CN103219980A - 用于监测开关的功能的方法和用于开关的驱动器单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测开关的功能的方法和用于开关的驱动器单元。一种栅极驱动器单元包括输入级，输出级，读/写接口和监测级。该输入级被配置为接收控制信号，并将控制信号转发至输入级和监测级。该读/写接口被配置为接收配置数据，并转发该配置数据至监测级。该监测级被配置为捕获且评估连接到该栅极驱动器单元的电源开关的信号，并且将该电源开关的信号的评估与控制信号进行同步。所述信号的评估以及该评估的同步基于该配置数据。

Description

用于监测开关的功能的方法和用于开关的驱动器单元

技术领域

本发明涉及用于开关的驱动器单元，和用于监测在连接到该开关的驱动器单元中、尤其是在具有电源开关的安全关键电源***中使用的开关的功能的方法。

背景技术

安全工程是一个发展的领域，在该领域中如果出现错误，工程师使用冗余技术来减轻不良后果。例如，空间飞船和飞行器包括冗余***，因此，例如在飞行过程中若引擎控制部件出现故障，那么就能够启动另一个引擎控制部件以允许飞行器安全着陆。

在类似方面，在安全意识***中，定时输入/输出(I/O)信号可以被生成且然后随后被检查，以确保它们实际上被正确传输。这在许多应用中可能是有用的。例如，在汽车***中，如果输出驱动信号(例如，来自引擎控制器的火花塞信号)被提供给汽车的引擎，那么可以将反馈信号(其源自于实际传递给引擎的输出驱动信号)与原始输出驱动信号相比较，以确定实际上该输出驱动信号是否被正确地传递。因此，如果在引擎控制器和引擎本身之间存在“不良(bad)”连接(或者如果发生某些其它错误事件)，则原始驱动信号和反馈信号之间的比较可以检测到这种错误，从而允许控制***来通知驾驶员，例如，通过亮起驾驶员仪表盘上的“检查引擎”灯。这样，驾驶员能够得知已经产生引擎问题(例如，火花塞不发火)，于是能够获得服务于解决任何相应问题的车辆。

在具有电源开关(例如，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT))的安全关键电源***中，需要在启动***操作之前分析该电源***中的功能模块，以在某些功能模块发生故障的情况下避免损伤。而且，在运行时间过程中还需要诊断能力，以检测老化效应或分析突发故障。

普通控制装置的标准输出端不能直接驱动电源开关的控制输入端(栅极)。因此，需要一种具有其自己的电源供应器的栅极驱动器部件，以将控制信号进行放大，且使得这些信号适应电源开关的需要。为了避免损耗并确保正确的开关行为，栅极驱动器部件通常位于电源开关附近。

在某些情况下，由于控制装置和电源开关没有涉及相同的电位，因此栅极驱动器部件在二者之间引入了电流隔离屏障。这里，栅极驱动器包括连接到“低功率”控制设备的“低电压”主侧面，和连接到电源开关的“高电压”次侧面，其中，该主侧面和次侧面由电流隔离屏障分开。由于在这些条件下处理模拟数值相当昂贵，结果整个***的诊断能力下降。

特别是在进行故障模式及影响分析(FMEA)时，运行时间测试，特别是健全性检查(sanity check)机制，非常有助于实施含有规范的安全概念，例如，该规范为即使引脚连接失败，设备也必须按照已定义方式做出反应。

此外，一些应用程序需要所谓的“跛行回家(limp home)”功能。即使部件发生故障，***的其它部分也必须继续工作，以在一定时间内实现最低限度的功能(例如，三相电机能以两相运行，但是性能较低)。根据故障的根本原因，不得不应用不同的跛行回家策略。因此，需要对错误的原因的详细了解-即诊断能力。

因此，例如，存在对为开关(尤其是电源开关)的驱动器单元提供健全性检查机制的装置和方法的需要，其是灵活的和节省成本的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种栅极驱动器单元，其包括输入级，输出级，读/写接口，以及监测级。该输入级被配置为接收控制信号，并将控制信号转发给输出级和监测级。该读/写接口被配置为接收配置数据，并将该配置数据转发给监测级。该监测级被配置为捕获且评估连接到栅极驱动器单元的电源开关的信号，并将该电源开关的信号的评估与控制信号进行同步。信号的评估以及该评估的同步基于配置数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测电源开关的功能的方法，该电源开关连接到栅极驱动器单元。该方法包括：接收控制信号，接收配置数据，并且捕获并评估连接到栅极驱动器单元的电源开关的信号，以及将该电源开关的信号的评估与控制信号进行同步。信号的评估以及该评估的同步基于配置数据。

