CN116192109A - 分级关断驱动电路、装置及安全芯片 - Google Patents

分级关断驱动电路、装置及安全芯片 Download PDF

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Abstract

本申请公开了分级关断驱动电路、装置及安全芯片，驱动电路用于分级关断驱动被控模块，包括第一使能模块、电流源、电流产生单元、第一滤波单元、电压比较单元、RS触发器、软关断控制单元和第二使能模块。本申请通过高精度的电流产生单元输出电流，经第一滤波单元和电压比较单元实现分段关闭检测电路，可以在被控模块关闭过程中，实时检测被控模块的VCE电压，并在一个周期内通过RS触发器锁存，在一定可控的时间内用小电流来关闭功率管，使得被控模块的VGE电压在米勒平台附近能缓慢关闭，可以有效保护被控模块。

Description

分级关断驱动电路、装置及安全芯片
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及分级关断驱动电路、装置及安全芯片。
背景技术
功能安全芯片在新能源汽车和普通汽车智能化上，有着广泛的应用前景，车上很多关系到生命安全的电机驱动都需要有功能安全保障。相较于普通车规芯片，功能安全芯片对IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或SIC(Semiconductor Integrated Circuit，半导体集成电路)的保护有更严格的要求。
但是现有一些产品的方案，比如德州仪器的ucc21750、纳芯微的NSD6611等隔离驱动芯片，在关闭IGBT或SIC的过程中都是直接关闭IGBT或者SIC，可能在一瞬间发生过流或过压情况，造成严重的损伤。
发明内容
本申请为了解决现有技术中，在关闭IGBT或SIC的过程中都是直接关闭IGBT或者SIC，可能在一瞬间发生过流或过压情况的问题。
为实现上述目的，本申请一实施方式提供一种分级关断驱动电路，用于分级关断驱动被控模块，所述被控模块包括供电端、控制端和连接地GND的接地端，所述分级关断驱动电路包括：
第一使能模块，所述第一使能模块包括第一使能控制端、第一使能输入端和第一使能输出端；所述第一使能控制端用于输入驱动信号的反信号；所述第一使能输出端通过电流源连接地GND；
电流产生单元，所述电流产生单元包括第一电流端和第二电流端；所述第一电流端与所述第一使能输入端连接；所述第二电流端通过第一滤波单元连接所述供电端；所述第二电流端连接电压比较单元；所述电压比较单元通过顺序连接的RS触发器和软关断控制单元连接至第二使能模块；所述第二使能模块连接至所述控制端。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第一使能模块采用N型场效应管。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述电流产生单元包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管以及第十场效应管；所述电流产生单元还包括第一电容、第一电阻、施密特触发器、第二电阻和运算放大器；
所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管和第七场效应管的源极相互连接至供电电压；
所述第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管的栅极相互连接至第一场效应管的漏极，所述第一场效应管的漏极作为第一电流端；
所述第二场效应管的漏极连接所述第一电容的一端、第一电阻的一端和所述施密特触发器的输入端；所述第一电容的另一端、第一电阻的另一端、第九场效应管的源极和第十场效应管的源极连接到浮动地FGND；所述施密特触发器的输出端连接所述运算放大器的使能端；
所述第三场效应管的漏极连接第九场效应管的漏极，所述第九场效应管的漏极连接第九场效应管的栅极和第十场效应管的栅极；
