开关功率转换器中功率开关晶体管的早期故障的在线检测的制作方法

本申请涉及开关功率转换器，并且更具体地涉及开关功率转换器中功率开关晶体管的早期故障的在线检测。

背景技术：

1、在开关功率转换器的操作期间，控制器控制连接到电感器的功率开关晶体管的开关。例如，反激转换器中的功率开关晶体管具有连接到变压器的初级绕组的漏极端子。在反激转换器中导通功率开关晶体管之前，其漏极被充电到(或高于)初级绕组的输入电压。输入电压由交流电源整流，因此可以超过100v。硅基功率开关晶体管的相对小的带隙要求在高压环境(诸如反激转换器)中的硅基功率开关晶体管具有相对大的临界厚度，这导致导通电阻增加。为了降低传导损耗，增加硅基功率开关晶体管的尺寸是已知的。但是大尺寸会导致栅极电容增加、相关损耗和高频开关问题。另外，相对小的带隙导致相对高的泄漏电流。

2、为了解决与硅基功率开关晶体管相关联的性能问题，已经开发了具有相对高带隙功率开关晶体管的开关功率转换器(例如，gan高电子迁移率(hemt)或碳化硅装置)。但是高带隙装置的制造技术不如硅基装置的制造技术发达，这导致采用高带隙功率开关晶体管的开关功率转换器的可靠性问题。例如，功率开关晶体管的栅极在组装和搬运过程中容易受到电压尖峰的影响。然后，高带隙功率开关晶体管可能逐渐退化直至故障，导致包括高带隙开关功率转换器的电子系统的不期望的故障。

3、因此，本领域需要一种能够在线检测开关功率晶体管早期故障的开关功率转换器。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种开关功率转换器，该开关功率转换器包括：栅极驱动电路，该栅极驱动电路被配置成在用于驱动功率开关晶体管的栅极的输出端子处提供输出电压；第一比较器，该第一比较器被配置成将输出电压与第一阈值电压进行比较以提供第一比较器输出信号；第二比较器，该第二比较器被配置成将输出电压与第二阈值电压进行比较以提供第二比较器输出信号；和逻辑电路，该逻辑电路被配置成基于第一比较器输出信号和第二比较器输出信号检测功率开关晶体管的故障状况。

2、根据本公开的第二方面，提供了一种开关功率转换器方法，该方法包含以下动作：确定在栅极驱动电路使用输出电压导通功率开关晶体管的同时来自栅极驱动电路的输出电压何时超过多个阈值电压以提供多个确定；以及基于多个确定检测功率开关晶体管的故障状况。

3、根据本公开的第三方面，提供了一种开关功率转换器，该开关功率转换器包括：电感器；功率开关晶体管，该功率开关晶体管具有耦合到电感器的端子；驱动电路，该驱动电路被配置成利用驱动电压驱动功率开关晶体管的栅极以控制功率开关晶体管的循环；和故障检测电路，该故障检测电路被配置成将驱动电压与多个阈值电压进行比较以检测功率开关晶体管的故障状况。

4、在阅读下文的具体实施方式时，本发明的这些和其它方面将得到更全面地理解。在结合附图查看下文对具体的示例性实施方案的描述后，其它方面、特征和实施方案对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

5、虽然可以相对于下文的某些实施方案和附图讨论特征，但是所有实施方案可以包含一个或多个本文讨论的有利特征。换句话说，虽然可以将一个或多个实施方案讨论为具有某些有利特征，但是还可以根据本文讨论的各种实施方案来使用此类特征中的一个或多个特征。以类似的方式，虽然在下文示例性实施方案可以被讨论为装置、系统或方法实施方案，但应理解，此类示例性实施方案可以在各种装置、系统和方法中实现。

技术特征：

1.一种开关功率转换器，包括：

2.根据权利要求1所述的开关功率转换器，进一步包括：

3.根据权利要求2所述的开关功率转换器，其中所述第三阈值电压大于所述第二阈值电压，并且其中所述第二阈值电压大于所述第一阈值电压。

4.根据权利要求2所述的开关功率转换器，其中所述逻辑电路被配置成检测：

5.根据权利要求4所述的开关功率转换器，其中所述逻辑电路被进一步配置成基于以下中的至少一者检测所述功率开关晶体管的所述故障状况：

6.根据权利要求5所述的开关功率转换器，其中所述开关功率转换器进一步包括存储器，所述存储器用于存储所述第一周期的所述预期持续时间，所述第二周期的所述预期持续时间和所述第三周期的所述预期持续时间。

7.根据权利要求6所述的开关功率转换器，其中所述逻辑电路被进一步配置成：

8.根据权利要求7所述的开关功率转换器，进一步包括：

9.根据权利要求4所述的开关功率转换器，进一步包括：

10.根据权利要求9所述的开关功率转换器，其中所述泄漏检测电路包括：

11.一种开关功率转换器方法，包括：

12.根据权利要求11所述的开关功率转换器方法，进一步包括：

13.根据权利要求12所述的开关功率转换器方法，其中确定在所述栅极驱动电路使用所述输出电压导通所述功率开关晶体管的同时来自所述栅极驱动电路的所述输出电压何时超过多个阈值电压包括：

14.根据权利要求13所述的开关功率转换器方法，其中确定在所述栅极驱动电路使用所述输出电压导通所述功率开关晶体管的同时来自所述栅极驱动电路的所述输出电压何时超过多个阈值电压进一步包括：

15.根据权利要求14所述的开关功率转换器方法，基于所述多个确定检测所述功率开关晶体管的所述故障状况是基于以下中的至少一者的：

16.一种开关功率转换器，包括：

17.根据权利要求16所述的开关功率转换器，其中所述电感器是变压器的初级绕组，并且其中所述功率开关晶体管是高带隙功率开关晶体管。

18.根据权利要求16所述的开关功率转换器，进一步包括：

19.根据权利要求18所述的开关功率转换器，其中所述泄漏检测电路包括：

20.根据权利要求19所述的开关功率转换器，其中所述电阻器是可变电阻器。

技术总结
本发明提供了一种用于功率开关转换器中的功率开关晶体管的故障检测电路，该故障检测电路将用于驱动该功率开关晶体管的栅极的驱动电压与多个阈值进行比较。基于该驱动电压超过该多个阈值中的每个阈值时，逻辑电路确定该功率开关晶体管是否存在故障状况。

技术研发人员：刘文铎
受保护的技术使用者：戴洛格半导体公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13