阅读说明：本技术 一种智能开关及其驱动延时调整方法 (Intelligent switch and driving delay adjusting method thereof ) 是由 刘钧 冯颖盈 姚顺 徐金柱 胡飞 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能开关及其驱动延时调整方法,所述智能开关包括一个宽带隙开关器件、一个硅开关器件及驱动模块,所述宽带隙开关器件的源极和漏极分别与所述硅开关器件的源极和漏极相连接,所述宽带隙开关器件的栅极和所述硅开关器件的栅极分别与所述驱动模块相连接,所述驱动模块用于发出分别驱动所述宽带隙开关器件及硅开关器件的第一驱动信号和第二驱动信号。采用本发明的技术方案,可以得到开关效率高且成本低的智能开关。(The invention discloses an intelligent switch and a driving delay adjusting method thereof, wherein the intelligent switch comprises a wide-band-gap switch device, a silicon switch device and a driving module, a source electrode and a drain electrode of the wide-band-gap switch device are respectively connected with a source electrode and a drain electrode of the silicon switch device, a grid electrode of the wide-band-gap switch device and a grid electrode of the silicon switch device are respectively connected with the driving module, and the driving module is used for sending a first driving signal and a second driving signal which are respectively used for driving the wide-band-gap switch device and the silicon switch device. By adopting the technical scheme of the invention, the intelligent switch with high switching efficiency and low cost can be obtained.)

一种智能开关及其驱动延时调整方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种智能开关及其驱动延时调整方法。

背景技术

在电动汽车车载电力电子中，随着功率需求提升，对整体效率要求的提升，可以通过以并联多个半导体开关来提供高电流，功率能力，减小导通损耗。同时随着对功率密度越来越高的要求，开关频率的要求也越来越高。已知硅器件（例如，MOSFET，IGBT），由于相对高的开关损耗，因此不以很高的开关频率操作此类开关。诸如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件之类的宽带隙（wide-bandgap，WBG）器件正在变得更流行，这归因于它们比常规的硅（Si）器件更高的开关频率能力、更低的开关损耗。然而，WBG器件相比于硅器件的电流能力对于一些应用而言仍然不够高。高电流应用WBG开关，成本显著增加。如何在大功率，高功率密度应用下，在效率和成本之间平衡，是业界急需解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的半导体开关器件无法平衡效率和成本的技术问题，提供一种智能开关及其驱动延时调整方法。

本发明实施例中，提供了一种智能开关，其包括一个宽带隙开关器件、一个硅开关器件及驱动模块，所述宽带隙开关器件的源极和漏极分别与所述硅开关器件的源极和漏极相连接，所述宽带隙开关器件的栅极和所述硅开关器件的栅极分别与所述驱动模块相连接，所述驱动模块用于发出分别驱动所述宽带隙开关器件及硅开关器件的第一驱动信号和第二驱动信号。

本发明实施例中，所述宽带隙开关器件为碳化硅开关器件或者氮化镓开关器件。

本发明实施例中，所述硅开关器件为MOSFET管、IGBT管或者IGBT管与二极管并联。

本发明实施例中，当所述智能开关从断开转为导通时，所述驱动模块控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号由低电平转为高电平，且所述第二驱动信号转为高电平的时间相对于所述第一驱动信号具有第一延时。

本发明实施例中，当所述智能开关从导通转为断开时，所述驱动模块控制所述第一驱动信号和所述第二驱动信号从高电平转为低电平，且所述第一驱动信号转为低电平的时间相对于所述第二驱动信号具有第二延时。

本发明实施例中，还提供了一种上述智能开关的驱动延时调整方法，其包括：

获取所述智能开关导通时的功率；

根据所述智能开关导通时的功率来确定所述第一延时和所述第二延时，其中，所述智能开关的功率与所述第一延时和所述第二延时的关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

本发明实施例中，对所述智能开关的电压和电流进行采样，根据采样得到的电压和电流来计算所述智能开关的功率。

本发明实施例中，所述的智能开关的驱动延时调整方法，还包括：

获取所述智能开关的温度，根据所述智能开关的温度对所述第一延时和所述第二延时进行微调，其中，所述智能开关的温度与所述第一延时和所述第二延时的调整关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

本发明实施例中，还提供了一种上述的智能开关的驱动延时调整方法，其包括：

获取所述智能开关的温度；

根据所述智能开关的温度来确定所述第一延时和所述第二延时，其中，所述智能开关的温度与所述第一延时和所述第二延时的关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

本发明实施例中，所述的智能开关的驱动延时调整方法，还包括：

对所述智能开关的电压和电流进行采样，并计算所述智能开关的功率；

根据所述智能开关的功率来对所述第一延时和所述第二延时进行微调，其中，所述智能开关的功率与所述第一延时和所述第二延时的调整关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

综上所述，在本发明的技术方案中，所述智能开关包括一个宽带隙开关器件、一个硅开关器件，利用宽带隙开关器件的高开关速度降低开关损耗，利用硅开关器件大通流能力减少通流损耗，可以整体减少损耗，提高效率，简单易实现，可靠性高，经济适用；另外，采用了通过对智能开关的温度和功率进行检测，对控制所述宽带隙开关器件和所述硅开关器件的驱动信号的延时进行调整，可以使得所述智能开关在工作在最优状态。

