TW201820756A - 用於切換電源裝置的主動箝位過電壓保護 - Google Patents

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Abstract

一種用於驅動電源開關的控制器，引入了一個保護電路，保護電源開關不受過電壓或功率過沖等情況影響。保護電路包括一個故障檢測電路和一個保護閘極驅動電路。配置故障檢測電路監控電源開關上的電壓，產生故障檢測指示信號，配置保護閘極驅動電路，產生閘極驅動信號，根據檢測到的故障情況，接通電源開關。確切地說，保護閘極驅動電路產生具有緩慢生效瞬變的閘極驅動信號，並在指定的閘極電壓值下箝位。在這種情況下，保護電路配置電源開關有效箝位的閘極端，在過電壓情況下安全地處理電源開關。

Description

用於切換電源裝置的主動箝位過電壓保護
本發明涉及驅動電源開關的控制器。
感應加熱廣泛應用於家用、工業和醫療領域。感應加熱是指利用電磁感應，通過與物體形成物理接觸的另一個電路中電流的波動，在封閉電路中（物體上）產生電流，加熱導電物體（例如金屬）的技術。例如，電磁爐含有交流電驅動的諧振腔，在感應線圈處產生交流磁場。感應線圈處的交流磁場在位於感應線圈附近的金屬蒸煮罐中產生電流。在電阻金屬蒸煮罐中感應的電流產生熱量，轉而加熱蒸煮罐中的食物。
感應加熱中常用的拓撲結構是單開關準諧振逆變器拓撲結構，包括一個單獨的電源開關和一個單獨的諧振電容器，為感應線圈提供可變的諧振電流。通常使用絕緣閘雙極電晶體（以下簡稱IGBT）作為電源開關裝置，利用IGBT的高功率性能和高開關頻率操作，配置單開關準諧振逆變器。
電源浪湧等過電壓情況，對單開關準諧振逆變器電路來說是個嚴重的問題。尤其是當電源開關裝置上所加的電壓超過額定電壓時，在準諧振逆變器電路中電源開關裝置可能失效或永久損壞。例如，發生閃電時，交流（以下簡稱AC）輸入線路上可能有異常高的浪湧電壓。當浪湧電壓超過電源開關裝置的擊穿電壓時，如果沒有在及其短的時間內（幾毫秒量級）對電源浪湧事件採取補救措施，那麼電源開關裝置可能會受到不可逆地損壞。
本發明公開了一種控制電路，用於在輸出節點上産生閘極驅動信號，以驅動電源開關的閘極端，閘極端控制電源開關的第一和第二電源端之間的電流流動，該控制電路包括：配置一個第一閘極驅動電路，接收輸入控制信號，産生第一輸出信號，作爲閘極驅動信號，根據輸入控制信號，驅動電源開關的閘極端完全接通和斷開電源開關，第一輸出信號具有第一閘極電壓值，驅動電源開關的閘極端完全接通電源開關；配置一個保護電路，在電源開關的第一電源端接收第一電壓，産生故障檢測指示信號，根據第一電壓超過預定義的電壓電平，保護電路生效故障檢測指示信號；配置一個第二閘極驅動電路，接收故障檢測指示信號，産生第二輸出信號，作爲閘極驅動信號，根據故障檢測指示信號，驅動電源開關的閘極端，第二閘極驅動電路包括一個耦合到輸出節點上的阻抗分壓電路，産生第二輸出信號，具有緩慢的生效瞬變，峰值電壓值箝位在第二閘極電壓值，第二閘極電壓值大於電源開關裝置的閾值電壓，小於第一閘極電壓值，其中根據生效的故障檢測指示信號，第二閘極驅動電路生效第二輸出信號，在第二閘極電壓值下，接通電源開關預定義的時間段。
其中，保護電路包括一個具有設置電壓電平和複位電壓電平的滯後過電壓檢測電路，設置電壓電平高於複位電壓電平，根據第一電壓處於或高於設置電壓電平，滯後過電壓檢測電路生效故障檢測指示信號，根據第一電壓處於或低於複位電壓電平，失效故障檢測指示信號。
其中，根據滯後過電壓檢測電路生效故障檢測指示信號，第二閘極驅動電路在第一時間段之後生效第二輸出信號。
其中，第二閘極驅動電路生效第二輸出信號，根據生效的故障檢測指示信號較短的時間段和預定義的固定時間段，接通第二閘極電壓值下的電源開關。
其中，根據生效的輸入控制信號，停用保護電路，接通電源開關，在輸入控制信號失效之後，啓用保護電路第二個時間段，以斷開電源開關。
其中，根據生效的故障檢測指示信號，停用第一閘極驅動電路。
其中，第一閘極驅動電路包括第一電晶體、第一阻抗、第二阻抗、串聯在正電壓源電壓和接地電壓之間的第二電晶體、第一阻抗和第二阻抗之間的公共節點作爲輸出節點；以及第二閘極驅動電路包括第三電晶體、第三阻抗、第四阻抗、串聯在正電壓源電壓和接地電壓之間的第四電晶體、第三阻抗和第四阻抗之間的公共節點作爲輸出節點，其中第一閘極驅動電路接通第一電晶體，斷開第二電晶體，生效第一輸出信號，完全接通電源開關，並且第一閘極驅動電路斷開第一電晶體，接通第二電晶體，生效第一輸出信號，完全斷開電源開關；並且其中根據生效的故障檢測指示信號，第二閘極驅動電路接通第三電晶體和第四電晶體，生效第二閘極電壓值下的第二輸出信號，接通電源開關。
其中，第二輸出信號具有緩慢的生效瞬變，因此根據第三電晶體和第四電晶體接通後，第三阻抗和第四阻抗構成阻抗分壓器。
其中，第二輸出信號箝位在第二閘極電壓值，因此根據第三電晶體和第四電晶體接通後，第三阻抗和第四阻抗構成阻抗分壓器，第二閘極電壓值分割正電壓源電壓的電壓，作爲第三阻抗和第四阻抗的函數。
其中，根據生效的故障檢測指示信號，第一閘極驅動電路斷開第二電晶體，第二閘極驅動電路接通第三電晶體和第四電晶體。
其中，根據失效的故障檢測指示信號或固定時間段過期，第二閘極驅動電路斷開第三電晶體和第四電晶體，第三電晶體斷開後，第四電晶體斷開第三時間段。
其中，根據第四電晶體斷開後，第一閘極驅動電路接通第二電晶體，驅動第一輸出信號至電壓電平，保持電源開關斷開。
其中，電源開關是由一個絕緣栅雙極電晶體（IGBT）器件構成。
本發明還公開了一種産生閘極驅動信號的方法，用於驅動電源開關的閘極端，閘極端控制電源開關的第一和第二電源端之間的電流流動，該方法包括：監控反饋電壓，反饋電壓表示電源開關斷開時間內，電源開關的第一和第二電源端之間的電壓；確定反饋電壓超過第一電壓電平；根據確定情况，在斷開時間內停用驅動電源開關閘極端的常用閘極驅動信號；根據確定情况，啓用保護閘極驅動信號；
産生箝位閘極驅動信號，具有箝位閘極驅動電壓值，並使用箝位閘極驅動信號接通電源開關；監控反饋電壓，確定反饋電壓是否降至第二電壓電平以下，第二電壓電平低於第一電壓電平；根據確定反饋電壓已降至第二電壓電平以下，停用箝位閘極驅動信號，放電電源開關的閘極端；啓用常用閘極驅動信號；並且繼續監控反饋電壓，反饋電壓表示電源開關斷開時間內，電源開關的第一和第二電源端之間的電壓。
