CN110601687A - 一种驱动保护电路及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动保护电路。所述驱动保护电路包括驱动模块、状态检测模块及控制模块，所述驱动模块的一端与绝缘栅器件的栅极连接，所述驱动模块的另一端与控制模块连接，所述状态检测模块的一端与绝缘栅器件的栅极连接，所述状态检测模块的另一端与控制模块连接。所述状态检测模块用于获取绝缘栅器件的栅极电压，并根据栅极电压输出状态检测信号至控制模块，所述控制模块用于根据状态检测信号判断绝缘栅器件是否发生短路，并在绝缘栅器件发生短路时，控制驱动模块对绝缘栅器件的栅极输出高阻态。本发明还提供了一种驱动保护电路的保护方法，有效避免绝缘栅器件短路后的电流烧坏驱动电路，从而减小损失。

Description

一种驱动保护电路及其保护方法

技术领域

本发明涉及具有绝缘栅结构的半导体器件驱动技术领域，尤其涉及一种驱动保护电路及其保护方法。

背景技术

绝缘栅器件目前已成为一种主流的功率半导体器件，例如绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，绝缘栅器件已被广泛应用于光伏、风力发电、变频及电动汽车等热门行业。通常在实际应用中，都会针对绝缘栅器件设计短路保护电路，以避免绝缘栅器件因过流直接导致被击穿失效。

然而，当绝缘栅器件在工作过程中失效时，绝缘栅器件的栅极与漏极可能会短路，从而导致驱动器输出短路，如此将会烧坏绝缘栅器件的驱动电路及其他电子元器件，从而造成更大的损失。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种驱动保护电路及其保护方法，能够及时监测出绝缘栅器件的栅极短路状态，并控制切断栅极短路回路，以避免短路电流烧坏驱动电路，减小损失。

本发明为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种驱动保护电路，用于接收驱动信号，并控制所述驱动信号驱动绝缘栅器件工作，所述驱动保护电路包括驱动模块、状态检测模块及控制模块，所述驱动模块的一端与所述绝缘栅器件的栅极电连接，所述驱动模块的另一端与所述控制模块电连接，所述状态检测模块的一端与所述绝缘栅器件的栅极电连接，所述状态检测模块的另一端与所述控制模块电连接；

所述状态检测模块用于获取所述绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述绝缘栅器件的栅极电压输出状态检测信号至所述控制模块；所述控制模块用于根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，并根据判断结果对所述驱动信号进行处理，所述驱动模块在所述控制模块处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出不同阻态；

当所述绝缘栅器件没有发生短路时，所述驱动模块对所述绝缘栅器件的栅极输出低阻态；及

当所述绝缘栅器件发生短路时，所述驱动模块对所述绝缘栅器件的栅极输出高阻态。

进一步地，所述状态检测模块包括第一比较器、第二比较器、第一电压源及第二电压源，所述第一比较器的第一输入端及所述第二比较器的第一输入端均电连接至所述绝缘栅器件的栅极，以获取所述绝缘栅器件的栅极电压，所述第一比较器的第二输入端电连接所述第一电压源，以得到第一比较基准，第二比较器的第二输入端电连接所述第二电压源，以得到第二比较基准，所述第一比较器的输出端及所述第二比较器的输出端均电连接至所述控制模块，以输出所述状态检测信号至所述控制模块。

进一步地，所述控制模块包括与门、或门、异或门及滤波单元，所述与门的第一输入端与所述或门的第一输入端电连接，并用于接收所述驱动信号，所述与门的第二输入端电连接至所述滤波单元，所述或门的第二输入端反相后连接至所述滤波单元，所述与门的输出端及所述或门的输出端均电连接至所述驱动模块，所述异或门的输出端反相后电连接至所述滤波单元，所述异或门的输入端与所述第一比较器的输出端及所述第二比较器的输出端电连接。

进一步地，所述驱动模块包括第一非门、第二非门、第一电子开关、第二电子开关、第一电阻及第二电阻，所述第一非门的输入端电连接于所述与门的输出端，所述第二非门的输入端电连接于所述或门的输出端，所述第一非门的输出端与所述第一电子开关的第一端电连接，所述第二电子开关的第二端电连接于第一电源，所述第一电子开关的第三端通过所述第一电阻电连接至所述绝缘栅器件的栅极，所述第二非门的输出端与所述第二电子开关的第一端电连接，所述第二电子开关的第二端电连接于第二电源，所述第二电子开关的第三端通过所述第二电阻电连接至所述绝缘栅器件的栅极。

