功率开关器件保护电路、电源模组的控制电路和电源模组的制作方法

1.本发明属于功率开关器件的保护领域，具体涉及一种功率开关器件的功率开关器件保护电路、电源模组的控制电路和电子模组。


背景技术：

2.在功率电路的开发过程，功率开关管(后续称为功率开关器件)的应用及保护越来越广泛。功率开关器件一般能承受几个微秒之内的短路电流，有些igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)甚至可承受高达10us的短路时间，超过该时间就容易损坏。因此，在一些电路设计时，会进行一些短路耐受设计，即，电路在其额定运行时输出端发生的短路，均不应对设备及其部件产生不可接受的热和任何损害。短路消除以后，应不用更换任何元件或采取任何措施(如开关操作)，设备便能重新运行。在较长时间的运行中如果电流超过功率开关器件的限值，也会因为发热而损坏。为避免出现过流损坏，通常采取负载电路中串联取样电阻对电流大小取样，然后判断过流后立即关闭门极触发，并且取样的信号没有调节功能。在电子电路设计时，经常会考虑是选择mos管还是igbt作为功率开关器件。一般来说，mos管优点是高频特性好，可以工作频率可以达到几百khz、上mhz，缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大；而igbt在低频及较大功率场合下表现卓越，其导通电阻小，耐压高。
3.但是，功率开关器件的电路设计时普遍存在以下问题：
4.首先，如果负载本身呈容性，或浪涌电流导致功率开关器件导通瞬间电流超过设定值就即刻关闭功率开关器件，势必影响正常工作。特别是脉宽很窄、电流很大时，容易造成电路损坏。
5.其次，功率开关器件的通断随取样值在门极阈值上下浮动而变化，导致功率开关器件在本该导通期间内关断多次，负载端的电压波形上会有很多毛刺，对电压输出要求高的场合产生很多干扰，降低电源品质。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供功率开关器件保护电路、电源模组的控制电路和电源模组，以避开功率开关器件关闭或导通瞬间电流超过设定值就即可关闭功率开关器件的情况，即避开功率开关器件关闭或导通的瞬间过流引起的保护。
7.下面从不同的方面介绍本技术，应理解的是，下面的不同方面的实施方式和有益效果可以互相参考。
8.在第一方面，本发明公开了一种功率开关器件保护电路，包括：pwm发生电路、取样电路和功率开关器件开关调节电路，其中：
9.pwm发生电路，该pwm发生电路的输出端连接功率开关器件；
10.取样电路：用于输入功率开关器件的电流并输出一取样电压；
11.功率开关器件开关调节电路：分别连接pwm发生电路的输出端和取样电路的输出
端，根据取样电路输出的电压进行调整，控制pwm发生电路流经功率开关器件开关调节电路的电压值，以调整pwm发生电路输出至功率开关器件的驱动信号时间，进而控制功率开关器件导通/关闭不同工作状态时的瞬时保护时间，以此来避开功率开关器件在其短路能力范围内的瞬时过流引起的保护。
12.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，本电路还包括放大电路，连接取样电路的输出端及功率开关器件开关调节电路的输入端，用于对取样电压进行同相比例放大，然后将放大的电压输出。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，功率开关器件开关调节电路进一步包括第一开关和充电子电路，其中：
14.第一开关：一端连接pwm发生电路的输出端，一端连接充电子电路的输出端；
15.充电子电路：其输入端连接放大电路的输出，其输出端连接第一开关，用于当功率开关器件流过的电流超过设定值时，经过放大电路调整后得到一电压，该电压通过充电子电路进行充电，当该电压充到第一开关导通时，pwm发生电路的输出端与地导通，导致pwm发生电路提供给功率开关器件的电压降低，以使功率开关器件关断。
16.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，充电子电路的充电时间为功率开关器件启动导通的导通保护时间，导通保护时间应小于功率开关器件的最大短路耐受时间。
17.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，功率开关器件开关调节电路进一步还包括放电子电路，用于通过放电子电路的放电来控制第一开关两端电压，由此控制pwm发生电路提供给功率开关器件的开关驱动电压上升放电子电路的放电时间为功率开关器件启动导通的关断保护时间；