由下面参考附图对本发明进行的详细描述，本发明的更多特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

附图被包括用以提供对本发明的进一步的理解并且被并入和构成该说明书的一部分。这些图示出本发明的实施例并且与具体实施方式一起用来解释本发明的原理。将容易领会本发明的其它实施例和本发明的多个预期的优点，同时参考以下详细描述它们将变得更好理解。

图1示例性地示出根据本发明的实施例的包括驱动器单元的***的简化示意图；

图2说明图1中所示***的示例性应用；

图3说明图1中所示***的另一示例性应用；

图4说明图1中所示***的另一示例性应用；

图5说明图1中所示***的另一示例性应用；

图6示出根据本发明的另一实施例的用于监测开关的功能的方法；以及

图7示例性地示出根据本发明的另一实施例的包含驱动器单元的***的简化示意图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考附图，这些附图构成了说明书的一部分，在这些图中借助图示示出了可以实施本发明的特定实施例。应当理解也可以利用其它实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下做出结构或其它改变。因此，下面的详细描述不是在限制的意义上进行的，并且本发明的范围将由所附权利要求来限定。

下面优选实施例的描述经常涉及到特定值(例如电压)与两个阈值的比较，以确定该特定值是否位于预定范围内或允许窗口内。该特定值与两个阈值的比较对于两个阈值来说可以并行执行(即，基本上同时)，或者可以相继执行(即，在第一时间，该特定值与第一阈值相比较，在第二时间，该特定值与第二阈值相比较)。将理解的是用语“一个值与两个阈值的比较”并非限于上述的两种备选方案之一，而是将两种备选方案都覆盖，即，特别地，分别与一个阈值的两次连续的比较也被认为是“一个值与两个阈值的比较”。

例如，可以实施这种特定值与两个阈值的比较来检测开关和供给电压之间的固定型故障(例如，由于短路)。在某些情况下，如果确定了特定值超出或者没超出单个阈值，则可能检测不到电压的短路。

根据本发明的一个方面，一种用于监测在连接到开关的驱动器单元中使用的该开关的功能的方法。该驱动器单元包括用于接收控制信号的输入级和用于放大控制信号的输出级。输出放大的控制信号至开关包括将输出级所输出的放大的控制信号的特征值与两个阈值进行比较，以确定该值是否位于由该两个阈值所规定的区间内。一接收到用于引起开关的状态改变的控制信号，控制信号就被转发到延迟元件，其被配置为在预定延迟之后输出该控制信号。当延迟元件输出控制信号时，该放大的控制信号的特征值的当前比较结果与两个阈值进行比较，以确定在经过由延迟元件的延迟所限定的某时间段之后，该放大的控制信号的特征值是否位于由两个阈值所规定的区间内。

有利地，将输出级所输出的放大的控制信号的特征值与两个阈值进行比较以确定该值是否位于两个阈值所规定的区间内的步骤被持续性地或者周期性地执行。

有利地，该放大的控制信号的特征值是施加到开关的控制输入端的电压。有利地，该开关是电源开关，并且该输入级包含电流隔离屏障。

有利地，该方法进一步包括如果在经过由延迟元件的延迟所限定的某时间段之后，该放大的控制信号的特征值不在两个阈值所规定的区间内，则输出出错信号。响应于该出错信号，开关被关断。

根据本发明的另一个方面，一种用于监测在连接到开关的驱动器单元中使用的该开关的功能的方法。驱动器单元包括用于接收控制信号的输入级和用于放大该控制信号且将该放大的控制信号输出至开关的输出级。当接收到引起开关的状态改变的控制信号时，启动计时器。将输出级所输出的放大的控制信号的特征值与参考值进行比较。该放大的控制信号的特征值达到该参考值，比较当前计时器值与两个计时器阈值，以确定该放大的控制信号的特征值在两个计时器阈值所规定的时间区间内是否达到参考值。

有利地，比较输出级所输出的放大的控制信号的特征值与参考值的步骤被持续性地或者周期性地执行。有利地，该放大的控制信号的特征值是施加到开关的控制输入端的电压。有利地，该开关是电源开关，并且该输入级包括电流隔离屏障。