附图说明

图1是本发明实施例的智能开关的结构示意图。

图2（a）-图2（f）是本发明实施例的智能开关的多种组合方式的结构示意图。

图3是本发明实施例的智能开关的驱动信号的波形图。

图4是本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第一种实施方式的流程图。

图5是本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第二种实施方式的流程图。

图6是本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第三种实施方式的流程图。

图7是本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第四种实施方式的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例一中，提供了一种智能开关，其包括一个宽带隙开关器件1、一个硅开关器件2及驱动模块3。所述宽带隙开关器件1的源极和漏极分别与所述硅开关器件2的源极和漏极相连接，形成一个开关通路。

所述宽带隙开关器件1的栅极和所述硅开关器2件的栅极分别与所述驱动模块3相连接。所述驱动模块3用于发出分别驱动所述宽带隙开关器件1及所述硅开关器件2的第一驱动信号Vgs1和第二驱动信号Vgs2，所述第一驱动信号Vgs1和所述第二驱动信号Vgs2用于分别控制所述宽带隙开关器件1的栅极和所述硅开关器2件的栅极的电平，从而控制所述宽带隙开关器件1及所述硅开关器件2的导通和断开。所述驱动模块3可以采用DSP实现，也可以采用DSP与其它电路进行组合的方式来实现。

如图2（a）-图2（f）所示，所述宽带隙开关器件1为碳化硅（SiC）开关器件或者氮化镓(GaN)开关器件。所述硅开关器件2为MOSFET管、IGBT管、或者IGBT管与二极管(DIODE)并联。所述宽带隙开关器件1和所述硅开关器件2可以采用多种组合来组成所述智能开关。

如图3所示，当所述智能开关从断开转为导通时，所述驱动模块3控制所述第一驱动信号Vgs1和所述第二驱动信号Vgs2由低电平转为高电平，且所述第二驱动信号Vgs2转为高电平的时间t2相对于所述第一驱动信号Vgs1转为高电平的时间t1具有第一延时Ton_delay。当所述智能开关从导通转为断开时，所述驱动模块控制所述第一驱动信号Vgs1和所述第二驱动信号Vgs2从高电平转为低电平，且所述第一驱动信号Vgs1转为低电平的时间t4相对于所述第二驱动信号Vgs2转为低电平的时间t3具有第二延时Toff_delay。通过控制所述宽带隙开关器件1和所述硅开关器件2的通断时间，可以实现对所述智能开关的控制，既可以利用所述宽带隙开关器件1的高开关速度降低开关损耗，还可以利用所述硅开关器件2的大通流能力减少通流损耗，从而从整体上减少开关损耗，提高开关效率。

图4示出了本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第一种实施方式的流程图。所述方法包括：

获取所述智能开关导通时的功率；

根据所述智能开关导通时的功率来确定所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay，其中，所述智能开关的功率与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

需要说明的是，在所述智能开关在不同的功率下，采用不同的第一延时Ton_delay和第二延时Toff_delay可以使得所述智能开关的开关效率最佳。因此，在所述驱动模块3中，可以预先设置所述智能开关的功率与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的关系函数，所述关系函数可以通过表格的方式呈现，也可以通过拟合曲线的方式呈现。本发明实施例中，对所述智能开关的电压和电流进行采样，根据采样得到的电压和电流来计算所述智能开关的功率。

图5示出了本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第二种实施方式的流程图。与第一种实施方式相比，所述方法还包括：

获取所述智能开关的温度，根据所述智能开关的温度对所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay进行微调，其中，所述智能开关的温度与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的调整关系函数被预先设置在所述驱动模块3中。

需要说明的是，要使得所述智能开关的开关效率最佳，还需要考虑到所述智能开关的温度的影响，可以根据不同的温度对所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay进行微调。可以在所述驱动模块3中预先设置所述智能开关的温度与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的调整关系函数，并且在所述智能开关中设置温度传感器来检测所述智能开关的温度。

图6示出了本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第三种实施方式的流程图。所述方法包括：

获取所述智能开关的温度；

根据所述智能开关的温度来确定所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay，其中，所述智能开关的温度与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

需要说明的是，在本实施方式中，只根据所述智能开关的温度来设置所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay。所述智能开关的温度与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的关系函数可以通过表格的方式呈现，也可以通过拟合曲线的方式呈现。

图7示出了本发明实施例的智能开关的驱动延时调整方法第四种实施方式的流程图。与第三种实施方式相比，所述方法还包括：

对所述智能开关的电压和电流进行采样，并计算所述智能开关的功率；

根据所述智能开关的功率来对所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay进行微调，其中，所述智能开关的功率与所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay的调整关系函数被预先设置在所述驱动模块中。

需要说明的是，在本实施方式中，先通过所述智能开关的温度来确定所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay，然后再根据所述智能开关的功率来对所述第一延时Ton_delay和所述第二延时Toff_delay进行微调。

综上所述，在本发明的技术方案中，所述智能开关包括一个宽带隙开关器件、一个硅开关器件，利用宽带隙开关器件的高开关速度降低开关损耗，利用硅开关器件大通流能力减少通流损耗，可以整体减少损耗，提高效率，简单易实现，可靠性高，经济适用；另外，采用了通过对智能开关的温度和功率进行检测，对控制所述宽带隙开关器件和所述硅开关器件的驱动信号的延时进行调整，可以使得所述智能开关在工作在最优状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。