CN115189686A - 一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片，控制电路包括：PWM控制器、开通模块和关断模块；开通模块的一端与PWM控制器相连，另一端与开关管的控制极相连，以当控制开关管开通时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常开通的开关管的电压变化率与开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；关断模块的一端与PWM控制器相连，另一端与控制极相连，以当控制开关管关断时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常关断的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小；PWM控制器，用于识别开关管的状态，以发出控制信号对开通模块和关断模块进行控制。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电子领域，尤其涉及一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片。
背景技术
开关管作为重要的电子元器件，已得到了广泛的应用。在应用过程中，开关管的开关损耗问题和开关应力问题较突出，特别是应用在高压或者用在功率回路的控制开关中。为了解决开关应力的问题，可以针对开关管选择较大的驱动电阻，以降低开关应力。为了解决开关损耗的问题，可以针对开关管选择较小的驱动电阻，以降低开关损耗。
然而，选择较大的驱动电阻虽然可以确保开关管的电流变化率di/dt和电压变化率dv/dt不会过大，可以解决开关应力的问题，但是大驱动电阻使得开关管的驱动能力弱，开关切换速度慢，导致开关损耗增大。选择较小的驱动电阻虽然驱动能力强，开关切换速度快，可以解决开关损耗的问题，但是开关管的电流变化率di/dt和电压变化率dv/dt会过大，影响开关应力。因此，如何平衡开关损耗和开关应力两者是一个待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片。
一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路，包括：脉冲宽度调制PWM控制器、开通模块和关断模块；
所述开通模块的一端与所述PWM控制器相连，另一端与开关管的控制极相连，以当控制所述开关管开通时，改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常开通的所述开关管的电压变化率与所述开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；
所述关断模块的一端与所述PWM控制器相连，另一端与所述控制极相连，以当控制所述开关管关断时，改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常关断的所述开关管的电压变化率与所述最大电压变化率的差值最小；
所述PWM控制器，用于识别所述开关管的状态，以发出控制信号对所述开通模块和所述关断模块进行控制。
可选的，所述开通模块包括开通电阻，以对所述开通电阻进行控制时，所述开关管的驱动电阻至少有两个不同的值；
所述关断模块包括关断电阻，以对所述关断电阻进行控制时，所述开关管的驱动电阻至少有两个不同的值。
可选的，所述开通模块包括：第一电阻和第二电阻；
所述PWM控制器分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端相连，用于分别对所述第一电阻和所述第二电阻发出控制信号；
所述控制极分别与所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端相连。
可选的，所述开通模块包括：第一电阻、第二电阻和第一开关；
所述第一电阻的一端与所述PWM控制器相连，另一端与所述控制极相连；
所述第二电阻与所述第一开关串联形成第一支路，所述第一支路并联于所述第一电阻的两端，以当所述PWM控制器控制所述第一开关闭合时，所述第一支路工作。
可选的，所述关断模块包括：第三电阻、第四电阻、第一二极管和第二二极管；
所述PWM控制器分别与所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端相连，用于分别对所述第三电阻和所述第四电阻发出控制信号；
所述第三电阻的另一端与所述第一二极管的阴极相连，所述第一二极管的阳极与所述控制极相连；
所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第二二极管的阳极与所述控制极相连。
可选的，所述关断模块包括：第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管和第二开关；
所述第三电阻的第一端与所述PWM控制器相连，所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的阴极相连，所述第一二极管的阳极与所述控制极相连；
所述第二开关的一端与所述第四电阻的一端相连，所述第二开关的另一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第四电阻的另一端与所述第三电阻的第一端相连，所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阳极相连，以当所述PWM控制器控制所述第二开关闭合时，所述第四电阻工作。
一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路的控制方法，应用于前述的控制电路，所述方法包括：
当控制开关管开通时，对开通模块进行控制以改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常开通的所述开关管的电压变化率与所述开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；
当控制所述开关管关断时，对关断模块进行控制以改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常关断的所述开关管的电压变化率与所述最大电压变化率的差值最小。
一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路的控制方法，应用于前述的控制电路，所述方法包括：