有利地，该方法进一步包括：如果放大的控制信号的特征值在两个计时器阈值所规定的时间因间内没有达到参考值，则输出出错信号。响应于该出错信号，开关被关断。

根据本发明的另一个方面，开关的驱动器单元包括输入级和延迟元件，该输入级接收控制信号并将该控制信号转发至输出级。该输出级对控制信号进行放大，并将该放大的控制信号输出至开关和比较器。比较器被配置为接收来自于输出级的放大的控制信号，确定该放大的控制信号的特征值是否位于由两个阈值所规定的区间内，并将确定的结果转发给评估器。延迟元件被配置为接收来自输入级的控制信号，并在预定延迟之后将所接收到的控制信号输出至评估器。评估器被配置为当接收来自延迟元件的延迟控制信号时，对该比较器的确定的结果进行评估，以确定经过延迟元件的延迟所限定的某时间段之后，该放大的控制信号的特征值是否位于两个阈值所规定的区间内。

有利地，该比较器被进一步配置为持续性地或周期性地确定该放大的控制信号的特征值是否位于由两个阈值所规定的区间内，并将该确定的结果转发至评估器。

有利地，该开关是电源开关，并且该输入级包括电流隔离屏障。有利地，该控制信号是脉冲宽度调制信号。

有利地，该放大的控制信号的特征值是施加到开关的控制输入端的电压。有利地，该放大的控制信号的特征值是该放大的控制信号的电流。

有利地，该评估器被进一步配置为：如果经过了由延迟元件的延迟所限定的某个时间段之后，该放大的控制信号的特征值不在两个阈值所规定的区间内，则向输出级传送出错信号。该输出级被进一步配置为当接收到来自评估器的出错信号时，控制关断开关。

根据本发明的另一个方面，开关的驱动器单元包括输入级和计时器，该输入级接收控制信号并将该控制信号转发至输出级。该输出级对控制信号进行放大，并将该放大的控制信号输出至该开关和比较器。该计时器被配置为一接收到来自输入级的控制信号就被启动，并将计时器值输出给评估器。该比较器被配置为将输出级所输出的放大的控制信号的特征值与参考值相比较，并且当该放大的控制信号的特征值达到该参考值时向该评估器发送触发信号。该评估器被配置为当接收到触发信号时，比较当前计时器值与两个计时器阈值，以确定该放大的控制信号的特征值在两个计时器阈值所规定的时间区间内是否达到参考值。

有利地，该比较器被进一步配置为持续性地或周期性地比较输出级所输出的放大的控制信号的特征值与参考值。

有利地，该开关是电源开关，并且该输入级包括电流隔离屏障。有利地，该控制信号是脉冲宽度调制信号。

有利地，该放大的控制信号的特征值是施加到开关的控制输入端的电压。有利地，该放大的控制信号的特征值是该放大的控制信号的电流。

有利地，该评估器进一步被配置成：如果该放大的控制信号的特征值在两个计时器阈值所规定的时间区间内没有达到参考值，那么就向输出级发送出错信号。该输出级被进一步配置为当接收到来自评估器的出错信号时控制关断开关。

根据本发明的另一个方面，一种用于监测在连接到开关的驱动器单元中使用的该开关的功能的方法，包括：一接收到用于改变开关的状态的控制信号，就启动开关的特征值的测量，并将该控制信号转发至延迟元件，该延迟元件被配置为在预定延迟之后输出该控制信号。当延迟元件输出控制信号时，比较当前测量值与两个阈值，以确定经过延迟元件的延迟所限定的某时间段之后，测量值是否位于两个阈值所规定的区间内。

图1示例性地示出根据本发明的实施例的包括驱动器单元的***的简化示意图。该***包括：脉冲宽度调制(PWM)控制信号发生器10，优选是微控制器，驱动器单元20，开关30，和电源供应器40，其中该驱动器单元20被连接到PWM控制信号发生器10和开关30。

驱动器单元20包括输入级21，输出级22，计时器或计数器24，第一评估器25，评估阈值比较器26，延迟元件27，第二评估器28，和窗口比较器29。

输入级21的输入端连接到PWM控制信号发生器10，其输出端连接到计时器24的输入端、输出级22的第一输入端和延迟元件27的输入端。该输出级22的输出端连接到开关30、评估阈值比较器26的输入端和窗口比较器29的输入端。第一评估器25的第一输入端连接到计时器24的输出端，其第二输入端连接到评估阈值比较器26的输出端，其输出端连接到输出级22的第二输入端。第二评估器28的第一输入端连接到延迟元件27的输出端，其第二输入端连接到窗口比较器29的输出端，以及其输出端连接到输出级22的第三输入端。

