用于功率器件栅极驱动器的负负载电流的过电流保护的制作方法

背景技术：

1、在开关模式电源(smps)中，故障保护可以用于防止负载过电流。如果在负载处或系统中的其他地方发生短路，负载电流可能会无限增加，并且损坏系统组件。因此，系统通常被设计为受保护以防止这样的事件。否则，可能会发生不受控制的温度升高和过电压应力，无论系统是否被破坏。

2、布置在半桥中的功率晶体管可以用于驱动负载，并且更具体地用于控制流向负载的正负载电流和从负载流出的负负载电流。在大多数情况下，负载电流在正向方向上流动，使得能量被输送到负载。在某些情况下，可能会出现负负载电流开始流动的情况。对于正负载电流流动，存在正过电流保护的一些概念，而对于负负载电流，几乎没有可用的负过电流保护方案。对于同时提供正过电流保护和负过电流保护的保护方案，提供了单独的保护电路，这导致更大的面积和更高的复杂性，从而导致更高的成本。

3、此外，电流负过电流保护方案通过以下策略来提供保护：通过使高侧和低侧晶体管两者都保持截止，来对通过高侧功率晶体管的体二极管的负负载电流进行重定向。该策略的缺点是，此时相当大的负负载电流(例如，-50a)流过体二极管高侧晶体管，其上具有一定电压降(例如，0.5v)，这导致高侧晶体管的体二极管中在一定时间段内的高功率耗散(例如，在本示例中，50a*0.5v＝25w)。这会对系统的热性能产生负面影响，导致过热，并且还会对系统组件的寿命产生负面影响，因为在寿命期间，重复的负负载电流事件可能会任意地经常发生。因此，由于系统的永久热应力，寿命可能受到限制。此外，由于低侧截止通常非常快，因此由于寄生电感，低侧漏极将经历较大的过电压。这种过电压随着电流的增加而增加，并且无限电流将产生尖峰，其将达到低侧击穿电压，并且将产生电气过应力。

4、因此，需要一种在负过电流保护期间减少功率损耗的改进的系统。此外，还需要一种能够提供正过电流保护和负过电流保护两者同时减少保护电路的面积和复杂性的系统。

技术实现思路

1、一个或多个实施例提供了一种被配置为驱动负载的栅极驱动器系统，该栅极驱动器系统被配置为驱动半桥电路，该半桥电路包括高侧晶体管和低侧晶体管。该栅极驱动器系统包括：被配置为基于至少一个控制信号驱动介于开关状态之间的高侧晶体管和低侧晶体管以控制负载电流的栅极驱动器电路，其中负载电流在朝向负载流动时为正负载电流，而在远离负载流动时为负负载电流；被配置为响应于检测到负负载过电流事件而调节至少一个控制信号的控制电路，其中控制电路被配置为监测负负载过电流事件，并且响应于负载电流小于负过电流阈值而检测负负载过电流事件，并且其中响应于检测到负负载过电流事件，控制电路被配置为使低侧晶体管截止并且使高侧晶体管导通，使得负负载电流流过高侧晶体管的栅极控制的导电沟道。

2、一个或多个实施例提供了一种驱动包括第一晶体管和第二晶体管的半桥电路的方法。该方法包括：基于至少一个控制信号驱动介于开关状态之间的高侧晶体管和低侧晶体管以控制负载电流，其中负载电流在朝向负载流动时为正负载电流，而在远离负载流动时为负负载电流；监测负负载过电流事件；响应于负载电流小于负过电流阈值，检测负负载过电流事件；以及响应于检测到负负载过电流事件而调节至少一个控制信号，包括响应于检测到负负载过电流事件，使低侧晶体管截止并且使高侧晶体管导通，使得负负载电流流过高侧晶体管的栅极控制的导电沟道。

技术特征：

1.一种栅极驱动器系统，被配置为驱动负载，所述栅极驱动器系统被配置为驱动半桥电路，所述半桥电路包括高侧晶体管和低侧晶体管，所述栅极驱动器系统包括：

2.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，其中所述控制电路被配置为直接响应于检测到所述负负载过电流事件而触发所述高侧晶体管的导通。

3.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，其中响应于检测到所述负负载过电流事件，所述控制电路被配置为使所述低侧晶体管截止并且使所述高侧晶体管导通，使得所述负负载电流从流过所述低侧晶体管的栅极控制的导电沟道重定向为流过所述高侧晶体管的所述栅极控制的导电沟道。

4.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，其中所述高侧晶体管包括耦合到输入电压的负载路径端子，其中所述栅极驱动器系统被配置为将所述输入电压转换为提供给所述负载的输出电压。

