在功率器件软关断后的一段等待时间，以消散过流产生的热量或者等待产生过流的原因消失。在这段等待时间之内，过流的功率器件不会被打开，这段等待时间过后，功率器件重新恢复正常工作。由于在负载短路时，功率器件一般会进入饱和工作区，这种进入软关断同时等待一段时间的保护方式被称为退饱和保护(DESAT)。
一般来说，除了极端的负载短路情况，功率器件还需要承受一些一般负载过流情况，比如电机的启动，制动等。但是如果采用统一的保护机制的话，每当发生过流现象就必然采取软关断并且等待一段时间才使功率器件重新对系统开关信号PWM有响应，会存在对功率器件工作时间的一些不必要的缩短，从而降低功率器件的工作效率。
针对上述问题，本申请提出一种双模式的过流保护方法。既能在负载短路时起到保护作用，又能区分一般过流的情况，实现对功率器件的软关断，以避免功率器件的过压损坏。简言之，就是首先确定是负载短路过流还是一般过流；在负载短路过流情况下，应用退饱和(DESAT)保护模式，即软关断加等待时间，在等待时间内不对开关信号PWM作出响应，并且还可向上位机报错；在一般过流情况下，应用过流保护模式，即仅仅进行软关断，将不会有DESAT保护模式中的等待时间，PWM信号不会被屏蔽，并且可以不向上位机报错。另外，由于两种过流情况下导通电流不同，系统可以分别使用不同驱动能力去调整软关断的程度。
图1为依据本申请实施例的驱动装置的架构图。
如图所示，驱动装置100耦合到功率器件，以向功率器件提供驱动信号。根据一个实施例，驱动装置100可以包括检测模块102和驱动模块104。检测模块102可以用于检测功率器件(例如IGBT晶体管)的状态，以基于功率器件的状态生成相应的状态信号并将其提供至驱动模块104。基于上述配置，驱动模块104可以基于来自检测模块102的状态信号和系统提供的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号来驱动功率器件。
根据一个实施例，可选择的，驱动装置100还可以包括开关信号屏蔽模块106，用于支持本申请实施例中一些保护模式下对开关信号PWM的屏蔽，从而使功率器件无法对开关信号作出响应。另外根据一个实施例，屏蔽模块106还可以配置为在接收到检测模块102关于功率器件过流的报告后，向上位机进行报错。
下文将以功率器件是IGBT晶体管、状态信号是该IGBT晶体管的电压VCE为例进行阐述。当然，本领域基础上人员可以理解的是，对于其他类型的功率器件或者其他状态信号(例如电流等)也可以应用本申请中的方案。
图2a为基于本申请一实施例的驱动装置的电路示意图。如图所示，驱动装置200可以包括驱动模块204，其耦合到功率器件例如IGBT晶体管的控制极G，以向功率器件提供驱动信号。根据一个实施例，驱动装置200还可以包括检测模块202和开关信号屏蔽模块206。
根据一个实施例，检测模块202可以包括两个反相器2022和2024，该两个比较器的第一输入端例如正输入端均耦合到IGBT晶体管的第一极C以接收信号VCE，第二输入端例如负输入端分别配置为接收第一阈值电压VTH1或第二阈值电压VTH2。根据一个实施例，第一阈值电压VTH1可以对应于触发退饱和保护的电压值，例如负载短路电压范围中的值，第二阈值电压VTH2可以对应于触发一般过流保护的电压值，例如一般过流情况下电压范围中的值，其中，VTH1可以大于VTH2。
根据一个实施例，开关信号屏蔽模块206可以包括，报错器2062、非门2064和与门2066。根据一个实施例，报错器2062的输入端耦合到的输出端，配置为接收比较器2022的比较结果例如DESAT_FLAG，并基于该比较结果产生输出第一状态标识信号DESAT_FAULT。根据一个实施例，报错器2062的输出端经由非门2064耦合到与门2066的第一输入端。根据一个实施例，与门2066的第二输入端可以配置为接收系统开关信号PWM。
根据一个实施例，当DESAT_FLAG为高电平时代表着VCE大于等于VTH1，则报错器2062产生的输出信号DESAT_FAULT信号也为例如高电位。在这个情况下，非门2064的输出为低电平，与门2066的第一输入端接收到的信号也为低电位，无论PWM信号为何，与门2066输出都是低电位，即当DESAT_FLAG状态标识信号为高的时候，报错器2062输出的信号DESAT_FAULT对PWM信号进行屏蔽，阻止PWM被输出至驱动模块204，从而使功率器件无法响应PWM信号。