在下面描述了图1中所示***的操作。输入级21接收来自PWM控制信号发生器10的PWM控制信号，并将该PWM控制信号转发给输出级22、计时器24，和延迟元件27。如果PWM信号发生器10和输出级22涉及不同的电位，则该输入级21可以包括电流隔离屏障。

连接到电源供应器40的输出级22将从输入级21接收到的PWM控制信号进行放大，并将该放大的信号输出到开关30的控制输入端，例如，晶体管(例如MOSFET或IGBT)的栅极或基极，用于控制开关30的切换。输出级22还将该放大的信号输出给评估阈值比较器26和窗口比较器29。

评估阈值比较器26比较该放大的电压信号与评估阈值(例如特定的电压电平)，以确定施加到开关的控制输入端(例如栅极)的电压是否已经达到评估电压阈值。当评估阈值比较器26确定施加到开关的控制输入端的电压等于(或大于)评估电压阈值时，其发送触发信号至第一评估器25。

计时器24接收来自于输入级21的PWM控制信号。当计时器24接收某个PWM控制信号时，例如，“接通”或“高”信号，特别是从“关断”信号到“接通”信号的变化，计时器24(或计数器)开始测量例如PWM控制信号从“关断”变到“接通”所历经的时间。

第一评估器25持续接收来自计时器24的计时器值。当第一评估器25接收到来自评估阈值比较器26的触发信号时，它评估或者确定当前收到的计时器值是否位于预定的时间窗口内。根据该确定的结果，第一评估器25可以实施某些操作。例如，如果当前计时器值不在预定的时间窗口内时，第一评估器25可以发送出错信号至输出级22，其可能使得驱动器单元20控制开关30切换到被定义的状态，例如，关断。然而在某些特定的应用中，该定义的状态也可以是“接通”状态。

窗口比较器29接收来自输出级22的放大的信号，并且将所接收的放大的信号的电压电平与定义了预定电压范围或电压的两个预定电压阈值相比较，以确定该放大的信号的电压电平是否位于预定电压范围或电压窗口内。接着，窗口比较器29向第二评估器28发送相应的信号，其表示该放大的信号的当前电压电平位于或者不位于该预定电压范围或电压窗口内。此外，窗口比较器29还可以传送这样的值，该值表示当前从输出级22所接收的放大的信号的实际电压电平。

因此，第二评估器28持续接收来自窗口比较器29的信号，其至少表示该放大的信号的当前电压电平位于或者不位于该预定电压范围或者电压窗口内。

延迟元件27接收来自输入级21的PWM控制信号。当延迟元件27接收某个PWM控制信号时，例如，“接通”或“高”信号，延迟元件在预定延迟之后，转发该PWM控制信号至第二评估器28。因此，延迟元件27对该PWM控制信号进行延迟，使得所述第二评估器28在所要求的良好定义的时间点接收PWM控制信号。延迟元件27的延迟可以是可配置用于对于不同应用的要求调整该延迟，尤其是不同的晶体管，如MOSFET、IGBT等。

被延迟的PWM控制信号可以被认为是第二评估器28的触发信号。当第二评估器28接收到延迟PWM控制信号时，它对当前从窗口比较器29接收的信号进行评估，并可以实施某种操作。例如，如果从窗口比较器29接收到的信号表示放大的信号的当前电压电平没有在预定电压范围或窗口内，则第二评估器28可以向输出级22发送出错信号，其可以使得驱动器单元20控制开关30切换到定义的状态，例如，关断。

图2说明图1中所示***的示例性应用。在此示例性应用中，当使晶体管(MOSFET，IGBT，等)接通时，检查在控制信号已从“关断”改变为“接通”之后的某个时间，施加到该晶体管的控制输入端(栅极，基极，等)的电压V_gate是否位于可配置电压范围内或者允许窗口内。为了简化问题，在下面这个电压V_gate被简称为“栅极电压”。特别地，检查栅极电压平台的高度是否位于可配置电压范围或者允许窗口内，该栅极电压平台形成于在晶体管中建立导电通道之时。