对开关管的状态进行识别；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管开通时，控制第一电阻和第二电阻中阻值较大的电阻处于工作状态；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管关断时，控制第三电阻和第四电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管开通时，控制所述第一电阻和所述第二电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管关断时，控制所述第三电阻和所述第四电阻中阻值较大的电阻处于工作状态。
一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路的控制方法，应用于前述的控制电路，所述方法包括：
对开关管的状态进行识别；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管开通时，第一开关未闭合，控制第一电阻处于工作状态；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管关断时，控制第二开关闭合，以控制第三电阻和第四电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管开通时，控制所述第一开关闭合，以控制所述第一电阻和第二电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管关断时，所述第二开关未闭合，控制所述第三电阻处于工作状态。
一种芯片，其特征在于，包括前述的控制电路。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
当控制开关管开通时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常开通的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小，当控制开关管关断时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常关断的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小。在控制电路的能力范围内且保证开关管正常开通或关断，使得电压变化率不会过大，同时通过改变驱动电阻的值使得电压变化率尽可能地接近正常工作时的最大电压变化率，从而降低开关损耗。这样在降低开关损耗的同时又保证电压变化率不会过大，平衡了开关损耗和开关应力，给用户带来较好的体验。
附图说明
图1为本申请的控制电路一个实施例示意图；
图2为本申请的控制电路另一实施例示意图；
图3为本申请的开关管的电压变化率与驱动电流的关系曲线；
图4为本申请的控制电路另一实施例示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片。
当开关管的开关损耗小时，则开关应力容易过大，当开关管的开关应力降低时，开关损耗容易过大。为解决上述问题，本申请提供了一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片，以提高用户的体验。
请参阅图1，本申请的控制电路一个实施例包括：脉冲宽度调制PWM控制器、开通模块和关断模块；
开通模块的一端与PWM控制器相连，另一端与开关管的控制极Vout相连，以当控制开关管开通时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常开通的开关管的电压变化率与开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；
关断模块的一端与PWM控制器相连，另一端与控制极Vout相连，以当控制开关管关断时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常关断的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小；
PWM控制器，用于识别开关管的状态，以发出控制信号对开通模块和关断模块进行控制。
控制电路所对应的控制方法如下：
当控制开关管开通时，对开通模块进行控制以改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常开通的开关管的电压变化率与开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；
当控制开关管关断时，对关断模块进行控制以改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常关断的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小。
具体的，当控制开关管开通时，控制开通模块使得开关管的驱动电阻改变，即让开关管的电压变化率dv/dt尽可能地接近正常工作时的最大电压变化率，且dv/dt小于或等于该最大电压变化率，保证开关管正常开通的情况下尽可能降低开关损耗。当控制开关管关断时，控制关断模块使得开关管的驱动电阻改变，即让开关管电压变化率dv/dt尽可能地接近正常工作时的最大电压变化率，且dv/dt小于或等于该最大电压变化率，保证开关管正常关断的情况下尽可能降低开关损耗。其中，控制电路的能力范围指，开关管处于正常开通或正常关断的安全范围的前提下，开关管的电压变化率小于或等于最大电压变化率。为保障开关管的正常工作，优选的，最大电压变化率可以限定为开关管的最大承受电压变化率(超过该电压变化率，开关管会损坏)的50％-90％，在该最大变压变化率之下，都属于开关管正常开通或正常关断的安全范围。
本申请实施例中，当控制开关管开通时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常开通的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小，当控制开关管关断时，改变开关管的驱动电阻，使得在控制电路的能力范围内，正常关断的开关管的电压变化率与最大电压变化率的差值最小。在控制电路的能力范围内且保证开关管正常开通或关断，使得电压变化率不会过大，同时通过改变驱动电阻的值使得电压变化率尽可能地接近正常工作时的最大电压变化率，从而降低开关损耗。这样在降低开关损耗的同时又保证电压变化率不会过大，平衡了开关损耗和开关应力，给用户带来较好的体验。
请参阅图2，本申请的控制电路另一实施例包括：PWM控制器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1和第二二极管D2；
PWM控制器分别与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端相连，用于分别对第一电阻R1和第二电阻R2发出控制信号；开关管的控制极Vout分别与第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端相连；