其中，還包括：確定箝位閘極驅動信號已啓用第一時間段；根據確定情况，停用箝位閘極驅動信號，放電電源開關的閘極端。
本發明可以以各種方式實現，包括作為一個工藝；一種裝置；一個系統；和/或一種物質合成物。在本說明書中，這些實現方式或本發明可能採用的任意一種其他方式，都可以稱為技術。一般來說，可以在本發明的範圍內變換所述工藝步驟的順序。
本發明的一個或多個實施例的詳細說明以及附圖解釋了本發明的原理。雖然，本發明與該等實施例一起提出，但是本發明的範圍並不局限於任何實施例。本發明的範圍僅由權利要求書限定，本發明包含多種可選方案、修正以及等效方案。在以下說明中，所提出的各種具體細節用於全面理解本發明。這些細節用於解釋說明，無需這些詳細細節中的部分細節或全部細節，依據權利要求書，就可以實現本發明。為了條理清晰，本發明相關技術領域中眾所周知的技術材料並沒有詳細說明，以免對本發明產生不必要的混淆。
在本發明的實施例中，用於驅動電源開關的控制器引入一個保護電路，以便發生過電壓或電源浪湧等故障時，保護電源開關。保護電路包括故障檢測電路和保護閘極驅動電路。配置故障檢測電路的目的是監控電源開關上的電壓，發出故障檢測指示信號，配置保護閘極驅動電路的目的是發出閘極驅動信號，在檢測到故障情況時，打開電源開關。確切地說，保護閘極驅動電路產生的閘極驅動信號具有很慢的生效渡越，在指定的閘極電壓值下箝位。在這種情況下，保護電路實現了有效嵌制電源開關的閘極端，在過電壓情況下安全地處理電源開關。
在一些實施例中，保護閘極驅動電路驅動電源開關在預定義的時間段打開，以消耗電源開關上發生故障的過電壓情況下的能量。在其他實施例中，故障檢測電路包含一個滯後的過電壓檢測電路，使用設置的電壓電平和故障檢測重置的電壓電平，設置的電壓電平高於重置的電壓電平。當電源開關上的電壓超過設置的電壓電平時，故障檢測指示信號生效，當電源開關上的電壓降至重置的電壓電平以下時，故障檢測指示信號失效。在一些實施例中，保護閘極驅動電路使閘極驅動信號生效，根據生效的工作檢測指示信號，在嵌制的閘極電壓下，打開電源開關。保護閘極驅動電路使用嵌制的閘極驅動信號，直到故障檢測指示信號失效為止或預定義的固定時間段之後，固定的時間段相當短。
在本發明的實施例中，利用控制器驅動單開關準諧振逆變器中引入的電源開關，用於感應加熱。通常使用絕緣閘雙極電晶體（IGBT）作為電源開關裝置，利用IGBT的高功率性能和高開關頻率操作，配置單開關準諧振逆變器。本發明所述的保護電路配置一個主動閘極保護體系，保護電源開關，可以有效地保護準諧振逆變器電路中的IGBT，用於感應加熱。
本發明所述的保護電路與傳統的保護體系相比，實現了電源開關裝置或IGBT的多項優勢。尤其是本發明所述的保護電路配置帶有軟閘極驅動控制的主動箝位，在發生過電壓時保護電源開關裝置。發生過電壓情況時，電源開關裝置打開，閘極電壓嵌制，保護電源開關裝置的閘極端不受過電壓影響。同時，接連一次或多次打開電源開關裝置，可以消耗過量的電壓和電流。含有軟接通和軟斷開的軟閘極驅動控制，抑制了接通和斷開時電源開關裝置上電壓瞬變產生的諧振。本發明所述的保護電路實現了對電源開關裝置或IGBT進行有效地過電壓保護。
圖1表示在一些示例中，用於感應加熱的單開關準諧振逆變器的電路圖。參見圖1，單開關準諧振逆變器10包括浪湧抑制器14、橋式整流器16、濾波電路、諧振腔和電源開關裝置M0，也稱為電源開關。準諧振逆變器10接收AC輸入電壓12，耦合到浪湧抑制器14上。橋式整流器16也稱為二極管橋，將AC輸入電壓12轉換成直流（以下簡稱DC）電壓，然後通過含有輸入電容器Ci、濾波電感器Lf、濾波電容器Cf和電阻器Rs的濾波電路濾波。濾波後的DC電壓用於諧振腔，諧振腔由感應線圈Lr和電阻電容器Cr構成。感應線圈Lr連接到電源開關M0上，電源開關M0根據閘極驅動信號Vgctrl 接通和斷開。當電源開關M0接通時，沒有電流流經電源開關M0。反之，電流iLr 在感應線圈Lr和電阻電容器Cr之間循環。在本實施例中，電源開關M0為絕緣閘雙極電晶體（IGBT）。IGBT的控制器端連接到感應線圈Lr（節點20），IGBT的發射極端接地。IGBT的閘極端由閘極驅動信號Vgctrl 驅動。
實際運行時，當電源開關M0（IGBT）打開時，交流電流經感應線圈Lr，產生諧振磁場。諧振磁場在感應線圈附近的金屬蒸煮罐內感應電場。流經電阻金屬罐中的電流將產生熱量，從而加熱蒸煮罐中的食物。當電源開關M0斷開時，電流iLr 繞著感應線圈Lr和電容器Cr循環。根據閘極驅動信號Vgctrl ，電源開關M0接通和斷開，控制蒸煮罐中感應的電流量，從而控制產生的熱量。
在單開關準諧振逆變器工作時，電源開關M0（IGBT）接通和斷開。當電源開關斷開時，電源開關M0可以在電源端（節點20）經受電壓瞬變。例如，當IGBT斷開時，控制器電壓VCE （節點20）可以非常快地增大，例如對於220V的AC輸入電壓，可以高達800-1000V。在這種情況下，帶有發射極-集電極電壓的典型額定電壓值1.7kV的IGBT，可以在接通和斷開切換時處理正常的電壓瞬變。然而，IGBT可以暴露於電源浪湧事件等故障過電壓情況，這時電壓浪湧在感應線圈Lr處感應的電壓超過IGBT的額定電壓。例如，在閃電情況下，異常大的電源浪湧會引入到AC電源線上。閃電導致的電源浪湧可以將IGBT的集電極電壓驅動到2kV以上，超過IGBT的額定電壓，從而對IGBT造成損壞。因此，必須保護單開關準諧振逆變器中的電源開關或IGBT，不受過量電源浪湧等過電壓事件的影響。
此外，必須保護電源開關不受電源浪湧事件的影響，尤其是當電源開關斷開，發生電源浪湧事件時。當電源開關打開時，電源開關通過其電源端的傳導，可以消耗浪湧電壓至地。例如，當IGBT打開時，IGBT可以將電壓浪湧從集電極傳導到接地的發射極，以消耗電壓浪湧。然而，如果IGBT斷開的話，電晶體無法消耗浪湧電壓，集電極端可能會經歷超過裝置額定電壓的過量浪湧電壓，從而對電晶體造成永久損壞。