在时间t₁处(例如，其是通过调整根据图1的***的延迟元件27可配置的)，在此时栅极电压应已达到某个平台电平，(例如，通过根据图1的***的窗口比较器29和第二评估器28)晶体管的栅极电压电平与两个预定电压阈值V_t1，max和V_t1，min进行比较，这两个预定电压阈值定义了预定电压范围或电压窗口，以确定该放大的信号的电压电平是否位于这个可配置允许窗口内。

如果当前栅极电压电平不在该允许窗口内，那么栅极驱动器单元没有正确运行。一方面，例如，如果栅极电压电平小于最小阈值V_t1，min，则驱动器单元负载过重，这可能源于驱动器单元的短路故障。另一方面，如果栅极电压电平大于最大阈值V_t1，max，则驱动器单元负载过小，这可能源于驱动器单元和开关之间的缺陷连接或中断的连接。

图3说明图1所示***的又一示例性应用。在这个示例性应用中，当使晶体管(MOSFET，IGBT等)接通时，检查在控制信号已从“关断”改变为“接通”之后的某个可配置时间窗口内施加到该晶体管的控制输入端(栅极，基极，等)的电压V_gate是否达到预定义的电压电平V₂-也被称作“评估阈值”。为了简化问题，在下面这个电压V_gate被简称为“栅极电压”。

当控制信号已从“关断”改变为“接通”时，计时器或计数器被启用，并且该栅极电压被持续监测。特别是，(例如，通过根据图1的***的评估阈值比较器26)比较当前栅极电压电平与评估阈值，以确定该栅极电压是否已经达到该评估电压阈值V₂。当评估阈值比较器26确定施加到该开关的控制输入端的电压等于(或大于)该评估电压阈值时，停止计时器，以捕获自控制信号已从“关断”改变为“接通”所经历的时间t₂。然后，所捕获的计时器值t₂与两个预定时间限制t_2，max和t_2，min进行比较，这两个预定时间限制定义了预定时间(允许)窗口，以确定所捕获的计时器值t₂是否在该时间窗口内。例如，评估阈值比较器26可输出触发信号至第一评估器25，其捕获计时器24的当前值并将它与时间允许窗口进行比较。

如果计时器值不在允许窗口内，那么栅极驱动器单元没有正确运行。一方面，例如，如果计时器值t₂小于最小阈值t_2，min，即栅极电压在允许时间窗口的开始之前达到定义的电压电平，则驱动器单元负载过小，这可能源于驱动器单元和开关之间的缺陷连接或中断的连接。另一方面，例如，如果计时器值大于最大阈值t_2，max，即栅极电压在允许时间窗口的结束之后达到定义的电压电平，则驱动器单元负载过大，这可能源于驱动器单元的短路故障。

图4说明图1所示***的又一个示例性应用。这个示例性应用涉及电源开关的两电平模式(2L)中的关断过程。在两电平的关断中，在第一步骤中降低栅极电压，之后在第二步骤中实际关断开关。在2L模式下进行关断时，可以优选地检查栅极电压在某个时间是否达到了中间电平-2L平台，以确保经由2L的关断路径连接正确。如果没有达到该电平(例如，关断路径未被连接)，则可以启动替代方式(例如，冗余路径)来执行电源开关的软关断。这种方式可避免电源开关的短路，并减少开关内的应力。

在图4的示例性应用中，检查在已经收到关断命令后的某个时间施加到晶体管(MOSSFET，IGBT等)的控制输入端(栅极，基极等)的电压V_gate是否位于可配置电压范围内或者允许窗口内。为了简化问题，在下面这个电压V_gate被简称为“栅极电压”。特别地，检查在某个时间是否达到2L栅极电压平台的高度，即栅极电压在此时是否位于可配置电压范围内或者允许窗口内。

在时间t₃处(例如，其是通过调整根据图1的***的延迟元件27可配置的)，在此时栅极电压应已达到某个平台电平，(例如，通过根据图1的***的窗口比较器29和第二评估器28)比较该晶体管的栅极电压电平与两个预定电压阈值V_t3，max和V_t3，min，这两个预定电压阈值定义了预定电压范围或电压窗口，以确定该放大的信号的电压电平是否在这个可配置允许窗口内。