根据一个实施例，比较器2024的输出OCP_FLAG为高电平时代表着VCE大于等于VTH2。
根据一个实施例，驱动模块204的第一输入端耦合到比较器2022的输出端，配置为接收DESAT_FLAG状态标识信号。驱动模块204的第二输入端耦合到比较器2024的输出端，配置为接收第二状态标识信号OCP_FLAG。驱动模块204的第三输入端耦合到开关信号屏蔽模块206的输出端。
根据一个实施例，驱动模块204根据DESAT_FLAG和OCP_FLAG的值来调配对功率器件的驱动信号，例如当DESAT_FLAG为高电平的时候，驱动模块204配置为使功率器件软关断。
根据一个实施例，在OCP_FLAG为高电平的情况下，驱动模块204可以配置为仅仅使功率器件软关断，但是保持对PWM信号的响应。
图2b为根据本申请一个实施例的功率晶体管驱动方法的流程图。
根据一个实施例，在步骤210，可以检测代表功率器件的状态，例如检测代表功率器件的状态信号例如IGBT晶体管的VCE。
在步骤212，可以比较代表功率器件状态的信号例如IGBT晶体管的VCE与VTH1之间的关系来判断功率器件是否处于第一过流状态，例如负载短路过流状态，VTH1可以对应负载短路过流情况下的VCE水平。
如果VCE大于等于VTH1，则在步骤214，可以使功率器件进入第一保护模式，或者说退饱和保护模式。根据一个实施例，在这种模式下，在第二预定时间段内，功率器件保持在软关断状态并且不对开关信号PWM作出响应。
如果VCE小于VTH1，则在步骤216，可以比较VCE与VTH2之间的关系来判断功率器件是否处于第二过流状态，例如一般过流状态，VTH2可以对应一般过流情况下的VCE水平，VTH1大于VTH2。
如果VCE大于等于VTH2，则在步骤218，可以使功率器件进入第二保护模式，或者说一般过流保护模式。根据一个实施例，在这种模式下，功率器件处在软关断的状态，并且仍然可以对开关信号PWM作出响应。
如果VCE小于VTH2，说明功率器件不存在过流情况，则配合开关信号PWM驱动功率晶体管正常工作。
图3a所示为根据本申请另一个实施例的功率器件驱动装置的电路示意图。类似的，该驱动装置也包括驱动模块304和开关屏蔽模块306，其结构与工作原理与图2中相应的模块类似，这里就不赘述。重点介绍检测模块302。
根据一个实施例，检测模块302包括彼此耦合的比较单元3022和延时单元3024。比较单元3022可以包括比较器30222和30224，该两个比较器的第一输入端例如正输入端均耦合到IGBT晶体管的第一极C配置为接收信号VCE，第二输入端例如负输入端分别配置为接收第一阈值电压VTH1或第二阈值电压VTH2。根据一个实施例，第一阈值电压VTH1可以对应于触发退饱和保护的电压值，例如负载短路电压范围中的值，第二阈值电压VTH2可以对应于触发以及过流保护的电压值，例如一般过流情况下电压范围中的值，其中，VTH1可以大于VTH2。根据一个实施例，比较器30222的输出信号可以直接被作为状态标识信号DESAT_FLAG’分别提供给开关信号屏蔽模块306和驱动模块304。
根据一个实施例，延时单元3024的第一输入端和第二输入端分别耦合到比较器30222和比较器30224的输出端，并且延时单元3024的输出端耦合到驱动模块304，以提供状态标识信号OCP_FLAG’。
根据一个实施例，延时单元3024可以包括计时器30242、非门30244和与门30246。根据一个实施例，比较器30222的输出端经由非门30244耦合到与门30246的第一输入端，计时器30242耦合在比较器30224的输出端和与门30246的第二输入端之间，比较器30224的输出端还直接耦合到与门30246的第三输入端。根据一个实施例，计时器30242配置为在预定的第一时间段结束时输出有效电平例如高电平。
根据一个实施例，与门30246的输出端耦合到驱动模块304，以提供状态标识信号OCP_FLAG’。在本实施例中，该状态标识信号的有效电平均可以是高电平有效。
根据一个实施例，驱动模块304可以基于两个状态标识信号DESAT_FLAG’和OCP_FLAG’来决定输出到IGBT晶体管的驱动信号。
根据一个实施例，开关信号屏蔽单元306根据至少DESAT_FLAG’来决定是否对开关信号PWM进行屏蔽，从而使IGBT晶体管不对PWM信号做出反应。