圖2表示在本發明的實施例中，含有保護電路的控制器電路的結構圖，耦合保護電路用於驅動感應加熱的單開關準諧振逆變器中的電源開關。參見圖2，圖1所示的單開關準諧振逆變器10由控制電路30驅動，以接通和斷開電源開關M0，傳導通過感應線圈Lr的交流電。在本實施例中，電源開關M0為閘極作為控制端、集電極和發射極端作為電源端的IGBT。在以下說明中，控制電路將驅動IGBT稱為電源開關M0。本說明僅用於解釋說明，不用於局限。應理解除了IGBT，還可以使用其他電源開關裝置配置電源開關M0。電源開關或電源開關裝置包括一個控制端或一個閘極端，接收控制信號或閘極驅動信號，以及一對電源端傳導電流。
在本發明的實施例中，控制電路30包括一個正常閘極驅動電路34以及由保護閘極驅動電路40和故障檢測電路50構成的保護電路。在本實施例中，故障檢測電路50配置成過電壓檢測電路，以檢測IGBT的集電極端（節點20）處的過電壓情況或過量電壓事件，或IGBT處過量的集電極至發射極電壓VCE 。
在控制電路30中，正常閘極驅動電路34接收輸入信號VIN （節點32），用於控制電源裝置M0或IGBT的接通和斷開切換週期，在準諧振逆變器處獲得所需的功率輸出。輸入信號VIN 可以是PWM信號，或者是在接通週期和斷開週期之間切換的時鐘信號。正常閘極驅動電路34在節點52處產生輸出信號，作為閘極驅動信號Vgctrl ，耦合到IGBT的閘極端（節點22）。在本實施例中，正常閘極驅動電路配置成CMOS逆變器，包括一個PMOS電晶體M1，與NMOS電晶體M2串聯在正電源電壓Vdd（節點38）和地之間。阻抗Z1耦合到PMOS電晶體M1的汲極端（節點52），阻抗Z2耦合到NMOS電晶體M2的汲極端（節點52）。PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2之間的公共節點52是正常閘極驅動電路34的輸出信號。
閘極邏輯電路36接收輸入信號VIN ，為PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2產生閘極控制信號。閘極邏輯電路36為PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2產生閘極控制信號，以便根據輸入信號VIN ，使PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2交替接通和斷開。也就是說，PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2不會同時接通。因此，隨著輸入信號VIN 在邏輯高電平和邏輯低電平之間切換時，正常閘極驅動電路34產生閘極驅動信號Vgctrl ，使IGBT接通和斷開正常運行。更確切地說，接通NMOS電晶體M2，驅動IGBT的閘極端接地，在正常操作下斷開IGBT。還可選擇，接通PMOS電晶體M1，驅動IGBT的閘極端至電源電壓Vdd，在正常操作下接通IGBT。
控制電路30包括一個保護電路，為閘極驅動電平下的電源開關M0或IGBT提供過電壓保護。保護電路配置主動閘極箝位，以及準諧振逆變器電源開關處過電壓事件的安全處理。保護電路包括過電壓檢測電路50和保護閘極驅動電路40。過電壓檢測電路50在電源開關正常運行時檢測過電壓故障情況，激活糾正措施，保護電源開關免受損壞。根據故障情況的檢測，激活保護閘極驅動電路40，產生嵌制的閘極電壓作為閘極驅動信號，使電源開關偏置，以便在對電源開關造成任何損壞之前消耗電壓浪湧。
過電壓檢測電路50在輸入節點54處接收反饋電壓VFB ，表示IGBT的集電極至發射極電壓VCE ，或電源開關M0的電源端上的電壓。在本實施例中，電阻器R6和R7構成的分壓器耦合到IGBT的集電極端（節點20），分割集電極至發射極電壓，作為反饋電壓VFB 。反饋電壓VFB （節點20）耦合到過電壓保護電路50，以檢測過電壓情況。在本發明的實施例中，過電壓檢測電路50僅在IGBT斷開時運行。也就是說，激活過電壓檢測電路50，只能在閘極驅動信號Vgctrl 驅動的IGBT完全斷開的時間內，監控集電極至發射極電壓。
當IGBT完全接通時，IGBT從集電極將電流傳導至發射極，集電極電壓（節點20）維持在飽和電壓VCE-SAT 。因此，即使存在電源浪湧，IGBT處的集電極電壓也很低，從而保護IGBT免受損壞。然而，在IGBT完全斷開的時間內，IGBT集電極端處的電源浪湧可能產生過高的集電極電壓，從而損壞IGBT。
在IGBT斷開的時間段內，過電壓檢測電路50將反饋電壓VFB （節點20）和過電壓閾值電壓值作比較，以確定在IGBT的集電極端是否發生過電壓情況。當反饋電壓VFB 超過過電壓閾值電壓值時，過電壓檢測電路50產生故障檢測指示信號。更確切地說，根據反饋電壓VFB 超過過電壓閾值電壓值，過電壓檢測電路50使故障檢測指示信號生效，根據反饋電壓VFB 低於過電壓閾值電壓值，過電壓檢測電路50使故障檢測指示信號失效。在一些實施例中，過電壓檢測電路配置成滯後過電壓檢測電路，包括一個設置電壓電平和一個用於故障過電壓情況檢測的重置電壓電平，設置的電壓電平高於重置的電壓電平。當電源開關上的電壓超過設置的電壓電平時，故障檢測指示信號生效，當電源開關上的電壓降至重置的電壓電平以下時，故障檢測指示信號失效。
為正常閘極驅動電路34和保護閘極驅動電路40提供故障檢測指示信號或表示它的信號。在正常閘極驅動電路34處，故障檢測指示信號或其等效信號，耦合到閘極邏輯電路36，當檢測到故障過電壓情況時，操作使NMOS電晶體M2失效或斷開。當過電壓檢測電路50激活時，IGBT斷開，意味著NMOS電晶體M2在正常閘極驅動電路34中被激活或接通，驅動閘極驅動信號接地，從而斷開IGBT。為了根據是否檢測到故障過電壓情況，啟動補救措施，NMOS電晶體M2應斷開或失效，從而使保護閘極驅動電路40可以被激活，驅動IGBT的閘極。在這種情況下，保護閘極驅動電路40不必過驅動NMOS電晶體M2。換言之，在正常操作下，電晶體M1和M2交替接通和斷開，驅動IGBT的閘極。然而，當檢測到過電壓情況時，在保護閘極驅動電路40啟動補救措施之前或同時，電晶體M1和M2都斷開。
