一种dv/dt检测与保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种DV/DT检测装置，尤其涉及一种DV/DT检测与保护装置，属于 智能功率驱动模块的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电子电力技术的不断进步，高压栅极驱动电路以及智能功率模块（将高压栅 极驱动电路以及功率器件合封在一起的功率驱动模块）在马达、自动化、电源系统等多个 领域发挥着越来越重要的作用。
[0003] 高压半桥拓扑是高压栅极驱动电路最典型应用场景。高压栅极驱动电路、高侧功 率器件（M0S或者IGBT)、低侧功率器件一起组成半桥驱动拓扑。如图1所示，栅极驱动电路 按照工作电源电压分主要包括高侧驱动电路和低侧驱动电路，其中高侧驱动电路的输出HO 控制高侧MOSFET Ml的开关，而低侧驱动电路的输出LO控制低侧MOSFET M2的开关。通过 自举二极管Dbs和自举电容Cbs组成的自举浮动电源用来给高侧驱动电路提供电源。因此 高侧驱动电路的浮动地VS随着功率器件的开关状态而变化。如图2所示，HO由低变为高 时，LO输出低，高侧MOSFET Ml导通，半桥驱动系统的输出节点VS从地电位以DV/DT速率切 换至功率电源电压。为了提高半桥系统的效率，降低功率器件在开关过程中的功耗，需要让 功率器件以更快的速度切换。但是VS以DV/DT速率变化会存在两方面不好的机制：一是当 VS以DV/DT的速率变化，寄生电容Cds上会流过位移电流（Idl)，该电流会在栅极驱动电路 的输出阻抗或者电容Cgs上产生压降，如果该压降超过了 MOSFET的阈值，就会引起MOSFET 的误导通；二是当VS以DV/DT的速率变化，寄生电容Cdb上同样会流过位移电流（Id2)，该 电流在寄生电阻Rb上产生的压降如果大于寄生三极管NPN的开启电压，同样会引起NPN的 导通，进而触发大电流。如果VS的变化速率DV/DT超过了限定的范围，上述两种机制都会 引起低侧MOSFET M2误导通从而引起高低侧MOSFET的直通或者引起M2的闩锁，进而对M2 造成永久性的毁坏。如何让功率器件以更安全的DV/DT开关速率工作，现有技术主要通过 外围分立器件来调整栅极驱动电路的输出驱动能力，进而调整DV/DT。
[0004] 但是这种方式增加了使用成本，且不太利于应用印刷电路板（PCB)的布局，容易 增加各种寄生干扰因素；另外这种方式不适用于对全集成的智能功率模块，无法有效方便 地调整DV/DT，从而对功率器件起到保护作用。
【发明内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种DV/DT检测 与保护装置，解决现有技术通过外围分立器件来调整栅极驱动电路的输出驱动能力，不适 用于对全集成的智能功率模块，无法有效方便地调整DV/DT的问题。
[0006] 本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007] 一种DV/DT检测与保护装置，包括：
[0008] DV/DT检测电路，用于检测DV/DT的电压变化量；该电路包括若干个高压MOS管、 电阻、箝位二极管及寄生电容，其中高压MOS管的栅端接入输入信号，该高压MOS管的漏 端连接电阻且源端接公共地；所述电阻的两端连接箝位二极管；所述寄生电容连接于高压 MOS管的漏端和源端之间；
[0009] DV/DT比较电路，与DV/DT检测电路相连，用于根据所述电压变化量确定电压变化 量所属DV/DT级别，及根据DV/DT级别配置用于控制输出驱动调整电路工作模式的信号；
[0010] 输出驱动调整电路，与DV/DT比较电路相连，用于根据控制信号配置工作模式及 输出驱动能力。
[0011] 进一步地，作为本实用新型的一种优选技术方案：所述DV/DT比较电路包括若干 个比较电平及与之连接的窗口比较器。
[0012] 进一步地，作为本实用新型的一种优选技术方案：所述输出驱动调整电路包括用 于充电的第一输出驱动管和用于放电的第二输出驱动管，以及连接于所述两个输出驱动管 之间的驱动调整单元；所述驱动调整单元包括若干组开关电路，且所述开关电路的数量与 控制信号数量对应。
[0013] 进一步地，作为本实用新型的一种优选技术方案：所述若干组开关电路之间串联， 每个开关电路由电阻和与电阻并联的开关管组成。
[0014] 进一步地，作为本实用新型的一种优选技术方案：所述若干组开关电路之间并联， 且每个开关电路由逻辑门电路及被逻辑门电路控制的第三输出驱动管组成。
[0015] 进一步地，作为本实用新型的一种优选技术方案：所述DV/DT检测电路检测包括 第一及第二高压MOS管、第一及第二电阻、第一及第二箝位二极管、第一及第二寄生电容， 其中第一高压MOS管的栅端接入第一输入信号，该第一高压MOS管的漏端连接第一电阻且 源端接公共地；所述第一电阻的两端连接第一箝位二极管；所述第一寄生电容连接于第一 高压MOS管的漏端和源端之间；所述第二高压MOS管的栅端接入第二输入信号，该第二高压 MOS管的漏端连接第二电阻且源端接公共地；所述第二电阻的两端连接第二箝位二极管； 所述第二寄生电容连接于第二高压MOS管的漏端和源端之间。