18.功率开关器件关断后，流过功率开关器件的电流降低，取样电压随之降低，经过放大电路的电压也随之降低，通过放电子电路放电控制第一开关的两端电压降低量及降低时间，以此控制功率开关器件维持延时保护时间后再导通。
19.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一开关为三级管q2，充电子电路和放电子电路为一充放电子电路，充放电子电路进一步包括电阻rb1、rb2、电容c2和电阻rbe1，电阻rb1、rb2、电容c2和电阻rbe1构成充电子电路，电阻rb2的一端分别连接取样电路的输出端和电容c2，电阻rbe1的一端连接三级管q2的基极，另一端连接电阻rb2的一端，，电容c2的一端连接电阻rb1和rb2的公共端，另一端接地，三级管q2的发射极接地，集电极连接pwm发生电路的输出。
20.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，充放电子电路还包括允许放大电路与功率开关器件开关调节电路单向导通的二极管d2，d2与电阻rb2串联，其一端连接放大电路的输出端，另一端分别连接电容c2和电阻rb1，充电时间常数为关闭保护时间与充电时间常数相关。
21.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，充放电子电路还包括二极管d3，一端连接地，另一端连接三极管q2的基极，电容c2、电阻rb1、电阻rbe1、形成放电回路，当电容c2放电时，d2反向截止，单向可控硅d3保护三极管q2的发射极，当回路中有反向过冲电压时，单向可控硅d3正向导通，使三极管q2发射极两端的过冲电压钳位在预设伏内，防止因反向电压过大而损坏三极管q2。
22.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，放电时间常数为τ、＝(rb1+rbe1)*c2，启动功率开关器件关闭的关断保护时间与放电时间常数相关。
23.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，取样电路包括具有初级侧线圈和次级侧线圈的脉冲变压器，初级侧线圈穿过磁芯，次级侧线圈绕制在环形磁芯上，次级侧线圈的两端连接放大电路形成的放大回路上，初级侧线圈的两端连接在功率开关器件源极和地形成的取样电流回路。
24.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，放大电路进一步包括放大器，放大器的正输入端和负输入端分别连接取样电路的两端。
25.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，放大电路进一步还包括电位器rt，电位器rt的一端连接放大器的负输入端，另一端连接放大器的输出端，放大电路的放大倍数通过调节电位器rt来进行调整。
26.在第二方面，本发明提供了一种电源模组的控制电路，电源模块用于接收输入电源提供的输入电压，并提供输出电压为负载供电，控制电路是通过功率开关器件控制给负载供电电压幅度，其进一步包括pwm发生电路、取样电路、放大电路和控制单元，其中：
27.取样电路：用于输入流过功率开关器件的电流并输出一取样电压；
28.控制单元：分别连接pwm发生电路的输出端和取样电路的输出端，根据取样电路输出的电压进行调整，调整pwm发生电路输出至功率开关器件的驱动信号时间，进而控制功率开关器件导通/关闭不同工作状态时的瞬时保护时间，以此来避开功率开关器件在其短路能力范围内的瞬时过流引起的保护。
29.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，本控制电路还包括放大电路，连接取样电路的输出端及功率开关器件开关调节电路的输入端，用于对取样电压进行同相比例放大，然后将放大的电压输出。
30.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，控制单元被配置功率开关器件启动导通的关断延迟时间和功率开关器件截止的导通延迟时间，并且功率开关器件启动导通的关闭延迟时间应小于功率开关器件的最大短路耐受时间。
31.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，控制单元进一步包括第一开关和充电子电路，其中：
32.第一开关：一端连接pwm发生电路的输出端，一端连接充电子电路的输出端；