所述第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管和第七场效应管的栅极通过所述第二电阻连接到浮动地FGND；所述第四场效应管的漏极连接所述第五场效应管的源极，所述第五场效应管的漏极连接所述第六场效应管的源极，所述第六场效应管的漏极连接所述运算放大器的正向输入端以及所述第十场效应管的漏极；第七场效应管的漏极连接第八场效应管的源极，第七场效应管的漏极还连接到运算放大器的负向输入端；所述运算放大器的输出端连接第八场效应管的栅极，第八场效应管的漏极作为第二电流端。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述电压比较单元包括第三电阻、第四电阻、电压比较器和参考电压源；所述第三电阻的一端连接所述第二电流端，所述第三电阻的另一端通过所述第四电阻连接到地GND，所述第三电阻和第四电阻分压输入到所述电压比较器的正向输入端，所述电压比较器的负向输入端通过所述参考电压源连接到地GND，所述电压比较器的使能端连接所述驱动信号的反信号。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第一滤波单元包括连接于所述第二电流端和地GND之间的输出滤波电容；所述驱动电路的分级关断驱动延时的计算表达式如下：
Figure BDA0004066999210000031
其中，Tsegdrv为所述驱动电路的分级关断驱动延时，Cout为输出滤波电容的容值，VREF为参考电压源的参考阈值电压，Isegdrv为第二电流端输出的电流，R1为第三电阻的阻值，R2为第四电阻的阻值。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第一滤波单元还包括二极管，所述二极管的阳极连接所述第二电流端，所述二极管的阴极连接所述被控模块的供电端。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述驱动电路还包括电压转换单元，所述电压转换单元包括电压转换输入端和电压转换输出端；所述电压转换输入端连接RS触发器的输出端，所述电压转换输出端连接软关断控制单元，所述电压转换单元连接地GND，所述电压转换单元和所述软关断控制单元以及第二使能模块共同连接负压VEE地，所述电压转换单元用于将地GND转换为负压VEE地。
作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第二使能模块采用N型场效应管，所述第二使能模块的栅极连接所述软关断控制单元的输出端，所述第二使能模块的漏极连接所述被控模块的控制端；所述第二使能模块的源极连接地GND。
作为本申请一实施方式的进一步改进，驱动电路还包括第二滤波单元，所述第二滤波单元包括串联的第五电阻和电感；所述第五电阻的一端连接第二使能模块的漏极，另一端通过电感连接到所述被控模块的控制端。
为实现上述申请目的之一，本申请一实施方式提供一种分级关断驱动装置，包括上述任一种技术方案所述的分级关断驱动电路。
为实现上述申请目的之一，本申请一实施方式提供一种安全芯片，包括上述任一种技术方案所述的分级关断驱动电路。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本申请提供的分级关断驱动电路，通过高精度电流产生电路输出的电流，经第一滤波单元和电压比较单元实现分段关闭检测电路，可以在被控模块关闭过程中，实时检测被控模块的VCE电压(IGBT的集电极C到发射极E电压)，并在一个周期内通过RS触发器锁存，在一定可控的时间内用小电流软关断SSD(Soft Shut Down)来关闭功率管，使得被控模块的VGE电压在米勒平台附近能缓慢关闭，可以有效保护被控模块；通过调节相关元件的参数可以调节电路的分级关断驱动延时，避免了在关闭IGBT或SIC的过程中直接关闭IGBT或者SIC，可能在一瞬间发生过流或过压情况；
本申请可以通过检测IGBT的集电极电压或者SIC的Drain端电压来控制其栅极电压，达到减小dv/dt(电压变化量相对于时间的微分)的目的，从而更好的保护IGBT或SIC。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1为本申请一实施方式中分级关断驱动电路的结构示意图；
图2为本申请另一实施方式中分级关断驱动电路的结构示意图；
图3为现有技术中IGBT大电流应用关闭的波形图；
图4为本申请一实施方式中分级关断驱动电路在驱动关闭时的波形；
