TWI831541B - 電流異常監測裝置以及電流異常監測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電流異常監測裝置以及電流異常監測方法。電流異常監測裝置包括第一檢測電路、第二檢測電路以及控制電路。第一檢測電路基於第i級短路時間，檢測功率元件的第一電性參數。第二檢測電路基於第i級短路時間，檢測功率元件的第二電性參數以產生第i級檢測信號。控制電路根據第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷功率元件是否損壞，並且根據第i級檢測信號判斷功率元件是否操作異常，以記錄第i級熱量預估值以及第i級短路時間，或者調整第i級短路時間為第i+1級短路時間。

Description

電流異常監測裝置以及電流異常監測方法

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種電流異常監測裝置以及電流異常監測方法。

因應不同需求的電子產品，這些產品可使用各種材料以製造功率元件。為了小型化的需求，功率元件的尺寸越來越小，而縮短功率元件足以承受瞬間過電流(over current)的反應時間。在預設的反應時間內，當過電流的能量過大時，功率元件將受到輕微損傷而使中的氧化層被破壞。此時，功率元件雖然可以操作，但功率元件會產生漏電流(leakage current)而影響輸出功率。在另一方面，當過電流的能量更大時，功率元件將受到重度損傷而無法操作。

一般而言，過電流偵測保護電路可通過檢測過電流以保護功率元件不會被重度損傷。然而，過電流偵測保護電路無法得知功率元件的受損情況，以致於無法排除電性異常的問題。

本發明實施例提供一種電流異常監測裝置，能夠監測過電流的電性異常，並且能夠監測功率元件的健康度以排除漏電流所造成的電性異常問題。

本發明實施例的電流異常監測裝置適用於功率元件。電流異常監測裝置包括第一檢測電路、第二檢測電路以及控制電路。第一檢測電路耦接功率元件。第一檢測電路用以基於第i級短路時間，檢測功率元件的第一電性參數。第二檢測電路耦接功率元件。第二檢測電路用以基於第i級短路時間，檢測功率元件的第二電性參數以產生第i級檢測信號。控制電路耦接第一檢測電路以及第二檢測電路。控制電路用以根據第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷功率元件是否損壞，並且用以根據第i級檢測信號判斷功率元件是否操作異常。當功率元件被判斷為損壞且操作異常時，控制電路記錄第i級熱量預估值以及第i級短路時間。當功率元件被判斷為非損壞且非操作異常時，控制電路調整第i級短路時間為第i+1級短路時間。i為大於等於零的整數。

本發明實施例還提供一種電流異常監測方法。電流異常監測方法適用於功率元件，並且包括以下的步驟。通過第一檢測電路基於第i級短路時間，檢測功率元件的第一電性參數。通過第二檢測電路基於第i級短路時間，檢測功率元件的第二電性參數以產生第i級檢測信號。通過控制電路根據第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷功率元件是否損壞，並且根據第i級檢測信 號判斷功率元件是否操作異常。當功率元件被判斷為損壞且操作異常時，通過控制電路記錄第i級熱量預估值以及第i級短路時間。當功率元件被判斷為非損壞且非操作異常時，通過控制電路調整第i級短路時間為第i+1級短路時間。i為大於等於零的整數。

基於上述，本發明實施例的電流異常監測裝置以及電流異常監測方法可檢測功率元件不同的電性參數，並且根據這些電性參數以分別判斷功率元件是否發生過電流的電性異常而造成損壞，以及是否發生漏電流的電性異常而造成操作異常。如此一來，電流異常監測裝置能夠監測異常的過電流，並即時監測功率元件的健康度，以排除各種電性異常問題。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、300:電流異常監測裝置

110、310:第一檢測電路

120、320:第二檢測電路

130、330:控制電路

200:功率元件

311:示波器

321:差分電路

322:積分電路

323:比較電路

340:驅動電路

350:短路保護電路

360:信號產生器

400:感性負載箝制電路

S1:電性參數

S2:檢測信號

D1:二極體

ESC,tot:熱量預估值

ID:輸出電流

IG:控制電流

IG’:經放大的控制電流

L1:電感器

L1~L4:線

S210~S250:步驟

S410~S460:模組

TSC:短路時間

VDD:電源電壓

Vref、Vref_1、Vref_2:參考電壓

VDS:輸出電壓

VQG:檢測電壓

Vref_2_HL、Vref_2_LL:電壓值

圖1是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測裝置的方塊圖。

圖2是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測方法的流程圖。

圖3是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測裝置的方塊圖。

圖4是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測方法的動 作示意圖。

圖5是根據本發明圖3實施例所繪示的第二檢測電路的電路圖。

圖6是根據本發明圖5實施例所繪示的第二檢測電路的動作示意圖。

圖7是根據本發明圖5實施例所繪示的第二檢測電路的動作示意圖。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件，這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式，更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

