CN113938118A - 去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路 - Google Patents

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CN113938118A CN202111215647.2A CN202111215647A CN113938118A CN 113938118 A CN113938118 A CN 113938118A CN 202111215647 A CN202111215647 A CN 202111215647A CN 113938118 A CN113938118 A CN 113938118A
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Abstract

本发明提供一种去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路，用于保护功率器件，包括比较器、时间单元、短路检测单元和处理单元；比较器输出检测电压和参考电压的比较结果，时间单元的输入端连接比较器的输出端，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成用于设置消隐时间的数字信号；当达到前一开关周期的消隐时间后，短路检测单元基于比较结果对功率器件进行短路检测得到检测结果；处理单元的输入端连接短路检测单元的输出端；处理单元基于检测结果对功率器件进行短路保护。本发明的短路保护具有快速性和可靠性。

Description

去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路
技术领域
本发明涉及一种集成电路技术，特别是涉及一种去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路。
背景技术
在高压大功率电力电子领域，硅基IGBT(绝缘栅型双极晶体管)器件由于硅的材料特性限制，其开关速度、开关损耗等参数已经达到瓶颈，无法进一步提升。作为目前快速发展的第三代宽禁带功率半导体器件，SiC MOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)具有击穿电压高，开关速度块，功率密度大等优点，是IGBT在高压功率变换领域的有力竞争者，在很多应用如电动汽车逆变器中有逐渐取代IGBT的趋势。但在SiC MOSFET的应用过程中，还有一些不容忽视的问题，其中一项是SiC MOSFET器件的短路保护。
与IGBT相比，SiC MOSFET器件功率密度大，其短路电流也没有明确的饱和值，而是会随着器件承受电压的升高而不断增大，这些因素导致SiC MOSFET的短路耐受能力比IGBT更差。与此同时，SiC MOSFET更快的开关速度需要更快的短路保护电路，但目前的SiCMOSFET的短路保护电路都是由IGBT短路保护电路发展而来，这些保护电路的探测速度对SiC MOSFET来说较慢。因此，为了快速有效的对SiC MOSFET进行短路保护，需要在现有保护电路的基础上，探索更加快速可靠的短路保护方法。
去饱和(DESAT)短路保护电路在大功率开关器件的短路保护领域应用十分广泛，它结构较为简单，可靠性高，广泛应用于IGBT的短路保护中。
图1是传统的去饱和保护电路示意图，它通过检测每次开启导通时IGBT(MOSFET)的集射电压VCE(漏源电压VDS)是否正常下降到导通电压，来判断器件是否正常开启，否则就可能发生短路。由于器件在每次开启时VCE(VDS)需要一段时间才能下降到导通压降，因此需要设定一个检测延时，防止检测电路误触发的这段延时称为消隐时间。传统的去饱和保护电路通过给消隐电容充电来设置消隐时间，消隐时间
Figure BDA0003310680250000011
其中CBLK为消隐电容值，VDESAT为保护阈值参考电压，ICHG为给消隐电容充电的电流值。由于充电电流，阈值电压和电容值一般都是固定的，所以消隐时间也是固定的，通常会设置一个稍长的消隐时间以避免检测电路误触发。
