[发明专利]保护器件、系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源保护系统，尤其涉及用于高压应用的栅极保护电路。

背景技术

在汽车电子系统中，点火线圈(ignition coil)通常诱发数百伏电压以驱动起动器电机。点火线圈通常由高压开关(例如，IGBT、MOSFET等)控制以将点火线圈耦合至电池电压。如果电池电压存在瞬间跌落(momentary drop)，所述瞬间跌落可导致高压开关的栅极放电并断开，这又可导致点火线圈处的浮动高压状态。浮动高压状态通常引起从点火线圈初级到点火线圈次级的火花，这可危害和/或损坏附近的电子部件。解决这种火花问题的常规方法包括使用大电容器以基本上用作电池，并使高压开关在电池电压的瞬间跌落期间维持接通及导通。但是，这个方法要求使用相对较大的电容器，这就要求额外的成本及物理空间来实现。

发明内容

根据一些示例性实施例，提供了一种用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出的保护器件，所述保护器件包括低压检测电路，其监测电源并检测电源中波动的低压检测电路，以及栅极隔离电路，其在低压检测电路检测到电源中波动时将栅极驱动器端子与电源隔离，其中在栅极被隔离时，栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。

保护器件可包括高侧驱动器电路、低侧驱动器电路、用以控制高侧驱动器电路和低侧驱动器电路的三态控制器电路，所述三态控制器电路包括栅极隔离电路。

高侧驱动器电路可包括耦合至电源的第一晶体管，耦合至第一晶体管的第二晶体管，耦合在第二晶体管与栅极驱动器端子之间的电阻器。

保护器件可包括耦合在栅极驱动器端子与第一晶体管的栅极之间的第三晶体管，第三晶体管的栅极耦合至低压检测电路，其中低压检测电路在低压检测电路检测到电源中的波动时将第三晶体管控制为导通，并且栅极驱动器端子的电压使第一晶体管断开，从而将栅极驱动器端子与电源隔离。

高侧驱动器电路可包括第一二极管，其具有耦合至栅极驱动器端子的阳极以及耦合至第一晶体管的本体区域和第二晶体管的本体区域的阴极；以及第二二极管，其具有耦合至电源的阳极以及耦合至第一晶体管的本体区域和第二晶体管的本体区域的阴极。

当电源发生波动时，第二二极管可被防止栅极驱动器端子的电压对电源放电。

低侧驱动器电路可包括耦合至低基准电位的第四晶体管，所述第四晶体管的栅极耦合至低压检测电路；耦合在第四晶体管与栅极驱动器端子之间的第五晶体管。

保护器件可包括模拟及数字电路，其控制第二晶体管和第五晶体管。

低压检测电路可在低压检测电路检测到电源中的波动时将第一晶体管和第四晶体管控制为不导通。

保护器件可包括限流控制电路，其控制耦合至栅极驱动器端子的外部开关中的电流。

限流控制电路可包括将所需电压与跟外部开关中的电流成正比的感测电压相比较的放大器以及耦合在放大器与栅极驱动器端子之间的开关。

根据一些示例性实施例，提供了一种包括感应器线圈、外部开关以及保护器件的系统，所述保护器件包括监测电源并检测电源中波动的低压检测电路，以及栅极隔离电路，其在低压检测电路检测到电源中波动时将栅极驱动器端子与电源隔离，其中栅极驱动器端子耦合至外部开关的栅极，并且在栅极被隔离时，栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。

保护器件可包括耦合至电源的第一晶体管，耦合至第一晶体管的第二晶体管，耦合在第二晶体管与栅极驱动器端子之间的电阻器，耦合至低基准电位的第三晶体管，耦合在第三晶体管与栅极驱动器端子之间的第四晶体管，其中低压检测电路在低压检测电路检测到电源中波动时将第一晶体管和第三晶体管控制为不导通。

保护器件可包括控制外部开关中的电流的限流控制电路，所述限流控制电路包括，将所需电压与跟外部开关中的电流成正比的感测电压相比较的放大器以及耦合在放大器与栅极驱动器端子之间的开关。

根据一些示例性实施例，提供了一种用于不管电源中的波动而维持栅极驱动器端子上的稳定输出的方法，所述方法包括监测电源以检测电源中的波动，以及当监测检出电源中波动的时将栅极驱动器端子与电源隔离，其中在隔离期间，栅极驱动器端子的电压维持在预选范围内。

栅极驱动器端子可通过第一晶体管和第二晶体管耦合至电源，并且所述隔离可包括当监测检出电源中波动时使第一晶体管断开。

第一晶体管的本体区域可耦合至所述电源、第二晶体管的本体区域及栅极驱动器端子，并且所述方法可包括防止栅极驱动器端子的电压对电源放电。

所述方法可包括防止栅极驱动器端子的电压对电源放电。