CN214067318U - 用于功率晶体管的故障检测电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于功率晶体管的故障检测电路。公开了一种设备和操作设备来提供对功率半导体装置诸如功率晶体管进行快速故障检测的方法。在一些实施例中，提供了一种用于功率晶体管的基于去饱和的故障检测电路。故障检测电路具有可调整消隐时间和处于消隐机制的隔离开关，所述可调整消隐时间和断开开关允许快速启动故障检测机制以实现对功率半导体装置的快速故障检测时间。

Description

用于功率晶体管的故障检测电路
技术领域
本实用新型涉及功率晶体管的故障检测。
背景技术
栅极驱动电路有时用于控制功率半导体装置，功率半导体装置也被称为功率装置、功率晶体管或功率开关。功率晶体管的示例包含功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
在操作期间，功率晶体管可以响应于由栅极驱动电路在功率晶体管的栅极端子处施加的栅极电压被导通。在导通状态，功率晶体管在集电极端子(或源极端子)与发射极端子(或漏极端子)之间具有低电阻，且电流可以流经功率晶体管。而在关断状态，功率晶体管具有高电阻，且只有很少或没有电流可以流经功率晶体管。
功率晶体管用于导通和关断提供至负载诸如工业电机驱动的电流。故障诸如负载中的短路情况将导致电流强度出现超出功率晶体管的电流处理能力的峰值，导致功率晶体管的潜在灾难性故障。
功率半导体装置的故障情况有时使用基于去饱和的(或基于饱和的)故障检测进行检测，其中感应功率晶体管的集电极-发射极电压VCE(或漏极-源极电压VDS)，并与设置的参考进行比较，以确定装置是否进入了故障模式。在功率晶体管被导通时，VCE在功率晶体管从高电阻状态向低电阻状态转换的时间段内最初具有高电压电平。为了确保稳健操作，基于去饱和的感应机制需要在功率晶体管的导通过程中进行消隐或禁用，以避免报告假阳性。
实用新型内容
公开了一种设备和操作设备来提供对功率半导体装置诸如功率晶体管进行快速故障检测的方法。在一些实施例中，提供了一种用于功率晶体管的基于去饱和的故障检测电路。故障检测电路具有可调整消隐时间和处于消隐机制的隔离开关，所述可调整消隐时间和断开开关允许快速启动故障检测机制以实现对功率半导体装置的快速故障检测时间。
在一些实施例中，提供了一种用于功率晶体管的故障检测电路。所述故障检测电路包括感应输入端子，被配置为检测功率晶体管的集电极-发射极电压；栅极感应端子，被配置为检测功率晶体管的栅极电压；保护比较器，具有比较器输入端和比较器输出端；开关，耦接在感应输入端子与比较器输入端之间。开关可被控制在功率晶体管从关断状态向导通状态转换时处于断开状态，直至栅极电压超过预定阈值。故障检测电路被配置为基于所测量的集电极-发射极电压在比较器输出端生成指示故障的输出信号。
在一些实施例中，提供了一种用于功率晶体管的故障检测电路。所述故障检测电路包括保护比较器，具有比较器输入端和比较器输出端。所述比较器输入端被配置为检测功率晶体管的集电极-发射极电压。所述故障检测电路进一步包括栅极感应端子，被配置为测量功率晶体管的栅极电压；和开关，耦接在比较器输出端与参考电压之间。开关可被控制在功率晶体管从关断状态向导通状态转换时处于闭合状态，直至栅极电压超过预定阈值。故障检测电路被配置为基于测量的集电极-发射极电压在比较器输出端生成指示故障的输出信号。
在一些实施例中，提供了一种用于检测功率晶体管故障情况的方法。功率晶体管具有栅极、集电极和发射极。所述方法包括自关断状态导通功率晶体管；确定功率晶体管的栅极电压是否超过预定阈值；响应于确定栅极电压超过预定阈值，通过闭合耦接在感应输入端子与电压节点之间的开关来将感应输入端子耦接至连接到集电极的电压节点；确定感应输入端子处功率晶体管的集电极-发射极电压是否超过预定阈值；以及响应于确定所测量的集电极-发射极电压超过预定阈值，确定故障。
根据本公开的一个方面，提供有一种用于功率晶体管的故障检测电路，所述故障检测电路包括：感应输入端子，被配置为检测所述功率晶体管的集电极-发射极电压；栅极感应端子，被配置为检测所述功率晶体管的栅极电压；保护比较器，具有比较器输入端和比较器输出端；开关，耦接在所述感应输入端子与所述比较器输入端之间，所述开关可被控制在所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换时处于断开状态，直至所述栅极电压超过预定阈值，其中所述故障检测电路被配置为基于所测量的集电极-发射极电压在所述比较器输出端生成指示故障的输出信号。