目前的SiC MOSFET功率模块的短路保护也广泛采用了去饱和保护电路，但由于SiC MOSFET开关速度较快，而去饱和保护电路较长的固定消隐时间，导致检测电路不能快速的检测到短路情况，结果就是去饱和保护电路无法快速有效的对SiC MOSFET进行短路保护。SiC MOSFET更快的开关速度与去饱和电路较长的固定消隐时间之间的矛盾需要解决。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路，用于解决现有技术中不能快速检测并进行有效短路保护的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去饱和短路保护电路，用于保护功率器件，包括比较器、时间单元、短路检测单元和处理单元；
所述比较器的第一输入端连接检测电压，所述检测电压为所述功率器件的输出电压；所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述参考电压为功率器件的导通电压；所述比较器输出所述检测电压和所述参考电压的比较结果；
所述时间单元的输入端连接所述比较器的输出端；所述时间单元将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号，所述数字信号用于设置消隐时间；
所述短路检测单元连接所述时间单元及所述比较器的输出端；当达到前一开关周期的消隐时间后，所述短路检测单元基于所述比较结果对功率器件进行短路检测得到检测结果；
所述处理单元的输入端连接所述短路检测单元的输出端；所述处理单元基于检测结果对功率器件进行短路保护。
优选地，所述时间单元包括时钟产生模块和存储模块；
所述时钟产生模块的输入端连接驱动信号，用于根据驱动信号产生一定周期的连续脉冲信号；
所述存储模块连接所述比较器及所述时钟产生模块的输出端；用于在所述连续脉冲信号的作用下，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号，并基于所述数字信号设置消隐时间。
优选地，所述存储设置模块包括反相器、第一寄存器和第二寄存器；
所述第一寄存器的输入端连接所述比较器及所述时钟产生模块的输出端，用于在所述连续脉冲信号作用下，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号；
所述第二寄存器的输入端连接所述第一寄存器的输出端，所述第二寄存器的使能端连接所述反相器的输出端，所述反相器的输入端连接所述时钟产生模块的输入端；在开关周期的上升沿将所述数字信号复制给所述第二寄存器。
优选地，所述短路检测单元包括控制器和第一逻辑与门；
所述控制器接收驱动信号并连接所述时间单元的输出端；用于在达到前一开关周期的消隐时间后，输出使能信号；
所述第一逻辑与门的第一输入端连接所述控制器的输出端，所述第一逻辑与门的第二输入端连接所述比较器的输出端；当所述使能信号有效时，输出所述比较器的输出信号。
优选地，所述短路检测单元还包括包括延时器、触发器模块和第二逻辑与门；
所述延时器的输入端连接所述第一逻辑与门的输出端；用于设定延时时间；
所述触发器模块的时钟端连接所述延时器的输出端，所述触发器模块的信号输入端连接所述比较器的输出端；在达到延时时间后，所述触发器模块输出所述比较器的当前输出信号；
所述第二逻辑与门的输入端分别连接所述第一逻辑与门及所述触发器模块的输出端；对所述第一逻辑与门及所述触发器模块的输出信号做与运算并得到所述检测结果。
优选地，所述触发器模块包括三个触发器，分别为第一触发器、第二触发器和第三触发器；
所述第一触发器连接所述延时器及所述比较器的输出端，在达到第一设定延时时间后触，所述第一触发器输出比较器的当前输出信号；
所述第二触发器连接所述延时器及所述比较器的输出端，在达到第二设定延时时间后触，所述第二触发器输出比较器的当前输出信号；
所述第三触发器连接所述延时器及所述比较器的输出端，在达到第三设定延时时间后触，所述第三触发器输出比较器的当前输出信号。
优选地，所述处理单元包括逻辑处理模块、电平移位模块和输出驱动模块；
所述逻辑处理模块的输入端接收驱动信号并连接所述短路检测单元的输出端；用于对检测结果进行处理得到逻辑电平信号；
所述电平移位模块连接所述逻辑处理模块的输出端；用于对所述逻辑电平信号进行处理得到驱动电平信号；
所述输出驱动模块的输入端连接所述电平移位模块的输出端，所述输出驱动模块的输出端用于连接所述功率器件的控制端；用于将所述驱动电平信号转换处理得到驱动电压信号，所述驱动电压信号能够对所述功率器件进行短路保护。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种功率器件短路保护电路，包括短路保护电路和功率器件；
