功率设备的控制装置及方法

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域。

背景技术

功率设备(Power Device，也可称为电源设备)可以包括高压侧(H/S)功率设备和/或低压侧(L/S)功率设备；在对功率设备进行控制的控制装置中，也可以具有高压侧驱动电路和/或低压侧驱动电路。高压侧驱动电路可以根据输入信号产生驱动信号，对高压侧功率设备进行开启(ON，或者称为导通)或关闭(OFF，或者称为截止)的操作；低压侧驱动电路可以根据输入信号产生驱动信号，对低压侧功率设备进行开启(ON)或关闭(OFF)的操作。

例如，在高压侧可以设置输入电路、电平转换(或者称为电平移位)电路和驱动电路等。该输入电路可以根据输入信号(例如用HIN表示)产生脉冲信号，该脉冲信号例如是设置(SET)信号或重置(RESET)信号；该电平转换电路可以根据该设置脉冲信号(以下简称为SET信号)或该重置脉冲信号(以下简称为RESET信号)产生开启(ON)信号或关闭(OFF)信号，对高压侧功率设备进行驱动。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

发明人发现：在某些结构例如智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)中，功率设备的开关速度是固定的；如果希望变更功率设备的开关速度，则需要开发出使用了不同栅极(gate)电阻的多种产品，导致管理成本较大。

本申请实施例提供一种功率设备的控制装置及方法；期望即使针对一种产品也能够对功率设备的开关速度进行切换，并且期望能够抑制成本并提高控制的稳定性。

根据本申请实施例的第一个方面，提供一种功率设备的控制装置，包括：

输入电路，其根据输入信号产生设置脉冲信号或重置脉冲信号；其中，所述重置脉冲信号根据用于切换开关速度的选择信号能够被设定为具有不同的脉冲宽度；

电平转换电路，其根据所述设置脉冲信号产生用于使高压侧功率设备导通的导通信号，或根据所述重置脉冲信号产生用于使所述高压侧功率设备截止的截止信号；

驱动电路，其根据所述导通信号或者所述截止信号，驱动所述高压侧功率设备；

判别电路，其对经由所述电平转换电路的所述重置脉冲信号的脉冲宽度进行判别；以及

切换电路，其根据判别出的所述重置脉冲信号的脉冲宽度对所述高压侧功率设备的至少两个栅极电阻进行选择，使得所述高压侧功率设备的开关速度能够被切换。

根据本申请实施例的第二个方面，提供一种负载装置，所述负载装置包括至少一组半桥电路以及如上所述的控制装置。

根据本申请实施例的第三个方面，提供一种功率设备的控制方法，包括：

根据输入信号产生设置脉冲信号或重置脉冲信号；其中，所述重置脉冲信号根据用于切换开关速度的选择信号能够被设定为具有不同的脉冲宽度；

根据所述设置脉冲信号产生用于使高压侧功率设备导通的导通信号，或根据所述重置脉冲信号产生用于使所述高压侧功率设备截止的截止信号；

根据所述导通信号或者所述截止信号，驱动所述高压侧功率设备；

对经由电平转换后的所述重置脉冲信号的脉冲宽度进行判别；以及

根据判别出的所述重置脉冲信号的脉冲宽度对所述高压侧功率设备的至少两个栅极电阻进行选择，使得所述高压侧功率设备的开关速度能够被切换。

本申请实施例的有益效果之一在于：重置脉冲信号根据用于切换开关速度的选择信号能够被设定为具有不同的脉冲宽度；以及根据判别出的重置脉冲信号的脉冲宽度对高压侧功率设备的至少两个栅极电阻进行选择，使得所述高压侧功率设备的开关速度能够被切换。由此，不仅能够以简单的结构对功率设备的开关速度进行切换，从而降低电路面积并抑制成本；而且选择信号的传递不容易被噪声干扰，能够提高控制的稳定性。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。

图1是本申请实施例的功率设备的控制装置的一示意图；

图2是本申请实施例的控制装置的一示例图；

图3是本申请实施例的RESET信号生成电路的一示例图；

图4是图3中A、B、C、D位置处的信号的示例图；

图5是本申请实施例的RESET信号判别电路的一示例图；

图6是图5中E、I、O、CLK位置处的信号的示例图；

图7是本申请实施例的切换电路的一示例图；

图8是本申请实施例的切换电路的另一示例图；

图9是本申请实施例的切换电路的另一示例图；

图10是本申请实施例的功率设备的控制方法的一示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

功率设备可以包括高压侧功率设备和/或低压侧功率设备。一般而言，控制装置可以具有开关元件，对功率设备进行ON/OFF的控制。在以下的说明中，例如高压侧功率设备导通可以理解为使控制高压侧功率设备的开关元件导通(ON)，高压侧功率设备截止可以理解为使控制高压侧功率设备的开关元件截止(OFF)；高压侧功率设备的开关速度可以理解为控制该高压侧功率设备的开关元件的开关速度。

