一种功率开关管的保护电路、桥臂驱动电路及保护方法与流程

本技术属于电力电子，尤其涉及一种功率开关管的保护电路、桥臂驱动电路及保护方法。

背景技术：

1、电力电子电路广泛应用于工控设备、通讯设备、电力设备等各种领域，是现如今电能变换技术的核心组成部分。在电力电子电路的器件组成中，功率开关管由于其独特优势得到广泛应用。功率开关管主要有两种类型：一种为双极型功率开关管，它属于双极型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)，因其输出功率大，故最早称作巨型晶体管(gianttransistor，gtr)，现泛指大功率晶体管；第二种为金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxide semiconductor field effect transistor，mosfet)。此外还有绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)，主要应用于交流变频器、逆变器等电气设备及电磁炉中。

2、然而，目前功率开关管在实际应用中往往容易在系统开机上电阶段误导通，从而导致在初期开机阶段功率器件中通过短路大电流，进而致使功率器件在开机阶段在大电流冲击下烧毁损坏，影响电路系统的稳定性及可靠运行。基于此，为了应对电路系统中存在的开机上电阶段功率器件形成短路大电流从而导致器件烧毁的高风险问题，因此需要提供一种开机防止功率器件导通短路的保护电路，以充分保证功率器件以及其所在电路的可靠性和安全性。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种功率开关管的保护电路、桥臂驱动电路及保护方法，能够有效避免开机时功率开关管直通导致的器件损坏现象，同时能够保障稳定驱动阶段中功率开关管的正常工作，从而充分提升了功率开关管及其所在电路系统的可靠性和安全性。

2、第一方面，本技术实施例提供一种功率开关管的保护电路，所述功率开关管在脉冲宽度调制信号端输出的脉冲宽度调制信号的控制下导通或者关断；该功率开关管的保护电路包括：

3、第一控制模块，第一控制模块的第一端与电源电压信号端电连接，第一控制模块的第二端与接地端电连接，第一控制模块的输出端与功率开关管的控制端电连接，第一控制模块包括第一目标节点；

4、在功率开关管的开机保护阶段，第一控制模块用于在第一目标节点处的电平电压为第一类参考电平信号的情况下，向功率开关管的控制端输出无效电平，以控制功率开关管锁定在关断状态；

5、第二控制模块，第二控制模块的第一端与脉冲宽度调制信号输出端电连接，第二控制模块的第二端与接地端电连接，第二控制模块的输出端与第一目标节点电连接；

6、在功率开关管的稳定驱动阶段，第二控制模块用于在脉冲宽度调制信号的控制下，将第一目标节点处的电平电压调节至第二类参考电平信号，以切断第一控制模块对功率开关管的控制。

7、在一些可能的实施方式中，第一控制模块包括第一开关单元；

8、第一开关单元的控制端与第一目标节点电连接，第一开关单元的第一端与功率开关管的控制端电连接，第一开关单元的第二端与接地端电连接；

9、在开机保护阶段，第一开关单元用于在第一目标节点处的电平电压为第一类参考电平信号的情况下导通，第一开关单元导通时控制功率开关管锁定在关断状态。

10、在一些可能的实施方式中，第一控制模块还包括第一分压单元和第二分压单元；

11、第一分压单元的第一端与电源电压信号端电连接，第一分压单元的第二端与第一目标节点电连接；

12、第二分压单元的第一端与第一开关单元的控制端电连接，第二分压单元的第二端与接地端电连接。

13、在一些可能的实施方式中，第一控制模块还包括第一存储单元；

14、第一存储单元的第一端与电源电压信号端电连接，第一存储单元的第二端与第一开关单元的控制端电连接；

15、第一存储单元用于在电源电压信号端上电的瞬态控制第一目标节点处的电平电压提供第一类参考电平信号，以使第一开关单元导通。

16、在一些可能的实施方式中，第一控制模块还包括第三分压单元；

17、第三分压单元的第一端与电源电压信号端电连接，第三分压单元的第二端与第一存储单元的第一端电连接；

18、或者，第三分压单元的第一端与第一存储单元的第二端电连接，第三分压单元的第二端与第一开关单元的控制端电连接；

19、其中，第三分压单元的电阻值小于预设阈值。

20、在一些可能的实施方式中，第二控制模块包括第二开关单元；

21、第二开关单元的控制端与脉冲宽度调制信号输出端电连接，第二开关单元的第一端与第一目标节点电连接，第二开关单元的第二端与接地端电连接；

22、在稳定驱动阶段，第二开关单元用于在脉冲宽度调制信号的控制下导通，第二开关单元导通时第一目标节点处的电平电压调整为第二类参考电平信号，以控制第一开关单元关断。

