[发明专利]具有短路保护的栅极驱动器

说明书

一种车辆，包括被配置为向车辆提供推进力的电机，以及被配置为使用配置为半桥的第一和第二开关从牵引电池向电机供电的电力逆变器，其中第一开关被栅极驱动器控制。栅极驱动器被配置为：在负载电流超过阈值达到由掩码定时器定义的时间段时以软关断模式操作；当负载电流低于阈值时以快速关断模式操作；并且响应于在负载电流超过阈值之后在掩码定时器期满之前接收到关断请求，启用软关断模式。

技术领域

本申请总体涉及用于固态开关的栅极驱动器，其中来自开关的反馈用于检测并提供开关的短路保护。

背景技术

包括混合动力车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV)的电动车辆依靠牵引电池向牵引马达提供用于推进的电力，并且依靠其间的功率逆变器以将直流(DC)功率转换为交流(AC)功率。典型的AC牵引马达是三相马达，其可由3个正弦信号供电，每个信号以120度相分离驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作并提供最大电流。牵引电池可选地被称为高压电池，其中典型的牵引电池的端电压超过100伏DC。然而，通过在不同的电压范围内操作，通常在大于牵引电池端电压的电压下，可以实现电机的改进的性能。同样地，驱动车辆电机的电流要求通常涉及大电流，其中在操作中电流可能超过600安培。高电流和电压对电机电感的影响可能导致在开关打开并且能量存储在电机电感器的场中时在开关两端的电压尖峰。

此外，许多电动车辆包括也被称为可变电压转换器(VVC)的DC-DC转换器，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压电平。可能包括牵引马达的电机可能需要高电压和高电流。由于电压、电流和开关要求，通常使用诸如绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)的固态开关来产生功率逆变器和VVC中的信号。同样，DC-DC转换器或VVC具有电感器，当开关打开并且能量存储在转换器的电感器的场中时，电感器可能导致开关两端的电压尖峰。

发明内容

一种功率模块，包括配置成驱动负载的第一开关和第一栅极驱动器。第一栅极驱动器被配置为：当负载电流小于阈值时输出快速关断信号；当电流超过阈值达到由掩码定时器定义的时间段时，锁存软关断信号；并且响应于当电流超过阈值时在掩码定时器期满之前接收到的关断请求，抑制快速关断信号达到大于该时间段的持续时间。

一种控制IGBT的方法，包括：当负载电流小于阈值时输出快速关断信号；当负载电流超过阈值达到由掩码定时器定义的时间段时，锁存软关断信号；并且响应于当负载电流超过阈值时在掩码定时器期满之前接收到的关断请求，抑制快速关断信号达到大于该时间段的持续时间。

一种车辆，包括被配置为向车辆提供推进力的电机以及配置成使用配置为半桥的第一和第二开关从牵引电池向电机供电的功率逆变器，其中第一开关被栅极驱动器控制。栅极驱动器被配置为：在负载电流超过阈值时以软关断模式操作达到由掩码定时器定义的时间段；当负载电流低于阈值时，栅极驱动器以快速关断模式操作；并且响应于在负载电流超过阈值之后在掩码定时器期满之前接收到的关断请求，启用软关断模式。

附图说明

图1是示出了典型的传动系和能量存储部件的混合动力车辆的示意图，典型的传动系和能量存储部件之间具有可变电压转换器和功率逆变器；

图2是车辆可变电压转换器的示意图；

图3是车辆电机逆变器的示意图；

图4A是随着时间施加到开关的栅极的电压的图示说明；

图4B是随着时间由开关驱动的负载电流的图示说明；

图5是用于两个IGBT的双栅极驱动电路的示意图，其包括通过具有跨死区时间延迟的软关断的短路保护；

图6是用于IGBT的栅极驱动电路的示意图，其具有通过软关断的短路保护；

图7是用于两个IGBT的双栅极驱动电路的示意图，其包括使用原始电流反馈的短路保护，以启用具有跨死区时间延迟的软关断。

具体实施方式