[發明專利]保護器件、系統及其方法

有效

• 申請號: 201410051707.5
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN103997197B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 詹姆斯·E·吉爾伯格;約而根·批安卡
• 申請（專利權）人: 快捷半導體（蘇州）有限公司;快捷半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明涉及一種電源保護系統，尤其涉及用于高壓應用的柵極保護電路。

背景技術

在汽車電子系統中，點火線圈(ignition coil)通常誘發數百伏電壓以驅動起動器電機。點火線圈通常由高壓開關(例如，IGBT、MOSFET等)控制以將點火線圈耦合至電池電壓。如果電池電壓存在瞬間跌落(momentary drop)，所述瞬間跌落可導致高壓開關的柵極放電并斷開，這又可導致點火線圈處的浮動高壓狀態。浮動高壓狀態通常引起從點火線圈初級到點火線圈次級的火花，這可危害和/或損壞附近的電子部件。解決這種火花問題的常規方法包括使用大電容器以基本上用作電池，并使高壓開關在電池電壓的瞬間跌落期間維持接通及導通。但是，這個方法要求使用相對較大的電容器，這就要求額外的成本及物理空間來實現。

發明內容

根據一些示例性實施例，提供了一種用于不管電源中的波動而維持柵極驅動器端子上的穩定輸出的保護器件，所述保護器件包括低壓檢測電路，其監測電源并檢測電源中波動的低壓檢測電路，以及柵極隔離電路，其在低壓檢測電路檢測到電源中波動時將柵極驅動器端子與電源隔離，其中在柵極被隔離時，柵極驅動器端子的電壓維持在預選范圍內。

保護器件可包括高側驅動器電路、低側驅動器電路、用以控制高側驅動器電路和低側驅動器電路的三態控制器電路，所述三態控制器電路包括柵極隔離電路。

高側驅動器電路可包括耦合至電源的第一晶體管，耦合至第一晶體管的第二晶體管，耦合在第二晶體管與柵極驅動器端子之間的電阻器。

保護器件可包括耦合在柵極驅動器端子與第一晶體管的柵極之間的第三晶體管，第三晶體管的柵極耦合至低壓檢測電路，其中低壓檢測電路在低壓檢測電路檢測到電源中的波動時將第三晶體管控制為導通，并且柵極驅動器端子的電壓使第一晶體管斷開，從而將柵極驅動器端子與電源隔離。

高側驅動器電路可包括第一二極管，其具有耦合至柵極驅動器端子的陽極以及耦合至第一晶體管的本體區域和第二晶體管的本體區域的陰極；以及第二二極管，其具有耦合至電源的陽極以及耦合至第一晶體管的本體區域和第二晶體管的本體區域的陰極。

當電源發生波動時，第二二極管可被防止柵極驅動器端子的電壓對電源放電。

低側驅動器電路可包括耦合至低基準電位的第四晶體管，所述第四晶體管的柵極耦合至低壓檢測電路；耦合在第四晶體管與柵極驅動器端子之間的第五晶體管。

保護器件可包括模擬及數字電路，其控制第二晶體管和第五晶體管。

低壓檢測電路可在低壓檢測電路檢測到電源中的波動時將第一晶體管和第四晶體管控制為不導通。

保護器件可包括限流控制電路，其控制耦合至柵極驅動器端子的外部開關中的電流。

限流控制電路可包括將所需電壓與跟外部開關中的電流成正比的感測電壓相比較的放大器以及耦合在放大器與柵極驅動器端子之間的開關。

根據一些示例性實施例，提供了一種包括感應器線圈、外部開關以及保護器件的系統，所述保護器件包括監測電源并檢測電源中波動的低壓檢測電路，以及柵極隔離電路，其在低壓檢測電路檢測到電源中波動時將柵極驅動器端子與電源隔離，其中柵極驅動器端子耦合至外部開關的柵極，并且在柵極被隔離時，柵極驅動器端子的電壓維持在預選范圍內。

保護器件可包括耦合至電源的第一晶體管，耦合至第一晶體管的第二晶體管，耦合在第二晶體管與柵極驅動器端子之間的電阻器，耦合至低基準電位的第三晶體管，耦合在第三晶體管與柵極驅動器端子之間的第四晶體管，其中低壓檢測電路在低壓檢測電路檢測到電源中波動時將第一晶體管和第三晶體管控制為不導通。

保護器件可包括控制外部開關中的電流的限流控制電路，所述限流控制電路包括，將所需電壓與跟外部開關中的電流成正比的感測電壓相比較的放大器以及耦合在放大器與柵極驅動器端子之間的開關。

根據一些示例性實施例，提供了一種用于不管電源中的波動而維持柵極驅動器端子上的穩定輸出的方法，所述方法包括監測電源以檢測電源中的波動，以及當監測檢出電源中波動的時將柵極驅動器端子與電源隔離，其中在隔離期間，柵極驅動器端子的電壓維持在預選范圍內。

柵極驅動器端子可通過第一晶體管和第二晶體管耦合至電源，并且所述隔離可包括當監測檢出電源中波動時使第一晶體管斷開。

第一晶體管的本體區域可耦合至所述電源、第二晶體管的本體區域及柵極驅動器端子，并且所述方法可包括防止柵極驅動器端子的電壓對電源放電。

所述方法可包括防止柵極驅動器端子的電壓對電源放電。