也為保護閘極驅動電路40提供故障檢測指示信號或表示它的信號，以啟動補救措施，保護IGBT。在本實施例中，保護閘極驅動電路40包括一個PMOS電晶體M3，與NMOS電晶體M4串聯在正電源電壓Vdd（節點38）和地之間。在PMOS電晶體M3的汲極端（節點52）處提供阻抗Z3，在NMOS電晶體M4的汲極端（節點52）處提供阻抗Z4。PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4之間的公共節點52，為保護閘極驅動電路的輸出信號。保護閘極驅動電路40在節點52處產生輸出信號，作為閘極驅動信號Vgctrl ，耦合到IGBT的閘極端（節點22）。
由過電壓檢測電路50產生的故障檢測指示信號或表示它的信號，通過各自的時鐘控制器和閘極電壓箝位電路耦合，以控制PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4。在PMOS電晶體M3處，故障檢測指示信號或表示它的信號耦合到時鐘控制器42和閘極控制電路44上。時鐘控制器42根據故障檢測指示信號，控制PMOS電晶體M3的接通時間。確切地說，時鐘控制器42使PMOS電晶體M3接通，直到故障檢測指示信號失效為止或持續預定義的一段固定時間（也稱作“一次持續時間”），該時間比較短。在NMOS電晶體M4處，故障檢測指示信號耦合到時鐘控制器46和閘極控制電路48。時鐘控制器46根據故障檢測指示信號，控制NMOS電晶體M4的接通時間。確切地說，時鐘控制器46延遲NMOS電晶體M4的斷開生效時間，以提供IGBT的軟斷開，這將在下文中詳細說明。
在操作中，根據生效的故障檢測指示信號，正常閘極驅動電路34中的NMOS電晶體M2斷開。同時，保護閘極驅動電路40接通PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4。隨著PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4的接通，阻抗Z3和阻抗Z4在正電源電壓和地之間構成一個分壓器。Z3和Z4的分壓器產生輸出信號，作為閘極驅動信號，在輸出節點52處，成為正電源電壓Vdd的分壓電壓。確切地說，閘極驅動信號嵌制的電壓值是阻抗Z3和Z4的函數，表示為： 嵌制電壓=
因此，保護閘極驅動電路40在箝位閘極電壓值下產生輸出信號，作為閘極驅動信號Vgctrl ，驅動IGBT的閘極端。從而在發生過電壓情況時，接通IGBT，消耗集電極端（節點20）多餘的電荷。通過Z3和Z4的分壓器，驅動IGBT的閘極，逐漸接通IGBT的閘極，實現箝位閘極電壓的軟接通。在這種情況下，保護閘極驅動電路40在保護模式下接通IGBT，使電壓過沖放電。
過電壓檢測電路50繼續監控反饋電壓VFB 。當集電極至發射極電壓VCE （節點20）降至過電壓閾值電壓值或滯後檢測電路中的複位電壓電平以下時，過電壓檢測電路50使故障檢測指示信號失效。然後可以使保護閘極驅動電路40失效，在保護模式下斷開IGBT。在實際操作中，時間控制器42將先使PMOS電晶體M3上的閘極控制信號失效，釋放輸出節點52處的鉗位閘極電壓。在本發明的實施例中，保護電路利用鉗位閘極驅動信號，在過電壓情況下接通IGBT，但是IGBT的接通時間限制到固定時間所決定的最大時間段以內。在電壓過沖沒有被消耗，同時IGBT在鉗位閘極電壓下接通的情況下，故障檢測指示信號可能在一段不必要的延長時間內保持有效。不必使IGBT接通的時間過長，這樣可能會影響IGBT的可靠性。因此，保護閘極驅動電路40中的時間控制器42可以對PMOS電晶體M3的接通時間，使用最大的一次持續時間。當故障檢測指示信號失效或當固定時間段過期時，哪個更短選哪個，時間控制器42使PMOS電晶體M3的閘極控制信號失效。
PMOS電晶體M3不可用，保護閘極驅動電路40的輸出信號不再驅動至箝位閘極電壓。然而，IGBT的閘極端（節點22）必須放電至地電壓，從而斷開IGBT。因此，當故障檢測指示信號失效時，時間控制器46延遲到NMOS電晶體M4的閘極驅動信號失效。因此，當經過過電壓保護事件，PMOS電晶體M3斷開時，NMOS電晶體保持接通一段指定的延遲時間，使IGBT的閘極端（節點22）放電，從而實現箝位閘極電壓的軟斷開。一段延遲時間之後，NMOS電晶體M4電極，在正常閘極驅動電路34中的NMOS電晶體M2返回接通，在IGBT返回正常操作之前，保持IGBT的閘極端接地。
這樣配置之後，在控制電路30中的保護電路，為準諧振逆變器10中的IGBT實現了閘極驅動級別的過保護。確切地說，利用Z3和Z4的分壓器，可以在閾值電壓和米勒平坦區級別之間，精確地控制IGBT的閘極電壓。因此，接通IGBT，當發生故障過電壓情況時，使傳感線圈電流iLr 流經IGBT，使諧振電容電壓VCr 箝位在所需級別。在這種情況下，保護電路使用主動電壓驅動，安全地保護IGBT或準諧振逆變器中的電源開關，不受電壓過沖或其他過電壓情況的影響。保護電路配置軟接通和斷開操作，無需很大的瞬變就能切換IGBT。在一些實施例中，使用確保箝位閘極電壓的阻抗Z3和Z4，構成保護閘極驅動電路，不受溫度變化的影響。
圖3表示在本發明的實施例中，圖2所示控制電路結構的電路圖。參見圖3，用於驅動IGBT閘極端（節點22）的控制電路60包括一個常用閘極驅動電路66和一個保護閘極驅動電路68。控制電路60更包括一個滯後過電壓檢測電路80，用於接觸過電壓情況或在IGBT集電極端（節點20）的過電壓情況或在IGBT處過量的集電極至發射極電壓VCE 。
在控制電路60中，標準閘極驅動電路66接收輸入信號VIN （節點62），用於控制IGBT的接通和斷開切換週期，在準諧振逆變器處獲得所需的功率輸出。常用閘極驅動電路配置成CMOS逆變器，包括PMOS電晶體M1與NMOS電晶體M2串聯在正電源電壓Vdd （節點64）和地之間。阻抗Z1耦合到PMOS電晶體M1的汲極端（節點76），阻抗Z2耦合到NMOS電晶體M2的汲極端（節點76）。PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2之間的公共節點76，是常用閘極驅動電路34的輸出信號。輸入信號VIN 可以是PWM信號，或在接通時間和斷開時間之間切換的時鐘信號。常用閘極驅動電路66在節點76產生一個輸出信號，作為閘極驅動信號Vgctrl ，耦合到IGBT的閘極端（節點22）。在一些實施例中，阻抗Z5可以耦合到輸出節點76，保持IGBT的閘極接地，使閘極不由任何其他電路驅動。阻抗Z5可選，在其他實施例中可以省略。
