一種智能功率模塊自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于一種智能功率模塊自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路及應(yīng)用方法,屬于智能功率模塊中柵極驅(qū)動電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊就是將功率開關(guān)器件(IGBT或者M(jìn)0SFET)和柵極驅(qū)動電路(HVIC)集成在一起,同時(shí)還集成有各種保護(hù)功能的功率驅(qū)動類產(chǎn)品。與傳統(tǒng)分立方案相比,智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢贏得越來越大的市場,尤其是在電機(jī)驅(qū)動、智能開關(guān)電源、汽車電子等方面有著廣泛的用途。目前該類產(chǎn)品的國內(nèi)市場基本上被國外產(chǎn)品所占領(lǐng),因此研究和設(shè)計(jì)智能功率模塊對實(shí)現(xiàn)該類產(chǎn)品的國產(chǎn)化,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著現(xiàn)實(shí)的意義。
[0003]如圖1所示,一種常用的三相智能功率模塊包括了 U、V、W三相驅(qū)動電路。每一相驅(qū)動電路由柵極驅(qū)動電路(HVIC)以及高側(cè)MOSFET M1、低側(cè)MOSFET M2、自舉二極管(BSD)組成。柵極驅(qū)動電路將輸入的低側(cè)輸入信號LIN和高側(cè)輸入信號HIN分別轉(zhuǎn)換為控制低側(cè)MOSFET柵端的低側(cè)輸出信號LO和控制高側(cè)MOSFET柵端的高側(cè)輸出信號HO。為了確保高側(cè)MOSFET和低側(cè)MOSFET不會同時(shí)導(dǎo)通,通常會在高側(cè)輸入信號HIN和低側(cè)輸入信號LIN之間插入死區(qū)時(shí)間,在低側(cè)MOSFET關(guān)斷后高側(cè)MOSFET才會導(dǎo)通,同時(shí)在高側(cè)MOSFET關(guān)斷后低側(cè)MOSFET才會導(dǎo)通。如圖2a所示的信號時(shí)序圖,高側(cè)輸入信號HIN和低側(cè)輸入信號LIN之間沒有死區(qū)時(shí)間(LIN的下降沿與HIN的上升沿之間,以及HIN的下降沿與LIN的上升沿之間),而如圖2b所示的信號時(shí)序圖,高側(cè)輸出信號HO和低側(cè)輸出信號LO之間被插入了死區(qū)時(shí)間DT (L0的下降沿與HO的上升沿之間,以及HO的下降沿與LO的上升沿之間),該死區(qū)時(shí)間通常大于高側(cè)和低側(cè)通路的傳輸延遲差和MOSFET的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間差。但是死區(qū)時(shí)間越大,會導(dǎo)致PWM信號有效的占空比縮小,從而引起系統(tǒng)效率的降低,尤其是對開關(guān)速率較快的應(yīng)用場景,由死區(qū)時(shí)間而損失的效率會更明顯。
[0004]現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中,智能功率模塊的輸入控制信號由前級MCU或者ASIC來提供,基于控制算法或者系統(tǒng)可靠性的考慮,往往MCU或者ASIC輸出的控制信號會存在自帶死區(qū)時(shí)間或者不帶死區(qū)時(shí)間兩種情況?,F(xiàn)在的做法是智能功率模塊中的死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路不管輸入的控制信號有無自帶死區(qū)時(shí)間,都會強(qiáng)制插入額外的死區(qū)時(shí)間,從而避免在輸入信號自帶死區(qū)情況下產(chǎn)生更多的效率損失?;蛘咄ㄟ^更復(fù)雜的檢測算法和控制環(huán)路來自動調(diào)整輸出的死區(qū)時(shí)間,這種方式往往實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,而控制算法和環(huán)路響應(yīng)時(shí)間不好控制,會帶來更多的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能功率模塊自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路,整體結(jié)構(gòu)簡單,能夠針對輸入信號之間的死區(qū)時(shí)間實(shí)現(xiàn)智能檢測,并實(shí)現(xiàn)智能控制,提高智能功率模塊的工作效率。
[0006]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種智能功率模塊自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路,用于針對高側(cè)輸入信號和低側(cè)輸入信號,進(jìn)行死區(qū)時(shí)間控制,獲得高側(cè)輸出信號和低側(cè)輸出信號;該自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路包括直通保護(hù)電路、第一單邊延遲產(chǎn)生電路、第二單邊延遲產(chǎn)生電路、第一死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路和第二死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路;其中,第一單邊延遲產(chǎn)生電路的延遲時(shí)間與第二單邊延遲產(chǎn)生電路的延遲時(shí)間相等;高側(cè)輸入信號和低側(cè)輸入信號同時(shí)分別經(jīng)直通保護(hù)電路分別輸出;然后,針對同時(shí)經(jīng)由直通保護(hù)電路分別輸出的高側(cè)輸入信號和低側(cè)輸入信號,第一死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路分別接收低側(cè)輸入信號和經(jīng)過第一單邊延遲產(chǎn)生電路的高側(cè)輸入信號,進(jìn)行死區(qū)時(shí)間分析與控制,并輸出低側(cè)輸出信號;第二死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路分別接收高側(cè)輸入信號和經(jīng)過第二單邊延遲產(chǎn)生電路的低側(cè)輸入信號,進(jìn)行死區(qū)時(shí)間分析與控制,并輸出高側(cè)輸出信號。