图5为本申请一实施方式中分级关断驱动电路带来的有益效果示意图；
图中标记：1、电流源；2、第一使能模块；3、电流产生单元；4、第一滤波单元；5、电压比较单元；6、RS触发器；7、电压转换单元；8、软关断控制单元；9、第二使能模块；10、第二滤波单元；301、第一场效应管；302、第二场效应管；303、第三场效应管；304、第四场效应管；305、第五场效应管；306、第六场效应管；307、第七场效应管；308、第八场效应管；309、第九场效应管；310、第十场效应管；311、施密特触发器；312、运算放大器；313、第一电容；314、第一电阻；315、第二电阻；316、电源端；317、第一电流端；318、第二电流端；41、输出滤波电容；42、二极管；51、第三电阻；52、第四电阻；53、电压比较器；54、参考电压源；101、第五电阻；102、电感；21、第一使能控制端；22、第一使能输入端；23、第一使能输出端。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
功能安全芯片为微控制单元，广泛应用于新能源汽车和普通汽车智能化上。汽车安全芯片又名车规级安全芯片，所谓“车规级”，是适用于汽车电子元件的规格标准。相对于其他工业电子元件，车规级电子元件对外部工作环境的要求较低，使用寿命长，可靠性和一致性高。车规级安全芯片就是按照汽车电子元件的规格标准生产的具有安全性能的芯片。但是现有一些产品的方案，在关闭IGBT或SIC的过程中都是直接关闭IGBT或者SIC，可能在一瞬间发生过流或过压情况，造成严重的损伤。这种简单关闭IGBT的方法，在一些电流比较大且电压比较高的应用情况下，如果功率管关闭过快则容易在IGBT的集电极造成很大的VCE(IGBT CE间电压)过冲(overshoot)，IGBT的VCE电压或者SIC的VDS电压容易过压造成损坏，如果关闭的过慢，则IGBT本身发热会很严重，也可能造成IGBT损坏，如图3所示。
现有技术在关闭IGBT或SIC的过程中都是直接关闭IGBT或者SIC，可能在一瞬间发生过流或过压情况，解决该技术问题是本申请的目的之一。
本申请一实施方式提供一种分级关断驱动电路，可以设置于任一种安全芯片或分级关断驱动装置中，或独立存在于其他应用场景下，用于对被控模块进行分级关断驱动，被控模块包括供电端、控制端和接地端，分级关断驱动电路包括：
第一使能模块，包括第一使能控制端、第一使能输入端和第一使能输出端；第一使能控制端用于输入驱动信号的反信号；第一使能输出端通过电流源连接地GND；
电流产生单元，包括第一电流端和第二电流端；第一电流端与第一使能输入端连接；第二电流端通过第一滤波单元连接被控模块的供电端；第二电流端连接电压比较单元；电压比较单元通过顺序连接的RS触发器和软关断控制单元连接至第二使能模块；
第二使能模块连接至被控模块的控制端，被控模块的接地端连接地GND。
请参阅图1所示，具体地，分级关断驱动电路包括：
第一使能模块2，包括第一使能控制端21、第一使能输入端22和第一使能输出端23；第一使能控制端21用于输入驱动信号的反信号PWM_B；
电流源1，包括电流源第一端和电流源第二端，电流源第一端连接第一使能输出端23，电流源第二端连接地GND；
电流产生单元3，包括第一电流端317、第二电流端318和电源端316；第一电流端317与第一使能输入端22连接；电源端316连接供电电压VCC；
第一滤波单元4，包括第一滤波输入端和第一滤波输出端，第一滤波输入端连接第二电流端318，第一滤波输出端连接被控模块的供电端；第一滤波单元4包括连接于第二电流端318和地GND之间的的输出滤波电容41；
电压比较单元5，电压比较单元5的输入端与第二电流端318连接；
RS触发器6，包括第一触发输入端(即S端)、第二触发输入端(即R端)和触发输出端(即Q端)，第一触发输入端连接电压比较单元5的输出端，第二触发输入端连接驱动信号PWM；
软关断控制单元8，包括驱动输入侧和驱动输出侧，驱动输入侧连接触发输出端；
第二使能模块9，包括使能输入端和使能使出端，使能输入端连接软关断控制单元8的驱动输出侧；使能输出端连接被控模块的控制端，被控模块的接地端连接地GND。
驱动信号一般采用PWM或PWMB脉宽调制信号，本实施例中驱动信号采用PWM。本申请提供的分级关断驱动电路在低电平的时候工作，可以更好地保护被控模块(如IGBT)。
