[發明專利]用于場控開關的過電流保護的系統及方法

有效

• 申請號: 201611272757.1
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106817113B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: T·A·策爾斯;A·J·馬里庫爾韋洛;M·加西亞克勒門特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H03K17/082
• 分類號: H03K17/082;H03K17/567
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐予紅;姜甜

本發明的主題為“用于場控開關的過電流保護的系統和方法”。一種方法包括檢測從開關的第一端子到開關的第二端子的電流，其中所述電流超過了開關的線性區的電流極限。所述方法包括將開關的柵極電壓從第一電壓控制到第二電壓。所述第二電壓被配置成使得開關能夠工作在開關的有源區。所述方法還包括當開關工作在有源區時打開開關。

技術領域

本文公開的主題涉及保護場控開關或門控開關，更具體地，涉及在過電流的情況下保護開關。

背景技術

功率電子器件常常包括打開和/或閉合電路以及中斷和/或允許電流流動的開關。經常在功率電子器件中使用例如絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）等的電子開關來控制可流過開關的電流。這些電子開關中的一些類型經常根據那個開關的柵極端子上的電壓（V_GE）的施加而被打開或閉合。通常，當開關的柵極電壓相對于開關的另一端子（源極或發射極）達到閾值時，開關開始閉合并且允許電流在開關的功率端子之間流動，所述開關的功率端子可被稱為集電極和發射極或者漏極和源極。

然而，許多開關被設計成以有限數量的電流工作。雖然開關可以經常被設計成經得起更高的電流，但是開關的組件可能會更大或者具有更高的成本。此外，仍然可能的是未曾預料的短路或故障可能會發生。因為如果超過了開關的電流極限的話可以由于過熱和/或應力而導致損害開關，因此保護開關使之避免超過這樣的電流極限和/或保護開關以防過電流狀況發生可能是有益的。

發明內容

在第一實施例中，一種方法包括：檢測從開關的第一端子到所述開關的第二端子的電流，其中所述電流超過了所述開關的線性區的電流極限，將所述開關的柵極電壓從第一電壓控制到第二電壓，其中所述第二電壓被配置成使得所述開關能夠工作在所述開關的有源區，以及當所述開關工作在所述有源區時打開所述開關。

在第二實施例中，一種系統包括：柵極驅動單元，所述柵極驅動單元被配置成檢測從開關的第一端子到所述開關的第二端子的電流，其中所述電流超過了所述開關的線性區的電流極限，將所述開關的柵極電壓從第一電壓控制到第二電壓，其中所述第二電壓被配置成使得所述開關能夠工作在所述開關的有源區，并且當所述開關工作在有源區時打開所述開關。

在第三實施例中，一種系統包括開關、被配置成將一個或多個驅動信號傳送至所述開關的控制器、以及被配置成提供柵極電壓、柵極電流或其組合以用于基于所述驅動信號來控制所述開關的柵極驅動單元，其中所述驅動信號被配置成控制所述開關，其中所述柵極驅動單元被配置成檢測從所述開關的第一端子到所述開關的第二端子的電流、將所述開關的柵極電壓從第一電壓控制到第二電壓并且當所述開關工作在所述有源區時打開所述開關，其中所述電流超過了所述開關的線性區的電流極限，其中所述第二電壓被配置成使得所述開關能夠工作在所述開關的有源區。

提供了技術方案1：

一種方法，包括：

檢測從開關的第一端子到所述開關的第二端子的電流，其中所述電流超過了所述開關的線性區的電流極限；

將所述開關的柵極電壓從第一電壓控制到第二電壓，其中所述第二電壓被配置成使得所述開關能夠工作在所述開關的有源區；并且

當所述開關工作在所述有源區時打開所述開關。

提供了技術方案2：根據技術方案1所述的方法，其中所述開關被配置成當所述柵極電壓減小到所述第二電壓時轉換到去飽和。

提供了技術方案3：根據技術方案1所述的的方法，其中當所述電流超過了所述線性區的反向偏壓安全工作區域（RBSOA）的所述電流極限時，所述第二電壓基于確保所述開關轉換以便工作在短路安全工作區域（SCSOA）。

提供了技術方案4：根據技術方案3所述的方法，其中所述RBSOA包括所述開關被設計成容許的電壓、電流或其中的任何組合的狀況。