进一步地，所述第一比较器的第一输入端为反相输入端，所述第一比较器的第二输入端为同相输入端，所述第二比较器的第一输入端为反相输入端，所述第二比较器的第二输入端为同相输入端。

进一步地，所述第一比较基准小于所述绝缘栅器件正常工作时栅极的最小开通电压，所述第二比较基准大于所述绝缘栅器件正常工作时栅极的最大关断电压。

进一步地，所述控制模块为可编程逻辑器件或者现场可编程门阵列。

一种驱动保护电路的保护方法，包括以下步骤：

获取绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述绝缘栅器件的栅极电压输出状态检测信号；

根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，且根据判断结果对所述驱动信号进行处理，以控制对所述绝缘栅器件的栅极输出不同阻态；

若所述绝缘栅器件没有发生短路，所述绝缘栅器件的栅极输出低阻态；

若所述绝缘栅器件发生短路，所述绝缘栅器件的栅极输出高阻态。

上述驱动保护电路及其保护方法通过状态检测模块获取所述绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述栅极电压输出状态检测信号；还通过控制模块根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，且在所述绝缘栅器件发生短路时对驱动信号进行处理，以控制驱动模块输出变为高阻态，从而切断所述绝缘栅器件的栅极短路回路。如此，可有效地避免短路电流烧毁所述驱动模块，减小损失。

附图说明

图1是本发明的驱动保护电路的一较佳实施方式的方框图。

图2是本发明的驱动保护电路的一较佳实施方式的电路图。

图3是本发明的驱动保护电路的保护方法一较佳实施方式的流程图。

主要元件符号说明

驱动保护电路 100

控制模块 10

驱动模块 20

状态检测模块 30

与门 AND

或门 OR

异或门 XOR

滤波单元 FILTER

非门 U1、U2

电子开关 Q1、Q2

电阻 R1、R2

比较器 COMP1、COMP2

电压源 V1、V2

电源 VCC、VSS

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明提供一种驱动保护电路100。所述驱动保护电路100包括控制模块10、驱动模块20及状态检测模块30。

所述控制模块10的一端用于与信号发生设备(图未示)电连接，以获取所述信号发生设备输出的驱动信号，本实施方式中，所述驱动信号为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。

所述驱动模块20的一端与所述控制模块10电连接，所述驱动模块20的另一端与绝缘栅器件的栅极电连接。所述状态检测模块30的一端与所述控制模块10电连接，所述状态检测模块30的另一端与所述绝缘栅器件的栅极电连接。

所述状态检测模块30用于获取所述绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述绝缘栅器件的栅极电压输出状态检测信号至所述控制模块10。所述控制模块10根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，并根据判断结果对所述驱动信号进行处理。所述驱动模块20在所述控制模块10处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出不同阻态。

当所述判断结果为所述绝缘栅器件没有发生短路时，所述驱动模块20在所述控制模块10处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出低阻态，从而使得所述绝缘栅器件持续正常工作。

当所述判断结果为所述绝缘栅器件发生短路时，所述驱动模块20在所述控制模块10处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出为高阻态，从而切断所述绝缘栅器件的栅极短路回路。如此，可有效地避免短路电流烧毁所述驱动模块20，减小损失。

请同时参考图2，图2为本发明的一较佳实施方式的电路连接图。所述控制模块10包括一与门AND、一或门OR、一异或门XOR及一滤波单元FILTER。所述与门AND的第一输入端与所述或门OR的第一输入端电连接，并用于接收所述信号发生设备(图未示)发出的驱动信号，所述与门AND的第二输入端电连接至所述滤波单元FILTER的输出端，所述或门OR的第二输入端反相后连接至所述滤波单元FILTER的输出端。所述与门AND的输出端及所述或门OR的输出端均电连接至所述驱动模块20。所述异或门XOR的输入端与所述状态检测模块30电连接。所述异或门XOR的输出端反相后电连接至所述滤波单元FILTER的输入端。

所述驱动模块20包括两个非门U1-U2、两个电子开关Q1-Q2以及两个电阻R1-R2。所述非门U1的输入端电连接于所述与门AND的输出端。所述非门U2的输入端电连接于所述或门OR的输出端。所述非门U1的输出端与所述电子开关Q1的第一端电连接，所述电子开关Q1的第二端电连接于电源VCC，所述电子开关Q1的第三端通过所述电阻R1电连接至所述绝缘栅器件的栅极。所述非门U2的输出端与所述电子开关Q2的第一端电连接，所述电子开关Q2的第二端电连接于电源VSS，所述电子开关Q2的第三端通过所述电阻R2电连接至所述绝缘栅器件的栅极。

