[发明专利]保护开关模式功率转换器中的半导体开关

说明书

描述了用于驱动功率半导体开关的驱动器电路。功率半导体开关具有控制输入和主端子。驱动器电路包括：控制端子驱动器电路，其被配置为耦合到功率半导体开关的控制输入并向其提供驱动信号；感测端子，其被配置为耦合到功率半导体开关的主端子；电流镜，其耦合到感测端子，以在关断期间将输入到感测端子中的电流镜像；第一电流比较器，其被耦合以将从电流镜接收到的电流信号与第一电流阈值进行比较，并输出表示比较结果的第一信号；第二比较器，其被耦合以将从感测端子接收到的信号与接通阈值进行比较，并输出表示比较结果的第二信号。所述接通阈值表示在接通期间所述主端子的最高电压。所述第一电流阈值表示在关断期间所述主端子的最高电压。

技术领域

本发明总体涉及保护开关模式功率转换器中的半导体开关。

背景技术

电子设备使用电力来运行。开关模式功率转换器通常用于通过控制跨能量传递元件的功率传递将未调节或松散调节的输入转换为更紧密调节的输出。除了能量传递元件之外，开关模式功率转换器通常还包括至少一个功率开关和控制功率开关的控制器。控制器切换功率开关以控制跨能量传递元件的能量传递并实现经调节的输出。控制器通常接收表示输出的反馈信号，并且在闭环控制方案中，改变一个或多个开关参数以将输出调节到期望的量。在不同的实施方式中，可以例如通过改变开关占空比(开关的导通时间与总开关周期的比率)、改变开关频率和/或改变功率开关每单位时间的导通时间脉冲的数量来实现期望的输出。

有许多情况可能导致开关模式功率转换器的故障。例如，在许多应用中，在功率开关上施加高电压并且在其主端子之间传导高电流。如果功率开关没有被合适地设计成承受高电压或传导高电流，则功率开关可能会被损坏。此外，甚至被合适设计的功率开关也可能在不适当的运行状况(包括功率交叉、静电放电事件、电涌、雷击等)下被损坏。根据运行环境，功率开关的故障不仅可能导致功率转换器的故障，还可能导致其他设备的故障以及财产甚至生命损失。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在所有各个视图中指代相同的部分。

图1示出了根据本公开内容的实施方案的包括具有开关故障检测器的开关控制器的示例开关控制系统。

图2A示出了根据本公开内容的实施方案的在正常状况和短路或过电流状况下的驱动信号和开关电压的示例波形。

图2B示出了根据本公开内容的实施方案的在正常状况和过电压状况下的驱动信号和开关电压的示例波形。

图3A示出了根据本公开内容的实施方案的图1的开关控制器的用于检测过电压状况的示例开关故障检测器。

图3B示出了根据本公开内容的实施方案的图3A的各信号的示例波形的时序图。

图3C示出了根据本公开内容的实施方案的图1的开关控制器的用于检测过电压状况的示例开关故障检测器和消隐电路。

图4A示出了根据本公开内容的实施方案的图1的开关控制器的用于检测过电流或短路状况的示例开关故障检测器。

图4B示出了根据本公开内容的实施方案的图1的开关控制器的用于检测过电流或短路状况的另一示例开关故障检测器。

图4C示出了根据本公开内容的实施方案的图4A和4B的各信号的示例波形的时序图。

图4D示出了根据本公开内容的实施方案的图1的开关控制器的用于检测过电流或短路状况的另一示例开关故障检测器以及放电电路。

图5示出了根据本公开内容的实施方案的示出了管芯之间的示例性电感耦合的集成电路封装件的示例引线框架。

图6示出了根据本公开内容的实施方案的利用具有开关故障检测器的开关控制器的示例功率转换器。