现有技术无法通过检测IGBT的集电极电压或者SIC的Drain(漏极)端电压来控制其栅极电压，以达到减小dv/dt的目的。
本申请中，利用电流产生单元3产生高精度电流；在驱动关闭的时候，给外部输出滤波电容41提供一个充电电流即Isegdrv，分级驱动的延时为：
Figure BDA0004066999210000081
其中，Tsegdrv为电路的分级关断驱动延时，Cout为输出滤波电容41的容值，VREF为参考电压源54的参考阈值电压，Isegdrv为电流产生单元3的第二电流端318输出的电流，R1为第三电阻51的阻值，R2为第四电阻52的阻值。
通过调节相关元件的参数可以调节电路的分级关断驱动延时Tsegdrv。Tsegdrv时间一般配置的比IGBT在SSD电流下的米勒平台时间长一点，确保整个米勒平台期间都是用SSD电流关闭的。
本申请通过电流产生单元3用于产生高精度电流，在驱动被控模块关闭的时候，给外部输出滤波电容41提供一个充电电流Isegdrv，可通过调节电路中元件的参数设置电路的分级关断驱动延时Tsegdrv。Tsegdrv时间一般配置的比IGBT在SSD电流下的米勒平台时间长一点，确保整个米勒平台期间都是用SSD电流关闭的。通过电流产生单元3、输出滤波电容41以及电压比较单元5组成的分段关闭检测电路，可以在IGBT关闭过程中，实时检测IGBT的VCE电压，并在一个周期内通过RS触发器6锁存，在一定可控的时间Tsegdrv内用小电流SSD来关闭功率管，使得IGBT的VGE电压在米勒平台附近能缓慢关闭，在Tsegdrv时间结束后能迅速打开第二使能模块9，给IGBT提供一条对地GND的地阻通路，避免IGBT长尾效应的影响，以及防止IGBT被耦合开。通过检测IGBT的VCE电压来控制驱动关闭速度的方法，以减小IGBT在关闭时的dv/dt，从而在高压大电流应用中更好地保护IGBT，避免了在关闭IGBT或SIC的过程中直接关闭IGBT或者SIC，可能在一瞬间发生过流或过压情况。
需要说明的是，具体实施例中，电流产生单元3不限于图1和图2中示出的具体实现方式，也可以利用现有技术实现，如电流源电路，在本申请中对此不赘述。
优选地，如图1所示，电流产生单元3包括第一场效应管301、第二场效应管302、第三场效应管303、第四场效应管304、第五场效应管305、第六场效应管306、第七场效应管307、第八场效应管308、第九场效应管309以及第十场效应管310；电流产生单元3还包括第一电容313、第一电阻314、施密特触发器311、第二电阻315和运算放大器312；
其中第一场效应管301、第二场效应管302、第三场效应管303、第四场效应管304和第七场效应管307的源极相互连接至电流产生单元3的电源端316；第一场效应管301、第二场效应管302和第三场效应管303的栅极相互连接至第一场效应管301的漏极，第一场效应管301的漏极作为第一电流端317；第二场效应管302的漏极连接第一电容313的一端、第一电阻314的一端和施密特触发器311的输入端，第一电容313的另一端、第一电阻314的另一端、第九场效应管309和第十场效应管310的源极连接到浮动地FGND(Floating Ground)；施密特触发器311的输出端连接运算放大器312的使能端；
第三场效应管303的漏极连接第九场效应管309的漏极，第九场效应管309的漏极连接第九场效应管309和第十场效应管310的栅极；第四场效应管304、第五场效应管305的栅极、第六场效应管306和第七场效应管307的栅极通过第二电阻315连接到浮动地FGND；第四场效应管304的漏极连接第五场效应管305的源极，第五场效应管305的漏极连接第六场效应管306的源极，第六场效应管306的漏极连接运算放大器312的正向输入端以及第十场效应管310的漏极；第七场效应管307的漏极连接第八场效应管308的源极，第七场效应管307的漏极还连接到运算放大器312的负向输入端；运算放大器312的输出端连接第八场效应管308的栅极，第八场效应管308的漏极作为第二电流端318。
可选地，第一场效应管301～第八场效应管308采用P型场效应管，第九场效应管309和第十场效应管310采用N型场效应管。