圖1是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測裝置的方塊圖，參考圖1，電流異常監測裝置100可適用於功率元件200，以監測功率元件200的多種電性異常問題，在本實施例中，功率元件200可例如是金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)所製成的半導體元件。

在本實施例中，電流異常監測裝置100可與功率元件200 被整合在相同的晶片中。前述的晶片可例如是系統單晶片(System on Chip，SOC)，其中可包含微控制器、微處理器、數位訊號處理器等處理器(可例如是控制電路130)以及唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、快閃記憶體等記憶體，而可運行作業系統及應用程式。在本實施例中，此晶片可應用於馬達、電源轉換器或功率模組的電性測試裝置。

在圖1所示實施例中，電流異常監測裝置100可包括第一檢測電路110、第二檢測電路120以及控制電路130。第一檢測電路110以及第二檢測電路120分別耦接功率元件200。在本實施例中，第一檢測電路110可例如是過電流檢測電路，以監測功率元件200的過電流。第二檢測電路120可例如是漏電流檢測電路，以監測功率元件200的漏電流。

在本實施例中，控制電路130耦接第一檢測電路110以及第二檢測電路120。控制電路130可接收第一檢測電路110以及第二檢測電路120分別檢測到的資料或信號(可例如是參數S1以及信號S2)，並據以執行關於電性異常的判斷操作。在本實施例中，控制電路130可例如是訊號轉換器、現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可載入並執行相關韌體或軟體，以實現計算與控制功能。

圖2是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測方法的流程圖。參考圖1以及圖2，電流異常監測裝置100可執行如以下步驟S210~S250。在本實施例中，電流異常監測裝置100可重複執行步驟S210~S240，以監測並記錄功率元件200反應於不同短路時間的電性操作，直到功率元件200受損而無法操作以停止於步驟S250。下述實施例示例說明電流異常監測裝置100在第i級監測操作的步驟，並以第i級短路時間為示例說明，其中i為大於等於零的整數。

在步驟S210，第一檢測電路110基於第i級短路時間，檢測功率元件200的第一電性參數S1。第一檢測電路110將第一電性參數S1提供至控制電路130。在本實施例中，第一電性參數S1為關於過電流的電性參數，並可例如是包括功率元件200的輸出電流(例如是圖3所示的輸出電流ID)以及輸出電壓(例如是圖3所示的輸出電壓VDS)。

在步驟S220，第二檢測電路120基於第i級短路時間，檢測功率元件200的第二電性參數以產生第i級檢測信號S2。第二檢測電路120將第i級檢測信號S2提供至控制電路130。在本實施例中，第二電性參數為關於漏電流的電性參數，並可例如是包 括功率元件200的控制電流(例如是圖3所示的控制電流IG)。

在步驟S230，控制電路130根據第一電性參數S1以產生第i級熱量預估值以判斷功率元件200是否損壞。也就是說，控制電路130將基於第i級短路時間所檢測到的電流及/或電壓(即，第一電性參數S1)轉換成熱量參數(即，第i級熱量預估值)，據以判斷過電流是否造成功率元件200損壞。

若判斷功率元件200為非損壞，表示功率元件200可以在第i級短路時間內承受此大電流，而未發生或不會發生過電流的電性異常。電流異常監測裝置100執行步驟S240以繼續監測。反之，若判斷功率元件200為損壞，表示功率元件200無法在第i級短路時間內承受對應的大電流，而已發生或將要發生過電流的電性異常。電流異常監測裝置100執行步驟S250以進一步監測功率元件200的健康度。

此外，在步驟S230，控制電路130根據第i級檢測信號S2判斷功率元件200是否操作異常。也就是說，控制電路130分析基於第i級短路時間所檢測到的電流及/或電壓(即，第i級檢測信號S2)，並據以判斷漏電流是否過大而使功率元件200無法操作。

若判斷功率元件200為非操作異常，表示功率元件200即使受損但仍可操作，而未發生或不會發生漏電流的電性異常，因此控制電路130判斷功率元件200為非操作異常。電流異常監測裝置100執行步驟S240。反之，若判斷功率元件200為操作異常， 表示功率元件200受損且無法操作，而已發生或將要發生漏電流的電性異常，因此控制電路130判斷功率元件200為操作異常。電流異常監測裝置100執行步驟S250。