优选地，其中所述功率晶体管具有第一端子和第二端子，并且其中所述感应输入端子被配置为耦接至连接到所述第一端子的电压节点，所述电压节点具有相对于所述第二端子的电压，并且其中所述电压节点相对于所述第二端子的所述电压的幅值在所述开关处于断开状态期间大于零。
优选地，所述故障检测电路进一步包括耦接在所述第一端子与所述第二端子之间的电容器，并且其中所述电压为所述电容器两端的电压。
优选地，其中所述预定阈值为所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换期间的栅极台阶电压。
优选地，所述故障检测电路进一步包括栅极感应比较器，所述栅极感应比较器被配置为将所述栅极电压与所述预定阈值进行比较，并生成栅极感应信号指示所述栅极电压超过所述预定阈值。
优选地，所述故障检测电路进一步包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置为接收所述栅极感应信号，并在接收到所述栅极感应信号后控制所述开关断开。
优选地，其中所述保护比较器被配置为将所述比较器输入端的电压与去饱和电压阈值进行比较，并在所述比较器输入端的所述电压超过所述去饱和电压阈值时生成所述输出信号。
根据本公开的另一个方面，提供有一种用于功率晶体管的故障检测电路，所述故障检测电路包括：保护比较器，具有比较器输入端和比较器输出端，其中所述比较器输入端被配置为检测所述功率晶体管的集电极-发射极电压；栅极感应端子，配置为测量所述功率晶体管的栅极电压；开关，耦接在所述比较器输出端与参考电压之间，所述开关被控制在所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换时处于闭合状态，直至所述栅极电压超过预定阈值，其中所述故障检测电路被配置为基于所测量的集电极-发射极电压在所述比较器输出端生成指示故障的输出信号。
优选地，其中所述功率晶体管具有第一端子和第二端子，并且其中所述比较器输入端被配置为耦接至连接到所述第一端子的电压节点，所述电压节点具有相对于所述第二端子的电压，并且其中所述电压节点相对于所述第二端子的所述电压的幅值在所述开关处于断开状态期间大于零。
优选地，所述故障检测电路进一步包括耦接在所述第一端子与所述第二端子之间的电容器，并且其中所述电压为所述电容器两端的电压。
优选地，其中所述预定阈值为所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换期间的栅极台阶电压。
优选地，所述故障检测电路进一步包括栅极感应比较器，所述栅极感应比较器被配置为将所述栅极电压与所述预定阈值进行比较，并生成栅极感应信号指示所述栅极电压超过所述预定阈值。
优选地，所述故障检测电路进一步包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置为接收所述栅极感应信号，并在接收到所述栅极感应信号后控制所述开关断开。
优选地，其中所述保护比较器被配置为将所述比较器输入端的电压与去饱和电压阈值进行比较，并在所述比较器输入端的所述电压超过所述去饱和电压阈值时生成所述输出信号。
附图说明
将参考下面的附图描述申请的各个方面和实施例。应该理解，附图不一定按照比例绘制。出现在多个附图中的项目由出现其的所有附图中的同一参考编号指示。在附图中：
图1是根据一些实施例的示出了用于功率晶体管的故障检测电路的高电平示意图；
图2是根据一些实施例的如图1中所示的功率晶体管在从关断向导通状态转换期间的栅极-源极电压和漏极-源极电压的定时示意图；
图3是示出了在功率晶体管导通进入短路故障的场景中功率晶体管上电压与时间波形的数据图；
图4A是根据一些实施例的示出了故障检测电路的高电平示意图；
图4B是示出了作为如图4A中所示的故障检测电路的变体的另一故障检测电路450的高电平示意图；以及
图5是展示了将本文所述类型的故障检测电路用于工业设备中的功率装置的示例性应用的示意图。
具体实施方式
本实用新型的方面涉及基于去饱和的故障检测电路，该电路具有可调整消隐时间和处于消隐机制的隔离开关，该可调整消隐时间和断开开关允许快速启动故障检测机制以实现对功率半导体装置的快速故障检测时间。