在低压侧，一般不存在电平转换电路，因此容易传递用于选择栅极电阻的选择信号；但是在高压侧，要想传递用于选择栅极电阻的选择信号，一般需要使用与通常传递SET信号、RESET信号的横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS，Laterally Diffused Metal OxideSemiconductor)不同的LDMOS，即需要额外的LDMOS，因此电路面积变大并且成本增加。

发明人发现，如果采用除SET信号、RESET信号外的其他脉冲传递选择信号，可能会将由于噪音或电平转换电路诱发并产生的错误脉冲计算在内，因此有可能出现意外的设定，从而导致控制的不稳定问题。并且，电路结构会变得复杂而使得电路面积增加，不仅导致成本增加，而且由于其他脉冲的产生而导致电力消耗增加。

此外，由于一般在输入信号的上升沿(或者上升边缘)产生SET信号，如果传递选择信号的其他脉冲与SET信号相关，则有可能由于中途电源瞬间停止等意外情况而解锁，从而也会导致控制的不稳定问题。

针对上述问题的至少之一，本申请实施例提供如下技术方案。

第一方面的实施例

本申请实施例提供一种功率设备的控制装置，至少对高压侧功率设备进行控制。

图1是本申请实施例的功率设备的控制装置的一示意图，如图1所示，控制装置100包括：

输入电路101，其根据输入信号产生设置脉冲信号(SET信号)或重置脉冲信号(RESET信号)；其中，所述重置脉冲信号根据用于切换开关速度的选择信号能够被设定为具有不同的脉冲宽度；

电平转换电路102，其根据所述设置脉冲信号产生用于使高压侧功率设备110导通的导通信号(ON信号)，或根据所述重置脉冲信号产生用于使所述高压侧功率设备110截止的截止信号(OFF信号)；

驱动电路103，其根据所述导通信号或者所述截止信号，驱动高压侧功率设备110；

判别电路104，其对经由所述电平转换电路102的所述重置脉冲信号的脉冲宽度进行判别；以及

切换电路105，其根据判别出的所述重置脉冲信号的脉冲宽度，对高压侧功率设备110的至少两个栅极电阻进行选择，使得高压侧功率设备110的开关速度能够被切换。

值得注意的是，以上图1仅对本申请实施例的控制装置进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图1的记载。

在一些实施例中，高压侧功率设备110可以包括如下的晶体管元件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)，或者绝缘栅极双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)等等；但本申请不限于此，例如还可以是其他的半导体器件。

在本申请实施例中，控制装置100内可以只设置有两个晶体管，分别针对SET信号和RESET信号；其中选择信号通过RESET信号的不同脉冲宽度进行传递。即，本申请实施例使用例如两个LDMOS便可以在高压侧实现对选择信号的传递，以对开关速度进行切换。由此，不仅能够对功率设备的开关速度进行切换，从而抑制管理成本；而且不需要扩大电路面积并且不使用额外元件，从而不会增加电路或芯片成本。

图2是本申请实施例的控制装置的一示例图，示例性示出了在电平转换之前生成RESET信号以及在电平转换之后判别RESET信号的脉冲宽度的情况。

如图2所示，输入信号IN可以被输入并滤波(滤波参数例如包括500ns)，可以根据输入信号IN的上升沿产生SET信号，例如该SET信号的脉冲宽度为250ns，但本申请不限于此。然后，SET信号被进行电平转换。

如图2所示，可根据输入信号IN的下降沿产生能够具有不同脉冲宽度的RESET信号。如图2所示，在选择信号指示开关速度为第一速度(例如为高速)的情况下，将RESET的脉冲宽度设置为第一脉冲宽度(例如为500ns)；在选择信号指示开关速度为第二速度(例如为低速)的情况下，将RESET信号的脉冲宽度设置为第二脉冲宽度(例如为250ns)。

图3是本申请实施例的RESET信号生成电路的一示例图；图4是图3中A、B、C、D位置处的信号的示例图。如图3所示，可以在相关的RESET信号生成电路的基础上增加开关301和电容302。

如图4所示，选择信号在指示低速的情况下为L，在指示高速的情况下为H。由此，选择信号的不同波形会引起B位置处的信号波形不同，从而导致C位置处的不同脉冲宽度，进而D位置处的信号(即输入到电平转换电路102的RESET信号)能够具有不同的脉冲宽度。