在步驟S240，當功率元件200被判斷為非損壞且非操作異常時，控制電路130調整第i級短路時間為第i+1級短路時間，以使電流異常監測裝置100基於第i+1級短路時間重新執行步驟S210以繼續監測。也就是說，當功率元件200受損但仍可操作時，電流異常監測裝置100監測功率元件200反應於另一短路時間的操作。

在步驟S250，當功率元件200被判斷為損壞且操作異常時，控制電路130記錄第i級熱量預估值以及第i級短路時間。也就是說，當功率元件200受損並且無法操作時，電流異常監測裝置100記錄足以禁能功率元件200的電性參數。

在此值得一提的是，電流異常監測裝置100可根據功率元件200的多個電性參數(即，第一電性參數S1以及第i級檢測信號S2)以判斷功率元件200是否發生過電流的電性異常而造成損壞，以及是否發生漏電流的電性異常而造成操作異常。因此，電流異常監測裝置100能夠估測功率元件200反應於過電流的保護觸發安全時間(即，短路時間)，並且能夠即時監測功率元件200的健康度與電性異常的間題。

圖3是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測裝置的方塊圖。參考圖3，電流異常監測裝置300可包括第一檢測電路 310、第二檢測電路320、控制電路330、驅動電路340以及短路保護電路350。圖3所示這些電路310一330可以參照圖1所示電流異常監測裝置100的相關說明並加以類推，在此不另重述。為了方便說明本案內容，在圖3中省略關於電阻器的標示與說明。

在本實施例中，功率元件200可例如是以MOSFET實現的功率開關來示例說明。功率元件200與感性負載箝制電路400可串接在電源電壓VDD與接地端之間。感性負載箝制電路400可由控制電路330調整脈波寬度控制流經功率元件200的汲極端與源極端之間的電流(即，輸出電流ID)。在本實施例中，感性負載箝制電路400可包括並聯耦接的二極體D1以及電感器L1。

在本實施例中，驅動電路340耦接功率元件200以及控制電路330。驅動電路340可根據控制電路330的指令以輸出控制電流IG及特定的脈波寬度至功率元件200的控制端(即，閘極端)。舉例來說，驅動電路340可產生具有特定的脈波寬度(例如是第i級短路時間長度)以及特定的電壓準位的脈波信號，以作為控制電流IG。因此，功率元件200可反應於第i級短路時間，以根據此脈波信號來產生輸出電壓VDS以及輸出電流ID。

在本實施例中，短路保護電路350耦接功率元件200、第一檢測電路310以及第二檢測電路320。短路保護電路350可包括過電流保護(Over Current Protection，OCP)電路以及過電壓保護(Over Voltage Protection，OVP)電路。短路保護電路350可根據第i級檢測信號S2以判斷是否關斷功率元件200，並可在第i級 短路時間內切斷或不切斷流經功率元件200的路徑，以保護功率元件200。在一實施例中，短路保護電路350可根據第一電性參數S1及/或第i級檢測信號S2以保護功率元件200。

在一些實施例中，電流異常監測裝置300還包括信號產生器360以及示波器311。信號產生器360耦接驅動電路340。信號產生器360可產生如上所述的脈波信號(即，控制電流IG)，並通過驅動電路340輸出此脈波信號至功率元件200。在一實施例中，信號產生器360可與驅動電路340整合在一起。

在一些實施例中，示波器311耦接功率元件200的二端。示波器311可檢測功率元件200的輸出電壓VDS以及輸出電流ID，以與第一檢測電路310協同操作。在一實施例中，示波器311可與第一檢測電路310整合在一起。

圖4是根據本發明一實施例所繪示的電流異常監測方法的動作示意圖。參考圖3以及圖4，電流異常監測裝置300可執行如以下模組S410~S460。在本實施例中，電流異常監測裝置300可重複執行模組S410~S440，以監測並記錄功率元件200反應於不同短路時間的電性操作，直到功率元件200受損而無法操作以停止於模組S460。

在模組S410，使用者可操作電流異常監測裝置300以設置第0級輸出電壓VDS以及第0級短路時間TSC。也就是說，使用者可設定電流異常監測裝置300的初始操作參數。在一些實施例中，第0級輸出電壓VDS以及第0級短路時間TSC可以是電流 異常監測裝置300出廠時的預設參數。下述實施例示例說明電流異常監測裝置300在第i級監測操作的步驟，並以第i級短路時間為示例說明，其中i為大於等於零的整數。