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述第一單邊延遲產(chǎn)生電路包括電流偏置MOS管MP2、開關(guān)MOS管麗2、電容Cd2和比較器Comp2 ;所述第一死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路包括與非門Nand2 ;其中,電流偏置MOS管MP2的柵極接收智能功率模塊中的偏置電流,電流偏置MOS管MP2的漏極連接智能功率模塊中的電源正極;電流偏置MOS管MP2的源極、開關(guān)MOS管的麗2的源極、電容Cd2的一端和比較器Comp2的正向輸入端四者相連;開關(guān)MOS管麗2的柵極接收所述經(jīng)由直通保護(hù)電路輸出的高側(cè)輸入信號,開關(guān)MOS管麗2的漏極與電容Cd2的另一端相連并接地;比較器Comp2的反向輸入端接入基準(zhǔn)電壓,比較器Comp2的輸出端與第一死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路中與非門Nand2的一輸入端相連,與非門Nand2的另一輸入端接收所述經(jīng)由直通保護(hù)電路分別輸出的低側(cè)輸入信號,與非門Nand2的輸出端輸出低側(cè)輸出信號;所述第二單邊延遲產(chǎn)生電路包括電流偏置MOS管MPl、開關(guān)MOS管麗1、電容Cdl和比較器Compl ;第二死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路包括與非門Nandl ;其中,電流偏置MOS管MPl的柵極接收智能功率模塊中的偏置電流,電流偏置MOS管MPl的漏極連接智能功率模塊中的電源正極;電流偏置MOS管MPl的源極、開關(guān)MOS管的麗I的源極、電容Cdl的一端和比較器Compl的正向輸入端四者相連;開關(guān)MOS管麗I的柵極接收所述經(jīng)由直通保護(hù)電路輸出的低側(cè)輸入信號,開關(guān)MOS管MNl的漏極與電容Cdl的另一端相連并接地;比較器Compl的反向輸入端接入基準(zhǔn)電壓,比較器Compl的輸出端與第二死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路中與非門Nandl的一輸入端相連,與非門Nandl的另一輸入端接收所述經(jīng)由直通保護(hù)電路分別輸出的高側(cè)輸入信號,與非門Nandl的輸出端輸出高側(cè)輸出信號。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述第一單邊延遲產(chǎn)生電路包括非門Invl、電流偏置MOS管MP3、開關(guān)MOS管麗3、電容Cd3和比較器Comp3 ;所述第一死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路包括與非門Nand3 ;其中,所述經(jīng)由直通保護(hù)電路輸出的高側(cè)輸入信號經(jīng)過非門Invl輸送至電流偏置MOS管MP3的柵極,電流偏置MOS管MP3的漏極與電容Cd3的一端相連后,與智能功率模塊中的電源正極相連接;電流偏置MOS管MP3的源極、電容Cd3的另一端、開關(guān)MOS管麗3的源極、比較器Comp3的反向輸入端四者相連接;開關(guān)MOS管麗3的柵極接收智能功率模塊中的偏置電流,開關(guān)MOS管麗3的漏極接地;比較器Comp3的正向輸入端接入基準(zhǔn)電壓,比較器Comp3的輸出端與第一死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路中與非門Nand3的一輸入端相連,與非門Nand3的另一輸入端接收所述經(jīng)由直通保護(hù)電路分別輸出的低側(cè)輸入信號,與非門Nand3的輸出端輸出低側(cè)輸出信號;所述第二單邊延遲產(chǎn)生電路包括非門Inv2、電流偏置MOS管MP4、開關(guān)MOS管MN4、電容Cd4和比較器Comp4 ;所述第二死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路包括與非門Nand4 ;其中,所述經(jīng)由直通保護(hù)電路輸出的高側(cè)輸入信號經(jīng)過非門Inv2輸送至電流偏置MOS管MP4的柵極,電流偏置MOS管MP4的漏極與電容Cd4的一端相連后,與智能功率模塊中的電源正極相連接;電流偏置MOS管MP4的源極、電容Cd4的另一端、開關(guān)MOS管MN4的源極、比較器Comp4的反向輸入端四者相連接;開關(guān)MOS管MN4的柵極接收智能功率模塊中的偏置電流,開關(guān)MOS管MN4的漏極接地;比較器Comp4的正向輸入端接入基準(zhǔn)電壓,比較器Comp4的輸出端與第二死區(qū)時(shí)間比較及產(chǎn)生電路中與非門Nand4的一輸入端相連,與非門Nand4的另一輸入端接收所述經(jīng)由直通保護(hù)電路分別輸出的低側(cè)輸入信號,與非門Nand4的輸出端輸出低側(cè)輸出信號。
[0009]本發(fā)明如上所述一種智能功率模塊自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路,采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明設(shè)計(jì)一種智能功率模塊自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路,整體結(jié)構(gòu)簡單