[发明专利]用于SiC和IGBT功率器件控制去饱和或短路故障的栅极驱动控制系统

说明书

用于SiC和IGBT功率器件控制去饱和或短路故障的栅极驱动控制系统。用于功率半导体器件的栅极驱动控制器包括：主控制单元(MCU)；以及一个或多个比较器，一个或多个比较器将功率半导体器件的输出信号与由MCU生成的参考值进行比较。MCU响应于关断触发信号而生成用于功率半导体器件的第一中间驱动信号，并且当DSAT信号指示功率半导体器件正在经历去饱和时生成不同于第一驱动信号的第二中间驱动信号。当一个或多个比较器的输出信号指示功率半导体器件的输出信号已经相对于参考值而改变时，MCU生成用于功率半导体的最终驱动信号。控制器还可以包括定时器，当一个或多个比较器不指示变化时，定时器使驱动信号以预定间隔改变。

本申请是2016年10月20日提出的、申请号为2016800743251、名称为“用于SiC和IGBT功率器件控制去饱和或短路故障的栅极驱动控制系统”的发明申请的分案申请。

本申请要求2015年10月21日提交的美国临时申请序列号62/244,325以及来自2016年9月13日提交的美国临时申请序列号62/393,859的优先权的权益，并且是2016年3月18日提交的美国专利申请序列号15/074,364的延续部分，这些申请的内容通过引用结合在此。

技术领域

本申请涉及用于功率半导体器件的栅极驱动控制器和用于驱动功率半导体器件的栅极的方法。

背景技术

基于硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和其他宽带隙材料(WBG)(诸如金刚石、氮化铝(AlN)和氮化硼(BN))的功率半导体器件、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或FET(场效应晶体管)用于高功率逆变器、电机控制、电池控制系统等。SiC FET和GaN FET正成为高功率系统的流行选项。这些宽带隙器件具有更高的切换速度并且比Si IGBT更高效。所提高的效率是更快的切换速度的结果。更快的切换降低了切换损耗，并且通过以更高频率切换，可以使用比用于具有较低切换速度的器件更小的电感器和电容器。更低损耗和更小外部滤波器部件的组合使得SiC器件成为IGBT的有吸引力的替代品。

发明内容

在一个实施例中，一种用于功率半导体器件的栅极驱动控制器包括：主控制单元(MCU)；以及比较器，所述比较器将所述功率半导体器件的输出信号与参考值进行比较。所述MCU响应于关断触发信号而生成所述参考值以及用于所述功率半导体器件的第一中间驱动信号。当去饱和(DSAT)信号指示所述功率半导体器件正在经历去饱和时，所述MCU生成不同的参考值和不同的中间驱动信号。当所述比较器指示来自所述功率半导体器件的所述输出信号小于所述参考值时，所述MCU生成用于所述功率半导体的最终驱动信号。

在另一个实施例中，一种栅极驱动控制器包括MCU，所述MCU：当触发信号指示所述功率半导体器件将被关断时生成用于所述功率半导体器件的第一驱动信号；在第一预定时间间隔上保持所述第一驱动信号；在所述第一预定时间间隔结束时提供不同于所述第一驱动信号的第二驱动信号；在第二预定时间上保持所述第二驱动信号；并且在所述第二预定时间间隔结束时提供不同于所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的第三驱动信号。

在又另一个实施例中，所述MCU接收具有上升沿和下降沿的触发脉冲。响应于检测到所述触发脉冲的所述上升沿，所述MCU生成第一参考值以及用于部分导通所述功率半导体器件的第一驱动信号。当所述比较器的所述输出信号改变状态时，所述MCU生成用于完全导通所述功率半导体器件的第二驱动信号。响应于所述触发脉冲的所述下降沿，所述MCU生成第二参考值以及用于所述功率半导体器件的第三驱动信号以便部分关断所述功率半导体器件。当所述比较器的所述输出信号改变回其原始状态时，所述MCU生成用于完全关断所述功率半导体器件的第四驱动信号。