以上对电平转换前的RESET信号进行了示例性说明，以下再对电平转换之后的RESET信号进行说明。

如图2所示，电平转换后的SET信号经过滤波后可以作为ON信号输入触发器，电平转换后的RESET信号经过滤波后可以作为OFF信号输入触发器。此外，电平转换后的RESET信号还进行脉冲宽度的判别。

如图2所示，经过电平转换后，在RESET信号的脉冲宽度为第一脉冲宽度(例如为500ns)的情况下，判别选择信号指示的开关速度为第一速度(例如为高速)；在RESET信号的脉冲宽度为第二脉冲宽度(例如为250ns)的情况下，判别该选择信号指示的开关速度为第二速度(例如为低速)。将作为该判别结果的判别信号输入至切换电路105。

如图2所示，根据判别信号可以对两个栅极电阻Rg1和Rg2进行选择，具体如何进行切换可以参考后述的实施例。

图5是本申请实施例的RESET信号判别电路的一示例图；图6是图5中E、I、O、CLK位置处的信号的示例图。如图5所示，可以通过RC滤波器(例如滤波参数包括400ns)对RESET信号进行滤波，并通过触发器输出判别信号(O位置处的信号)。

如图6所示，在E处的RESET信号的脉冲宽度为第二脉冲宽度(例如为250ns)的情况下，I位置处的电平一直为L；在CLK的上升沿I＝L的情况下，O位置处输出低电平(L)。在E处的RESET信号的脉冲宽度为第一脉冲宽度(例如为500ns)的情况下，I位置处的电平从L变为H；在CLK的上升沿I＝H的情况下，O位置处输出高电平(H)。

值得注意的是，以上图2至6仅对本申请实施例进行了示例性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图2至6的记载。

此外，以上以第一速度高于第二速度，第一脉冲宽度大于第二脉冲宽度为例进行说明，但本申请不限于此。例如，第一速度不同于第二速度，第一脉冲宽度不同于第二脉冲宽度即可。

例如，在第一速度高于第二速度的情况下，第一脉冲宽度可以小于第二脉冲宽度；或者，在第一速度低于第二速度的情况下，第一脉冲宽度可以大于第二脉冲宽度；或者，在第一速度低于第二速度的情况下，第一脉冲宽度可以小于第二脉冲宽度。相应地，脉冲宽度的设定和脉冲宽度的判定保持一致即可。

由此，本申请实施例通过RESET信号的不同脉冲宽度来传递选择信号，由于是对脉冲宽度进行调整，因此不容易被噪声干扰，能够提高控制的稳定性。并且，电路结构简单，不会导致电路面积增加，不仅能够抑制成本，而且能够抑制LDMOS消耗的电力。

此外，由于以RESET信号的时刻对选择信号进行设定，即使出现中途电源瞬间停止等意外情况而解锁，信号也会马上恢复到设定时的状态，从而也能够提高控制的稳定性。

此外，由于信号产生电路可以在常规RESET脉冲生成电路的基础上对时间常数进行调整，并且增加进行脉冲宽度判别的电路，因此电路结构简单，可以很好地抑制由于芯片面积增加而导致的成本增加。

以上对于RESET信号进行了说明，以下再对切换电路进行说明。

在一些实施例中，驱动电路103通过切换高压侧功率设备110的栅极电阻的电阻值，来切换所述高压侧功率设备110的开关速度。

例如，切换电路105可以包括开关元件(SW)，其对高压侧功率设备110的至少两个栅极电阻进行切换，使得高压侧功率设备110的开关速度被切换。本申请实施例将以两个栅极电阻(即开关速度的切换水准为2)为例进行说明，但本申请不限于此，例如还可以是三个以上。

图7是本申请实施例的切换电路的一个示例图，以高压侧为例进行说明。如图7所示，驱动电路103包括一个驱动电路Dr1，切换电路105包括一个开关元件(SW)；此外，在高压侧功率设备110的栅极设置有两个栅极电阻，分别用Rg1和Rg2表示。

例如，在判别电路104的输出信号(以下称为判别信号)的作用下，开关元件(SW)可以被导通(ON)，由此高压侧功率设备110的栅极电阻由Rg1和Rg2并联后的电阻值确定；再例如，在判别信号的作用下，开关元件(SW)可以被截止(OFF)，由此高压侧功率设备110的栅极电阻由Rg1的电阻值确定。由此，能够切换高压侧功率设备110的栅极电阻，从而能够切换高压侧功率设备110的开关速度。

图8是本申请实施例的切换电路的另一个示例图，如图8所示，驱动电路103包括一个驱动电路Dr1，切换电路105包括一个开关元件(SW)；此外，在高压侧功率设备110的栅极设置有两个栅极电阻，分别用Rg1和Rg2表示。