如果当前栅极电压电平不在允许窗口内，则栅极驱动器单元没有正确运行，并且可以由替代过程来关闭电源开关，如软关断。

图5说明图1所示***的又一个示例性应用。这个示例性应用也涉及电源开关的两电平关断过程。在此示例性应用中，检查在已经收到关断命令后的某个可配置时间窗口内施加到晶体管(MOSSFET，IGBT等)的控制输入端(栅极，基极等)的电压V_gate是否达到预定义的电压电平V₄，这里也被称为“关断验证阈值(off-verification threshold)”。为了简化问题，在下面这个电压V_gate被简称为“栅极电压”。

当控制信号在时间t₀已从“接通”改变到“关断”时，启动计时器或计数器，且持续监测栅极电压。尤其是，(例如，通过根据图1的***的评估阈值比较器26)比较当前栅极电压电平与关断验证阈值，以确定该栅极电压是否已达到电压阈值V₄。当评估阈值比较器26确定施加到开关的控制输入端的电压等于(或大于)该关断验证阈值时，计时器停止以捕获自控制信号已由“关断”改变到“接通”所经历的时间t₄-t₀。然后，将所捕获的计时器值与两个预定时间限制_t4，max和t_4，min相比较，这两个预定时间限制定义了预定时间(允许)窗口，以确定所捕获的计时器值t₄是否在时间窗口内。例如，评估阈值比较器26可输出触发信号至第一评估器25，其捕获计时器24的当前值，并将它与时间允许窗口相比较。

在大多数情况下，可以只需要检查该栅极电压是否最迟在时间t_4，max降到关断验证阈值以下，即检查t₄(栅极电压已经降到关断验证阈值以下所处的时间)是否小于或等于t_4，max。但是，这仅是上述时间窗口的特例。在这种情况下，无需时间窗口的下限t_4，min，而且该下限可以被设为等于0。

图6示出根据本发明的另一个实施例的一种用于监测开关的功能的方法。设计该方法用于连接到被监测的开关的驱动器单元中，并且该方法包括以下步骤。驱动器单元的输出级所输出的放大的控制信号的特征值与两个阈值进行比较，以确定该特征值是否在两个阈值所规定的区间内(步骤602)。接收用于引起开关的状态改变的控制信号，并转发该控制信号至延迟元件，其被配置为在预定义的延迟之后输出该控制信号(步骤604)。延迟元件输出控制信号，并捕获放大的控制信号的特征值与两个阈值的当前比较结果，以确定在由延迟元件的延迟所定义的某个时间段之后，放大的控制信号的特征值是否位于两个阈值所规定的区间内(步骤606)。

图7示例性地示出根据本发明的再一个实施例的包含驱动器单元的***的简化示意图。该***包括***控制器110，栅极驱动器单元120，开关130，以及可选的外部升压器140。驱动器单元120连接到***控制器110和开关130。外部升压器140是可选的，并且可被***到栅极驱动器单元120和电源开关130之间，以放大栅极驱动器单元120所输出的用于电源开关130的控制信号。

***控制器110包括脉冲宽度调制(PWM)控制信号发生器111，配置数据输出端112，以及反馈输入端113。

栅极驱动器单元120包括输入级121，连接到该输入级121的输出级122，连接到该输入级121和输出级122的监测级123，和连接到该监测级123的读/写接口124。

读/写接口124可以是串行接口，例如，串行并行接口(SPI)或集成电路间(I²C)接口。

输入级122从PWM控制信号发生器111接收PWM控制信号，并转发该PWM控制信号至输出级122和监测级123。如果PWM控制信号发生器111和输出级涉及不同的电位，则输入级121可包括电流隔离屏障。

输出级122将从输入级121接收的PWM控制信号进行放大，并输出该放大的信号至外部升压器140，该外部升压器140将从输出级122接收的信号又放大，并将该进一步放大的信号输出至电源开关130。如果该***不包括外部升压器140，则该输出级122将该放大的信号直接输出到电源开关130。

监测级123被适当地连接到电源开关130，以捕获电源开关130的负载电流，开关电压和/或栅极电压。监测单元123还接收来自输入级121的PWM控制信号，以允许电源开关信号的评估与PWM控制信号的同步。

经由读/写接口124，监测级123还接收来自***控制器110的配置数据输出端112的配置数据，以允许对电源开关的信号(即，负载电流，开关电压和/或栅极电压)的评估和/或评估的同步的参数(例如，延迟，阈值，值范围等)的配置。因此，例如，该***被配置为允许上述参数的第一(静态)配置，以满足某个应用的需求。

