[发明专利]用于保护半桥转换器的功率半导体的系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于保护半桥转换器的至少两个功率半导体的系统，第一功率半导体的漏极连接到正电源，第一功率半导体的源极连接到负载和第二功率半导体的漏极，第二功率半导体的源极连接到负电源。根据本发明，由第一电流微分感测装置和第二电流微分感测装置感测经过第一功率半导体的电流，由第三电流微分感测装置和第四电流微分感测装置感测经过第二半导体的电流，当经过第一功率半导体的电流增加时第一电流微分装置提供正电压并且第二电流微分装置提供相反的负电压，当经过第二功率半导体的电流增加时第三电流微分装置提供正电压并且第四电流微分装置提供相反的电压，并且该系统在第一电流微分装置和第三电流微分装置提供相同符号的电压的情况下降低第一功率半导体的栅极上的电压，并且在第二电流微分装置和第三电流微分装置提供相同符号的电压的情况下降低第二功率半导体的栅极上的电压。

技术领域

本发明总体上涉及用于保护半桥转换器的至少两个功率半导体的方法及系统。

背景技术

今天，电源转换器的开关频率正在增加。如同GaN和SiC半导体的宽带隙器件提供比传统技术更快的开关能力。

宽带隙功率半导体器件能够以例如高于10V/ns的高速进行开关。这降低了开关损耗，从而允许使用更高的开关频率。

在电源转换器运行期间，在电源转换器上能够发生许多故障。在所有这些可能的故障当中，短路故障是主要故障。由于其潜在的破坏性，短路问题不容忽视，需要谨慎解决。

目前，硅功率晶体管已经有能力在十分之一微秒的时段内承受短路(SC)。随着诸如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)之类的宽带隙(WBG)器件的最新出现，这些新组件在短路方面的稳健性已经受到了质疑和已进行了研究，似乎这些器件的稳健性遭受了显著降低。虽然短路行为所涉及的机制尚未完全知晓，但芯片尺寸的减小由于更高电流密度似乎是这种稳健性下降的原因之一。

由于宽带隙半导体承受短路的能力有限，因此短路检测时间变得至关重要。对于当前的GaN器件，短路持续时间必须低于200ns，以确保半导体的完整性。在此时间期间，必须确实检测到短路，然后锁存，并最终通过栅极缓冲级停止。锁存级和缓冲级具有传播延迟。此外，可能需要进行一些过滤以避免任何虚假行为。通过从短路时间减去所有这些延迟，我们获得了在数十纳秒范围内的保护方案的最小检测和反应时间。

发明内容

本发明旨在允许对半桥转换器的功率半导体进行快速保护。

为此，本发明涉及一种用于保护半桥转换器的至少两个功率半导体的系统，第一功率半导体的漏极连接到正电源，第一功率半导体的源极连接到负载和第二功率半导体的漏极，第二功率半导体的源极连接到负电源，其中，由第一电流微分感测装置和第二电流微分感测装置感测经过第一功率半导体的电流，由第三电流微分感测装置和第四电流微分感测装置感测经过第二半导体的电流，第一电流微分装置在经过第一功率半导体的电流增加时提供正电压并且第二电流微分装置在经过第一功率半导体的电流增加时提供负电压，第三电流微分装置在经过第二功率半导体的电流增加时提供正电压并且第四电流微分装置在经过第二功率半导体的电流增加时提供负电压，并且该系统包括：

-用于在第一电流微分装置和第三电流微分装置提供相同符号的电压的情况下降低第一功率半导体的栅极上的电压的装置，

-用于在第二电流微分装置和第三电流微分装置提供相同符号的电压的情况下降低第二功率半导体的栅极上的电压的装置。