根据本实用新型的一个方面，与消隐持续时间是基于保留估计进行离线设置的固定数字相反，故障检测电路使用功率晶体管的感应栅极电压来影响消隐间隔的持续时间。基于栅极电压的消隐持续时间可以帮助调整消隐时间以适应功率晶体管上的不同压摆率。此外，消隐的持续时间可以在功率晶体管导通进入故障时自动缩短。消隐持续时间的缩短可以导致更快的故障检测时间，从而限制峰值故障电流并增加功率晶体管的可靠性。
在一些实施例中，去饱和感应机制检测来自连接到功率晶体管的感应输入端子的集电极-发射极电压。根据本实用新型的另一方面，消隐由开关实施，该开关在不将感应输入端子接地的情况下解耦去饱和感应机制，阻止在消隐期间检测集电极-发射极电压。发明者已经认识到并理解，对比依赖于感应输入端子接地的消隐技术，在消隐期间保持感应输入端子的电压大于零可以在消隐持续时间结束时有利地加快故障检测时间，原因是消除了与感应输入端子相关的电容充电时间。在一些实施例中，开关将保护比较器与感应输入端子串联，并且被配置为在消隐期间处于导通状态。在一些其他实施例中，保护比较器的输出端在消隐期间被可切换地耦接至参考电压，以禁止基于去饱和的感应机制。
下面进一步描述上述方面和实施例，以及附加方面和实施例。这些方面和/或实施例可以单独、一起或结合两个或更多个的组合进行使用，原因是本实用新型在这方面不受限制。
图1是根据一些实施例的示出了用于功率晶体管Q1的故障检测电路100的高电平示意图。故障检测电路100具有逻辑110、保护比较器U1、消隐开关B1。功率晶体管Q1具有栅极2、源极6和漏极4。功率晶体管Q1由从数字脉冲输入端12接收输入的栅极驱动10控制。
虽然Q1被阐述为MOSFET，但本实用新型的方面不限于此。例如，Q1可以是IGBT且端子4和6可以是集电极和发射极端子。也不限制Q1具有特定极性，且P-或N-MOSFET可以与本文描述的故障检测电路的实施例一起使用。
在图1中，故障检测电路100监测功率晶体管Q1的栅极电压112，以确定由消隐开关B1针对保护比较器U1进行消隐的持续时间。在B1导通时，例如由到达B1的高栅极信号114控制，比较器U1被“消隐”或禁用，原因是比较器输入端116被拉动经B1接地。在B1关断时，保护比较器U1被启用且可以通过使用比较器输入端116比较电压节点8处功率晶体管Q1的集电极-发射极电压来检测故障。在比较器输入端116处的电压超出去饱和电压阈值电压V1时，保护比较器U1在输出端子118处生成高信号，向逻辑110指示在功率晶体管Q1上检测到了故障。保护比较器U1也可以称为去饱和或饱和比较器，原因是其被配置为根据基于去饱和的感应机制将电压与阈值进行比较。应当理解，因为电压值可以根据极性的定义方式取负或取正，所以可以以很多适合的方式来实施，且不限于要求电压超出阈值。在电压在任一方向超过阈值时、在电压的幅值或绝对值在任一方向超过阈值时可以进行比较。
对于至少一些应用，可靠的消隐机制必须在功率晶体管Q1由栅极驱动10控制以从关断状态向导通状态切换时防止错误检测。逻辑110内的框图示出了消隐机制中涉及的逻辑步骤。
在一个应用场景中，栅极驱动10生成栅极驱动输出信号14，该信号在用户提供数字脉冲输入12后(例如，在传播延迟时间后)不久变高。一旦栅极驱动输出14变高，到达消隐开关B1的栅极信号114就会根据逻辑110的控制变高。高栅极信号114消隐保护比较器U1，阻止在功率晶体管Q1导通时检测故障。
图2是根据一些实施例的如图1中所示的功率晶体管Q1在从关断向导通状态转换期间的栅极-源极电压和漏极-源极电压的定时示意图。在图2中，针对SiC MOSFET Q1切换进入/退出电阻负载展示了栅极电压波形VGS和漏极-源极-源极端子电压波形VDS。在图2中，持续时间tr对应于其中VDS从关断状态电压的90％下降至10％的持续时间。tr表示其中功率开关(SiC MOSFET)从关断向导通转换的持续时间。在持续时间tr结束时(或稍后)，装置被认为是完全导通的。对于稳健的故障检测电路，图1中的消隐开关B1在持续时间tr内应为导通。在tr期间无消隐时，电容器C1可以因来自VDD的电流或经二极管D1的寄生电容耦合的噪声的电流被充电，以增加电压节点8处的电压(二极管D1在tr期间处于阻断状态)。如果电容器C1的电压升高，且因此电压节点8处的电压超出保护比较器参考电压V1，保护比较器U1可能向逻辑110错误地指示发生了故障，尽管图2中在tr期间显示的事件顺序是正常功率装置导通事件的一部分。