在模組S420，控制電路330接收來自第一檢測電路310的輸出電流ID以及輸出電壓VD(即，第一電性參數S1)。控制電路330根據前述的參數S1以判斷功率元件200是否損壞，以示例說明圖2中關於步驟S230的另一實施細節，並以二維圖例說明。在模組S420的圖例中，橫軸為電流異常監測裝置300的操作時間(單位例如是微秒(μs))，縱軸為電壓值、電流值以及熱量值(或能量值)。

詳細而言，控制電路330接收基於第i級短路時間TSC，對輸出電流ID與輸出電壓VDS的乘積進行積分計算所產生的第i級熱量預估值ESC,tot。在本實施例中，前述的積分計算可例如是由控制電路330執行。在一些實施例中，前述的積分計算可例如是由其他計算電路執行。其他計算電路可通過示波器311獲取輸出電流ID與輸出電壓VDS的波型信號並據以進行積分計算。

在本實施例中，前述的積分計算包括以下操作，控制電路330通過類比數位轉換器(Analog to Digital)以將輸出電流ID與輸出電壓VDS轉換為數位資料，以及基於相關韌體或軟體以進行數位積分。第i級熱量預估值ESC,tot可以被實現為下述公式(1)所示。公式(1)中的ESC為第i級熱量預估值ESC,tot，TSC為第i級短路時間TSC，VDS為輸出電壓VDS的電壓值，ID為輸出 電流ID的電流值，t為時間。

也就是說，在功率元件200反應於第i級短路時間TSC內，控制電路330累積輸出電流ID與輸出電壓VDS所形成的能量。控制電路330以預設效能(例如是接近100%)將前述的能量轉換成熱量(即，第i級熱量預估值ESC,tot)。

接續上述說明，控制電路330比較第i級熱量預估值ESC,tot與參考熱量預估值，以判斷功率元件200是否損壞。在本實施例中，當第i級熱量預估值ESC,tot大於參考熱量預估值時，表示第i級熱量預估值ESC,tot過大而使功率元件200已發生或將要發生過電流的電性異常。此時，控制電路330判斷功率元件200為損壞。電流異常監測裝置300執行模組S430。

在另一方面，當第i級熱量預估值ESC,tot未大於參考熱量預估值時，表示第i級熱量預估值ESC,tot不足以使功率元件200發生過電流的電性異常。此時，控制電路330判斷功率元件200為未損壞。電流異常監測裝置300重新執行模組S420。

在本實施例中，參考熱量預估值是指功率元件200能夠承受的最大能量。當施加於功率元件200的能量高於參考熱量預估值時，功率元件200的至少一部份(例如是晶體表面或其氧化層)會受損。在本實施例中，參考熱量預估值關聯於功率元件200的大小。參考熱量預估值可例如是功率元件200的製造商預先提供的單位能量，或者是第三方廠商進行實驗所獲得的參數。

在模組S430，控制電路330判斷功率元件200為損壞。同時，第二檢測電路320根據控制電流IG以產生第i級檢測信號S2，以使控制電路330根據第i級檢測信號S2以進一步判斷功率元件200是否操作異常，以示例說明圖2中關於步驟S220以及步驟S230的另一實施細節。

詳細而言，一併參考圖5，圖5是根據本發明圖3實施例所繪示的第二檢測電路的電路圖。在本實施例中，第二檢測電路320可包括差分電路321、積分電路322以及比較電路323。差分電路321的差分輸入端耦接功率元件200的控制端以擷取控制電流IG。積分電路322的反相輸入端耦接差分電路321的輸出端。積分電路322的非反相輸入端耦接接地端。比較電路323的反相輸入端耦接積分電路322的輸出端。比較電路323的非反相輸入端接收可變的參考電壓Vref。比較電路323的輸出端耦接圖3中的控制電路330以及短路保護電路350。為了方便說明本案內容，在圖5中省略關於電阻器以及電容器的標示與說明。