所述短路保护电路的输入端连接所述功率器件的输出端；所述短路保护电路的输出端连接所述功率器件的控制端；
所述短路保护电路为上述的去饱和短路保护电路。
优选地，所述功率器件为碳化硅MOSFET。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种功率器件短路保护的测试电路，所述测试电路包括短路保护电路和外围测试组件电路；所述外围测试组件电路包括功率器件；
所述短路保护电路的输入端连接所述功率器件的输出端；所述短路保护电路的输出端通过电阻连接所述功率器件的输入端；
所述短路保护电路为上述的去饱和短路保护电路；所述功率器件为碳化硅MOSFET。
优选地，所述外围测试组件还包括隔离二极管、续流二极管与负载电感；
所述隔离二极管的阳极连接所述比较器的第一端，所述隔离二极管的阴极连接碳化硅MOSFET的漏极；
所述负载电感一端连接隔离二极管的阴极，另一端连接电源；
所述续流二极管与所述负载电感并联，所述续流二极管的阳极连接所述隔离二极管的阴极，所述续流二极管的阴极连接所述电源。
如上所述，本发明的去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路，具有以下有益效果：
本发明去饱和短路保护电路，用于保护功率器件，包括比较器、时间单元、短路检测单元和处理单元；时间单元设置的消隐时间是变化的，并且短路检测单元每次进行短路检测时，均是在达到前一开关周期的消隐时间后进行短路检测，能够提高短路检测的快速性，有效避免固定消隐时间造成的时间浪费而降低短路检测及短路保护的效率。
附图说明
图1显示为现有技术中去饱和保护电路示意图。
图2显示为本发明中去饱和短路保护电路的原理图。
图3显示为本发明中去饱和短路保护电路的示意图。
图4显示为本发明实施例中功率器件短路保护的测试电路示意图。
图5显示为本发明实施例中功率器件短路保护测试中功率器件导通过程中电压下降时间示意图。
图6显示为本发明实施例中短路保护过程中各信号的波形变化示意图。
元件标号说明
100 比较器
200 时间单元
300 短路检测单元
400 处理单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2-6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
为解决现有技术中功率器件更快的开关速度与较长的固定消隐时间之间的矛盾，本发明提出一种去饱和短路保护电路，其原理如图2所示，主要是通过增设设置可变的消隐时间的时间单元，以能够在功率器件导通后快速的进行短路检测并实施有效的短路保护，即在保证功率器件短路保护的可靠性的基础上，提高了短路保护的效率。基于上述技术构思，本发明提供以下技术方案：
实施例一：
图3为本发明去饱和短路保护电路的示意图，以下结合图3对本发明的技术构思进行详细的介绍。本发明用于保护功率器件的去饱和短路保护电路，包括比较器100、时间单元200、短路检测单元300和处理单元400；
所述比较器100的第一输入端(正相输入端)连接检测电压，所述检测电压为所述功率器件的输出电压；所述比较器100的第二输入端(反相输入端)连接参考电压，所述参考电压为功率器件的导通电压；所述比较器100输出所述检测电压和所述参考电压的比较结果；
所述时间单元200的输入端连接所述比较器100的输出端；所述时间单元200将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号，所述数字信号用于设置消隐时间；
所述短路检测单元300连接所述时间单元200及所述比较器100的输出端；当达到前一开关周期的消隐时间后，所述短路检测单元300基于所述比较结果对功率器件进行短路检测得到检测结果；
所述处理单元400的输入端连接所述短路检测单元的输出端；所述处理单元400基于检测结果对功率器件进行短路保护。
本发明去饱和短路保护电路，用于保护功率器件，包括比较器100、时间单元200、短路检测单元300和处理单元400；比较器100输出功率器件的输出电压和参考电压的比较结果，时间单元200将比较器100的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成用于设置消隐时间的数字信号；同时在达到前一开关周期的消隐时间后，短路检测单元300基于所述比较结果进行短路检测得到检测结果，最后由处理单元400基于检测结果对功率器件进行短路保护，由于本发明中的消隐时间是根据比较器100的开关周期中检测电压小于参考电压的时间而设置，因此，消隐时间是变化的，并且每次进行短路检测时，均是在达到前一开关周期的消隐时间后开始进行短路检测，能够提高短路检测的快速性，有效避免固定消隐时间造成的时间浪费而降低短路检测及短路保护的效率。