輸入電壓VIN 耦合到NOR閘極72，產生閘極控制信號VG2 ，用於控制NMOS電晶體M2。輸入電壓VIN 還耦合到逆變器74，產生閘極控制信號VG1 ，用於控制PMOS電晶體M1。 PMOS電晶體M1和NMOS電晶體M2實質上用作CMOS逆變器，用於轉換輸入電壓VIN 的邏輯態，驅動電晶體M1和M2的閘極端。因此，當輸入電壓VIN 處於邏輯高時，PMOS電晶體M1接通，NMOS電晶體M2斷開。同時，當輸入電壓VIN 處於邏輯低時，PMOS電晶體M1斷開，NMOS電晶體M2接通。NMOS電晶體M2還由時間控制器70產生的閘極控制信號VG4 控制。輸入電壓VIN 和閘極控制信號VG4 耦合到NOR閘極72。因此，僅當輸入電壓VIN 和閘極控制信號VG4 處於邏輯低時，閘極控制信號VG2 有效（邏輯高）。否則，閘極控制信號VG2 失效（邏輯低）。閘極控制信號VG4 產生於故障檢測指示信號，這將在下文中詳細介紹。
滯後過電壓檢測電路80接收輸入節點78上的反饋電壓VFB ，表示IGBT的集電極至發射極電壓VCE 。在本實施例中，電阻器R6和R7形成的分壓器耦合到IGBT的集電極端（節點20）上，以分解集電極至發射極電壓，作為反饋電壓VFB 。反饋電壓VFB （節點24）通過輸入阻抗Z6，耦合到滯後過電壓檢測電路80上，作為過電壓監控信號OV_IN，檢測過電壓情況。輸入阻抗Z6用作反饋電壓的模擬濾波器，並且為NMOS電晶體M5提供ESD保護。在本發明的實施例中，滯後過電壓檢測電路80僅在IGBT斷開時間內工作。因此，NMOS電晶體M5耦合到輸入節點79，根據輸入電壓VIN ，啟動或失效過電壓監控信號OV_IN。更確切地說，輸入電壓VIN 耦合到時間控制器88。時間控制器88接收輸入電壓信號VIN ，產生輸出信號OV_Enable，作為延長接通時間T1的輸入電壓。OV_Enable信號為閘極控制信號VG5 ，耦合以驅動NMOS電晶體M5的閘極端。因此，當輸入電壓有效接通IGBT時，NMOS電晶體M5接通。隨著NMOS電晶體M5的接通，輸入節點79短接至地，從而使過電壓監控信號OV_IN失效。時間控制器88延長輸入電壓信號的接通時間，從而掩蓋輸入電壓VIN的高至低傳輸不受檢測操作的影響。也就是說，輸入電壓VIN 下降邊緣之後，NMOS電晶體M5保持接通一段很短的時間。換言之，輸入電壓VIN 失效後，過電壓監控信號OV_IN生效一段很短的時間，從而掩蓋渡越時間不受檢測操作的影響。在這種情況下，滯後過電壓檢測電路80被激活，僅在IGBT由閘極驅動信號Vgctrl 的驅動下完全斷開的時間內，監控IGBT的集電極至發射極電壓VCE 。
在一些實施例中，利用滯環快速響應，構成滯後過電壓檢測電路80，利用帶隙參考電壓，構成高增益比較器。滯後過電壓檢測電路80通過監控反饋電壓，可以精確地檢測過電壓情況。
在滯後過電壓檢測電路80處，過電壓監控信號OV_IN和過電壓閾值電壓值相比較，以確定IGBT的集電極端是否發生了過電壓情況。確切地說，滯後過電壓檢測電路包括一個設置電壓電平和複位電壓電平，用於故障過電壓情況檢測，設置電壓電平高於複位電壓電平。過電壓監控信號OV_IN與設置電壓電平和複位電壓電平相比較，作為閾值電壓值。滯後過電壓檢測電路80產生故障檢測指示信號OV_OUT（節點82）。當OV_監控電壓OV_IN超過設置電壓電平時，故障檢測指示信號OV_OUT有效，當V_監控電壓OV_IN降至複位電壓電平以下時，故障檢測指示信號失效。
故障檢測指示信號OV_OUT（節點82）耦合到電平轉移器84上，以調節指示信號的電壓電平。電平調節工作檢測指示信號VL （節點85）耦合到逆變器86上，以產生逆變指示信號VLB （節點87）。電平調節工作檢測指示信號VL 和逆變指示信號VLB 耦合，驅動常用閘極驅動電路66和保護閘極驅動電路68。在本實施例中，故障檢測指示信號OV_OUT為主動低信號。也就是說，故障檢測指示信號OV_OUT通常處於邏輯高電平（失效），當檢測到故障過電壓情況時，故障檢測指示信號OV_OUT傳輸至邏輯低電平（有效）。
保護閘極驅動電路68包括一個PMOS電晶體M3，與NMOS電晶體M4串聯在正電源電壓Vdd （節點64）和地之間。阻抗Z3位於PMOS電晶體M3的汲極端（節點76），阻抗Z4位於NMOS電晶體M4的汲極端（節點76）。PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4之間的公共節點76，為保護閘極驅動電路的輸出信號。保護閘極驅動電路68在節點76上產生輸出信號，作為閘極驅動信號Vgctrl ，耦合到IGBT的閘極端（節點22）。
由滯後過電壓檢測電路80產生的故障檢測指示信號或表示信號，耦合到常用閘極驅動電路66和保護閘極驅動電路68上，根據檢測到的過電壓情況，啟動補救措施。首先，逆變故障檢測指示信號VLB 耦合到時間控制器70上。失效時，逆變故障檢測指示信號VLB 處於邏輯低電平，生效時，處於邏輯低電平。時間控制器70將逆變故障檢測指示信號VLB 傳遞到輸出端，但保持延長的時間T2。也就是說，根據逆變故障檢測指示信號VLB ，時間控制器70生效時間控制信號VG4 ，當逆變故障檢測指示信號VLB 失效後，時間控制器70使閘極控制信號VG4 失效一段指定的延遲時間。閘極控制信號VG4 耦合到NOR閘極72，其輸出端驅動常用閘極驅動電路66中的NMOS電晶體M2，並且還驅動保護閘極驅動電路68中的NMOS電晶體M4。
如上所述，滯後過電壓檢測電路80只能在IGBT斷開的時間內工作。在這種情況下，輸入電壓VIN 失效（邏輯低），閘極控制信號VG2 處於邏輯高電平，驅動NMOS電晶體M2處於完全接通狀態。 NMOS電晶體M2完全接通和PMOS電晶體M1完全斷開之後，IGBT的閘極端（節點22）放電至地，在斷開時間內，保持在地電平。根據檢測到的過電壓情況，逆變故障檢測指示信號VLB 生效（邏輯高），閘極控制信號VG4 也生效（邏輯高）。因此，耦合閘極控制信號VG2 ，驅動NMOS電晶體M2傳輸到邏輯低電平，NMOS電晶體M2不可用或斷開。因此，常用閘極驅動電路66不可用，並且不再驅動IGBT。同時，閘極控制信號VG4 生效，也耦合到NMOS電晶體M4的閘極端，以接通NMOS電晶體M4。