包括第一场效应管301～第七场效应管307、第九场效应管309和第十场效应管310、第一电容313、第一电阻314、第二电阻315以及运算放大器312的高精度电流产生电路。
本实施例中，包括第一场效应管301、第二场效应管302、第一电容313、第一电阻314以及施密特触发器311电路构成了高精度电流Isegdrv的产生电路。该电路可以在上电过程中，在第一使能模块2无法打开的时候，保持低电平状态。
第四场效应管304～第六场效应管306构成一个PMOS组成的基准电压电路，和第七场效应管307形成匹配关系，通过运算放大器312可以使得第七场效应管307的VDS(漏极击穿电压)和第四场效应管304～第六场效应管306的VDS(漏极击穿电压)一样，从而将流过第四场效应管304～第六场效应管306的电流复制K倍，K为第六场效应管306和第三场效应管303的finger数目(finger就是做成叉指形状的单个晶体管)的3倍，该方案利用MOS管线性区的匹配特性，使得第三场效应管303的电流可以精确复制到第六场效应管306，相对于普通电流镜，有精度高和面积小的优点，其中可选地，第七场效应管307为高压LDMOS(P-Laterally-Diffused Metal-Oxide Semiconductor，P型横向扩散金属氧化物半导体)管。
具体实施方式中，第一滤波单元4还包括二极管42，二极管42的阳极连接第二电流端318，二极管42的阴极连接被控模块的供电端。当二极管42两端受到瞬间高能量冲击时，二极管42将自身的高阻特性转变为低阻特性，吸收大电流将二极管42两端的电压钳制在一个确定值上，从而使被控模块免受瞬态高能量的冲击，确保电路的安全。利用二极管42的单向导电性能够实现防反接保护。需要说明的是，本领域技术人员可以针对具体需要选择二极管42的种类和型号，不需要特别说明。
具体实施方式中，第一使能模块2采用N型场效应管，N型场效应管的栅极的电压为不同的恒定值时，输出电流随源极和漏极间的电压的升高而上升。N型场效应管的源极通过电流源1连接到地GND，通过第一电容313和第一电阻314产生偏压，该电路可以在上电过程中，在第一使能模块2无法打开的时候，保持低电平状态。
具体地，在一些实施方式中，电压比较单元5包括第三电阻51、第四电阻52、电压比较器53和参考电压源54；其中第三电阻51的一端连接第二电流端318，第三电阻51的另一端通过第四电阻52连接到地GND，第三电阻51和第四电阻52的分压输入到电压比较器53的正向输入端，电压比较器53的负向输入端通过参考电压源54连接到地GND；电压比较器53的使能端连接驱动信号的反信号PWM_B。
如图1所示，在图1示出的实施方式中，第二使能模块9采用N型场效应管，第二使能模块9的栅极连接软关断控制单元8的输出端，第二使能模块9的漏极连接被控模块的控制端；第二使能模块9的源极连接地GND。
在一些实施方式中，一般用负压关断驱动方式，需将参考地GND转换为负压VEE地。具体地，如图2所示。驱动电路还包括电压转换单元7，包括电压转换输入端和电压转换输出端；电压转换输入端连接RS触发器6的输出端，电压转换输出端连接软关断控制单元8的驱动输入侧，电压转换单元7连接地GND，并且电压转换单元7和软关断控制单元8以及第二使能模块9共同连接负压VEE地，电压转换单元7用于将地GND转换为负压VEE地。图2示出的实施例中，被控模块采用IGBT。
结合图2，如图4和图5所示，在PWM信号翻低电平的时候，IGBT的栅极电压降低，此时隔离驱动低边输出引脚OUTL的电流约为10A，VCE电压上升，第二电流端318可以通过二极管42和Isegdrv*Cout的滤波器，感应到IGBT的VCE电压，并通过第三电阻51和第四电阻52进行分压。可选地，第四电阻52采用可调电阻。如果第四电阻52上的电压高于参考电压源54的参考阈值电压VREF，则电压比较器53翻转，RS触发器6翻高，此时电压通过电压转换单元7的Levelshift(电压转换)电路转化到负压电压轨即负压VEE电压轨，迅速将IGBT栅极电流变小，变成一个恒定的SSD(软关断)电流(电流一般为100mA左右)，使得IGBT关闭速度迅速降低，从而降低VCE的上升斜率，减小IGBT的VCE端的过冲，在经过Tsegdrv时间后，迅速完全打开第二使能模块9NLDMOS，给IGBT提供接地电阻的下拉通路，防止IGBT长尾效应的影响。