本发明中，检测电压为分压支路的分压点，分压支路包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端连接电源VCC，另一端通过第二电阻R2接地，第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接点记为分压点，即为比较器100的正相输入端连接的检测电压。
在发明实施例中，以功率器件为碳化硅MOSFET为例，那么功率器件的输出电压即为的源漏电压，以下对去饱和短路保护电路进行描述。
本发明的比较器100通过采用电阻分压的方式设置共模电平，使SiC MOSFET在导通前承受较高的源漏电压VDS，当SiC MOSFET导通后，检测电压VDESAT被拉低至参考电压VREF以下，比较器输出电压VCOMP发生翻转。VCOMP的翻转时间反映了SiC MOSFET源漏电压VDS的下降时间。因此，本发明基于比较器输出电压VCOMP的翻转时间用于后续时间单元对消隐时间的设置。
在本发明实施例中，所述时间单元200包括时钟产生模块Clk_gen和存储设置模块；时钟产生模块Clk_gen的输入端连接驱动信号，用于根据驱动信号产生一定周期的连续脉冲信号；存储设置模块的输入端连接比较器100的输出端，存储设置模块的使能端连接所述时钟产生模块Clk_gen的输出端；用于在所述连续脉冲信号的作用下，将比较器100的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号，并基于所述数字信号设置消隐时间。
具体的，所述存储设置模块包括反相器、第一寄存器Flag1和第二寄存器Flag2；所述第一寄存器Flag1的输入端连接所述比较器及所述时钟产生模块的输出端，用于在所述连续脉冲信号作用下，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号；所述第二寄存器Flag2的输入端连接所述第一寄存器Flag1的输出端，所述第二寄存器Flag2的使能端连接所述反相器的输出端，所述反相器的输入端连接所述时钟产生模块Clk_gen的输入端；在开关周期的上升沿将所述数字信号复制给所述第二寄存器Flag2。
本发明中的时间单元，其时间产生模块Clk_gen在驱动信号的作用下，产生一定周期TCLK的连续脉冲信号，存储设置模块的第一寄存器Flag1在时间产生模块Clk_gen输出连续脉冲信号的作用下，记录比较器100的开关周期中检测电压小于参考电压的时间，并转换成数字信号data1进行存储；然后第一寄存器Flag1在每个开关周期的源漏电压VDS上升沿时将数字信号data1复制到第二寄存器Flag2中用于设置下一开关周期中的消隐时间，也就是说，第二寄存器Flag2中的数字信号Data2的决定了控制短路检测单元的开启时间。在此需要说明的是，对于系统初次上电时的第一个开关周期，第二寄存器Flag2中的数字信号data2初始值全为1，对应最长的消隐时间。
在本发明实施例中第一寄存器Flag1和第二寄存2均为8位，作为其他实施方式，第一寄存器Flag1、第二寄存器Flag2和周期TCLK根据实际应用需求设置。
在本发明中，所述短路检测单元300包括控制器Ctrl和第一逻辑与门AND1；
所述控制器Ctrl接收驱动信号并连接所述时间单元的输出端；用于在达到前一开关周期的消隐时间后，输出使能信号；
所述第一逻辑与门AND1的第一输入端连接所述控制器Ctrl的输出端，所述第一逻辑与门AND1的第二输入端连接所述比较器100的输出端；当所述使能信号有效时，输出所述比较器100的输出信号。
本发明的短路检测单元在SiC MOSFET导通过程进行短路保护过程中，在驱动信号的作用下，当达到前一开关周期的消隐时间后，控制器Ctrl控制短路检测单元的第一逻辑与门AND1基于比较器100输出所述检测电压和所述参考电压的比较结果对功率器件SiCMOSFET进行短路检测，短路检测单元开启工作后，控制器Ctrl输出电平VS1拉高，向第一逻辑与门AND1输出使能信号，第一逻辑与门AND1在使能信号有效时，输出比较器100的输出信号VS2，第一逻辑与门AND1输出信号VS2实质上为比较器100的输出电压VCOMP；如果SiC MOSFET的源漏电压VDS没有正常下降，那么VCOMP为高电平，则VS2为高电平，即第一逻辑与门AND1的输出结果为高电平，那么短路检测单元输出的检测结果Fault为高电平。当检测结果为Fault为高电平说明经过短路检测单元的短路检测，判断得到SiC MOSFET发生了短路。