根据一个实施例，驱动模块304可以包括计时器(未示出)，在预定的第二时间段内使功率器件保持软关断，并且例如屏蔽模块306也可以包括计时器(未示出)使得在预定的第二时间段内PWM信号都被屏蔽，从而使得功率器件在预定的第二时间段内不对PWM信号做出响应。根据一个实施例，这个预定的第二时段可以是例如1-20毫秒，特别是10毫秒。
根据一个实施例，预定的第二时间段或者说功率器件的等待时间段是可以根据用户的需要定制的，例如用户可能希望等到功率器件的发热情况降低到正常水平后再使其工作，因此这个时间段可能与功率器件的温度相关；另外，有些情况下，功率器件过流可能与特定的过流模式例如机械接触等相关，那么这个等待时间段的设计可以是与过流模式的存在时间相关，也就是说等到这个过流模式消失后，功率器件再开始工作。
可选择的，根据一个实施例，在IGBT晶体管的C极与比较单元3022之间可以耦合有电压调整单元(未示出)，配置为对VCE进行稳定和调整。
以下对第一状态标识信号DESAT_FLAG’和第二状态标识信号OCP_FLAG’的产生过程以及驱动模块304的相应操作进行阐述。可以理解的，该两个状态标识信号均是在PWM信号处于高电位时产生。
(1)VCE＜VTH2
当状态信号VCE小于VTH2时，比较器30222的输出为低电平，第一状态标识信号DESAT_FLAG’为低电平，经过非门30244的作用延时单元3024中的与门30246的第一输入端接收到的为高电平；比较器30224的输出也为低电平，从而延时单元3024中的与门30246的第三输入端接收到的为低电平，因此，第二状态标识信号OCP_FLAG’为低电平。驱动模块304对功率器件输出正常的驱动信号。
(2)VTH2≤VCE＜VTH1
当VCE大于等于VTH2且小于VTH1时，比较器30222的输出为低电平，第一状态标识信号DESAT_FLAG’为低电平，经过非门30244的作用延时单元3024中的与门30246的第一输入端接收到的为高电平；比较器30224的输出为高电平，从而延时单元3024中的与门30246的第三输入端接收到的为高电平，第二状态标识信号OCP_FLAG’的高低取决于延时单元3024中的计时器30242的输出信号。
根据一个实施例，通过计时器30242的输出在指定时间段后翻转来制定一个第一时间段，例如在比较器30224的输出为高电平时计时器30242开始计时，在第一时间段结束时输出跳转到高电平，之前保持在低电平。在该预定的第一时间段中，一旦VCE大于等于参考电位VTH1，则触发退饱和保护模式(对IGBT晶体管进行软关断，同时在一定时间内不响应PWM信号)，第一状态标识信号DESAT_FLAG’跳变为高电平；如果到预定的第一时间段结束时，VCE仍然大于等于VTH2且小于VTH1，则触发过流保护模式(对IGBT晶体管进行软关断，并且IGBT仍然响应PWM信号)。根据一个实施例，计时器制定的第一预定时间段可以是0.5-20微秒。当然这个预定的第一时间段可以根据用户的需要而制定和调整。
(3)VCE≥VTH1
当VCE大于等于参考电位VTH1时，比较器30222的输出为高电平，因此第一状态标识信号DESAT_FLAG’为高电平，经过非门30244的作用延时单元3024中的与门30246的第一输入端接收到的是低电平；比较器30224的输出为高电平，延时单元3024中的与门30246的第三输入端接收到的为高电平，因此第二状态标识信号OCP_FLAG’为低电平。在该状态下，退饱和保护模式被触发，驱动模块304会将功率器件软关断。根据一个实施例，在退饱和保护模式下，预定的第二时间段内功率器件不响应PWM信号。当预定的第二时间段结束后，IGBT晶体管才会开始对PWM信号作出响应。
图4为图3a中驱动装置触发一般过流保护过程中的时序图。
(1)T1-T2时段
自T1时刻开始，VCE自工作电位逐渐上升。但是在该时段，VCE始终小于VTH2。因此，比较器30222、30224的输出信号Vo30222、Vo30224均为低电位。换而言之，第一状态标识信号DESAT_FLAG’和第二状态标识信号OCP_FLAG’均为低电位。
(2)T2-T3时段