其次，故障檢測指示信號VL 耦合到時間控制器71上。失效時，故障檢測指示信號VL 處於邏輯高電平，生效時處於邏輯低電平。時間控制器71通過一次持續時間控制，將故障檢測指示信號VL 傳遞至輸出端。也就是說，根據故障檢測指示信號VL 生效，時間控制器71生效（邏輯低）時間控制信號VG3 ，根據故障檢測指示信號VL 失效或固定時間段T3過期，哪個先發生按哪個，時間控制器71失效時間控制信號VG3 。因此，閘極控制信號VG3 將生效的最大的時間段是固定的，也稱為一次持續時間。閘極控制信號VG3 將持續生效一次持續時間或更短時間。耦合閘極控制信號VG3 ，驅動保護閘極驅動電路68中的PMOS電晶體M3的閘極端。
檢測到過電壓情況時，故障檢測指示信號VL 生效（邏輯低），閘極控制信號VG3 也生效（邏輯低）。閘極控制信號VG3 耦合到PMOS電晶體M3的閘極端，根據檢測到的過電壓情況，接通PMOS電晶體M3。PMOS電晶體M3保持接通，直到故障檢測指示信號VL 失效或一次持續時間T3過期為止。
在實際運行中，故障檢測指示信號OV_OUT生效後，常用閘極驅動電路66中的NMOS電晶體M2斷開。同時，保護閘極驅動電路68接通PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4。隨著PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4的接通，阻抗Z3和阻抗Z4在正電源電壓和接地端之間構成一個分壓器。Z3和Z4的分壓器產生輸出信號，在輸出節點76處作為閘極驅動信號，分割正電源電壓Vdd 的電壓。確切地說，閘極驅動信號所嵌制的電壓值是阻抗Z3和Z4的函數，表示為(Z4/(Z3+Z4))* Vdd 。因此，保護閘極驅動電路68在箝位的閘極電壓值下產生輸出信號，作為閘極驅動信號Vgctrl ，驅動IGBT的閘極端。因此，IGBT在過電壓情況下接通，消耗集電極端（節點20）多餘的電荷。必須注意的是，通過Z3和Z4的分壓器，驅動IGBT的閘極，逐漸接通IGBT的閘極，實現軟接通控制。在這種情況下，保護閘極驅動電路68在保護模式下接通IGBT，對電壓過沖放電。
在一些實施例中，阻抗Z3和Z4之比為0.55。IGBT所用的箝位閘極電壓約為電壓源電壓Vdd 的一半。因此，保護電路可以迅速激活保護閘極驅動電路68，以嵌制IGBT的閘極電壓。在一個示例中，AC輸入端的電源過沖峰值可以取為15μs，以便達到準諧振逆變器電路中IGBT的集電極端。然而，在500ns-電源過沖的峰值達到集電極端之前的很長時間內，本發明所述的保護電路可以嵌制IGBT的閘極電壓。在這種情況下，當峰值過沖電壓到達集電極端，IGBT可以安全消耗電源過沖，而不會損壞IGBT時，IGBT接通。
滯後過電壓檢測電路80繼續監控反饋電壓FVB 。當集電極至發射極電壓VCE （節點20）降至複位電壓電平以下時，過電壓檢測電路80失效故障檢測指示信號OV_OUT。然後，保護閘極驅動電路68可以停用，在保護模式下斷開IGBT。在實際運行中，當故障檢測指示信號VL 失效（邏輯高）或當固定時間段過期時，哪個更短按哪個，時間控制器71失效PMOS電晶體M3的閘極控制信號VG3 。從而釋放輸出節點76處的箝位閘極電壓。同時，逆變故障檢測指示信號VLB 失效（邏輯低）之後，時間控制器70失效閘極控制信號VG4 持續一段滯後的時間段T2。PMOS電晶體M3斷開之後，NMOS電晶體M4保持接通，以便IGBT的閘極端（節點22）放電，斷開IGBT。延遲時間段T2之後，NMOS電晶體M4斷開，常用閘極驅動電路34中的NMOS電晶體M2返回接通，在IGBT回到正常操作之前，保持IGBT的閘極端接地。
在本發明的實施例中，本發明所述的保護電路為閘極驅動信號（節點22）產生可以精確控制的箝位閘極電壓，避免了傳統的穩壓二極管箝位方法中常見的電壓過沖問題。另外，箝位閘極電壓在溫度和製備工藝變化時，也可以精確地控制。在一些實施例中，阻抗Z3和Z4是利用多晶矽電阻器製成的。
圖4表示在一些示例中，圖3所示的控制電路運行的時序圖。參見圖4，輸入信號VIN （曲線102）為PWM信號，通過電感線圈，接通和斷開IGBT，交替傳導電流。時間控制器88產生閘極控制信號OV_Enable（104），驅動NMOS電晶體M5啟用或停用過電壓監控。確切地說，OV_Enable信號延長一段時間T1，超過輸入信號VIN 的失效，以掩蓋輸入信號的高至低瞬變不受過電壓監控的影響。在正常運行時，IGBT的閘極電壓Vgctrl （曲線110）在接地端和電壓源電壓Vdd之間切換，以接通和斷開IGBT。同時，集電極電流iC （曲線108）在IGBT接通時間內線性增大，然後在IGBT的斷開時間內降至零。在正常運行時，電晶體M1和M2的閘極控制信號（曲線112和114）在IGBT的接通時間內具有邏輯低電平，在IGBT的斷開時間內具有邏輯高電平。在正常運行時，電晶體M3的閘極控制信號（曲線116）處於邏輯高電平，而電晶體M4的閘極控制信號（曲線118）處於邏輯低電平，以停用保護閘極驅動電路。
在IGBT接通的時間內，集電極至發射極電壓VCE （曲線106）驅動至集電極-發射極飽和電壓VCE-SAT 。然而，當IGBT斷開時，集電極電壓可以增長到很大的電壓值，例如600V。IGBT通常具有額定電壓1.7kV，在IGBT正常運行時，可以承受正常的集電極電壓過沖。
在IGBT斷開時以及掩蓋輸入電壓VIN 接通至斷開瞬變的延遲時間T1之後，滯後過電壓檢測電路監控IGBT的集電極電壓VCE 。在時間t1時，特定的功率過沖事件使集電極電壓VCE 超過滯後過電壓檢測電路的設置電壓電平。滯後過電壓檢測電路生效故障檢測指示信號。在一個極短的時間內，例如時間t1內，啟動補救措施。電晶體M2的閘極控制信號通用（邏輯低），斷開電晶體M2。電晶體M3的閘極控制信號啟用（邏輯低），接通電晶體M3，同時電晶體M4的閘極控制信號啟用（邏輯高），接通電晶體M4。由於電晶體M3和M4都接通，IGBT的閘極電壓升高到由Z3/Z4分壓器限定的箝位閘極電壓值。通過箝位閘極電壓，接通IGBT，傳導集電極電流iC ，消耗功率過沖。從而使集電極電壓VCE 降低。