[0016] 本实用新型采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
[0017] (1)本实用新型所提供的DV/DT检测与保护装置，通过自动检测功率器件开关过 程中的DV/DT，当DV/DT超过设定的阈值时，驱动电路会自动调整输出驱动能力，使功率器 件工作在合理安全的DV/DT范围；电路实现方式简单，可靠性和集成度高，不需要额外的外 围器件，适用于桥式电路、智能功率模块等各种应用。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0019] 图1为现有技术中半桥驱动拓扑结构。
[0020] 图2为现有技术中DV/DT引起的MOSFET失效机制。
[0021] 图3为本实用新型的DV/DT检测与保护装置的结构示意图。
[0022] 图4为本实用新型中DV/DT比较电路的结构示意图。
[0023] 图5(a)为本实用新型中DV/DT比较电路的正常电平转换过程工作波形；图5(b) 为本实用新型中DV/DT比较电路的DV/DT较小过程工作波形；图5(c)为本实用新型中DV/ DT比较电路的DV/DT较大过程工作波形。
[0024] 图6为本实用新型中DV/DT比较电路的判定示意图。
[0025] 图7为本实用新型中输出驱动调整电路的实施方式1的示意图。
[0026] 图8为本实用新型中输出驱动调整电路的实施方式2的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅 仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域 普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型 保护的范围。
[0028] 本实用新型提供的DV/DT检测与保护的装置，包括DV/DT检测电路、DV/DT比较电 路以及输出驱动调整电路；其中DV/DT检测电路包括若干个高压MOS管、电阻、箝位二极管 及寄生电容。在本实施例中，如图3所示，DV/DT检测电路包括第一及第二高压MOS管，第一 及第二电阻，第一及第二箝位二极管，以及第一及第二寄生电容；所述第一高压MOS管MA1， 其栅端接输入信号IN1，漏端接第一电阻R1，第一电阻Rl的另一端接浮动电源VB ;第一高 压MOS管MAl的源端接公共地VSS，第一电阻Rl的两端接第一箝位二极管Dl ;对于第二高 压MOS管M2,其栅端接输入信号IN2,漏端接第二电阻R2,第二电阻R2的另一端接浮动电 源VB ;第二高压MOS管MA2的源端接公共地VSS，第二电阻R2的两端接第二箝位二极管D2。 且第一寄生电容Cpar 1连接于第一高压MOS管MAl的漏端和源端之间，第二寄生电容Cpar2 连接于第二高压MOS管MA2的漏端和源端之间；该检测电路还实现了高压电平转换功能，将 低电压域的输入INl和IN2转换为高电压域的信号。检测电路是检测DV/DT而引起的寄生 电容的位移电流在电阻上的电压变化获得电压变化量。
[0029] 第一高压MOS管MAl和第二高压MOS管MA2的漏端检测到电压变化量送到DV/DT 比较电路与内部的基准窗口比较，并输出至少一位的控制信号配置输出驱动调整电路的工 作模式，来调整输出驱动能力。输出驱动调整电路，根据控制信号调整及输出不同工作模式 下的驱动能力，以确保功率器件工作在安全DV/DT范围内。
[0030] 在本实施例中，还给出了装置中DV/DT比较电路的具体实施实例，如图4所示，包 括了一个比较电平Vref，窗口比较器Compl和Comp2,两个比较器的反相输入端都与比较电 平Vref相连接，两个窗口比较器的正相输入端分别接高压电平转换电路的输出节点A和 B，两个窗口比较器的输出CA和CB与或非门Norl的两个输入端相连接，Norl的输出端接 RS-Latch的S端，RS-Latch的R端接复位信号UVLO。其工作过程如下，当高侧MOSFET导通 时，半桥电路的输出节点VS会以DV/DT的速率变化。因为高侧驱动电路采样自举电容Cbs 提供浮动电源，当VS以DV/DT的速率变化，高侧驱动电路的电源VB也会以DV/DT的速率跟 随变化。此时，由于VB的DV/DT变化，会在高压电平转换电路中第一高压MOS管Ml和第二 高压MOS管M2的第一寄生电容Cparl和第二寄生电容Cpar2上分别产生位移电流。该电 流会流过高压电平转换电路中的第一电阻Rl和第二电阻R2,在两个电阻上产生压降等于 .RJ.(2)、11 Csi5:r i(2)第一电阻Rl和第二电阻R2,第一高压MOS管MAl和第二高压MOS管 .、猶 ' -0， MA2都尽可能地匹配。所以如果浮动电源VB上有DV/DT的电压变化时