在本實施例中，差分電路321可作為運算放大器。差分電路321可根據控制電流IG以輸出經放大的控制電流IG’。在本實施例中，積分電路322可作為積分器。積分電路322可根據經放大的控制電流IG’進行積分操作以產生第i級檢測電壓VQG。前述的積分操作包括，利用積分電路322累計經放大的控制電流IG’的電荷。比較電路323可作為比較器。比較電路323可比較第i級檢測電壓VQG以及參考電壓Vref以產生第i級檢測信號S2。 在本實施例中，第i級檢測電壓VQG可對應於功率元件200的漏電流。參考電壓Vref可對應於功率元件200的參考漏電流。

在本實施例中，當第i級檢測電壓VQG的電壓值不大於參考電壓Vref的電壓值時，表示功率元件200的漏電流大小不大於參考漏電流。也就是說，功率元件200即使因過電流而受損，功率元件200仍可操作。此時，比較電路323產生具有第一值的第i級檢測信號S2。第一值可例如是低電壓參考準位或邏輯低準位。前述的第i級檢測信號S2可指示功率元件200受損且可操作，以使控制電路330判斷為非操作異常。電流異常監測裝置300執行模組S440。

在另一方面，當第i級檢測電壓VQG的電壓值大於參考電壓Vref的電壓值時，表示功率元件200的漏電流大小大於參考漏電流。也就是說，功率元件200除了因過電流而受損之外，功率元件200的健康度低下而產生過大的漏電流。此時，比較電路323產生具有第二值的第i級檢測信號S2。第二值可例如是高電壓參考準位或邏輯高準位。前述的第i級檢測信號S2可指示功率元件200受損且無法操作，以使控制電路330判斷功率元件200為操作異常。電流異常監測裝置300執行模組S450。

在模組S440，當功率元件200被判斷為損壞並且非操作異常時，控制電路330拉長下一級監測操作中的短路時間，以調整第i+1級短路時間為第i級短路時間為加上參考短路時間。電流異常監測裝置300基於第i+1級短路時間重新執行模組S420以繼 續監測。在本實施例中，參考短路時間關聯於功率元件200的大小。參考短路時間可例如是功率元件200的製造商預先提供的單位時間，可例如是100奈秒(ns)。

在模組S450，當功率元件200被判斷為損壞並且操作異常時，控制電路330根據第0級監測操作至第i級監測操作中的資料以繪製成表格或二維圖例。在模組S450的圖例中，橫軸為輸出電壓VDS的電壓值，縱軸為電流異常監測裝置300的短路時間TSC(單位例如是μs)。

詳細而言，控制電路330記錄各級監測操作中功率元件200的熱量預估值ESC,tot以及輸出電流ID，並以輸出電壓VDS以及短路時間TSC為變數以獲得模組S450所示圖例。因此，控制電路330可獲得功率元件200反應於各種短路時間TSC的電性操作特性，例如是過電流承受性以及對應的電壓值、電流值等。

在模組S460，控制電路330可存取模組S450中所記錄的表格或二維圖例等資料。前述的資料例如是功率元件200在各級監測操作中的熱量預估值ESC,tot以及短路時間TSC。在一些實施例中，模組S450中所記錄的表格或二維圖例可作為功率元件200及其相同規格的其他元件的電性操作參考，以應用於功率元件200的保護電路中。

圖6是根據本發明圖5實施例所繪示的第二檢測電路的動作示意圖。在圖6中，橫軸為比較電路323的反相輸入端上(即，第i級檢測電壓VQG)的電荷(單位例如是庫倫(C))，縱軸為電 壓值。圖7是根據本發明圖5實施例所繪示的第二檢測電路的動作示意圖。在圖7中，橫軸為第二檢測電路320的操作時間(單位例如是μs)，縱軸為電壓值。

參考圖5至圖7，在一些習知的檢測電路中，比較電路是根據參考電壓Vref_1以進行比較操作。參考電壓Vref_1具有固定的電壓值。因此，當比較電路的非反相輸入端上具有不同電荷量時，或者當比較電路操作於任意時間點時，比較電路是以相同的參考值作為比較基準。然而，當功率元件200承受不同的負載時，比較電路的非反相輸入端上的電荷或電壓(對應圖5檢測電壓VQG)具有不同的對應值，以使比較電路輸出誤判的比較結果。

在本實施例中，第i級檢測電壓VQG的電壓值越小，表示此節點上的電荷量越小，並且對應的漏電流的電流值越小。漏電流的電流值越小，表示功率元件200所承受的負載越小(即，輕載)，或者電源電壓VDD的電壓值越小(例如是400V)。在另一方面，第i級檢測電壓VQG的電壓值越大，表示此節點上的電荷量越大，並且對應的漏電流的電流值越大。漏電流的電流值越大，表示功率元件200所承受的負載越大(即，重載)，或者電源電壓VDD的電壓值越大(例如是800V)。