在图2中的栅极电压波形VGS上，持续时间tr对应于功率晶体管Q1特有栅极台阶202的持续时间。一旦功率开关完全导通，栅极电压就会退出台阶区域并继续升高至由如图1中所示的栅极驱动输出端14施加的导通状态栅极输出电压。发明者已经认识到并理解，功率MOSFET上常规导通事件的结束与栅极-源极电压波形上的栅极台阶的结束一致。在图1所示的实施例中，栅极电压112进行实时感应，且一旦栅极电压超过栅极台阶202，消隐开关B1就会关断。因此栅极台阶202的电压电平可以被用作预定阈值以发出消隐周期结束且正常故障检测开始的信号。所需栅极电压检测电路的阈值(栅极台阶电压)可以以很多方式获得。例如，栅极台阶电压可以根据来自功率晶体管数据表的VGS与Id的传输特点或根据功率晶体管的测量获得。如果功率装置的漏极-源极上的压摆率变化，此改变也将反映在栅极台阶的持续时间上。因此栅极检测电路将基于压摆率的变化调整消隐持续时间。
功率装置的关断事件期间的消隐相较于导通事件并不那么重要。在功率装置已经关断时，功率装置上不会发生故障。此外，功率装置关断期间发生的任何故障也可能通过正常关断功率装置进行保护。因此，一旦栅极驱动输出电压14被设置为低，感应栅极电压112和对感应栅极电压112进行故障检测的逻辑110的部分就会被忽略。
图2示出了功率晶体管的常规切换事件期间的漏极和栅极电压转换。然而，在晶体管导通进入故障诸如在硬切换故障情况下，功率晶体管上的漏极-源极电压转换不再达到功率装置典型的导通状态压降。
图3是示出了在功率晶体管导通进入短路故障的场景中功率晶体管上电压与时间波形的数据图。在时间t0，功率晶体管被导通进入故障情况且电流id开始增加，同时检测到的源极-漏极电压(或集电极-发射极电压)Vdesat也增加。在这个时间点，故障检测电路被消隐且不对Vdesat作出响应。而在t1时，Vdesat超出预定阈值Vdesat(th)，无针对故障情况的响应且电流id继续升高。
由于故障模式中漏极-源极电压转换降低，在功率晶体管的栅极端子处观察到的有效电容低于常规操作中的有效电容。如图3中Vgs跟踪所示，在时间t2，台阶上的栅极电压Vgs达到栅极台阶电压302。对比在图2所示的常规操作模式中到达栅极台阶202的对应持续时间，在t2至t0之间到达栅极台阶302或栅极台阶区域304的持续时间预期更短或不存在。由于栅极台阶区域304更短，对比常规操作模式，栅极电压幅值可以在更短的时间内达到栅极驱动输出电压。因此，消隐被去除且故障检测电路通过在t3关断功率晶体管来对超出Vdesat(th)的Vdesat作出反应。由于功率晶体管的反向传输电容在较高漏极-源极电压下较低，在故障操作模式中很可能在栅极-源极中无栅极台阶，且关断消隐和检测故障情况的时间可以被进一步缩短。
本实用新型的实施例将在故障模式的场景中的如图3所示的更短栅极台阶区域304与如图1所示的故障检测电路100中消隐机制相关。因此，消隐持续时间在功率装置导通进入故障时可以更短。这是因为消隐机制在栅极电压大于台阶电压(针对正常操作模式设置)时感应栅极电压并关断消隐开关(图1中B1)。由于在故障模式中存在更短或不存在栅极台阶区域，因此消隐开关将被更快关断。这样，提出的消隐机制在故障模式期间允许更快的消隐时间。这允许更快的基于去饱和的故障检测。
图4A是根据一些实施例的示出了故障检测电路400的高电平示意图。故障检测电路400具有控制逻辑410、保护比较器417、开关M1和栅极感应比较器411。在图4A中，故障检测电路400用于在功率晶体管S1中的检测，该功率晶体管在一些方面类似于图1中的功率晶体管Q1，且类似的组件由相同的参考编号表示。
在图4A中，功率晶体管S1由栅极驱动输出端44的栅极驱动控制信号控制，该信号由栅极驱动40生成。栅极驱动40可以具有从控制逻辑410接收输入的缓冲器41和基于由缓冲器41接收的输入在输出端44处生成栅极驱动控制输出信号的逆变器42。栅极感应端子412被耦接至栅极端子2，以检测功率晶体管S1的栅极电压。栅极感应比较器411将感应的栅极电压与预定阈值Vgref进行比较，并生成指示栅极电压是否超出Vgref的栅极感应信号413。Vgref可以是预定栅极台阶电压，诸如但不限于米勒台阶电压。
仍参考图4A，感应输入端子420被耦接至电压节点8。电压节点8上的电压代表功率晶体管S1的集电极-发射极或源极-漏极电压。感应输入端子420通过开关M1被可切换地耦接至保护比较器417的比较器输入端416。