此外，该***还可以允许进一步(动态的)调整上述参数，尤其是允许在电源开关130的操作期间动态调整阈值和值范围。为此，监测级123可以例如周期性地或者以不规则间隔接收来自***控制器110的配置数据输出端112的另一配置数据。

经由读/写接口124，监测级123可以向***控制器110的反馈输入端113输出电源开关130的所捕获的信号(即，负载电流，开关电压和/或栅极电压)和/或电源开关130的所捕获信号的(多个)评估结果。一方面，开关的这种数据反馈允许监测和/或处理电源开关的捕获信号(即，负载电流，开关电压和/或栅极电压)和/或电源开关的所捕获信号的(多个)评估结果。另一方面，开关的这种数据反馈允许根据开关的反馈数据(即，电源开关的捕获信号和/或电源开关的捕获信号的(多个)评估结果)来更新配置数据(用于由监测级123所执行的评估)。

如果由监测级123所执行的评估表示电源开关130的故障，监测级123可以向输出级122发送出错信号，以使得栅极驱动器单元120控制电源开关130切换到定义的状态，例如，关断(“本地硬件关断”)。此外，***控制器110还可以被配置成，确定电源开关130的故障，并且在检测到故障时发送出错信号至栅极驱动器单元120，以使得栅极驱动器单元120控制电源开关130切换到定义的状态，例如，关断(“远程软件关断”)。

已经参照图2至5详细描述了用于电源开关的捕获信号的评估以及其与PWM控制信号的同步的不同选项的示例。

尽管在这里已经示出并描述了具体的实施例，但本领域技术人员将意识到多种替换和/或等价实施方式可以替代示出和描述的具体实施例而不脱离本发明的范围。本申请旨在覆盖在这里讨论的具体实施例的任何改编或变型。因此，本发明旨在仅由权利要求及其等价物来限制。

Claims (25)

1.一种栅极驱动器单元，包括：

输入级；

输出级；

读/写接口；和

监测级；

其中，所述输入级被配置为接收控制信号，并将所述控制信号转发至所述输出级和所述监测级；

其中，所述读/写接口被配置为接收配置数据，并将所述配置数据转发至所述监测级；

其中，所述监测级被配置为捕获且评估连接到所述栅极驱动器单元的电源开关的信号，并且将所述电源开关的信号的评估与所述控制信号进行同步；以及

其中，所述信号的评估和所述评估的同步基于所述配置数据。

2.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，

其中，所述读/写接口被进一步配置为接收已更新的配置数据，并将所述已更新的配置数据转发至所述监测级，

其中，所述监测级被进一步配置为捕获且评估所述电源开关的其它信号，并将所述电源开关的其它信号的评估与所述控制信号进行同步；以及

其中，所述其它信号的评估和所述同步的评估基于所述已更新的配置数据。

3.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，

其中，所述读/写接口被进一步配置为周期性地接收已更新的配置数据，并转发相应的已更新的配置数据至所述监测级；以及

其中，所述监测级被进一步配置为捕获且评估所述电源开关的其它信号，并且将所述电源开关的其它信号的评估与所述控制信号进行同步；以及

其中，所述其它信号的评估和所述评估的同步基于相应的已更新的配置数据。

4.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述配置数据包含与所述控制信号有关的延迟，所述延迟为所述电源开关的信号的评估规定时间。

5.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述配置数据包含一系列值，并且所述电源开关的信号的评估包括确定从所述电源开关最后捕获的信号是否位于所述一系列值内。

6.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述监测级被进一步配置为当接收到预定义的控制信号时启动时间测量，并且响应于预定义的事件来捕获时间值。

7.根据权利要求6所述的栅极驱动器单元，其中，所述配置数据进一步包括时间因间，并且所述监测级被进一步配置为确定所捕获的时间值是否位于所述时间区间内。

8.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述监测级被进一步配置为将所述电源开关的捕获的信号转发至所述读/写接口，用于将所述电源开关的捕获的信号输出至外部***控制器。

9.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述监测级被进一步配置为将所述电源开关的捕获的信号的评估结果转发至所述读/写接口，用于将所述评估结果输出至外部***控制器。

10.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，如果所述电源开关的捕获的信号的所述评估表示所述电源开关的故障，则所述监测级被进一步配置为向所述输出级输出出错信号，以使得所述栅极驱动器单元控制所述电源开关切换到定义的状态。

