CN218678825U

CN218678825U - 死区时间监测装置、桥电路系统、电子设备

Info

Publication number: CN218678825U
Application number: CN202222698574.3U
Authority: CN
Inventors: 平川; 尚海宪; 屈玉霞; 孔祥贞
Original assignee: Shanghai Jusheng Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jusheng Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2032-10-13

Abstract

本申请涉及一种死区时间监测装置、桥电路系统、电子设备，所述死区时间监测装置包括处理组件101以及监测电路102；所述处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别与所述监测电路102连接，所述第一输出端口P1和所述第二输出端口P2分别用于向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号，所述监测电路102还与所述处理组件101的告警信号输入端口P3连接，以在基于所述第一输出端口P1和所述第二输出端口P2输出的驱动信号确定符合死区时间异常条件时，通过所述告警信号输入端口P3向所述处理组件101输出死区时间异常告警信号。本申请可以实现实时监控IGBT的驱动信号的死区时间，避免上下桥臂IGBT直通。

Description

死区时间监测装置、桥电路系统、电子设备

技术领域

本申请涉及半导体驱动的技术领域，特别是涉及一种死区时间监测装置、桥电路系统、电子设备。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型三极管)和MOS(Metal Oxide Semiconductor，绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，其具有驱动功率小、饱和压降低等优点，是电力电子装置中的核心器件，广泛应用于新能源汽车、轨道交通与智能电网等领域。为了保证IGBT的可靠使用，必须避免上桥臂IGBT和下桥臂IGBT直通，因为上下桥臂直通会导致IGBT过流、发热甚至烧毁。行业内通常设置死区时间控制机制，这样可以避免由于不对称的开通和关断时间造成的上下桥臂直通现象。

传统技术中，是通过软件设定固定的IGBT驱动信号的死区时间，其无法对IGBT驱动信号的死区时间进行实时监控和修正，当软件设定的死区时间存在缺陷或IGBT驱动信号受到干扰使得死区时间异常时，会导致上下桥臂直通、使得IGBT损耗增大。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种实时监控IGBT的驱动信号的死区时间的死区时间监测装置、桥电路系统、电子设备。

第一方面，本申请提供了一种死区时间监测装置。该死区时间监测装置包括处理组件101以及监测电路102；处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别与监测电路102连接，第一输出端口P1和第二输出端口P2分别用于向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号，监测电路102还与处理组件101的告警信号输入端口P3连接，以在基于第一输出端口P1和第二输出端口P2输出的驱动信号确定符合死区时间异常条件时，通过告警信号输入端口P3向处理组件101输出死区时间异常告警信号。

在其中一个实施例中，监测电路102包括数字与门400；数字与门400的第一端T1和第二端T2分别与第一输出端口P1和第二输出端口P2连接，数字与门400的第三端T3与告警信号输入端口P3连接。

在其中一个实施例中，监测电路102还包括第一滤波电路501和第二滤波电路502；第一滤波电路501的输入端L11和第二滤波电路502的输入端L12分别与第一输出端口P1和第二输出端口P2连接，第一滤波电路501的输出端L21和第二滤波电路502的输出端L22分别与数字与门400的第一端T1和第二端T2连接。

在其中一个实施例中，第一滤波电路501包括：第一滤波子电路601和第一电容C1，第一滤波子电路601的第一端Z11与第一输出端口P1连接，第一滤波子电路601的第二端Z12与数字与门400的第一端T1连接，第一电容C1设置于第一滤波子电路601和数字与门400之间，且第一电容C1接地，第一滤波子电路601包括相互并联的第一电阻R1和第一二极管D1。

在其中一个实施例中，第二滤波电路502包括：第二滤波子电路701和第二电容C2，第二滤波子电路701的第一端Z21与第二输出端口P2连接，第二滤波子电路701的第二端Z22与数字与门400的第二端T2连接，第二电容C2设置于第二滤波子电路701和数字与门400之间，且第二电容C2接地，第二滤波子电路701包括相互并联的第二电阻R2和第二二极管D2。