33.充电子电路：其输入端连接放大电路的输出，其输出端连接第一开关，当功率开关器件流过的电流超过设定值时，经过放大电路调整后得到一电压，该电压通过充电子电路进行充电，当该电压充到第一开关导通时，pwm发生电路的输出端与地导通，pwm发生电路提供给功率开关器件的电压降低，以使功率开关器件关断。
34.充电子电路的充电时间为功率开关器件启动关闭的关闭延迟时间，延迟时间应小于功率开关器件的最大短路耐受时间。
35.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，，控制单元进一步还包括放电子电路，用于通过放电子电路的放电来控制第一开关两端电压的上升，以控制pwm发生电路提供给功率开关器件的驱动电压的上升，放电子电路的放电时间为功率开关器件启动导通的导通延迟时间；
36.功率开关器件关断后，流过功率开关器件的电流降低，取样电压随之降低，经过放
大电路的电压也随之降低，通过放电子电路放电控制电阻rg电流的降低量及时间，以此控制功率开关器件维持关断延迟时间后再导通。
37.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，放大电路进一步包括放大器和电位器rt，放大器的正输入端和负输入端分别连接取样电路的两端，电位器rt的一端连接放大器的负输入端，另一端连接放大器的输出端，控制电路控制调节电位器rt来进行调整放大电路的放大倍数。
38.在第三方面，本发明提供一种电源模组，用于接收输入电源提供的输入电压，并提供输出电压为负载供电，其特征在于，包括：
39.直流电提供装置，用于提供直流电压；
40.用于通过功率开关器件控制给负载供电电压幅度的控制电路，其进一步包括pwm发生电路、取样电路、放大电路和控制单元，其中：
41.pwm发生电路，pwm发生电路的输出端分别连接功率开关器件和功率开关器件开关调节电路，用于提供功率开关器件开关信号；
42.取样电路：用于对流过功率开关器件的电流形成一取样电压；
43.放大电路：用于对取样电压进行同相比例放大，然后将放大的电压输出；
44.控制单元：分别连接pwm发生电路的输出端和放大电路的输出端，根据放大电路输出的电压进行调整，调整pwm发生电路输出至功率开关器件的驱动信号时间，进而控制功率开关器件导通/关闭不同工作状态时的瞬时保护时间，以此来避开功率开关器件在其短路能力范围内的瞬时过流引起的保护；
45.变压器，连接功率开关器件和负载，用于通过控制电路控制功率开关器件的通断来产生脉冲电压，给负载提供所需电压。
46.一种电子设备，包括第二方面的功率开关器件保护电路或第三方面的电源模组。
47.实施本技术实施例，控制pwm发生电路输出至功率开关器件的pwm信号大小，不能立即升至功率开关器件的导通电压或降至截止电压，而是通过一段导通保护时间后才电压将升至功率开关器件进入导通状态的导通电压值，同理通过一段关断保护时间后才将电压降至功率开关器件截止的截止电压值。这样防止了功率开关器件不稳定造成输出波形杂波较多。对电压输出要求高或窄脉宽输出的脉冲电源，在功率开关器件导通瞬间的不稳定输出提供了一个很好的解决方案。
附图说明
48.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
49.图1为本技术实施例功率开关器件保护电路的一种示意图
50.图2为本技术实施例功率开关器件保护电路的第二种示意图；
51.图3为本技术实施例功率开关器件保护电路的第三种示意图；
52.图4为本技术实施例功率开关器件保护电路的第四种示意图；
53.图5为本技术实施例功率开关器件保护电路的一电路实例图；
54.图6为本技术实施例电源模块的一种电路示意图。
具体实施方式
55.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
56.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
57.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0058]