11.根据权利要求9所述的栅极驱动器单元，其中，如果监测级从所述外部***控制器接收到表示所述电源开关的故障的出错信号，则所述监测级被进一步配置为转发接收到的所述出错信号至所述输出级，以使得所述栅极驱动器单元控制电源开关切换到定义的状态。

12.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述电源开关的捕获的信号包括下列中的至少一个：

负载电流；

开关电压；和/或

栅极电压。

13.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述控制信号是脉冲宽度调制(PWM)信号。

14.根据权利要求1所述的栅极驱动器单元，其中，所述读/写接口是串行接口。

15.一种用于监测连接到栅极驱动器单元的电源开关的功能的方法，所述方法包括：

接收控制信号；

接收配置数据；以及

捕获且评估连接到所述栅极驱动器单元的电源开关的信号，并且将所述电源开关的信号的评估与所述控制信号进行同步，其中，所述信号的评估和所述评估的同步基于配置数据。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

接收已更新的配置数据；以及

捕获且评估所述电源开关的其它信号，并且将所述电源开关的其它信号的评估与所述控制信号进行同步，

其中，所述其它信号的评估和所述评估的同步基于所述已更新的配置数据。

17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

周期性地接收已更新的配置数据；以及

捕获且评估所述电源开关的其它信号，并将所述电源开关的其它信号的评估与所述控制信号进行同步，

其中，所述其它信号的评估和所述评估的同步基于最后接收到的已更新的配置数据。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述配置数据包含与所述控制信号有关的延迟，所述延迟为所述电源开关的信号的评估规定时间。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述配置数据包含一系列值，并且所述电源开关的信号的评估包括确定从所述电源开关最后捕获的信号是否位于所述一系列值内。

20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

当接收到预定义的控制信号时启动时间测量；以及

响应于预定义的事件来捕获时间值。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述配置数据进一步包括时间区间，并且，其中评估所述电源开关的信号包括确定所捕获的时间值是否位于所述时间区间内。

22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电源开关的所述捕获的信号包括下列中的至少一个：

负载电流；

开关电压；和/或

栅极电压。

23.一种用于开关的驱动器单元，包括：

输入级，用于接收控制信号并将所述控制信号转发至输出级和延迟元件；

所述输出级，用于放大所述控制信号，并输出所述放大的控制信号至所述开关和比较器；

所述比较器，其被配置为接收来自所述输出级的放大的控制信号，确定所述放大的控制信号的特征值是否位于两个阈值所规定的区间内，并转发所述确定的结果至评估器；

所述延迟元件，其被配置为接收来自所述输入级的控制信号，并在预定延迟之后将接收到的所述控制信号输出至所述评估器；和

所述评估器，其被配置为当接收到来自所述延迟元件的延迟控制信号时，评估所述比较器的确定结果，以确定在经过由所述延迟元件的延迟所定义的特定时间段之后，所述放大的控制信号的特征值是否位于由两个阈值所规定的所述区间内。

24.一种用于开关的驱动器单元，包括：

输入级，用于接收控制信号并将所述控制信号转发至输出级和计时器；

所述输出级，用于放大所述控制信号，并输出所述放大的控制信号至所述开关和比较器；

所述计时器，其被配置为一从所述输入级接收到控制信号就被启动，并且输出计时器值至评估器；

所述比较器，其被配置将所述输出级所输出的放大的控制信号的特征值与参考值进行比较，并且当所述放大的控制信号的特征值达到所述参考值时，向所述评估器发送触发信号；以及

所述评估器，其被配置为当接收到所述触发信号时，比较当前计时器值与两个计时器阈值，以确定在两个计时器阈值所规定的时间区间内所述放大的控制信号的特征值是否达到所述参考值。

25.一种用于监测在连接到开关的驱动器单元中使用的该开关的功能的方法，所述方法包括：

一接收到用于改变所述开关的状态的控制信号就启动所述开关的特征值的测量，并转发所述控制信号至延迟元件，所述延迟元件被配置为在预定义的延迟之后输出所述控制信号；以及

当所述延迟元件输出所述控制信号时，比较当前测量值与两个阈值，以确定经过了由所述延迟元件的延迟所定义的特定时间段之后，所述测量值是否位于由两个阈值所规定的区间内。

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