在一实施方式中，第二使能模块9采用NLDMOS(N-Laterally-Diffused Metal-Oxide Semiconductor，N型横向扩散金属氧化物半导体)，栅极连接软关断控制单元8的输出端，漏极连接被控模块的控制端；源极连接负压VEE地。
在一些实施方式中，驱动电路还包括第二滤波单元10，第二滤波单元10包括串联的第五电阻101和电感102；第五电阻101的一端连接第二使能模块9的漏极，第五电阻101的另一端通过电感102连接到被控模块的控制端。
需要说明的是，在其他实施方式中，第二滤波单元10可由电阻、电容、电感等基本原件组合而成，可采用其他结构实现，如RC、RLC电路结构，此部分不是本申请的申请点，不过多介绍。
综上，包括第一场效应管301～第七场效应管307、第九场效应管309和第十场效应管310、第一电容313、第一电阻314、第二电阻315以及运算放大器312的高精度电流产生电路，具有面积小精度高的特点。
根据电流产生电路的第二电流端318输出的电流的Isegdrv、二极管42、输出滤波电容41、第三电阻51、第四电阻52和电压比较器53组成的分段关闭检测电路，可以在被控模块(如IGBT)关闭过程中，实时检测IGBT的VCE电压，并在一个周期内通过RS触发器6锁存，在一定可控的时间Tsegdrv内用小电流SSD来关闭功率管，使得IGBT的VGE电压在米勒平台附近能缓慢关闭，在Tsegdrv时间结束后能迅速打开第二使能单元NLDMOS，给IGBT提供一条对负压VEE地的地阻通路，避免IGBT长尾效应的影响，以及防止IGBT被耦合开。
本申请一实施方式提供一种安全芯片，包括上述任一种分级关断驱动电路，该电路用于对被控模块进行分级关断驱动。安全芯片还可以包括运算模块、通信管理模块、电源管理模块等。安全芯片上可设置多个分级关断驱动电路，用于驱动多路被控模块。具体地，被控模块可以是MOS(场效应管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、SiC(碳化硅)功率器件或GaN(氮化镓)功率器件中的任意一种。
本申请一实施方式还提供分级关断驱动装置，包括上述任一种分级关断驱动电路，以实现分级关断驱动功能。分级关断驱动装置可以设置于上述安全芯片中并与被控模块连接，也可以设置于其他任何用电系统中，从而连接相关系统中需要被驱动的被控模块以实现分级关断驱动。
本申请解决了传统方案直接关闭功率管造成的IGBT或SIC过压问题，通过检测IGBT的VCE电压来分级关闭，从而改善IGBT在大电流应用条件下的VCE过压。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述的描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (11)

1.一种分级关断驱动电路，用于分级关断驱动被控模块，所述被控模块包括供电端、控制端和连接地GND的接地端，其特征在于，所述分级关断驱动电路包括：
第一使能模块，所述第一使能模块包括第一使能控制端、第一使能输入端和第一使能输出端；所述第一使能控制端用于输入驱动信号的反信号；所述第一使能输出端通过电流源连接地GND；
电流产生单元，所述电流产生单元包括第一电流端和第二电流端；所述第一电流端与所述第一使能输入端连接；所述第二电流端通过第一滤波单元连接所述供电端；所述第二电流端连接电压比较单元；所述电压比较单元通过顺序连接的RS触发器和软关断控制单元连接至第二使能模块；所述第二使能模块连接至所述控制端。
2.如权利要求1所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述第一使能模块包括N型场效应管。
3.如权利要求1所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述电流产生单元包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管以及第十场效应管；所述电流产生单元还包括第一电容、第一电阻、施密特触发器、第二电阻和运算放大器；
所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管和第七场效应管的源极相互连接至供电电压；