本技术实施例提供电子设备可以应用于手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，umpc)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，pda)等终端设备上，还可以应用于高压脉冲电源主机上，本技术实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。本技术中所描述的连接关系指的是直接或间接连接。例如，a与b连接，既可以是a与b直接连接，也可以是a与b之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接，例如可以是a与c直接连接，c与b直接连接，从而使得a与b之间通过c实现了连接。还可理解的，本技术中所描述的“a连接b”可以是a与b直接连接，也可以是a与b通过一个或多个其它电学元器件间接连接。在本技术的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，a/b可以表示a或b。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
[0059]
需要说明的是，在本技术实施例中，功率开关器件一般是指传统意义上的功率管和开关管，其可以是金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)，晶闸管、双极型功率晶体管(bipolar power transistor)或宽禁带半导体场效应管。在本技术实施例中，功率管、开关管可以分别是不同类型晶体管。示例性的，
功率开关器件是mosfet或igbt，开关管是宽禁带半导体场效应管。在本技术实施例中，功率开关器件的驱动方式是高电平导通、低电平关断。示例性的，功率开关器件接收高电平驱动信号，功率开关器件导通。功率开关器件接收低电平驱动信号，主功率开关器件关断。可以理解的是，本技术实施例中功率开关器件还可以采用其他驱动方式，本技术实施例对于功率开关器件的驱动方式不做限定。
[0060]
本技术的实施例中功率开关器件保护电路主要是指为了保证功率开关器件安全工作，还需要设置必要的保护电路，如过压保护、过流保护、过热保护等。本技术的应用例主要是脉宽很窄、电流很大的这种保护电路。本技术的功率开关器件保护电路主要是应用于电源模块，特别是电源模块的控制电路中。本技术实施例提供的控制电路可以包括脉冲宽度调制(pulse-width modulation，pwm)控制器、中央处理单元(central processing unit，cpu)、其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件等。
[0061]
请参阅图1，其为一种功率开关器件保护电路的一种示意图，功率开关器件保护电路用于调整功率开关器件12的开关状态。它包括：pwm发生电路11、取样电路13、放大电路14和功率开关器件开关调节电路15，其中：
[0062]
pwm发生电路11，pwm(pulse width modulation，脉冲宽度变调电路)，pwm发生电路11的输出端分别连接功率开关器件12和功率开关器件开关调节电路15，用于提供功率开关器件12的开关信号；
[0063]
取样电路13：用于输入功率开关器件12的电流，输出一取样电压；
[0064]
放大电路14：用于对取样电压进行同相比例放大，然后将放大的电压输出；
[0065]
功率开关器件开关调节电路15：分别连接pwm发生电路11的输出端和放大电路14的输出端，根据放大电路14输出的电压进行调整，控制pwm发生电路11流经功率开关器件开关调节电路15的电压值，以调整pwm发生电路11输出至功率开关器件12的驱动电压高低，由此控制功率开关器件12的导通/关闭及启动功率开关器件12导通/关闭不同工作状态的保护时间。
[0066]
本技术的核心在于：取样电路13和放大电路14是给出功率开关器件12的当前取样电压的实时高低，一种较佳的范例为取样电路13和放大电路14的输出信号是随着流过功率开关器件12的电流大小呈正比变化的。功率开关器件开关调节电路15接收该电压反馈后控制其输出，后又影响功率开关器件12的输出。原理上类似一种电压反馈控制模式，采用一种电压反馈闭环。pwm发生电路11输入信号占空比，是通过功率开关器件开关调节电路15来调节功率开关器件的驱动信号占空比大小。尤其重要的是，本技术不仅控制功率开关器件12的导通/关闭，更重要的是能够控制功率开关器件12导通/关闭这两种工作状态下的瞬时保护时间，避开功率开关器件12导通/关闭时由瞬时过流引起的保护(电容两端电压不能突变，通过电容的充、放电时间延迟来控制)。可理解的，瞬时过流引起的保护可以理解为短路能力内的保护。本技术人对短路能力或称为短路能力范围做个说明。igbt主要用于电机驱动和各类变流器，igbt的抗短路能力是系统可靠运行和安全的保障之一，短路保护可以通过串在回路中的分流电阻或退饱和检测等多种方式实现。igbt是允许短路的，以某种igbt