在其中一个实施例中，死区时间异常条件包括死区时间大于死区时间阈值，死区时间阈值根据第一滤波电路501、第二滤波电路502和数字与门400的电气属性参数确定。

在其中一个实施例中，数字与门400的第一端T1和第二端T2同时接收到高电平时，数字与门400的第三端T3输出死区时间异常告警信号。

第二方面，本申请还提供了一种桥电路系统，该桥电路系统包括桥电路110和上述第一方面任一的死区时间监测装置，桥电路110与死区时间监测装置连接。

在其中一个实施例中，桥电路110包括上桥臂上的IGBT的和下桥臂上的IGBT。

第三方面，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述第二方面任一桥电路系统。

上述死区时间监测装置、桥电路系统、电子设备，该死区时间监测装置包括处理组件101以及监测电路102；通过处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别与监测电路102连接，其中第一输出端口P1和第二输出端口P2分别用于向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号，监测电路102还与处理组件101的告警信号输入端口P3连接，以在基于第一输出端口P1和第二输出端口P2输出的驱动信号确定符合死区时间异常条件时，通过告警信号输入端口P3向处理组件101输出死区时间异常告警信号，以便处理组件101及时调整向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出的驱动信号的死区时间。本申请可以实现实时监控IGBT的驱动信号的死区时间，从而避免上下桥臂IGBT直通导致IGBT损坏。

附图说明

图1为一个实施例中一种死区时间监测装置的结构图；

图2为一个实施例中死区时间正常结构图；

图3为一个实施例中死区时间异常结构图；

图4为一个实施例中一种监测电路102的结构图；

图5为一个实施例中另一种监测电路102的结构图；

图6为一个实施例中一种第一滤波电路501的结构图；

图7为一个实施例中一种第二滤波电路502的结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在新能源汽车领域，IGBT的使用越来越广泛，其具有驱动功率小、饱和压降低等优点，是控制装置中的核心器件。为了确保IGBT的可靠使用，必须避免出现上桥臂IGBT和下桥臂IGBT直通现象，因为上下桥臂IGBT直通会导致IGBT过流、发热甚至烧毁。为了避免由于不对称的开通和关断时间造成的上下桥臂直通现象，通常设置死区时间控制机制，但是死区时间通常是由软件设定的，其具有软件设置错误或IGBT的驱动信号受到干扰导致死区时间异常的风险，因此，需要对IGBT的驱动信号的死区时间进行监控，根据监测结果采取例如调整IGBT的驱动信号的死区时间等相关措施。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种死区时间监测装置的结构图，该死区时间监测装置包括处理组件101以及监测电路102；处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别与监测电路102连接，第一输出端口P1和第二输出端口P2分别用于向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号，监测电路102还与处理组件101的告警信号输入端口P3连接，以在基于第一输出端口P1和第二输出端口P2输出的驱动信号确定符合死区时间异常条件时，通过告警信号输入端口P3向处理组件101输出死区时间异常告警信号。

具体的，处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出的驱动信号可以是PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，PWM信号为一高一低的一系列电平组合在一起。处理组件101向上桥臂上的IGBT输出的驱动信号记作PWM_H，向下桥臂上的IGBT输出的驱动信号记作PWM_L，当向上桥臂上的IGBT输出高电平，则向下桥臂上的IGBT输出低电平，反之亦然，并且在高电平转化为低电平后和低电平转化为高电平前增加一段低电平时间，该段低电平时间为死区时间，以避免PWM信号的高低电平转化时出错使得PWM_H和PWM_L同为高电平，导致上下桥臂IGBT直通。在正常情况下，处理组件101输出的PWM_H和PWM_L波形如图2所示，其为死区时间正常结构图。而死区时间异常即为PWM_H和PWM_L出现同为高电平的现象，如图3所示，其为死区时间异常结构图。

可选的，监测电路102用来监测处理组件101向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号的死区时间是否异常，当监测电路102监测到死区时间异常时，会向处理组件101输出死区时间异常告警信号，以便处理组件101及时调整向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出的驱动信号的死区时间，实现了实时监控IGBT的驱动信号的死区时间，从而避免上下桥臂IGBT直通导致IGBT损坏的目的。

综上所述，处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别用于向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号，而监测电路102与第一输出端口P1和第二输出端口P2连接，用于监测第一输出端口P1和第二输出端口P2输出的驱动信号的死区时间是否异常。监测电路102还与处理组件101的告警信号输入端口P3连接，用于当监测电路102监测到死区时间异常时，向处理组件101输出死区时间异常告警信号，以便处理组件101及时调整向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出的驱动信号的死区时间。本申请可以实现实时监控IGBT的驱动信号的死区时间，从而避免上下桥臂IGBT直通导致IGBT损坏。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种监测电路102的结构图，监测电路102包括数字与门400；数字与门400的第一端T1和第二端T2分别与第一输出端口P1和第二输出端口P2连接，数字与门400的第三端T3与告警信号输入端口P3连接。数字与门400的第一端T1和第二端T2同时接收到高电平时，数字与门400的第三端T3输出死区时间异常告警信号。