在時間t2時，集電極電壓VCE 降至滯後過電壓檢測電路的複位電壓電平以下。在一個示例中，複位電壓電平對應1.2kV左右的集電極電壓。滯後過電壓檢測電路失效故障檢測指示信號，電晶體M3失效（邏輯高）。電晶體M4保持接通一段時間T2，以放電IGBT的閘極電壓。在時間t3，時間T2過期時，電晶體M4斷開，電晶體M2接通，重新開始正常運行。
然後，IGBT再次接通正常運行。在下一個斷開時間內，IGBT可能經歷額外的電源過沖事件。在這種情況下，電晶體M3和M4再次接通，以消耗過沖電壓。在本示例中，在一個單獨的斷開時間內，IGBT集電極上的過沖電壓可能導致集電極電壓在設置電壓電平和複位電壓電平之間多次切換。每次當集電極電壓超過設置電壓電平時，保護閘極驅動電路啟用，每次當集電極電壓降至複位電壓電平以下時，保護閘極驅動電路停用。在這種情況下，保護閘極驅動電路可以在一個單獨的斷開時間內啟用多次，以放電功率過沖。
圖5表示在一些示例中，發生功率過沖事件時，IGBT的集電極電壓和集電極電流。首先參見圖2，保護電路的目的在於，使感應線圈Lr中引入的能量在IGBT中消耗，並嵌制電容器電壓Cr，使得集電極電壓VCE 不會超過IGBT的額定電壓。現在返回到圖5，所示的IGBT的集電極電壓VCE （曲線120）和相應的集電極電流iC （曲線122），帶有相應的設置和複位電壓電平，用在滯後過電壓檢測電路中。注意，圖5所示的設置和複位電壓電平是滯後過電壓檢測電路中所用的電壓電平。滯後過電壓檢測電路接收下降的用於檢測的集電極電壓，因此用在接觸電路中的設置和複位電壓電平是對應的下降電壓電平。
在時間t1時，功率過沖出現在IGBT的集電極端，集電極電壓增大到設置電壓電平。激活保護閘極驅動電路，在箝位電壓電平下接通IGBT。集電極電流iC 開始逐漸增大，箝位閘極電壓用於IGBT。線圈電流iLr 的電流方向改變方向。線圈電流iLr 不再是在感應線圈Lr和電容器Cr之間循環，而是流向IGBT，被IGBT消耗至地。箝位集電極電壓VCE ，不再進一步增大。在時間t2時，當電流iC 等於電流iLr ，通過的電容器Cr的放電，電壓VCE 開始下降，電壓下降斜率由集電極電流iC 和電容器Cr的電容值決定。一旦電壓VCE 在t3時達到複位電平，保護閘極驅動電路停用，集電極電流iC 被軟閘極控制斷開，實現安全地關閉。電流下降時間間隔（t3-t4）使得電壓VCE 降至複位電平以下。保護間隔在時間t4完成之後，IGBT就回歸正常運行。
圖6表示在本發明的實施例中，提供過電壓或短路保護方法的流程圖，用於準諧振逆變器電路中的電源開關裝置。參見圖6，過電壓保護方法200監控反饋電壓，反饋電壓表示電源開關（202）斷開時間內電源開關上的電壓。反饋電壓與過電壓設置電平OV_Set（204）作比較。根據反饋電壓低於OV_Set電平時，本方法繼續監控表示電源開關上電壓的反饋電壓。另一方面，根據反饋電壓大於OV_Set電平時，方法200停用常用閘極驅動信號（206）。例如，方法200斷開常用閘極驅動電路中的NMOS電晶體M2，NMOS電晶體驅動電源開關處於斷開狀態。然後，方法200啟用保護閘極驅動信號（208）。例如，保護閘極驅動電路中的PMOS電晶體M3和NMOS電晶體M4產生箝位閘極驅動信號，帶有箝位閘極電壓值（210）。箝位閘極驅動信號用於接通電源開關。箝位閘極驅動信號接通電源開關之後，方法200監控反饋電壓，確定反饋電壓是否降至複位電壓電平OV_Reset（212）以下。複位電壓電平OV_Reset低於設置電壓電平OV_Set。當反饋電壓低於複位電壓電平時，方法200停用箝位閘極驅動信號，放電電源開關閘極端（214）。方法200啟用常用閘極驅動電路（216），本方法返回監控反饋電壓，反饋電壓表示電源開關（202）斷開時間內電源開關上的電壓。
在一些實施例中，與監控反饋電壓並聯，以確定反饋電壓是否降至複位電壓電平OV_Reset（212）以下，方法200還監控利用箝位閘極驅動信號，電源開關接通的持續時間。更確切地說，方法200監控電源開關的接通時間，確定是否達到接通時間或超過最大持續時間（220）。在最大時間過期時，也稱為一次持續時間，方法200繼續斷開箝位閘極驅動信號（214），即使反饋電壓已經降至複位電壓電平OV_Reset以下。啟用常用閘極驅動電路（216）之後，方法200繼續進行，返回監控表示電源開關（202）斷開時電源開關上電壓的反饋電壓。
雖然為了表述清楚，以上內容對實施例進行了詳細介紹，但是本發明並不局限於上述細節。實施本發明還有許多可選方案。文中的實施例僅用於解釋說明，不用於局限。
(10)‧‧‧準諧振逆變器
(12)‧‧‧AC輸入電壓
(14)‧‧‧浪湧抑制器
(16)‧‧‧橋式整流器
(18)‧‧‧節點
(20)‧‧‧節點
(22)‧‧‧節點
(24)‧‧‧節點
(30)‧‧‧控制電路
(32)‧‧‧節點
(34)‧‧‧正常閘極驅動電路
(36)‧‧‧閘極邏輯電路
(38)‧‧‧節點
(40)‧‧‧保護閘極驅動電路
(42)‧‧‧時鐘控制器
(44)‧‧‧閘極控制電路
(46)‧‧‧時間控制器
(48)‧‧‧閘極控制電路
(50)‧‧‧電壓檢測電路
(52)‧‧‧節點
(54)‧‧‧輸入節點
(60)‧‧‧控制電路
(62)‧‧‧節點
(64)‧‧‧節點
(66)‧‧‧常用閘極驅動電路
(68)‧‧‧保護閘極驅動電路
(70)‧‧‧時間控制器
(71)‧‧‧時間控制器
(72)‧‧‧NOR閘極
(74)‧‧‧逆變器
(76)‧‧‧節點
(78)‧‧‧輸入節點
(79)‧‧‧輸入節點
(80)‧‧‧滯後過電壓檢測電路
(82)‧‧‧節點
(84)‧‧‧電平轉移器
(86)‧‧‧逆變器
(87)‧‧‧節點
(88)‧‧‧時間控制器
圖1表示在某些示例中，用於感應加熱的單開關準諧振逆變器的電路圖。 圖2表示在本發明的實施例中，含有保護電路的控制器電路的結構圖，耦合保護電路用於驅動感應加熱的單開關準諧振逆變器中的電源開關。 圖3表示在本發明的實施例中，圖2所示的控制器電路結構的電路圖。 圖4表示在一些示例中，圖3所示的控制器電路運行的時序圖。 圖5表示在一些示例中，電源浪湧時IGBT的控制器電壓和控制器電流。 圖6表示在本發明的實施例中，為準諧振逆變器電路中的電源開關裝置提供過電壓或過電流保護方法的流程圖。

