[发明专利]用于固态开关的关断电路和控制方法

说明书

本公开提供了用于固态开关的关断电路及控制方法，该关断电路包括驱动模块，驱动固态开关的导通或关断；电流采样模块，对流过固态开关的电流进行采样；短路管理模块，获取采样电流并根据采样电流确定是否发生短路，并且在发生短路的情况下，输出用于指示发生短路的第一信号；控制模块，在未发生短路的情况下，向驱动模块输出第二信号以控制驱动模块驱动固态开关的导通或关断；关断时间调节模块，在发生短路的情况下，根据由控制模块预先选择的第一关断时长，向驱动模块输出第三信号以控制驱动模块驱动固态开关按照第一关断时长完成关断，其中，在发生短路的情况下，驱动模块的输入从第二信号变为第三信号。

技术领域

本公开的实施例涉及用于固态开关的关断电路和控制方法。

背景技术

传统的机械式断路器具有机械触头，其在毫秒量级的时间内可以完成关断。而在电路短路时，短路电流往往会以数十安培每微秒的速度增加，毫秒量级的机械触头的速度无法十分快速地关断，这就要求电路和负载端具备短时电流短路耐受能力。此外，在机械触头的关断过程中，由于线路上的寄生感抗和负载的感性部分的储能，触头之间会出现能量的泄放，这种泄放通常是以电弧的形式出现，电弧会对触头造成一定的损伤，比如会使得触头的接触阻抗增加等。由此，机械断路器就存在关断次数的限制。

同时，随着半导体功率器件的蓬勃发展，第三代宽禁带半导体逐渐得到大规模的应用，其中尤其是碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,SiC MOSFET)器件(简称为SiC MOS)以其优异的高温特性和低阻抗特定受到青睐并应用在断路器的设计中，这类断路器通常被称为固态断路器。

相较于传统断路器，在固态断路器中，由半导体器件代替了机械触头，也因此具备了传统断路器不具备的优势。例如，关断速度快，可达到仅几个微秒级别。又如，半导体器件断开时无电拉弧，因此半导体器件的寿命很长，理论上甚至可进行无限次关断。

虽然有诸多优势，但过快的关断速度会使电路线路中的寄生电感或感性负载端的储能会在半导体器件的两端产生很大的反压。应对该问题，目前的普遍做法是在半导体器件两端并联瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)或者并联金属氧化物压敏电阻(Metal Oxide Varistor，MOV)以钳压。虽然能在一定程度上缓解反压，但仍旧存在击穿半导体器件的风险。

与之相对，在短路时，过慢的关断速度则会导致半导体器件的过热损坏。因为短路时的短路电流会急剧增大，半导体内部的结温随之急剧上升，过慢的关断速度会使得半导体器件内部结温在关断之前就超过最大可承受的结温。例如，Si基MOS和绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的最大可承受结温为150摄氏度，SiC MOS则为175摄氏度。

因此，在短路发生时，过快或过慢的关断速度都会对半导体器件造成损毁，确定合适的关断速度或关断时间十分重要。对于半导体驱动芯片，通常也会设置有软关断的功能，但在设计实现时需要针对具有不同的短路电流和不同热特性的MOS选择不同的MOS驱动芯片并选用不同的驱动电路拓扑，这给芯片设计增加了工作量及成本。

发明内容

本公开的实施例提供了用于固态开关的关断电路及控制方法，针对不同的固态开关实现关断时间可调节，从而解决现有技术中电路实现后的关断时间不可调、不灵活的技术问题。