具体的，数字与门400的第一端T1用于接收处理组件101的第一输出端口P1输出的驱动信号PWM_H，数字与门400的第二端T2用于接收处理组件101的第二输出端口P2输出的驱动信号PWM_L，数字与门400的第三端T3用于输出高低电平。PWM_H和PWM_L的高低电平分别用H和L表示，则数字与门400的真值表如下表所示，即当数字与门400的第一端T1和第二端T2同时分别接收到PWM_H和PWM_L的高电平时，数字与门400的第三端T3输出高电平，即输出死区时间异常告警信号，其它情况均输出低电平，表明死区时间正常。

在一个实施例中，如图5所示，提供了另一种监测电路102的结构图，监测电路102还包括第一滤波电路501和第二滤波电路502；第一滤波电路501的输入端L11和第二滤波电路502的输入端L12分别与第一输出端口P1和第二输出端口P2连接，第一滤波电路501的输出端L21和第二滤波电路502的输出端L22分别与数字与门400的第一端T1和第二端T2连接。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种第一滤波电路501的结构图，第一滤波电路501包括：第一滤波子电路601和第一电容C1，第一滤波子电路601的第一端Z11与第一输出端口P1连接，第一滤波子电路601的第二端Z12与数字与门400的第一端T1连接，第一电容C1设置于第一滤波子电路601和数字与门400之间，且第一电容C1接地，第一滤波子电路601包括相互并联的第一电阻R1和第一二极管D1。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种第二滤波电路502的结构图，第二滤波电路502包括：第二滤波子电路701和第二电容C2，第二滤波子电路701的第一端Z21与第二输出端口P2连接，第二滤波子电路701的第二端Z22与数字与门400的第二端T2连接，第二电容C2设置于第二滤波子电路701和数字与门400之间，且第二电容C2接地，第二滤波子电路701包括相互并联的第二电阻R2和第二二极管D2。

在一个实施例中，死区时间异常条件包括死区时间大于死区时间阈值，死区时间阈值根据第一滤波电路501、第二滤波电路502和数字与门400的电气属性参数确定。

具体的，处理组件101通过第一输出端口P1输出的PWM_H经过第一二极管D1、第一电阻R1和第一电容C1到达数字与门400的第一端T1，处理组件101通过第二输出端口P2输出的PWM_L经过第二二极管D2、第二电阻R2和第二电容C2到达数字与门400的第二端T2，数字与门400根据上述真值表通过数字与门400的第三端T3输出高低电平至处理组件101的告警信号输入端口

P3。其中，第一二极管D1和第二二极管D2的阳极分别与第一输出端口P1和第二输出端口P2连接。

可选的，充放电当PWM_H和PWM_L分别为高电平时，第一滤波电路501和第二滤波电路502分别为充电过程；当PWM_H和PWM_L分别为低电平时，第一滤波电路501和第二滤波电路502分别为放电过程。在RC充放电电路中，充放电t时刻电容电压V_t＝V₀+(V₁-V₀)*[1-exp(-t/RC)]，其中V₀为电容最初电压，V₁为电容最终可充放电压，t为充放电时间，充电时间t_c＝-R*C*ln(1-V_t/V₁)，放电时间t_disc＝-R*C*ln(V_t/V₁)。因此，第一滤波电路501如图6所示，经过第一滤波电路501到达数字与门400的PWM_H上升时间(低电平转为高电平所需要的时间)t_r1＝-R_d1*C₁*ln(1-V_thH/V_H1)，PWM_H下降时间(高电平转为低电平所需要的时间)t_f1＝-R₁*C₁*ln(V_thL/V_H1)，其中R_d1为第一二极管D1的内阻，C₁为第一电容C1的电容，V_thH和V_thL分别为数字与门400的与门高阈值和与门低阈值，V_H1为PWM_H高电平；第二滤波电路502如图7所示，经过第二滤波电路502到达数字与门400的PWM_L上升时间t_r2＝-R_d2*C₂*ln(1-V_thH/V_H2)，PWM_L下降时间t_f2＝-R₂*C₂*ln(V_thL/V_H2)，其中R_d2为第二二极管D2的内阻，C₂为第二电容C2的电容，V_thH和V_thL分别为数字与门400的与门高阈值和与门低阈值，V_H2为PWM_L高电平。若第一滤波电路501为充电过程，则监测电路102的死区时间阈值t_d与第一滤波电路501的PWM_H下降时间t_f1和第二滤波电路502的PWM_L上升时间t_r2相关，t_d＝t_f1-t_r2＝-R₁*C₁*ln(V_thL/V_H1)+R_d2*C₂*ln(1-V_thH/V_H2)；若第一滤波电路501为放电过程，则监测电路102的死区时间阈值t_d与第一滤波电路501的PWM_H上升时间t_r1和第二滤波电路502的PWM_L下降时间t_f2相关，t_d＝t_f2-t_r1＝-R₂*C₂*ln(V_thL/V_H2)+R_d1*C₁*ln(1-V_thH/V_H1)。因此，当处理组件101输出的驱动信号的死区时间大于死区时间阈值时，数字与门400将会监测到第一端T1输入的PWM_H和第二端T2输入的PWM_L同为高电平。