发明者已经认识到并理解，虽然图1中的实施例使用开关B1来在消隐间隔期间短接电容器C1，但在消音期间避免短接电容器C1或将电容器C1上的电压节点8短接接地是有利的。在硬切换故障的事件中，电容器C1将必须从低电压(接近0)充电至超过保护比较器的阈值(诸如图1中的V1)。电容器C1的充电导致额外延迟检测硬切换故障，且在很多应用(例如，在与SiC相关的功率晶体管应用中)中是不可取的。图4A和4B中示出的实施例可以减轻与给C1充电相关的额外时间延迟，且对比上述与图1相关的实施例，可以实现更快故障检测时间。
虽然电容器C1在图4A中被示出为离散组件，但应当理解电容器C1可以代表有效电容，且该有效电容包含其上设置有功率晶体管S1的电路板内的寄生电容。也不要求在功率晶体管的源极和漏极端子上提供离散电容器。在一些应用中，外部电容器可以连接到功率晶体管S1作为电容器C1，以有意增加充电延迟时间，例如使在感应输入端子420处测量的电压不大可能因伪信号而被误触发。在其他应用中，未提供外部电容器，且C1代表电路系统内的寄生电容。根据应用，C1可以代表外部离散电容器与寄生贡献的组合，且本实用新型的方面在这方面不受限制。
在图4A中，开关M1放置成与保护比较器417的比较器输入端416串联。只要功率晶体管S1的栅极电压低于阈值Vgref，电压栅极感应比较器411的输出端的栅极感应信号413就保持较低。此时，控制逻辑410生成同样较低的控制信号414来控制开关M1的栅极电压。开关M1在消隐期间处于断开状态，这基本上禁止保护比较器417针对电压节点8上的电压或去饱和电容器C1上的电压的变化作出响应。去饱和电容器现在可以充电直至达到VDD2，因为二极管D1和D2在消隐期间可能处于阻断模式。
一旦栅极电压升高超过栅极阈值Vgref，开关S1就会预期被完全导通，且电容器C1将通过R1、D1、D2和S1放电。在一些实施例中，放电时间常数对于典型用例预期在几十纳秒的范围内。栅极感应比较器411的输出端的栅极感应信号413也在此期间变高。然后控制逻辑将开关M1的栅极变高，使得保护比较器417能够检测电容器C1上的电压。由于在开关M1被导通之前C1两端的电压已经被充电，对比将电容器C1上的电压节点8接地(诸如图1中所示的实施例)的消隐方法，不存在额外延迟对电容器C1的充电。因此，可以明显减少硬切换故障的检测时间，因为一旦消隐开关被释放，根据给C1充电的路径中的RC时间常数，将电容器C1充电至所需阈值的时间可以达到100-500纳秒。
在一些实施例中，具有如本文所述的消隐机制的故障检测电路可以是栅极驱动器的独立外部组件，或可以集成为栅极驱动器集成电路(IC)的一部分。
图4B是示出了作为如图4A中所示的故障检测电路400的变体的另一故障检测电路450的高电平示意图。故障检测电路450在一些方面类似于图4A的故障检测电路400，且类似的组件由相同的参考编号表示。
在图4B中，消隐开关M2被放置在保护比较器的比较器输出端418，且耦合在比较器输出端418与参考电压(诸如接地)之间。在栅极电压低于栅极感应比较器411的阈值Vgref时，控制逻辑460将控制开关M2被导通。开关M2的导通禁止保护比较器417针对去饱和电容器C1的电压的变化作出响应，因为比较器输出端418被固定在参考电压，不管保护比较器417在功率晶体管S1的关断至导通转换期间是否报告假阳性故障情况。因此去饱和电容器C1在消隐期间可以充电直至达到VDD2，因为二极管D1和D2在消隐期间可能处于阻断模式。
仍参考图4B，一旦栅极电压升高超过栅极阈值Vgref，功率晶体管S1就会预期被完全导通，且电容器C1将通过R1、D1、D2和S1放电。放电时间常数对于典型用例预期在几十纳秒的范围内。栅极感应比较器的输出端也在此期间变高。然后控制逻辑460将开关M2的栅极变低(关断)，使得保护比较器能够检测电容器C1上的电压。
由于在开关M2被关断之前C1两端的电压已经被充电，对比将电容器C1上的电压节点8接地(诸如图1中所示的实施例)的消隐方法，不存在额外延迟对电容器C1的充电。因此，可以明显减少硬切换故障的检测时间，因为一旦消隐开关被释放，根据给C1充电的路径中的RC时间常数，将电容器C1充电至所需阈值的时间可以达到100-500纳秒。
图5是展示了将本文所述类型的故障检测电路用于工业设备中的功率装置的示例性应用的示意图。具体地，系统500包含功率装置502，该装置可以由用户输入装置506控制来提供高电流。在图5所示的示例中，功率装置502基于经电缆508从用户输入装置506接收的控制信号驱动工业电机504。用户输入装置506可以是驱动器电路、处理器、个人计算机(PC)、服务器或另一计算装置。虽然功率装置502被描述为集成为工业电机504的一部分，但在实践中功率装置502可以被布置为同时连接至工业电机504和用户输入端506的独立组件。其他这样的装置也可以使用本文描述的故障检测电路。