型号(econodual
tm
3ff600r12me4 600a 1200v igbt4)的数据手册是这样描述短路能力的，在驱动电压不超过15v时，短路电流典型值是2400a，只要在10us内成功关断短路电流，器件不会损坏。这种型号的短路能力范围为10us。
[0067]
现有技术中，如电源芯片根据检测一路输出电压的大小，来调节功率开关器件的驱动信号占空比，例如，当输出电压偏高时，减小电源芯片的输出信号占空比，降低输出电压；当输出电压偏低时，增大电源芯片的输出信号占空比，增大输出电压，从而控制开关电源输出电压的值在设计范围内；但是，在遇到开关电源的输入电压范围比较宽时，输入电流高，开关电源即使以最小占空比输出，输出电压仍会出现飘高或不稳定的情况，本技术功率开关器件开关调节电路15来限定了功率开关器件工作状态的转换时间，有效避开功率管导通瞬间瞬时过流引起的保护。本技术功率开关器件开关调节电路15控制pwm发生电路11输出至功率开关器件12的pwm信号大小，不能立即升至功率开关器件12的导通电压或截止电压，而是通过一段导通保护时间后才电压将升至功率开关器件12进入导通状态的导通电压值，同理通过一段关断保护时间后才将电压降至功率开关器件12截止的截止电压值。这样防止了功率开关器件不稳定造成输出波形杂波较多。对电压输出要求高或窄脉宽输出的脉冲电源，在功率开关器件导通瞬间的不稳定输出提供了一个很好的解决方案。
[0068]
后续着重介绍实例电路中的每一部件及可能实现的功能。请参阅图2，功率开关器件开关调节电路15可以进一步包括第一开关151和充电子电路152，其中：
[0069]
第一开关151：一端连接pwm发生电路11的输出端，一端连接充电子电路152；
[0070]
充电子电路152：其输入端连接放大电路14的输出，其输出端连接第一开关151，当功率开关器件12流过的电流超过设定值时，经过放大电路14调整后得到一电压，该电压通过充电子电路152进行充电，当该电压充到第一开关151导通时，pwm发生电路11的输出端与地导通，pwm发生电路11提供给功率开关器件12的电压降低，以使功率开关器件12关断。
[0071]
充电子电路152的充电时间为功率开关器件12启动导通的导通保护时间，导通保护时间应小于功率开关器件12的最大短路耐受时间，以防止上电瞬间浪涌电流引起的器件误关闭，导致电压不能平稳输出。
[0072]
导通保护时间的设定是由充电子电路152的充电时间决定的，因此可以根据功率开关器件12对导通保护时间的需求，来选择合适的充电子电路152。充电子电路152可以采用电容等充电器件，控制具体的充电参数。
[0073]
本技术的一种实例中，请参阅图3，功率开关器件开关调节电路15进一步还包括放电子电路153，用于通过放电子电路153的放电来控制第一开关151两端电压的降低，以控制pwm发生电路11提供给功率开关器件开关12的驱动电压上升，放电子电路153的放电时间为功率开关器件12启动导通的关断保护时间；功率开关器件12关断后，流过功率开关器件12的电流降低，取样电压随之降低，经过放大电路14的电压也随之降低，通过放电子电路153放电控制第一开关151的两端电压降低量及降低时间，以此控制功率开关器件12延时关断保护时间后再导通。
[0074]
充电子电路152和放电子电路153可以是单独的两个电路，比如，放大电路14、电子电路152和放电子电路153之间设计一第二开关，当放大电路14输出的电压值大于某一阈值时，通过第二开关启动充电子电路152的充电时间，调节功率开关器件门极动电压的高低，控制导通保护时间。当放大电路14输出的电压值小于某一阈值时，通过第二开关关闭充电
子电路152工作，启动放电子电路153工作，调节功率开关器件门极动电压的高低，控制导通的关断保护时间。
[0075]
本技术的一种实例中，请参阅图4，充电子电路和放电子电路可以采用一充放电子电路154，在充放电子电路154充电时间内，第一开关151不打开，功率开关器件12不能立即升至导通电压，当在充放电子电路154充电至第一开关151打开后，pwm信号流经功率开关器件12的电压信号就降低，功率开关器件12截止。取样电路13取样电压信号降低，放大电路14的输出电压也降低，则充放电子电路154进入放电状态，放电时间增大，第一开关151仍然处于导通状态，即使pwm为高电平功率开关器件12也不能立即进入导通状态，放电至预设时间或状态后，第一开关151关闭，pwm信号流经功率开关器件12的电压信号就升高，直至功率开关器件12打开。
[0076]