在该时段中，VCE大于等于VTH2。因此，比较器30224的输出信号Vo30224为高电位。由前述可知，此时的第二状态标识信号OCP_FLAG’的电位由计时器30242来决定。在本实施例中，计时器30242的输出在指定第一时间段(即T2与T3之间的时间段)后翻转。由于在该时段中，VTH2＜VCE＜VTH1，因此，计时器30242计时结束时(即T3时刻)使OCP_FLAG’翻转为高电位，触发对IGBT晶体管的软关断，进入一般过流保护模式。
(3)T3-T4时段
在该时段中，由于驱动模块304对IGBT晶体管进行软关断，IGBT晶体管的控制极电位VG在T3时刻开始下降，并降至维持软关断的水平。因此，即便VCE在这个阶段超过了VTH1，由于IGBT晶体管已经被软关断，不会产生对晶体管的损害。如果在这个时间段中，开关信号PWM翻转到低电平，IGBT晶体管会对下一个PWM信号有效电平例如高电平的到来做出响应。
(4)T4以后的时段
在T4时刻，驱动模块304接收到新的PWM有效电平，进而产生对IGBT晶体管的驱动信号，使IGBT晶体管重新开始工作。由图可知，IGBT晶体管的控制极电压VG被上拉至高电位，VCE恢复至T1时刻之前的工作电位，因此比较器30224的输出信号Vo30224下降回到低电平位置。
图5为基于图3a中驱动装置在触发退饱和保护过程中的时序图。
(1)T1’-T2’时段
自T1’时刻开始，VCE自工作电位逐渐上升。在该时段，VCE小于VTH2，因此，DESAT_FLAG’和OCP_FLAG’均为低电平。
(2)T2’-T3’时段
在该时段中，在T2’时刻VCE已经上升到VTH2，因此在T2’时刻Vo30224跳变到高电平。但是在这段时间中，VCE持续上升，并且迅速上升，到T3’时刻达到大于等于VTH1的水平。因此，比较器30222的输出信号也就是DESAT_FLAG’在T3’时刻跳变到高电位。根据一个实施例，此时计时器30242所产生的预定的第一时间段还没有结束，因此过流保护信号OCP_FLAG’仍为低电位。
(3)T3’-T4’时段
在该时段中，VCE始终大于等于VTH1，第一状态标识信号DESAT_FLAG’始终为高电位，报错器3062的输出的报错信号DESAT_FAULT’也在T3’时刻翻转为高电位。此时，驱动模块304基于其所接收到的DESAT_FLAG’信号，在T3’时刻对IGBT晶体管进行软关断。由于DESAT_FAULT’翻转到高电平，报错器3062利用DESAT_FAULT’并经由非门3064耦合到与门3066，对PWM信号进行屏蔽，IGBT晶体管在这个时间段内无法对PWM信号作出反应。根据一个实施例，用户或系统可以设定DESAT_FLAG’跳变到高电平以后，在预定第二时间段内对输入的PWM信号进行屏蔽，且IGBT晶体管在这个预定第二时间段内处于软关断状态。
(4)T4’以后的时段
在T4’时刻，使IGBT保持在软关断状态的预定第二时间段已经结束，IGBT晶体管的控制极电位重新跳转到高电平，VCE恢复至T1时刻之前的工作电位，DESAT_FLAG’恢复为低电位，PWM开关信号不再被屏蔽。
由上可知，VCE上升的过程中，若在计时器30242计时的第一预定时间段中，VCE始终大于VTH2且小于VTH1，计时器30242计时结束时，OCP_FLAG’从例如低电位跳转为高电位，IGBT晶体管进入一般过流保护模式；若在计时器30242计时的第一时间段中，出现VCE大于等于VTH1的情况，则不等到计时器30242计时结束，DESAT_FLAG’直接跳到高电位，IGBT晶体管进入退饱和保护模式。
可以理解的，参考电位VTH1、VTH2以及计时器30242所限定的时间长度，可以根据具体应用的不同而进行调整。譬如，第一阈值电压VTH1可以在7-10V之间，第二阈值电压VTH2可以大于功率器件例如IGBT晶体管所能承受最大电流时的集电极-发射极电压，还可以选择性地考虑VCE随温度的变化。具体而言，若功率器件承受最大电流时的VCE在1.7到2.2V之间，则第二阈值电压VTH2可以是3-5V。
图3b为根据本申请一个实施例的功率晶体管驱动方法的流程图。
根据一个实施例，在步骤3102，可以检测代表功率器件状态的信号例如IGBT晶体管的VCE。
在步骤3104，可以比较代表功率器件状态的信号例如IGBT晶体管的VCE与VTH1之间的关系来判断功率器件是否处于第一过流状态，例如负载短路过流状态，VTH1可以对应负载短路过流情况下的VCE水平。