本公开还可以包括以下实施例。
实施例1.一种用于检测具有栅极、第一端子和第二端子的功率晶体管故障情况的方法，所述方法包括：自关断状态导通所述功率晶体管；确定所述功率晶体管的栅极电压是否超过预定阈值；响应于确定所述栅极电压超过所述预定阈值，通过闭合耦接在感应输入端子与电压节点之间的开关来将所述感应输入端子耦接至连接到所述第一端子的所述电压节点；确定所述感应输入端子处所述功率晶体管的集电极-发射极电压是否超过预定阈值；以及响应于确定所测量的集电极-发射极电压超过所述预定阈值，确定故障。
实施例2.根据实施例1所述的方法，进一步包括：使所述电压节点的电压在所述开关断开状态期间保持大于零。
实施例3.根据实施例2所述的方法，进一步包括耦接在所述第一端子与所述第二端子之间的电容器，并且其中所述电压为所述电容器两端的电压。
实施例4.根据实施例1所述的方法，其中所述预定阈值为所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换期间的栅极台阶电压。
实施例5.根据实施例1所述的方法，其中导通所述功率晶体管包括：向所述栅极提供栅极驱动输出信号以导通所述功率晶体管。
实施例6.根据实施例5所述的方法，进一步包括：在所述栅极驱动输出信号被提供给所述栅极时断开所述开关。
在这样描述了本实用新型的至少一个实施例的数个方面的情况下，应当理解，本领域的技术人员将很容易进行各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在成为本实用新型的一部分，且旨在本实用新型的精神和范围内。此外，虽然指示了本实用新型的优点，但应当理解，并不是本文描述的技术的每一个实施例都将包含每一个描述的优点。一些实施例可能不会实施本文描述为优点的任何特征，且在一些情况下，可以实施一种或多种描述的特征来实现进一步的实施例。因此，上文的描述和附图仅作为示例。
本实用新型的各个方面可以单独、组合或以上文描述的实施例中未具体讨论的各种安排使用，且因此不限于其根据上文的描述所阐述的或附图中示出的组件的细节和安排的应用。例如，在一个实施例中描述的方面可以以任何方式与其他实施例中描述的方面组合。
同样，本实用新型的方面可以体现为已提供示例的方法。作为方法的一部分执行的行为可以以任何合适的方式排序。因此，可以构建以不同于所示出的顺序执行行为的实施例，且虽然在说明性实施例中显示为连续行为，但这些实施例可以包含同时执行一些行为。
术语“大约”和“约”可以用于表示在一些实施例中处于目标值的±20％范围内、在一些实施例中处于目标值的±10％范围内、在一些实施例中处于目标值的±5％范围内，而在一些实施例中处于目标值的±2％范围内。术语“大约”和“约”可以包含目标值。
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35条第119(e)款要求2019年8月27日提交的、代理人案号为G0766.70296US00的美国专利申请序列第62/892,489号且标题为“用于基于去饱和的故障检测技术的基于栅极电压感应的消隐(GATE VOLTAGE SENSE-BASED BLANKING FOR ADE-SATURATION BASED FAULT DETECTION TECHNIQUE)”，其全部内容通过引用整体并入本文。

Claims (14)

1.一种用于功率晶体管的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路包括：
感应输入端子，被配置为检测所述功率晶体管的集电极-发射极电压；
栅极感应端子，被配置为检测所述功率晶体管的栅极电压；
保护比较器，具有比较器输入端和比较器输出端；
开关，耦接在所述感应输入端子与所述比较器输入端之间，所述开关能够被控制成在所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换时处于断开状态，直至所述栅极电压超过预定阈值为止，其中
所述故障检测电路被配置为基于所测量的集电极-发射极电压在所述比较器输出端处生成指示故障的输出信号。
2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述功率晶体管具有第一端子和第二端子，并且其中所述感应输入端子被配置为耦接至连接到所述第一端子的电压节点，所述电压节点具有相对于所述第二端子的电压，并且其中