Claims (15)

  1. 一種控制電路，用於在輸出節點上產生閘極驅動信號，以驅動電源開關的閘極端，閘極端控制電源開關的第一和第二電源端之間的電流流動，該控制電路包括： 配置一個第一閘極驅動電路，接收輸入控制信號，產生第一輸出信號，作為閘極驅動信號，根據輸入控制信號，驅動電源開關的閘極端完全接通和斷開電源開關，第一輸出信號具有第一閘極電壓值，驅動電源開關的閘極端完全接通電源開關； 配置一個保護電路，在電源開關的第一電源端接收第一電壓，產生故障檢測指示信號，根據第一電壓超過預定義的電壓電平，保護電路生效故障檢測指示信號； 配置一個第二閘極驅動電路，接收故障檢測指示信號，產生第二輸出信號，作為閘極驅動信號，根據故障檢測指示信號，驅動電源開關的閘極端，第二閘極驅動電路包括一個耦合到輸出節點上的阻抗分壓電路，產生第二輸出信號，具有緩慢的生效瞬變，峰值電壓值箝位在第二閘極電壓值，第二閘極電壓值大於電源開關裝置的閾值電壓，小於第一閘極電壓值； 其中根據生效的故障檢測指示信號，第二閘極驅動電路生效第二輸出信號，在第二閘極電壓值下，接通電源開關預定義的時間段。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中保護電路包括一個具有設置電壓電平和複位電壓電平的滯後過電壓檢測電路，設置電壓電平高於複位電壓電平，根據第一電壓處於或高於設置電壓電平，滯後過電壓檢測電路生效故障檢測指示信號，根據第一電壓處於或低於複位電壓電平，失效故障檢測指示信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的控制電路，其中根據滯後過電壓檢測電路生效故障檢測指示信號，第二閘極驅動電路在第一時間段之後生效第二輸出信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中第二閘極驅動電路生效第二輸出信號，根據生效的故障檢測指示信號較短的時間段和預定義的固定時間段，接通第二閘極電壓值下的電源開關。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中根據生效的輸入控制信號，停用保護電路，接通電源開關，在輸入控制信號失效之後，啟用保護電路第二個時間段，以斷開電源開關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中根據生效的故障檢測指示信號，停用第一閘極驅動電路。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中： 第一閘極驅動電路包括第一電晶體、第一阻抗、第二阻抗、串聯在正電壓源電壓和接地電壓之間的第二電晶體、第一阻抗和第二阻抗之間的公共節點作為輸出節點；以及 第二閘極驅動電路包括第三電晶體、第三阻抗、第四阻抗、串聯在正電壓源電壓和接地電壓之間的第四電晶體、第三阻抗和第四阻抗之間的公共節點作為輸出節點； 其中第一閘極驅動電路接通第一電晶體，斷開第二電晶體，生效第一輸出信號，完全接通電源開關，並且第一閘極驅動電路斷開第一電晶體，接通第二電晶體，生效第一輸出信號，完全斷開電源開關；並且 其中根據生效的故障檢測指示信號，第二閘極驅動電路接通第三電晶體和第四電晶體，生效第二閘極電壓值下的第二輸出信號，接通電源開關。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的控制電路，其中第二輸出信號具有緩慢的生效瞬變，因此根據第三電晶體和第四電晶體接通後，第三阻抗和第四阻抗構成阻抗分壓器。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的控制電路，其中第二輸出信號箝位在第二閘極電壓值，因此根據第三電晶體和第四電晶體接通後，第三阻抗和第四阻抗構成阻抗分壓器，第二閘極電壓值分割正電壓源電壓的電壓，作為第三阻抗和第四阻抗的函數。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的控制電路，其中根據生效的故障檢測指示信號，第一閘極驅動電路斷開第二電晶體，第二閘極驅動電路接通第三電晶體和第四電晶體。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的控制電路，其中根據失效的故障檢測指示信號或固定時間段過期，第二閘極驅動電路斷開第三電晶體和第四電晶體，第三電晶體斷開後，第四電晶體斷開第三時間段。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的控制電路，其中根據第四電晶體斷開後，第一閘極驅動電路接通第二電晶體，驅動第一輸出信號至電壓電平，保持電源開關斷開。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中電源開關是由一個絕緣閘雙極電晶體（IGBT）器件構成。
  14. 一種產生閘極驅動信號的方法，用於驅動電源開關的閘極端，閘極端控制電源開關的第一和第二電源端之間的電流流動，該方法包括： 監控反饋電壓，反饋電壓表示電源開關斷開時間內，電源開關的第一和第二電源端之間的電壓； 確定反饋電壓超過第一電壓電平； 根據確定情況，在斷開時間內停用驅動電源開關閘極端的常用閘極驅動信號； 根據確定情況，啟用保護閘極驅動信號； 產生箝位閘極驅動信號，具有箝位閘極驅動電壓值，並使用箝位閘極驅動信號接通電源開關； 監控反饋電壓，確定反饋電壓是否降至第二電壓電平以下，第二電壓電平低於第一電壓電平； 根據確定反饋電壓已降至第二電壓電平以下，停用箝位閘極驅動信號，放電電源開關的閘極端； 啟用常用閘極驅動信號；並且 繼續監控反饋電壓，反饋電壓表示電源開關斷開時間內，電源開關的第一和第二電源端之間的電壓。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的控制電路，更包括： 確定箝位閘極驅動信號已啟用第一時間段； 根據確定情況，停用箝位閘極驅動信號，放電電源開關的閘極端。
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