由于功率器件SiC MOSFET的源漏电压VDS开关振荡容易导致短路检测单元误触发，因此，作为本发明的优选实现方式，所述检测单元还包括延时器、触发器模块和第二逻辑与门AND2；所述延时器的输入端连接所述第一逻辑与门的输出端；用于设定延时时间；所述触发器模块的时钟端连接所述延时器的输出端，所述触发器模块的信号输入端连接所述比较器100的输出端；在达到延时时间后，所述触发器模块对输出所述比较器100的当前输出信号；所述第二逻辑与门的输入端分别连接所述第一逻辑与门及所述触发器模块的输出端；对所述第一逻辑与门及所述触发模块的输出信号做与运算并得到所述检测结果。
在本发明的所述触发器模块至少包括一个触发器，在本发明实施例中，触发器模块包括三个触发器，分别为第一触发器、第二触发器和第三触发器；所述第一触发器DFF1连接所述延时器及所述比较器100的输出端，在达到第一设定延时时间后触，所述第一触发器DFF1输出比较器的当前输出信号；所述第二触发器DFF2连接所述延时器及所述比较器100的输出端，在达到第二设定延时时间后触，所述第二触发器DFF2输出比较器的当前输出信号；所述第三触发器DFF3连接所述延时器及所述比较器100的输出端，在达到第三设定延时时间后触，所述第三触发器DFF3输出比较器的当前输出信号。
具体的，在短路检测单元开启后，控制器Ctrl输出电平VS1拉高，第一逻辑与门AND1输出电平VS2实质上为比较器100的输出电压VCOMP；如果SiC MOSFET的源漏电压VDS没有正常下降，那么VCOMP为高电平，则VS2为高电平，即第一逻辑与门AND1的输出结果为高电平，之后每隔一段固定的延时时间，第一触发器DFF1的输入端电压VS3、第二触发器DFF2的输入端电压VS4和第三触发器DFF3的输入端电压VS3依次拉高，进而拉高第一触发器DFF1的输出电压、第二触发器DFF2的输出电压和第三触发器DFF3的输出电压；最后由第二逻辑与门AND2根据其输入的第一逻辑与门AND1D的输出信号和触发器模块的当前输出信号得到短路检测单元的检测结果Fault为高电平。当检测结果为Fault为高电平说明经过短路检测单元的短路检测，判断得到SiC MOSFET发生了短路。
本发明的优选实施方式中，通过判断单元能够防止SiC MOSFET源漏电压VDS开关振荡导致短路检测单元的误触发，从而提高抗干扰能力；另外虽然判断单元会增加短路检测和短路保护时间，但是与现有技术中的传统技术方法相比，消隐时间所降低的延时大于判断单元增加的延时，因此，在增加抗干扰能力的同时还能保证短路保护的快速性。
基于短路检测单元检测结果Fault的高电平信号，为了保证器件及其电路的安全性，需要对功率器件SiC MOSFET进行短路保护，本发明通过处理单元基于检测结果Fault的高电平信号对所述功率器件SiC MOSFET进行短路保护。
具体的，所述处理单元包括逻辑处理模块、电平移位模块和输出驱动模块；所述逻辑处理模块的输入端接收驱动信号并连接所述短路检测单元的输出端；用于对检测结果进行处理得到逻辑电平信号；所述电平移位模块连接所述逻辑处理模块的输出端；用于对所述逻辑电平信号进行处理得到驱动电平信号；所述输出驱动模块的输入端连接所述电平移位模块的输出端，所述输出驱动模块的输出端用于连接所述功率器件的控制端；用于将所述驱动电平信号转换处理得到驱动电压信号，所述驱动电压信号能够对所述功率器件进行短路保护。
本发明处理单元一旦检测结果Fault信号拉高，驱动电压信号VOUT就会拉低，关断功率器件SiC MOSFET。具体的，逻辑处理模块负责处理短路检测单元输出的检测结果Fault并对检测结果Fault进行处理得到逻辑电平信号，然后电平移位模块对逻辑电平信号进行处理得到驱动电平信号，最后输出驱动模块将驱动电平信号转换处理得到驱动电压信号，通过驱动电压信号VOUT对功率器件SiC MOSFET进行短路保护。
实施例二：
本发明还提供一种功率器件短路保护电路，包括短路保护电路和功率器件；所述短路保护电路的输入端连接所述功率器件的输出端；所述短路保护电路的输出端连接所述功率器件的控制端；所述短路保护电路为上述的去饱和短路保护电路。其中，去饱和短路保护电路的具体结构和原理已在实施例一种详细介绍，此处不再详细赘述。