所述电压节点相对于所述第二端子的所述电压的幅值在所述开关处于断开状态期间大于零。
3.根据权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路进一步包括耦接在所述第一端子与所述第二端子之间的电容器，并且其中所述电压为所述电容器两端的电压。
4.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述预定阈值为所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换期间的栅极台阶电压。
5.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路进一步包括栅极感应比较器，所述栅极感应比较器被配置为将所述栅极电压与所述预定阈值进行比较，并生成指示所述栅极电压超过所述预定阈值的栅极感应信号。
6.根据权利要求5所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路进一步包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置为接收所述栅极感应信号，并在接收到所述栅极感应信号后控制所述开关断开。
7.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述保护比较器被配置为将所述比较器输入端处的电压与去饱和电压阈值进行比较，并在所述比较器输入端处的电压超过所述去饱和电压阈值时生成所述输出信号。
8.一种用于功率晶体管的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路包括：
保护比较器，具有比较器输入端和比较器输出端，其中所述比较器输入端被配置为检测所述功率晶体管的集电极-发射极电压；
栅极感应端子，被配置为测量所述功率晶体管的栅极电压；
开关，耦接在所述比较器输出端与参考电压之间，所述开关被控制成在所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换时处于闭合状态，直至所述栅极电压超过预定阈值为止，其中
所述故障检测电路被配置为基于所测量的集电极-发射极电压在所述比较器输出端处生成指示故障的输出信号。
9.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，所述功率晶体管具有第一端子和第二端子，并且其中所述比较器输入端被配置为耦接至连接到所述第一端子的电压节点，所述电压节点具有相对于所述第二端子的电压，并且其中
所述电压节点相对于所述第二端子的电压的幅值在所述开关处于断开状态期间大于零。
10.根据权利要求9所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路进一步包括耦接在所述第一端子与所述第二端子之间的电容器，并且其中所述电压为所述电容器两端的电压。
11.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，所述预定阈值为所述功率晶体管从关断状态向导通状态转换期间的栅极台阶电压。
12.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路进一步包括栅极感应比较器，所述栅极感应比较器被配置为将所述栅极电压与所述预定阈值进行比较，并生成指示所述栅极电压超过所述预定阈值的栅极感应信号。
13.根据权利要求12所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路进一步包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置为接收所述栅极感应信号，并在接收到所述栅极感应信号后控制所述开关断开。
14.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，所述保护比较器被配置为将所述比较器输入端处的电压与去饱和电压阈值进行比较，并在所述比较器输入端处的电压超过所述去饱和电压阈值时生成所述输出信号。
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