23、在一些可能的实施方式中，第二控制模块还包括第四分压单元、第五分压单元和第二存储单元；

24、第四分压单元的第一端与脉冲宽度调制信号输出端电连接，第四分压单元的第二端与第二开关单元的控制端电连接；

25、第五分压单元的第一端与第二开关单元的控制端电连接，第五分压单元的第二端与接地端电连接；

26、第二存储单元的第一端与第四分压单元的第一端电连接，第二存储单元的第二端与第五分压单元的第二端电连接。

27、在一些可能的实施方式中，第二控制模块还包括反向截止单元；

28、反向截止单元的阳极与脉冲宽度调制信号输出端电连接，反向截止单元的阴极与第二存储单元的第一端电连接；

29、反向截止单元用于维持写入第二存储单元中的电压稳定。

30、在一些可能的实施方式中，第二控制模块还包括第六分压单元和放电单元；

31、第六分压单元的第一端与脉冲宽度调制信号输出端电连接，第六分压单元的第二端与反向截止单元的阳极电连接；

32、放电单元的阳极与接地端电连接，放电单元的阴极与第六分压单元的第二端电连接。

33、在一些可能的实施方式中，第二控制模块还包括第三存储单元；

34、第三存储单元的第一端与第四分压单元的第一端电连接，第三存储单元的第二端与第四分压单元的第二端电连接。

35、在一些可能的实施方式中，功率开关管设置于桥臂驱动电路中，桥臂驱动电路中包括上桥臂开关管和下桥臂开关管；

36、上桥臂开关管和下桥臂开关管用于在脉冲宽度调制信号输出端的控制下进行交替导通工作；

37、功率开关管为上桥臂开关管和下桥臂开关管中的任一项。

38、基于相同的发明构思，第二方面，本技术实施例提供一种桥臂驱动电路，该桥臂驱动电路中设置有功率开关管，该桥臂驱动电路包括如本技术第一方面任一项实施例提供的功率开关管的保护电路。

39、在一些可能的实施方式中，桥臂驱动电路包括上桥臂开关管和下桥臂开关管；

40、上桥臂开关管和下桥臂开关管用于在脉冲宽度调制信号输出端提供的脉冲宽度调制信号的控制下进行交替导通工作；

41、功率开关管为上桥臂开关管和下桥臂开关管中的任一项。

42、在一些可能的实施方式中，桥臂驱动电路还包括：

43、上桥臂驱动模块，上桥臂驱动模块的输入端与脉冲宽度调制信号输出端电连接，上桥臂驱动模块的输出端与上桥臂开关管的控制端电连接；上桥臂驱动模块用于根据脉冲宽度调制信号，控制上桥臂开关管导通或关断；

44、下桥臂驱动模块，下桥臂驱动模块的输入端与脉冲宽度调制信号输出端电连接，下桥臂驱动模块的输出端与下桥臂开关管的控制端电连接；下桥臂驱动模块用于根据脉冲宽度调制信号，控制下桥臂开关管导通或关断。

45、基于相同的发明构思，第三方面，本技术实施例提供一种功率开关管的保护方法，应用于如本技术第一方面任一实施例所提供的功率开关管的保护电路；该功率开关管的保护方法包括：

46、在功率开关管的开机保护阶段，控制第一目标节点处的电平电压为第一类参考电平信号，以使第一控制模块向功率开关管的控制端输出无效电平，以控制功率开关管锁定在关断状态；

47、在功率开关管的稳定驱动阶段，控制脉冲宽度调制信号输出端输出脉冲宽度调制信号，第二控制模块用于在脉冲宽度调制信号的控制下，将第一目标节点处的电平电压调节至第二类参考电平信号，以切断第一控制模块对功率开关管的控制。

48、相较于现有技术而言，本技术实施例提供的一种功率开关管的保护电路、桥臂驱动电路及保护方法，该功率开关管的保护电路包括第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块可以在功率开关管的开机保护阶段，在第一目标节点处的电平电压为第一类参考电平信号的情况下，向功率开关管的控制端输出无效电平，以控制功率开关管锁定在关断状态；上述第二控制模块可以在功率开关管的稳定驱动阶段，在脉冲宽度调制信号的控制下，将第一目标节点处的电平电压调节至第二类参考电平信号，以切断第一控制模块对功率开关管的控制。

49、通过上述描述可知，本技术实施例的一种功率开关管的保护电路、桥臂驱动电路及保护方法，通过在开机保护阶段通过第一控制模块将功率开关管锁定在关断状态，从而有效起到防止功率开关管导通短路被烧毁的作用。同时，本技术实施例在功率开关管需要正常工作的稳定驱动阶段，则通过第二控制模块控制第一控制模块，使得第一控制模块停止对上述功率开关管关断状态的锁定，。如此，最终能够有效避免开机时功率开关管直通导致的器件损坏现象，同时能够保障稳定驱动阶段中功率开关管的正常工作，从而充分提升了功率开关管及其所在电路系统的可靠性和安全性。