在本发明实施例中，所述功率器件为碳化硅MOSFET。
实施例三：
本发明还提供一种如图5所示的功率器件短路保护的测试电路，所述测试电路包括短路保护电路和外围测试组件电路，所述外围测试组件电路包括功率器件；所述短路保护电路的输入端连接所述功率器件的输出端；所述短路保护电路的输出端通过电阻连接所述功率器件的输入端；所述短路保护电路为上述的去饱和短路保护电路；所述功率器件为碳化硅MOSFET。其中，去饱和短路保护电路的具体结构和原理已在实施例一种详细介绍，此处不再详细赘述。
外围测试组件电路还包括隔离二极管DS、续流二极管DL与负载电感L；隔离二极管DS的阳极连接分压支路的分压点，隔离二极管DS的阴极连接碳化硅MOSFET的漏极，负载电感L一端连接隔离二极管DS的阴极，另一端连接电源VBUS，续流二极管DL与负载电感L并联，即续流二极管DL的阳极连接隔离二极管DS的阴极，续流二极管DS的阴极连接电源VBUS。
图5为功率器件短路保护测试中功率器件导通过程中电压下降时间示意图，图6为短路保护过程中各信号的波形变化示意图，以下通过对短路保护的测试过程对SiC MOSFET的源漏电压VDS下降及其他信号的变化进行分析：
在本发明的实施例中，比较器的DESAT输入端采用电阻分压的方式来设置共模电平，SiC MOSFET在导通前承受较高的源漏电压，共模电平低于SiC MOSFET源漏电压VDS，此时隔离二极管DS是反偏关闭状态；SiC MOSFET导通后，当源漏电压VDS低于设置的共模电平时，隔离二极管DS正向导通，检测电压VDESAT被拉低至阈值参考电压VREF以下，比较器输出电压VCOMP发生翻转；时间单元的第一寄存器Flag1记录比较器100输出电压VCOMP发生翻转的时间，记为数字信号Data1，然后复制给第二寄存器Flag2中用于设置下一开关周期中的消隐时间；短路检测单元在达到前一开关周期的消隐时间后，控制器Ctrl开启控制所述第一逻辑与门AND1基于所述比较结果对功率器件进行短路检测得到输出结果，然后在判断单元的延时判断作用下得到判断结果，最后第二逻辑与门AND2根据其输入的第一逻辑与门AND1D输出结果和触发模块的判断结果得到短路检测单元的检测结果Fault，如果检测结果Fault为高电平，则经处理单元的处理后输出的驱动电压信号VOUT就会拉低，从而关断SiC MOSFET，达到短路保护的目的。
综上所述，本发明由于本发明中的消隐时间是根据比较器100的开关周期中检测电压小于参考电压的时间而设置，因此，消隐时间是变化的，并且每次进行短路检测时，均是在达到前一开关周期的消隐时间后开始进行短路检测，能够提高短路检测的快速性，有效避免固定消隐时间造成的时间浪费而降低短路检测及短路保护的效率。另外，短路检测单元中增设的判断单元会增加短路检测和短路保护时间，但是与现有技术中的传统技术方法相比，消隐时间所降低的延时大于判断单元增加的延时，因此，在增加抗干扰能力的同时还能保证短路保护的快速性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种去饱和短路保护电路，用于保护功率器件，其特征在于，包括比较器、时间单元、短路检测单元和处理单元；
所述比较器的第一输入端连接检测电压，所述检测电压为所述功率器件的输出电压；所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述参考电压为功率器件的导通电压；所述比较器输出所述检测电压和所述参考电压的比较结果；
所述时间单元的输入端连接所述比较器的输出端；所述时间单元将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号，所述数字信号用于设置消隐时间；
所述短路检测单元连接所述时间单元及所述比较器的输出端；当达到前一开关周期的消隐时间后，所述短路检测单元基于所述比较结果对功率器件进行短路检测得到检测结果；
所述处理单元的输入端连接所述短路检测单元的输出端；所述处理单元基于检测结果对功率器件进行短路保护。
2.根据权利要求1所述的去饱和短路保护电路，其特征在于，所述时间单元包括时钟产生模块和存储模块；
所述时钟产生模块的输入端连接驱动信号，用于根据驱动信号产生一定周期的连续脉冲信号；
所述存储模块连接所述比较器及所述时钟产生模块的输出端；用于在所述连续脉冲信号的作用下，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号，并基于所述数字信号设置消隐时间。