本实施方式中，所述电子开关Q1为P沟道增强型场效应管，所述电子开关Q1的第一端、第二端、第三端分别对应于P沟道增强型场效应管的栅极、源极、漏极。所述电子开关Q2为N沟道增强型场效应管，所述电子开关Q2的第一端、第二端、第三端分别对应于N沟道增强型场效应管的栅极、源极、漏极。

所述状态检测模块30包括两个比较器COMP1-COMP2及两个电阻R3-R4。所述比较器COMP1的第一输入端及所述比较器COMP2的第一输入端均电连接至所述绝缘栅器件的栅极。所述电源VCC通过所述电阻R3电连接所述比较器COMP1的第二输入端，以提供第一比较基准。所述电源VSS通过所述电阻R4电连接所述比较器COMP2的第二输入端，以提供第二比较基准。所述比较器COMP1的输出端电连接至所述异或门XOR的第一输入端，所述比较器COMP2的输出端电连接至所述异或门XOR的第二输入端。

本实施方式中，所述第一比较基准小于所述绝缘栅器件正常工作时栅极的最小开通电压，所述第二比较基准大于所述绝缘栅器件正常工作时栅极的最大关断电压。

工作时，所述比较器COMP1的反相输入端及所述比较器COMP2的反相输入端将实时获取所述绝缘栅器件的栅极电压，以与所述第一比较基准及所述第二比较基准进行比较。

当所述绝缘栅器件处于关断状态时，所述比较器COMP1及所述比较器COMP2均输出高电平信号，所述异或门XOR反相输出高电平信号，此时驱动信号为低电平，所述高电平信号与低电平的驱动信号一起输入至所述与门AND及所述或门OR，并输出低电平信号至所述驱动模块20，此时所述电子开关Q1截止，所述电子开关Q2导通，如此一来，所述驱动模块20将输出低阻态，以维持所述绝缘栅器件的正常工作。

当所述绝缘栅器件处于开通状态时，所述比较器COMP1及所述比较器COMP2均输出低电平信号，所述异或门XOR反相输出高电平信号，此时驱动信号为高电平，所述高电平信号与高电平的驱动信号一起输入至所述与门AND及所述或门OR，并输出高电平信号至所述驱动模块20，此时电子开关Q1导通，电子开关Q2截止，如此一来，所述驱动模块20的输出低阻态，以维持所述绝缘栅器件的正常工作。

当所述绝缘栅器件处于短路状态时，所述比较器COMP1输出高电平，所述比较器COMP2输出低电平信号，所述异或门XOR反相输出低电平信号，所述低电平信号与所述驱动信号一起输入至所述与门AND及所述或门OR，并分别通过所述与门AND及所述或门OR输出低电平信号及高电平信号至所述驱动模块20，此时电子开关Q1截止，电子开关Q2截止，如此一来，所述驱动模块20将输出高阻态，以切断所述绝缘栅器件的栅极短路回路。

在本实施方式中，当所述绝缘栅器件处于开通和关断切换的过程中时，所述状态检测模块30输出的状态检测信号与所述绝缘栅器件处于短路状态时的状态检测信号相同。所述滤波单元FILTER用于对所述绝缘栅器件处于开通和关断切换中时所述异或门XOR反相后输出的低电平进行滤除，以避免将此时的绝缘栅器件栅极状态错误地判断为短路状态。

本实施方式中，所述比较器COMP1的第一输入端为反相输入端，所述比较器COMP1的第二输入端为同相输入端。所述比较器COMP2的第一输入端为反相输入端，所述比较器COMP2的第二输入端为同相输入端。在其他实施方式中，所述比较器COMP1的第一输入端也可为同相输入端，所述比较器COMP1的第二输入端为反相输入端，且所述比较器COMP2的第一输入端为同相输入端，所述比较器COMP2的第二输入端为反相输入端。

在一较佳实施方式中，所述控制模块10可为复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)或者现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)。

请参考图3，本发明还提出了上述驱动保护电路100的保护方法，包括如下步骤：

S100、所述状态检测模块30获取绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述绝缘栅器件的栅极电压输出状态检测信号。

S102、所述控制模块10根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，且根据判断结果对所述驱动信号进行处理，若是，则进入步骤S104，否则进入步骤S106。

S104、所述驱动模块20在所述控制模块10处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出高阻态，从而切断所述绝缘栅器件的栅极短路回路。

S106、所述驱动模块20在所述控制模块10处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出低阻态，从而使得所述绝缘栅器件持续正常工作。