PWM控制器分别与第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端相连，用于分别对第三电阻R3和第四电阻R4发出控制信号；第三电阻R3的另一端与第一二极管D1的阴极相连，第一二极管D1的阳极与控制极Vout相连；第四电阻R4的另一端与第二二极管D2的阴极相连，第二二极管D2的阳极与控制极Vout相连。
控制电路所对应的控制方法如下：
对开关管的状态进行识别；
当开关管为轻载状态且控制开关管开通时，控制第一电阻R1和第二电阻R2中阻值较大的电阻处于工作状态；
当开关管为轻载状态且控制开关管关断时，控制第三电阻R3和第四电阻R4均处于工作状态；
当开关管为重载状态且控制开关管开通时，控制第一电阻R1和第二电阻R2均处于工作状态；
当开关管为重载状态且控制开关管关断时，控制第三电阻R3和第四电阻R4中阻值较大的电阻处于工作状态。
具体的，结合图3举例进行描述。设第一电阻R1和第三电阻R3为10Ω，第二电阻R2和第四电阻R4为6Ω。当开关管为轻载状态(即驱动电流Ic较小)且控制开关管开通时，由图3中开通曲线可知，轻载时开通曲线对应的电压变化率dv/dt较大，为防止电压变化率过大需选择较大的驱动电阻以降低电压变化率，又10＞6，故选择第一电阻R1，PWM控制器给第一电阻R1以控制信号且不让第二电阻R2处于工作状态。
当开关管为轻载状态(即驱动电流Ic较小)且控制开关管关断时，由图3中关断曲线可知，轻载时关断曲线对应的电压变化率dv/dt较小，为降低开关损耗需选择开关管能够正常关断的较小的驱动电阻以提高电压变化率，又两个电阻同时工作相当于并联，总电阻最小，故控制第三电阻R3和第四电阻R4均处于工作状态。
当开关管为重载状态(即驱动电流Ic较大)且控制开关管开通时，由图3中开通曲线可知，重载时开通曲线对应的电压变化率dv/dt较小，为降低开关损耗需选择开关管能够正常开通的较小的驱动电阻以提高电压变化率，又两个电阻同时工作相当于并联，总电阻最小，故控制第一电阻R1和第二电阻R2均处于工作状态。
当开关管为重载状态(即驱动电流Ic较大)且控制开关管关断时，由图3中关断曲线可知，重载时关断曲线对应的电压变化率dv/dt较大，为防止电压变化率过大需选择较大的驱动电阻以降低电压变化率，又10＞6，故选择第三电阻R3，PWM控制器给第三电阻R3以控制信号且不让第四电阻R4处于工作状态。
本实施例中，通过对电阻的选择，保证开关管正常开通或关断，使得电压变化率不会过大，同时通过改变驱动电阻的值使得电压变化率尽可能地接近正常工作时地最大电压变化率，从而降低开关损耗。这样在降低开关损耗的同时又保证电压变化率不会过大，平衡了开关损耗和开关应力，给用户带来较好的体验。
请参阅图4，本申请的控制电路另一实施例包括：PWM控制器、第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关K1、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1、第二二极管D2和第二开关K2；
第一电阻R1的一端与PWM控制器相连，另一端与开关管的控制极Vout相连；
第二电阻R2与第一开关K1串联形成第一支路，第一支路并联于第一电阻R1的两端，以当PWM控制器控制第一开关K1闭合时，第一支路工作；
第三电阻R3的第一端与PWM控制器相连，第三电阻R3的第二端与第一二极管D1的阴极相连，第一二极管D1的阳极与控制极Vout相连；
第二开关K2的一端与第四电阻R4的一端相连，第二开关K2的另一端与第二二极管D2的阴极相连，第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的第一端相连，第二二极管D2的阳极与第一二极管D1的阳极相连，以当PWM控制器控制第二开关K2闭合时，第四电阻R4工作。优选的，第一开关和第二开关，可以是开关管(包括mos管、IGBT等电子可控器件)或者其他开关元件(包括继电器、接触器等)。使用开关管或其他开关元件虽然增加了一定的自身功率损耗，但不是设置在主功率回路上，自身功率损耗与功率回路上的开关管功率损耗不是一个数量级的，因此，采用开关管控制电阻的接入或者断开，整体上仍可以降低损耗。
控制电路所对应的控制方法如下：
对开关管的状态进行识别；
当开关管为轻载状态且控制开关管开通时，第一开关K1未闭合，控制第一电阻R1处于工作状态；
当开关管为轻载状态且控制开关管关断时，控制第二开关K2闭合，以控制第三电阻R3和第四电阻R4均处于工作状态；
当开关管为重载状态且控制开关管开通时，控制第一开关K1闭合，以控制第一电阻R1和第二电阻R2均处于工作状态；
当开关管为重载状态且控制开关管关断时，第二开关K2未闭合，控制第三电阻R3处于工作状态。
具体的，当开关管为轻载状态且控制开关管开通时，为防止电压变化率过大需选择较大的驱动电阻以降低电压变化率，故使得第一开关K1未闭合，控制电路的开通回路电阻最大，即控制第一电阻R1处于工作状态。
当开关管为轻载状态且控制开关管关断时，电压变化率较小，为降低开关损耗需选择开关管能够正常关断的较小的驱动电阻以提高电压变化率，又两个电阻并联时总电阻最小，故控制第二开关K2闭合以控制第三电阻R3和第四电阻R4均处于工作状态。
当开关管为重载状态且控制开关管开通时，电压变化率较小，为降低开关损耗需选择开关管能够正常开通的较小的驱动电阻以提高电压变化率，又两个电阻并联时总电阻最小，故控制第一开关K1闭合以控制第一电阻R1和第二电阻R2均处于工作状态。
当开关管为重载状态且控制开关管关断时，电压变化率较大，为防止电压变化率过大需选择较大的驱动电阻以降低电压变化率，故使得第一开关K1未闭合，控制电路的开通回路电阻最大，即控制第三电阻R3处于工作状态。
本实施例中，通过对电阻的选择，保证开关管正常开通或关断，使得电压变化率不会过大，同时通过改变驱动电阻的值使得电压变化率尽可能地接近正常工作时地最大电压变化率，从而降低开关损耗。这样在降低开关损耗的同时又保证电压变化率不会过大，平衡了开关损耗和开关应力，给用户带来较好的体验。
以上对本申请所提供的一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路、方法及芯片进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路，其特征在于，包括：脉冲宽度调制PWM控制器、开通模块和关断模块；
所述开通模块的一端与所述PWM控制器相连，另一端与开关管的控制极相连，以当控制所述开关管开通时，改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常开通的所述开关管的电压变化率与所述开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；