如果VCE大于等于VTH1，则在步骤3106，可以使功率器件进入第一保护模式，或者说退饱和保护模式。根据一个实施例，在这种模式下，功率器件保持在软关断状态一段预定的第二时间段，并且不对开关信号PWM作出响应。
如果VCE小于VTH1，则在步骤3108，可以比较VCE与VTH2之间的关系来判断功率器件是否处于第二过流状态，例如一般过流状态，VTH2可以对应一般过流情况下的VCE水平，VTH1大于VTH2。
如果VCE小于VTH2，说明功率器件不存在过流情况，则配合开关信号PWM驱动功率晶体管正常工作。
如果VCE大于等于VTH2，则在步骤3110，使x＝x+1，其中x可以是大于等于0的整数。
在步骤3112，判断x是否大于等于阈值A，这个阈值A可以与计时器30242的制定的时间段的长度相对应。
如果x小于A，则返回步骤3102继续对VCE进行监测和比较。
如果x大于等于A，则在步骤3114，可以使功率器件进入第二保护模式，或者说一般过流保护模式。根据一个实施例，在这种模式下，功率器件处在软关断的状态，并且仍然可以对开关信号PWM作出响应。
根据不同的实施例，功率器件的过流状态可以通过不同的参数来加以体现。例如，可以假设功率器件的导通电阻是一个固定的值，那么通过检测功率器件例如IGBT晶体管的VCE就可以了解功率器件的过流状态。当然，对于其他的功率器件，可以设有电流水平检测装置。对于这样的功率器件来说，则可以通过直接检测其电流的水平来判断其过流状态。本申请所提供的方法和装置不仅仅适用于通过VCE来体现过流状态的情况，也同样适用于利用其他的指标来体现功率器件过流状态的情况。也就是说，本申请中和功率器件的状态相应的阈值可以是电压、电流等等。
采用该实施例中所介绍的电路和方法，不仅仅可以区分一般过流和退饱和过流的情况，从而有针对性的选择相应的保护模式，还延长了监测的时间，在发现存在一般过流现象后持续监测一段时间，如果出现了退饱和过流现象，则立即采取相应的保护措施。由于发生一般过流现象后再发生退饱和过流的概率比较高，因此采用该实施例中的方案可以更加及时准确的捕捉到退饱和过流现象，并对功率器件施加及时有效的保护。
因此，虽然参照特定的示例来描述了本申请，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本申请进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本申请的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。

Claims (15)

1.一种功率器件驱动装置，包括：
检测模块，与功率器件耦合，配置为检测功率器件状态；
驱动模块，分别耦合至所述检测模块和功率器件，配置为根据所述检测模块的检测结果对所述功率器件进行调控；
其中，当检测结果为所述功率器件处在第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断并且不响应系统开关信号的第一保护模式；
当检测结果为所述功率器件处在第二过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断但是响应系统开关信号的第二保护模式；
其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
2.如权利要求1所述的驱动装置，还包括开关信号屏蔽模块，分别与所述检测模块和所述驱动模块耦合，配置为根据所述检测模块的检测结果，在所述功率器件处在第一过流状态时，对提供给所述驱动模块的系统开关信号进行屏蔽。
3.一种功率器件驱动装置，包括：
检测模块，与功率器件耦合，配置为检测功率器件状态；
驱动模块，分别耦合至所述检测模块和功率器件，配置为根据所述检测模块的检测结果对所述功率器件进行调控；
其中，当检测结果为所述功率器件处在第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入被软关断并且不响应系统开关信号的第一保护模式；
当所述检测结果为所述功率器件处在第二过流状态时，所述检测模块在第一预定时间段内继续检测所述功率器件的状态；
在所述第一预定时间段内，当所述功率器件达到第一过流状态时，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入所述第一保护模式；