上述驱动保护电路100及其保护方法通过状态检测模块30获取所述绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述栅极电压输出状态检测信号；还通过控制模块10根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，且在所述绝缘栅器件发生短路时对驱动信号进行处理，以使得驱动模块20在处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出高阻态，从而切断所述绝缘栅器件的栅极短路回路。如此，可有效地避免短路电流烧毁所述驱动模块20，减小损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种驱动保护电路，用于接收驱动信号，并控制所述驱动信号驱动绝缘栅器件工作，其特征在于，所述驱动保护电路包括驱动模块、状态检测模块及控制模块，所述驱动模块的一端与所述绝缘栅器件的栅极电连接，所述驱动模块的另一端与所述控制模块电连接，所述状态检测模块的一端与所述绝缘栅器件的栅极电连接，所述状态检测模块的另一端与所述控制模块电连接；

所述状态检测模块用于获取所述绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述绝缘栅器件的栅极电压输出状态检测信号至所述控制模块；所述控制模块用于根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，并根据判断结果对所述驱动信号进行处理，所述驱动模块在所述控制模块处理后的驱动信号的控制下对所述绝缘栅器件的栅极输出不同阻态；

当所述绝缘栅器件没有发生短路时，所述驱动模块对所述绝缘栅器件的栅极输出低阻态；及

当所述绝缘栅器件发生短路时，所述驱动模块对所述绝缘栅器件的栅极输出高阻态。

2.根据权利要求1所述的驱动保护电路，其特征在于，所述状态检测模块包括第一比较器、第二比较器、第一电压源及第二电压源，所述第一比较器的第一输入端及所述第二比较器的第一输入端均电连接至所述绝缘栅器件的栅极，以获取所述绝缘栅器件的栅极电压，所述第一比较器的第二输入端电连接所述第一电压源，以得到第一比较基准，第二比较器的第二输入端电连接所述第二电压源，以得到第二比较基准，所述第一比较器的输出端及所述第二比较器的输出端均电连接至所述控制模块，以输出所述状态检测信号至所述控制模块。

3.根据权利要求2所述的驱动保护电路，其特征在于，所述控制模块包括与门、或门、异或门及滤波单元，所述与门的第一输入端与所述或门的第一输入端电连接，并用于接收所述驱动信号，所述与门的第二输入端电连接至所述滤波单元，所述或门的第二输入端反相后连接至所述滤波单元，所述与门的输出端及所述或门的输出端均电连接至所述驱动模块，所述异或门的输出端反相后电连接至所述滤波单元，所述异或门的输入端与所述第一比较器的输出端及所述第二比较器的输出端电连接。

4.根据权利要求3所述的驱动保护电路，其特征在于，所述驱动模块包括第一非门、第二非门、第一电子开关、第二电子开关、第一电阻及第二电阻，所述第一非门的输入端电连接于所述与门的输出端，所述第二非门的输入端电连接于所述或门的输出端，所述第一非门的输出端与所述第一电子开关的第一端电连接，所述第二电子开关的第二端电连接于第一电源，所述第一电子开关的第三端通过所述第一电阻电连接至所述绝缘栅器件的栅极，所述第二非门的输出端与所述第二电子开关的第一端电连接，所述第二电子开关的第二端电连接于第二电源，所述第二电子开关的第三端通过所述第二电阻电连接至所述绝缘栅器件的栅极。

5.根据权利要求2所述的驱动保护电路，其特征在于，所述第一比较器的第一输入端为反相输入端，所述第一比较器的第二输入端为同相输入端，所述第二比较器的第一输入端为反相输入端，所述第二比较器的第二输入端为同相输入端。

6.根据权利要求2所述的驱动保护电路，其特征在于，所述第一比较基准小于所述绝缘栅器件正常工作时栅极的最小开通电压，所述第二比较基准大于所述绝缘栅器件正常工作时栅极的最大关断电压。

7.根据权利要求1所述的驱动保护电路，其特征在于，所述控制模块为可编程逻辑器件或者现场可编程门阵列。

8.一种驱动保护电路的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取绝缘栅器件的栅极电压，并根据所述绝缘栅器件的栅极电压输出状态检测信号；

根据所述状态检测信号判断所述绝缘栅器件是否发生短路，且根据判断结果对所述驱动信号进行处理，以控制对所述绝缘栅器件的栅极输出不同阻态；

若所述绝缘栅器件没有发生短路，所述绝缘栅器件的栅极输出低阻态；

若所述绝缘栅器件发生短路，所述绝缘栅器件的栅极输出高阻态。