例如，在判别信号的作用下，开关元件(SW)可以向下被导通(ON)，由此高压侧功率设备110的栅极电阻由Rg1的电阻值确定；再例如，在判别信号的作用下，开关元件(SW)可以向上被导通(ON)，由此高压侧功率设备110的栅极电阻由Rg2的电阻值确定。由此，能够切换高压侧功率设备110的栅极电阻，从而能够切换高压侧功率设备110的开关速度。

以上示意性说明了通过单个驱动电路工作，从而切换高压侧功率设备110的开关速度；但本申请不限于此；可以选择一个驱动电路工作或者选择多个驱动电路并列工作，从而切换所述高压侧功率设备的开关速度。

图9是本申请实施例的切换电路的另一个示例图，如图9所示，驱动电路103具有两个驱动电路Dr1和Dr2，切换电路105包括一个开关元件(SW)；此外，在高压侧功率设备110的栅极设置有两个栅极电阻，分别用Rg1和Rg2表示。

例如，在判别信号的作用下，开关元件(SW)可以被导通(ON)，由此Dr2和Rg2被选择与Dr1和Rg1并列工作；再例如，在判别信号的作用下，开关元件(SW)可以被截止(OFF)，由此Dr2和Rg2不被选择，而仅由Dr1和Rg1工作。由此，能够切换高压侧功率设备110的栅极电阻，从而能够切换高压侧功率设备110的开关速度。

值得注意的是，以上图7至9仅对本申请实施例的切换电路进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如为简单起见，图7至9仅示例性示出部分部件；可以适当地调整各个模块或部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些模块或部件，或者减少其中的某些模块或部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图7至9的记载。

此外，切换电路105可以独立于驱动电路103，但本申请实施例不限于此，切换电路105也可以与驱动电路103集成起来，即切换电路105是驱动电路103的一部分，本申请实施例对此不进行限制。以上对高压侧的情况进行了说明，功率设备的控制装置还可以包括低压侧，在此不再详述。

由上述实施例可知，重置脉冲信号根据用于切换开关速度的选择信号能够被设定为具有不同的脉冲宽度；以及根据判别出的重置脉冲信号的脉冲宽度对高压侧功率设备的至少两个栅极电阻进行选择，使得所述高压侧功率设备的开关速度能够被切换。由此，不仅能够以简单的结构对功率设备的开关速度进行切换，从而降低电路面积并抑制成本；而且选择信号的传递不容易被噪声干扰，能够提高控制的稳定性。

第二方面的实施例

本申请实施例提供一种负载装置，所述负载装置包括至少一组半桥电路，此外还包括如第一方面的实施例所述的控制装置。由于在上述实施例中，已经对该控制装置的结构和原理进行了详细说明，其内容被包含于此，在此不再赘述。

在本申请实施例中，所述负载装置可以为智能功率模块(IPM)；所述半桥电路包括高压侧功率设备和/或低压侧功率设备，所述IPM具有输入选择信号的输入端子，该选择信号用于切换功率设备(高压侧功率设备和/或低压侧功率设备)的开关速度。但本申请不限于此，所述负载装置还可以是任意的具有功率设备及其控制电路的装置。

第三方面的实施例

本申请实施例还提供一种功率设备的控制方法，对应于第一方面的实施例所述的功率设备的控制装置，相同的内容不再赘述。

图10是本申请实施例的功率设备的控制方法的示意图，如图10所示，所述控制方法包括：

1001，根据输入信号产生设置脉冲信号或重置脉冲信号；其中，所述重置脉冲信号根据用于切换开关速度的选择信号能够被设定为具有不同的脉冲宽度；

1002，根据所述设置脉冲信号产生用于使高压侧功率设备导通的导通信号，或根据所述重置脉冲信号产生用于使高压侧功率设备截止的截止信号；

1003，根据导通信号或者截止信号，驱动高压侧功率设备；

1004，对经由电平转换后的重置脉冲信号的脉冲宽度进行判别；以及

1005，根据判别出的重置脉冲信号的脉冲宽度对高压侧功率设备的至少两个栅极电阻进行选择，使得高压侧功率设备的开关速度能够被切换。

值得注意的是，以上图10仅对本申请实施例进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个操作之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些操作，或者减少其中的某些操作。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图10的记载。

本申请以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本申请涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本申请还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

结合本申请实施例描述的方法/装置可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图中所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图中所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(FPGA)将这些软件模块固化而实现。

软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(如移动终端)采用的是较大容量的MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该MEGA-SIM卡或者大容量的闪存装置中。

针对附图中描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。针对附图描述的功能方框中的一个或多个和/或功能方框的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。