3.根据权利要求2所述的去饱和短路保护电路，其特征在于，所述存储设置模块包括反相器、第一寄存器和第二寄存器；
所述第一寄存器的输入端连接所述比较器及所述时钟产生模块的输出端，用于在所述连续脉冲信号作用下，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成数字信号；
所述第二寄存器的输入端连接所述第一寄存器的输出端，所述第二寄存器的使能端连接所述反相器的输出端，所述反相器的输入端连接所述时钟产生模块的输入端；在开关周期的上升沿将所述数字信号复制给所述第二寄存器。
4.根据权利要求1所述的去饱和短路保护电路，其特征在于，所述短路检测单元包括控制器和第一逻辑与门；
所述控制器接收驱动信号并连接所述时间单元的输出端；用于在达到前一开关周期的消隐时间后，输出使能信号；
所述第一逻辑与门的第一输入端连接所述控制器的输出端，所述第一逻辑与门的第二输入端连接所述比较器的输出端；当所述使能信号有效时，输出所述比较器的输出信号。
5.根据权利要求4所述的去饱和短路保护电路，其特征在于，所述短路检测单元还包括包括延时器、触发器模块和第二逻辑与门；
所述延时器的输入端连接所述第一逻辑与门的输出端；用于设定延时时间；
所述触发器模块的时钟端连接所述延时器的输出端，所述触发器模块的信号输入端连接所述比较器的输出端；在达到延时时间后，所述触发器模块输出所述比较器的当前输出信号；
所述第二逻辑与门的输入端分别连接所述第一逻辑与门及所述触发器模块的输出端；对所述第一逻辑与门及所述触发器模块的输出信号做与运算并得到所述检测结果。
6.根据权利要求5所述的去饱和短路保护电路，其特征在于，所述触发器模块包括三个触发器，分别为第一触发器、第二触发器和第三触发器；
所述第一触发器连接所述延时器及所述比较器的输出端，在达到第一设定延时时间后触，所述第一触发器输出比较器的当前输出信号；
所述第二触发器连接所述延时器及所述比较器的输出端，在达到第二设定延时时间后触，所述第二触发器输出比较器的当前输出信号；
所述第三触发器连接所述延时器及所述比较器的输出端，在达到第三设定延时时间后触，所述第三触发器输出比较器的当前输出信号。
7.根据权利要求1所述的去饱和短路保护电路，其特征在于，所述处理单元包括逻辑处理模块、电平移位模块和输出驱动模块；
所述逻辑处理模块的输入端接收驱动信号并连接所述短路检测单元的输出端；用于对检测结果进行处理得到逻辑电平信号；
所述电平移位模块连接所述逻辑处理模块的输出端；用于对所述逻辑电平信号进行处理得到驱动电平信号；
所述输出驱动模块的输入端连接所述电平移位模块的输出端，所述输出驱动模块的输出端用于连接所述功率器件的控制端；用于将所述驱动电平信号转换处理得到驱动电压信号，所述驱动电压信号能够对所述功率器件进行短路保护。
8.一种功率器件短路保护电路，其特征在于，包括短路保护电路和功率器件；
所述短路保护电路的输入端连接所述功率器件的输出端；所述短路保护电路的输出端连接所述功率器件的控制端；
所述短路保护电路为权利要求1-7任一项所述的去饱和短路保护电路。
9.根据权利要求8所述的功率器件短路保护电路，所述功率器件为碳化硅MOSFET。
10.一种功率器件短路保护的测试电路，其特征在于，所述测试电路包括短路保护电路和外围测试组件电路；所述外围测试组件电路包括功率器件；
所述短路保护电路的输入端连接所述功率器件的输出端；所述短路保护电路的输出端通过电阻连接所述功率器件的输入端；
所述短路保护电路为权利要求1-7任一项所述的去饱和短路保护电路；所述功率器件为碳化硅MOSFET。
11.根据权利要求10所述的功率器件短路保护的测试电路，奇特在于，所述外围测试组件还包括隔离二极管、续流二极管与负载电感；
所述隔离二极管的阳极连接所述比较器的第一端，所述隔离二极管的阴极连接碳化硅MOSFET的漏极；
所述负载电感一端连接隔离二极管的阴极，另一端连接电源；
所述续流二极管与所述负载电感并联，所述续流二极管的阳极连接所述隔离二极管的阴极，所述续流二极管的阴极连接所述电源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114825263A (zh) * 2022-05-26 2022-07-29 电子科技大学 一种全氮化镓集成二级关断过流保护电路

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