在本技术的一应用例中，请参阅图5，其为功率开关器件保护电路的一电路实例图。第一开关151可以为三级管q2。充放电子电路进一步包括电阻rb1、电容c2和电阻rbe1，rb2.电阻rb1、rb2电容c2和电阻rbe1构成充电子电路，电阻rb2的一端分别连接取样电路的输出端和电容c2，rbe1的一端连接三级管q2的基极,另一端接地,电阻rb1和rbe1串联后与c2并联。三级管q2的发射极接地，集电极连接pwm发生电路的输出。
[0077]
充放电子电路还包括允许放大电路与功率开关器件开关调节电路单向导通的单向可控硅d2，单向可控硅d2与电阻rb2串联，其一端连接放大电路的输出端，另一端分别连接电容c2和电阻rb1，充电时间常数为导通保护时间与充电时间常数相关。
[0078]
充放电子电路154还包括单向可控硅d3，单向可控硅d3与电容c2并联，一端连接地，一端连接三极管q2的基极，电容c2、电阻rb1、电阻rbe1、三极管q2、单向可控硅d3形成放电回路，当电容c2放电时，单向可控硅d2反向截止，单向可控硅d3保护三极管q2的发射极，当回路中有反向过冲电压时，单向可控硅d3正向导通，使三极管q2发射极两端的过冲电压钳位在预设伏内，防止因反向电压过大而损坏三极管q2。
[0079]
放电时间常数为τ`＝(rb1+rbe1)*c2，启动功率开关器件关闭的关断保护时间与放电时间常数相关。
[0080]
电路的充放电部分限定了功率开关器件工作状态的转换时间，有效避开功率开关器件导通瞬间瞬时过流引起的保护。在电容c2的充电时间内，晶体管基极电压不能立即升至导通电压，功率开关器件仍然处于导通状态，这样即使负载端电流超过限定值，仍然能正常工作。如果超过设定时间，功率管便进入截止状态。为更好地保护功率开关器件，当负载端电流下降后，放大电路14输出电压降低，d2截止，c2放电时间增大，q2仍然处于导通状态，即使pwm为高电平功率开关器件也不能立即进入导通状态。这样防止了功率开关器件不稳定造成输出波形杂波较多。对电压输出要求高或窄脉宽输出的脉冲电源，在功率开关器件导通瞬间的不稳定输出提供了一个很好的解决方案。还需要强调的一点，放电时间增大延缓了驱动信号的增大，使得功率开关器件不能立即恢复到饱和状态。二极管d3保护三极管q2的发射结。当回路中有反向过冲电压时，d3正向导通，使q2发射结两端的过冲电压钳位在0.7伏左右，防止因反向电压过大而损坏q2。
[0081]
本技术的一种实例中，pwm发生电路11为生成pwm信号的装置，请参阅图5，pwm发生
电路11生成的pwm信号经过电阻rg连接至功率开关器件q1的门极，并且经过一肖特基二级管d4再连接至三极管q2的集电极。
[0082]
本技术的一种实例中，取样电路13包括具有初级侧线圈和次级侧线圈的脉冲变压器，初级侧线圈穿过磁芯，次级侧线圈绕制在环形磁芯上，次级侧线圈的两端连接放大电路形成的放大回路上，初级侧线圈的两端连接在功率开关器件源极和地形成的取样电流回路。取样电路13也可以采用传统的取样电阻来进行电压取样，但是取样电路13中串联取样电阻会消耗能量导致电路的效率降低，在功率开关器件保护电路对电路效率要求很高时，取样电路13可以采用环形变压器，初级穿过磁芯，次级绕制在环形磁芯上，以此降低了能量消耗，使功率开关器件保护电路更加高效。在本实例中，通过线圈变比将初级的大电流转换成小电流通过取样电阻，取样电阻上电流小了，功耗就大大降低了。线圈做的话基本不消耗能量，但流过电阻后还是有很小一部分能量消耗，因此，本实例中用环形变压器来实现取样电路的功能是一种较佳的实例。在本实例中，取样电压回路还设置电容c3和电阻r3，即次级侧线圈的两端连接在功率开关器件漏极、电容c3、电阻r3源极形成的取样电压回路。
[0083]
本技术的一种实例中，放大电路14进一步包括放大器，放大器的正输入端和负输入端分别连接取样电路13的两端。放大电路14进一步还包括电位器rt，电位器rt的一端连接放大器的负输入端，另一端连接放大器的输出端，放大电路的放大倍数通过调节电位器rt来进行调整。还请参阅图5，放大器的正输入端经过一电阻rb3连接初级侧线圈的一端，负输入端经过电位器rt、一电阻re1连接初级侧线圈的另一端，形成放大回路。放大电路的放大倍数通过调节电位器rt来进行调整。放大电路14有很多种实现电路，以上仅是举例。
[0084]
