[发明专利]去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路

说明书

本发明提供一种去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路，用于保护功率器件，包括比较器、时间单元、短路检测单元和处理单元；比较器输出检测电压和参考电压的比较结果，时间单元的输入端连接比较器的输出端，将比较器的开关周期中检测电压小于参考电压的时间转换成用于设置消隐时间的数字信号；当达到前一开关周期的消隐时间后，短路检测单元基于比较结果对功率器件进行短路检测得到检测结果；处理单元的输入端连接短路检测单元的输出端；处理单元基于检测结果对功率器件进行短路保护。本发明的短路保护具有快速性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种集成电路技术，特别是涉及一种去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路。

背景技术

在高压大功率电力电子领域，硅基IGBT(绝缘栅型双极晶体管)器件由于硅的材料特性限制，其开关速度、开关损耗等参数已经达到瓶颈，无法进一步提升。作为目前快速发展的第三代宽禁带功率半导体器件，SiC MOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)具有击穿电压高，开关速度块，功率密度大等优点，是IGBT在高压功率变换领域的有力竞争者，在很多应用如电动汽车逆变器中有逐渐取代IGBT的趋势。但在SiC MOSFET的应用过程中，还有一些不容忽视的问题，其中一项是SiC MOSFET器件的短路保护。

与IGBT相比，SiC MOSFET器件功率密度大，其短路电流也没有明确的饱和值，而是会随着器件承受电压的升高而不断增大，这些因素导致SiC MOSFET的短路耐受能力比IGBT更差。与此同时，SiC MOSFET更快的开关速度需要更快的短路保护电路，但目前的SiCMOSFET的短路保护电路都是由IGBT短路保护电路发展而来，这些保护电路的探测速度对SiC MOSFET来说较慢。因此，为了快速有效的对SiC MOSFET进行短路保护，需要在现有保护电路的基础上，探索更加快速可靠的短路保护方法。

去饱和(DESAT)短路保护电路在大功率开关器件的短路保护领域应用十分广泛，它结构较为简单，可靠性高，广泛应用于IGBT的短路保护中。

图1是传统的去饱和保护电路示意图，它通过检测每次开启导通时IGBT(MOSFET)的集射电压V_CE(漏源电压V_DS)是否正常下降到导通电压，来判断器件是否正常开启，否则就可能发生短路。由于器件在每次开启时V_CE(V_DS)需要一段时间才能下降到导通压降，因此需要设定一个检测延时，防止检测电路误触发的这段延时称为消隐时间。传统的去饱和保护电路通过给消隐电容充电来设置消隐时间，消隐时间其中C_BLK为消隐电容值，V_DESAT为保护阈值参考电压，I_CHG为给消隐电容充电的电流值。由于充电电流，阈值电压和电容值一般都是固定的，所以消隐时间也是固定的，通常会设置一个稍长的消隐时间以避免检测电路误触发。

目前的SiC MOSFET功率模块的短路保护也广泛采用了去饱和保护电路，但由于SiC MOSFET开关速度较快，而去饱和保护电路较长的固定消隐时间，导致检测电路不能快速的检测到短路情况，结果就是去饱和保护电路无法快速有效的对SiC MOSFET进行短路保护。SiC MOSFET更快的开关速度与去饱和电路较长的固定消隐时间之间的矛盾需要解决。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种去饱和短路保护电路、功率器件短路保护电路及测试电路，用于解决现有技术中不能快速检测并进行有效短路保护的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去饱和短路保护电路，用于保护功率器件，包括比较器、时间单元、短路检测单元和处理单元；

所述比较器的第一输入端连接检测电压，所述检测电压为所述功率器件的输出电压；所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述参考电压为功率器件的导通电压；所述比较器输出所述检测电压和所述参考电压的比较结果；