可选的，第一滤波电路501和第二滤波电路502的作用是分别用于延缓PWM_H和PWM_L的上升时间和下降时间。延缓上升时间和下降时间目的是便于数字与门400监测死区时间是否异常。可以通过调整第一滤波电路501、第二滤波电路502和数字与门400的电气属性参数来控制PWM_H和PWM_L的上升时间和下降时间，例如增大第一电阻R1和第二电阻R2的阻值，可以增大PWM_H和PWM_L的下降时间，也就是说，可以通过调整第一滤波电路501、第二滤波电路502和数字与门400的电气属性参数来调整死区时间阈值。

需要说明的是，上述PWM_H和PWM_L的上升时间和下降时间的计算公式仅是一个实施例，详细计算需考虑电气的具体参数，如电阻精度、电容精度、和处理组件101中输出驱动信号的器件的内阻等。第一滤波电路501和第二滤波电路502中的二极管、电阻、电容可以相同也可以不同，其参数值可根据实际设定或更换，在此均不做限定。

在一个实施例中，还提供了一种桥电路系统，该桥电路系统包括桥电路110和上述各死区时间监测装置实施例中的装置，桥电路110与死区时间监测装置连接。

在一个实施例中，桥电路110包括上桥臂上的IGBT的和下桥臂上的IGBT。

在一个实施例中，还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述各桥电路系统。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种死区时间监测装置，其特征在于，所述死区时间监测装置包括处理组件101以及监测电路102；

所述处理组件101的第一输出端口P1和第二输出端口P2分别与所述监测电路102连接，所述第一输出端口P1和所述第二输出端口P2分别用于向桥电路110中上桥臂和下桥臂上的IGBT输出驱动信号，所述监测电路102还与所述处理组件101的告警信号输入端口P3连接，以在基于所述第一输出端口P1和所述第二输出端口P2输出的驱动信号确定符合死区时间异常条件时，通过所述告警信号输入端口P3向所述处理组件101输出死区时间异常告警信号。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测电路102包括数字与门400；

所述数字与门400的第一端T1和第二端T2分别与所述第一输出端口P1和所述第二输出端口P2连接，所述数字与门400的第三端T3与所述告警信号输入端口P3连接。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述监测电路102还包括第一滤波电路501和第二滤波电路502；

所述第一滤波电路501的输入端L11和所述第二滤波电路502的输入端L12分别与所述第一输出端口P1和所述第二输出端口P2连接，所述第一滤波电路501的输出端L21和所述第二滤波电路502的输出端L22分别与所述数字与门400的第一端T1和第二端T2连接。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述第一滤波电路501包括：第一滤波子电路601和第一电容C1，所述第一滤波子电路601的第一端Z11与所述第一输出端口P1连接，所述第一滤波子电路601的第二端Z12与所述数字与门400的第一端T1连接，所述第一电容C1设置于所述第一滤波子电路601和所述数字与门400之间，且所述第一电容C1接地，所述第一滤波子电路601包括相互并联的第一电阻R1和第一二极管D1。

5.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述第二滤波电路502包括：第二滤波子电路701和第二电容C2，所述第二滤波子电路701的第一端Z21与所述第二输出端口P2连接，所述第二滤波子电路701的第二端Z22与所述数字与门400的第二端T2连接，所述第二电容C2设置于所述第二滤波子电路701和所述数字与门400之间，且所述第二电容C2接地，所述第二滤波子电路701包括相互并联的第二电阻R2和第二二极管D2。

6.根据权利要求3至5任一所述的监测装置，其特征在于，所述死区时间异常条件包括死区时间大于死区时间阈值，所述死区时间阈值根据所述第一滤波电路501、所述第二滤波电路502和所述数字与门400的电气属性参数确定。

7.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述数字与门400的第一端T1和第二端T2同时接收到高电平时，所述数字与门400的第三端T3输出所述死区时间异常告警信号。

8.一种桥电路系统，其特征在于，所述桥电路系统包括桥电路110和如权利要求1至7任一所述的死区时间监测装置，所述桥电路110与所述死区时间监测装置连接。

9.根据权利要求8所述的桥电路系统，其特征在于，所述桥电路110包括上桥臂上的IGBT的和下桥臂上的IGBT。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求8或9所述的桥电路系统。