5.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，还包括：

6.根据权利要求5所述的栅极驱动器系统，其中所述控制电路被配置为在所述第一比较器信号指示所述负载电流是所述正负载电流的条件下执行正负载过电流保护，并且响应于检测到正负载过电流事件或所述负负载过电流事件而调节所述至少一个控制信号。

7.根据权利要求5所述的栅极驱动器系统，其中所述测量电路被配置为生成与所述负载电流成比例的第二测量信号，并且所述栅极驱动器系统还包括：

8.根据权利要求7所述的栅极驱动器系统，其中所述第二比较器电路被配置为在正负载过电流保护期间将所述第二测量信号的值与第三阈值进行比较，以生成指示所述负载电流是否大于正过电流阈值的所述第二比较器信号。

9.根据权利要求8所述的栅极驱动器系统，还包括：

10.根据权利要求8所述的栅极驱动器系统，其中所述控制电路被配置为在所述第一比较器信号指示所述负载电流是所述正负载电流的条件下执行所述正负载过电流保护。

11.根据权利要求5所述的栅极驱动器系统，还包括：

12.根据权利要求11所述的栅极驱动器系统，其中所述第二比较器电路被配置为在正负载过电流保护期间将所述第一测量信号的值与第三阈值进行比较，以生成指示所述负载电流是否大于正过电流阈值的所述第二比较器信号。

13.根据权利要求12所述的栅极驱动器系统，还包括：

14.根据权利要求12所述的栅极驱动器系统，其中所述控制电路被配置为在所述第一比较器信号指示所述负载电流是所述正负载电流的条件下执行所述正负载过电流保护。

15.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，其中响应于检测到所述负负载过电流事件，所述控制电路被配置为在保护间隔内使所述高侧晶体管导通，所述保护间隔等于预定时间间隔的最大值。

16.根据权利要求15所述的栅极驱动器系统，其中所述至少一个控制信号包括脉宽调制pwm信号，所述pwm信号被配置为控制所述高侧晶体管和所述低侧晶体管的所述开关状态，

17.根据权利要求16所述的栅极驱动器系统，其中所述控制电路被配置为监测所述pwm信号的转变沿，并且响应于检测到所述pwm信号的所述转变沿而恢复所述pwm信号以控制所述高侧晶体管和所述低侧晶体管。

18.根据权利要求16所述的栅极驱动器系统，其中：

19.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，还包括：

20.根据权利要求19所述的栅极驱动器系统，其中：

21.根据权利要求20所述的栅极驱动器系统，其中：

22.根据权利要求1所述的栅极驱动器系统，还包括：

23.根据权利要求22所述的栅极驱动器系统，其中所述第二比较器电路包括：监测端子，在所述监测端子处存在所述第二测量信号或所述反相测量信号；以及参考端子，在所述参考端子处存在所述第二阈值或所述第三阈值，其中所述电流反相电路被配置为在所述监测端子处使电流的流反相。

24.根据权利要求22所述的栅极驱动器系统，其中当所述负载电流为所述正负载电流时，所述第二测量信号被配置为绕过所述电流反相电路，并且所述第二比较器电路被配置为接收所述第二测量信号。

25.根据权利要求22所述的栅极驱动器系统，其中当所述负载电流为所述负负载电流时，所述电流反相电路被配置为从所述第二测量信号生成所述反相测量信号，并且将所述反相测量信号提供给所述第二比较器电路。

26.根据权利要求22所述的栅极驱动器系统，其中所述第一比较器电路和所述第二比较器电路是电流比较器。

27.一种驱动半桥电路的方法，所述半桥电流包括第一晶体管和第二晶体管，所述方法包括：

技术总结
本申请涉及功率器件栅极驱动器的负负载电流的过电流保护。提供了一种用于驱动半桥电路的方法，该半桥电路包括以互补方式开关的第一晶体管和第二晶体管。该方法包括在多个截止开关事件期间生成截止电流以控制第二晶体管的栅极电压；在第二晶体管转变到截止状态的第一截止开关事件期间测量第二晶体管的晶体管参数，其中晶体管参数指示在第一晶体管转变到导通状态的对应导通开关事件期间在第一晶体管处的振荡；以及针对第二截止开关事件激活截止电流的一部分，包括基于在第一截止开关事件期间测量的测量晶体管参数来调节第二截止开关的第二部分的间隔长度。

技术研发人员：S·H·格罗斯,E·博达诺
受保护的技术使用者：英飞凌科技奥地利有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13