综上，脉冲变压器能将流过功率开关器件的电流快速转换为电压，而且不需要消耗能量，避免了因串联取样电阻发热而提高电源的效率。同相比例放大器能将变压器转换的取样电压进行调整，得到理想的电压，也提高了向后级提供电流的能力。c2的充电时间就满足的关系，避免了变压器对c2提供充电电流的能力不足的情况。只要电压调整的当，保护时间就只与c2充电时间有关。本技术关键是c2的充放电子电路，当功率开关器件流过的电流超过设定值时，经过同相比例放大器调整后得到一电压，该电压通过rb1和rbe1给c2充电，当c2上电压充到q2发射结的导通电压时，q2导通，流过rg电阻上的电流加大，rg两端电压增大，功率开关器件门极电压降低，使功率开关器件关断。避免了功率开关器件的过流因超过设定时间而损坏。当功率开关器件关断后，流过功率开关器件的电流立即降低，此时变压器的取样电压随之降低，经过同相比例放大器调整后的电压也随之降低，使得d2两端电压为左高右低而截止，c2开始放电。如果没有c2的放电环节，q2立即截止，则流过rg的电流降低，其两端电压降低使得功率开关器件门极触发电压提高而导通。这样功率开关器件关断后立即导通，流过功率开关器件的电流突变厉害，输出波形中会夹杂很多尖峰。有了c2的放电环节，使得q2的发射结电压缓慢降低，维持一段导通时间后再截止，使功率开关器件不能立即导通，这样功率开关器件的电流在一个pwm脉冲内不会再出现尖峰波动。
[0085]
功率开关器件在电源管理和电机驱动中应用都很多，但是在要求能输出瞬时大电流的功率开关器件，本保护电路都能起到作用。功率开关器件保护电路最常的应用为电源模块。电子设备中包含电源模块的，都可以使用本技术功率开关器件保护电路的原理。
[0086]
本技术实施例提供的电子设备包括电源模组和负载。电源模组用于接收输入电压vin，并提供输出电压vout为负载供电。电子设备还可以是另一种结构，其包括电源模组、负载和内部电源。内部电源用于接收输入电压vin,并为电源模组供电。电源模组用于接收内部电源的供电，并提供输出电压vout为负载供电。功率开关器件保护电路可以直接应用于电源模组中，作为电源模组的控制电路。
[0087]
请参阅图6，电源模块用于接收输入电源提供的输入电压，并提供输出电压为负载供电，用于通过功率开关器件控制给负载供电电压幅度的控制电路进一步包括pwm发生电路、取样电路、放大电路和控制单元，其中：
[0088]
pwm发生电路，pwm发生电路的输出端分别连接功率开关器件和功率开关器件开关调节电路，用于提供功率开关器件开关信号；
[0089]
取样电路：用于对流过功率开关器件的电流形成至少一取样电压；
[0090]
放大电路：用于对取样电压进行同相比例放大，然后将放大的电压输出；
[0091]
控制单元：分别连接pwm发生电路的输出端和放大电路的输出端，根据放大电路输出的电压进行调整，以调整pwm发生电路输出至功率开关器件的驱动信号时间，进而控制功率开关器件导通/关闭不同工作状态时的瞬时保护时间，以此来避开功率开关器件在其短路能力范围内的瞬时过流引起的保护。
[0092]
与上述实例不同之处为，上述功率开关器件开关调节电路不仅可以用电路来实现，也可以用控制器等软件来实现。并且，本实例中，pwm发生电路和控制器进行功能集成，接收放大电路输出的电压，并按照接收到的电压调整pwm脉宽大小，且控制单元被配置功率开关器件启动导通的关断延迟时间和功率开关器件截止的导通延迟时间，并且功率开关器件启动导通的关闭延迟时间应小于所述功率开关器件的最大短路耐受时间。
[0093]
控制器同样也可以是上述实例中的功率开关器件开关调节电路。比如，功率开关器件开关调节电路进一步包括第一开关和充电子电路，其中：
[0094]
第一开关：一端连接pwm发生电路的输出端，一端连接充电子电路；
[0095]
充电子电路：其输入端连接放大电路的输出，其输出端连接第一开关，当功率开关器件流过的电流超过设定值时，经过放大电路调整后得到一电压，该电压通过充电子电路进行充电，当该电压充到第一开关导通时，pwm发生电路的输出端与地导通，pwm发生电路提供给功率开关器件的电压降低，以使功率开关器件关断，
[0096]
充电子电路的充电时间为功率开关器件启动关闭的关闭延迟时间，所述延迟时间应小于所述功率开关器件的最大短路耐受时间。
[0097]
功率开关器件开关调节电路进一步还包括放电子电路，用于通过放电子电路的放电来控制第一开关两端电压的降低，以控制pwm发生电路提供给功率开关器件开关的驱动电压的上升，放电子电路的放电时间为功率开关器件启动导通的关断保护时间；
[0098]
功率开关器件关断后，流过功率开关器件的电流降低，取样电压随之降低，经过放大电路的电压也随之降低，通过放电子电路放电控制第一开关的两端电压降低量及时间，以此控制功率开关器件延时关断保护时间后再导通。
[0099]
一种电源模组，用于接收输入电源提供的输入电压，并提供输出电压为负载供电，包括：
[0100]