所述关断模块的一端与所述PWM控制器相连，另一端与所述控制极相连，以当控制所述开关管关断时，改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常关断的所述开关管的电压变化率与所述最大电压变化率的差值最小；
所述PWM控制器，用于识别所述开关管的状态，以发出控制信号对所述开通模块和所述关断模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述开通模块包括开通电阻，以对所述开通电阻进行控制时，所述开关管的驱动电阻至少有两个不同的值；
所述关断模块包括关断电阻，以对所述关断电阻进行控制时，所述开关管的驱动电阻至少有两个不同的值。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开通模块包括：第一电阻和第二电阻；
所述PWM控制器分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端相连，用于分别对所述第一电阻和所述第二电阻发出控制信号；
所述控制极分别与所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端相连。
4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开通模块包括：第一电阻、第二电阻和第一开关；
所述第一电阻的一端与所述PWM控制器相连，另一端与所述控制极相连；
所述第二电阻与所述第一开关串联形成第一支路，所述第一支路并联于所述第一电阻的两端，以当所述PWM控制器控制所述第一开关闭合时，所述第一支路工作。
5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述关断模块包括：第三电阻、第四电阻、第一二极管和第二二极管；
所述PWM控制器分别与所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端相连，用于分别对所述第三电阻和所述第四电阻发出控制信号；
所述第三电阻的另一端与所述第一二极管的阴极相连，所述第一二极管的阳极与所述控制极相连；
所述第四电阻的另一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第二二极管的阳极与所述控制极相连。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述关断模块包括：第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管和第二开关；
所述第三电阻的第一端与所述PWM控制器相连，所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的阴极相连，所述第一二极管的阳极与所述控制极相连；
所述第二开关的一端与所述第四电阻的一端相连，所述第二开关的另一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第四电阻的另一端与所述第三电阻的第一端相连，所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阳极相连，以当所述PWM控制器控制所述第二开关闭合时，所述第四电阻工作。
7.一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4任一项所述的控制电路，所述方法包括：
当控制开关管开通时，对开通模块进行控制以改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常开通的所述开关管的电压变化率与所述开关管正常工作时的最大电压变化率的差值最小；
当控制所述开关管关断时，对关断模块进行控制以改变所述开关管的驱动电阻，使得在所述控制电路的能力范围内，正常关断的所述开关管的电压变化率与所述最大电压变化率的差值最小。
8.一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求5所述的控制电路，所述方法包括：
对开关管的状态进行识别；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管开通时，控制第一电阻和第二电阻中阻值较大的电阻处于工作状态；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管关断时，控制第三电阻和第四电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管开通时，控制所述第一电阻和所述第二电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管关断时，控制所述第三电阻和所述第四电阻中阻值较大的电阻处于工作状态。
9.一种平衡开关损耗和开关应力的控制电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求6所述的控制电路，所述方法包括：
对开关管的状态进行识别；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管开通时，第一开关未闭合，控制第一电阻处于工作状态；
当所述开关管为轻载状态且控制所述开关管关断时，控制第二开关闭合，以控制第三电阻和第四电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管开通时，控制所述第一开关闭合，以控制所述第一电阻和第二电阻均处于工作状态；
当所述开关管为重载状态且控制所述开关管关断时，所述第二开关未闭合，控制所述第三电阻处于工作状态。
10.一种芯片，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的控制电路。
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|---|---|---|---|---|
| WO2024120289A1 (zh) * | 2022-12-05 | 2024-06-13 | 联合汽车电子有限公司 | 门极驱动电路、车辆及门极驱动电路的主动加热控制方法 |
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| WO2024120289A1 (zh) * | 2022-12-05 | 2024-06-13 | 联合汽车电子有限公司 | 门极驱动电路、车辆及门极驱动电路的主动加热控制方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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