当所述第一预定时间段结束时，所述功率器件始终处在第二过流状态，所述驱动模块配置为使所述功率器件进入第二保护模式；
其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
4.如权利要求3所述的驱动装置，还包括开关信号屏蔽模块，分别与所述检测模块和所述驱动模块耦合，配置为根据所述检测模块的检测结果，在所述功率器件处在第一过流状态时，对提供给所述驱动模块的系统开关信号进行屏蔽。
5.如权利要求3所述的驱动装置，其中，所述检测模块包括：
第一比较器，其第一输入端配置为接收所述第一阈值，第二输入端配置为接收功率器件的状态信号，其输出端耦合至所述驱动模块以提供第一状态标识信号；
第二比较器，其第一输入端配置为接收所述第二阈值，第二输入端配置为接收所述状态信号，其中所述第一阈值大于所述第二阈值，且所述第一阈值对应于第一过流状态值，所述第二阈值对应于第二过流状态值；以及
延时单元，其第一输入端和第二输入端分别耦合到所述第一比较器和第二比较器的输出端，配置为产生所述第一预定时间段，并所述第一预定时间段内或者结束时基于所述第一比较器和第二比较器的输出信号提供第二状态标识信号；
其中所述第一或第二状态标识信号有效时代表所述功率器件处在第一或第二过流状态。
6.如权利要求5所述的驱动装置，其中，所述延时单元包括：
计时器，其输入端耦合至所述第二比较器的输出端，配置为在所述第二比较器输出有效电平时开始计时，并在计时结束后输出有效电平；
非门，其输入端耦合至所述第一比较器的输出端；以及
与门，其第一输入端耦合到所述非门的输出端，第二输入端耦合至所述计时器的输出端，第三输入端耦合至所述第二比较器的输出端，并且所述与门的输出端耦合至所述驱动模块，以向所述驱动模块提供所述第二状态标识信号。
7.如权利要求3所述的驱动装置，其中，所述开关信号屏蔽模块包括：
报错器，配置为当接收到所述第一状态标识信号时，阻断向所述驱动模块提供所述系统开关信号的通路，和/或向上位机报错。
8.如权利要求5所述的驱动装置，还包括：
调整模块，其耦合在所述功率器件和所述检测模块之间，以基于所述功率器件的输出来生成所述状态信号。
9.一种用于功率器件的驱动方法，包括：
检测功率器件工作状态信号；
当所述状态信号的值大于等于第一阈值，则使所述功率器件进入第一保护模式，其中所述第一阈值对应于第一过流状态；
当所述状态信号的值大于等于第二阈值而小于所述第一阈值，则使所述功率器件进入第二保护模式，其中所述第二阈值对应于第二过流状态；其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
10.如权利要求9所述的方法，其中在所述第一和第二保护模式中，所述功率器件处在软关断状态，并且在所述第一保护模式中所述功率器件不对系统开关信号做出响应。
11.一种用于功率器件的驱动方法，包括：
检测功率器件工作状态信号；
当所述状态信号的值大于等于第一阈值，则使所述功率器件进入第一保护模式，其中所述第一阈值对应于第一过流状态；
当所述状态信号的值大于等于第二阈值而小于所述第一阈值，则在第一预定时间段内继续对所述功率器件进行监测；
在所述第一预定时间段内，所述状态信号大于等于第一阈值，则使所述功率器件进入第一保护模式；
在所述第一预定时间段结束时，所述状态大于等于所述第二阈值而小于所述第一阈值，则使所述功率器件进入第二保护模式，其中所述第二阈值对应于第二过流状态，其中所述第一过流状态的过流程度高于第二过流状态的过流程度。
12.如权利要求11所述的方法，其中在所述第一和第二保护模式中，所述功率器件处在软关断状态，并且在所述第一保护模式中所述功率器件不对开关信号做出响应。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一保护模式持续的第二预定时间段由用户设定。
14.如权利要求11所述的方法，还包括当所述状态信号的值大于等于第一阈值，向上位机报错。
15.一种用电设备，包括：
一个或多个功率器件；以及
一个或多个如权利要求1至8所述的驱动装置，所述驱动装置耦合至相应的功率器件，以向所述功率器件提供驱动信号。
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