直流电提供装置，用于提供直流电压；
[0101]
用于通过功率开关器件控制给负载供电电压幅度的控制电路，其进一步包括pwm发生电路、取样电路、放大电路和功率开关器件开关调节电路，其中：
[0102]
pwm发生电路，pwm发生电路的输出端分别连接功率开关器件和功率开关器件开关调节电路，用于提供功率开关器件开关信号；
[0103]
取样电路：用于输入流过功率开关器件的电流并输出一取样电压；
[0104]
放大电路：用于对取样电压进行同相比例放大，然后将放大的电压输出；
[0105]
功率开关器件开关调节电路：分别连接pwm发生电路的输出端和放大电路的输出端，根据放大电路输出的电压进行调整，控制pwm发生电路流经功率开关器件开关调节电路的电压值，以调整pwm发生电路输出至功率开关器件的驱动信号时间，进而控制功率开关器件导通/关闭不同工作状态时的瞬时保护时间，以此来避开所述功率开关器件在其短路能力范围内的瞬时过流引起的保护；
[0106]
变压器，连接功率开关器件和负载，用于通过控制电路控制功率开关器件的通断来产生脉冲电压，给负载提供所需电压。
[0107]
变压器的次级输出hv+和hv-端子外接负载。
[0108]
还请参阅图6，实施例采用igbt的保护电路中元件的参数如上图所示，其中c2的充电时间在7微秒左右，放电时间差不多在14微秒左右。本实例应用在脉冲电压的生成电路中，dc+为内部提供的直流电压，通过pwm控制igbt的栅极来对脉冲电压的脉宽进行控制。通过igbt的通断，在脉冲变压器t2上产生脉冲电压，通过升压可以达到所需电压幅值。脉冲变压器次级输出hv+和hv-端子外接负载电路。其中igbt fgl40n120ang短路耐受时间为10微秒，持续通过电流为40a。本实例中igbt的保护时间设定为7微秒足够，设定igbt保护电流为45a。通过调节脉冲变压器的初次级匝数比和rt电位器使得igbt电流为45a时，u1输出电压为1.86伏。在脉冲电压生成瞬间，假如负载rl呈容性或浪涌电流存在，则瞬间电流可能要超过45a，如果没有c2的充电电路，则q2立即导通而拉低igbt的栅极电压，igbt立即关闭。随之igbt关闭后电流立即减小，则q2立即关闭，igbt栅极电压恢复而导通。这样在脉冲电压生成过程中，会有尖峰振荡夹杂在脉冲电压上，影响电源输出的品质。加上本设计的c2充放电电路，在脉冲高压开始生成的7微秒内，不管负载呈什么性质，igbt都不会因为电流过大而损坏，电压都能正常输出。超过7微秒的大电流才导致igbt关闭。而且关闭后，需要更长时间来恢复，不会立即有脉冲电压输出，输出的脉冲电压上不会有尖峰电压叠加，波形品质得到改善。
[0109]
一种电子设备，可以包括上述功率开关器件保护电路或上述的电源模组的控制电路。比如可以应用于冲击波产生电路中。
[0110]
应用例：
[0111]
随着人们物质生活水平的提高，心血管疾病已成为当今危害人们健康的一大杀手，对于心血管疾病的治疗临床上已经证明，通过体外低能量震波冲击可对心血管病灶部位产生很好的疗效。对于震波冲击治疗系统，本案例采用脉冲高压作用在定制的电极上，使电极之间击穿后放电产生瞬时的大电流，并通过控制高压的幅值和击穿后的脉宽来控制震波能量。使得震波系统每一次放电都能产生定量且可控的声压能。
[0112]
本案例采用功率器件比如fgl40n120and来控制脉冲高压，当pwm信号变为高电平而触发门极使fgl40n120and导通，高压便由此产生。当pwm信号变为低电平后fgl40n120and
关断，高压便结束。在方案实施过程中，对于功率器件fgl40n120and的过流保护尤为重要。避免使其长时间的流过超过额定值的电流而损坏。而一般的过流保护电路的设计中，大都事先设定一个阈值，当采样电路的电流信号一旦达到阈值便关断功率管。而对于震波冲击治疗系统来说，这样的保护电路会对窄脉冲高压产生很多的不确定性。由于浪涌电流的存在，高压产生的瞬间，浪涌电流促使功率管关断，没等电极击穿高压便截止，震波能量便不会产生。本设计基于功率管本身固有的短路能力，采用一种延时保护的方法，既避免了功率管因长时间过流而损坏，又避免了瞬时的过流而给窄脉冲高压带来的不可控。不失为一种有效的保护方法。
[0113]
在本技术各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。本技术上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0114]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。