所述第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管的栅极相互连接至所述第一场效应管的漏极，所述第一场效应管的漏极作为所述第一电流端；
所述第二场效应管的漏极连接所述第一电容的一端、第一电阻的一端和所述施密特触发器的输入端；所述第一电容的另一端、第一电阻的另一端、第九场效应管的源极和第十场效应管的源极连接到浮动地FGND；所述施密特触发器的输出端连接所述运算放大器的使能端；
所述第三场效应管的漏极连接所述第九场效应管的漏极，所述第九场效应管的漏极连接所述第九场效应管的栅极和所述第十场效应管的栅极；
所述第四场效应管、第五场效应管第六场效应管和第七场效应管的栅极通过所述第二电阻连接到浮动地FGND；所述第四场效应管的漏极连接所述第五场效应管的源极，所述第五场效应管的漏极连接所述第六场效应管的源极，所述第六场效应管的漏极连接所述运算放大器的正向输入端以及所述第十场效应管的漏极；所述第七场效应管的漏极连接所述第八场效应管的源极，所述第七场效应管的漏极还连接到所述运算放大器的负向输入端；所述运算放大器的输出端连接所述第八场效应管的栅极，所述第八场效应管的漏极作为所述第二电流端。
4.如权利要求1所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述电压比较单元包括第三电阻、第四电阻、电压比较器和参考电压源；所述第三电阻的一端连接所述第二电流端，所述第三电阻的另一端通过所述第四电阻连接到地GND，所述第三电阻和第四电阻分压输入到所述电压比较器的正向输入端，所述电压比较器的负向输入端通过所述参考电压源连接到地GND，所述电压比较器的使能端连接所述驱动信号的反信号。
5.如权利要求4所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括连接于所述第二电流端和地GND之间的输出滤波电容；所述分级关断驱动电路的分级关断驱动延时的计算表达式如下：
Figure FDA0004066999100000021
其中，Tsegdrv为所述分级关断驱动电路的分级关断驱动延时，Cout为所述输出滤波电容的容值，VREF为所述参考电压源的参考阈值电压，Isegdrv为所述第二电流端输出的电流，R1为所述第三电阻的阻值，R2为所述第四电阻的阻值。
6.如权利要求5所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述第一滤波单元还包括二极管，所述二极管的阳极连接所述第二电流端，所述二极管的阴极连接所述被控模块的供电端。
7.如权利要求1所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述第二使能模块采用N型场效应管，所述第二使能模块的栅极连接所述软关断控制单元的输出端，所述第二使能模块的漏极连接所述被控模块的控制端；所述第二使能模块的源极连接地GND。
8.如权利要求7所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述分级关断驱动电路还包括第二滤波单元，所述第二滤波单元包括串联的第五电阻和电感；所述第五电阻的一端连接所述第二使能模块的漏极，所述第五电阻的另一端通过电感连接到所述被控模块的控制端。
9.如权利要求1所述的分级关断驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括电压转换单元，所述电压转换单元包括电压转换输入端和电压转换输出端；所述电压转换输入端连接所述RS触发器的输出端，所述电压转换输出端连接所述软关断控制单元，所述电压转换单元连接地GND，所述电压转换单元和所述软关断控制单元以及所述第二使能模块共同连接负压VEE地，所述电压转换单元用于将地GND转换为负压VEE地。
10.分级关断驱动装置，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的分级关断驱动电路。
11.安全芯片，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的分级关断驱动电路。
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