應注意的是，第二檢測電路320或控制電路330可根據功率元件200的負載，調整比較電路323的非反相輸入端所接收的參考電壓Vref的電壓值，並示例性出示於圖6的參考電壓Vref_2。在圖6中，當電荷量越小時，參考電壓Vref_2具有第一電壓值 Vref2_LL，以作為輕載時的參考值。當電荷量越大時，參考電壓Vref_2具有第二電壓值Vref2_HL，以作為重載時的參考值。第一電壓值Vref2_LL小於第二電壓值Vref2_HL。

在一些如圖7所示的例子中，假設功率元件200具有輕載且未發生漏電流的電性異常時，第i級檢測電壓VQG示例性出示於線L1。因應功率元件200具有輕載，參考電壓Vref_2具有電壓值Vref2_LL。此時，第i級檢測電壓VQG的電壓值低於電壓值Vref2_LL，因此比較電路323輸出指示為功率元件200受損且可操作的第i級檢測信號S2。

假設功率元件200具有重載且未發生漏電流的電性異常時，第i級檢測電壓VQG示例性出示於線L2。因應功率元件200具有重載，參考電壓Vref_2具有電壓值Vref2_HL。此時，第i級檢測電壓VQG的電壓值低於電壓值Vref2_HL，因此比較電路323輸出指示為功率元件200受損且可操作的第i級檢測信號S2。應注意的是，在習知的檢測電路中，比較電路會認為檢測電壓的電壓值大於電壓值Vref_1而輸出錯誤指示的檢測信號。

假設功率元件200具有輕載且發生漏電流的電性異常時，第i級檢測電壓VQG示例性出示於線L3。因應功率元件200具有輕載，參考電壓Vref_2具有電壓值Vref2_LL。此時，第i級檢測電壓VQG的電壓值高於電壓值Vref2_LL，因此比較電路323輸出指示為功率元件200受損且無法操作的第i級檢測信號S2。

假設功率元件200具有重載且發生漏電流的電性異常時， 第i級檢測電壓VQG示例性出示於線L4。因應功率元件200具有重載，參考電壓Vref_2具有電壓值Vref2_HL。此時，第i級檢測電壓VQG的電壓值高於電壓值Vref2_HL，因此比較電路323輸出指示為功率元件200受損且無法操作的第i級檢測信號S2。

綜上所述，本發明實施例的電流異常監測裝置以及電流異常監測方法是根據功率元件反應於多級短路時間內的輸出電壓、輸出電流以及控制電流來判斷功率元件是否因過電流而受損，以及判斷功率元件在受損後是否發生漏電流的操作異常。如此一來，電流異常監測裝置能夠估測功率元件在不同保護觸發安全時間(即，短路時間)內的操作特性，同時也能夠即時監控功率元件的電性操作(即，健康度)。在部分實施例中，參考電壓是因應功率元件的負載而變化，因此比較電路可基於可變的參考電壓以產生檢測信號，據以提高檢測的準確度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S210~S250:步驟

Claims (20)

1. 一種電流異常監測裝置，適用於功率元件，包括：第一檢測電路，耦接所述功率元件，用以基於第i級短路時間，檢測所述功率元件的第一電性參數；第二檢測電路，耦接所述功率元件，用以基於所述第i級短路時間，檢測所述功率元件的第二電性參數以產生第i級檢測信號；以及控制電路，耦接所述第一檢測電路以及所述第二檢測電路，用以根據所述第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷所述功率元件是否損壞，並且用以根據所述第i級檢測信號判斷所述功率元件是否操作異常，其中當所述功率元件被判斷為損壞且操作異常時，所述控制電路記錄所述第i級熱量預估值以及所述第i級短路時間，並且當所述功率元件被判斷為非損壞且非操作異常時，所述控制電路調整所述第i級短路時間為第i+1級短路時間，其中i為大於等於零的整數。
2. 如請求項1所述的電流異常監測裝置，其中所述第一電性參數包括所述功率元件的輸出電流以及輸出電壓。
3. 如請求項2所述的電流異常監測裝置，其中所述控制電路接收基於所述第i級短路時間，對所述輸出電流與所述輸出電壓的乘積進行積分計算所產生的所述第i級熱量預估值。
4. 如請求項1所述的電流異常監測裝置，其中當所述第i級熱量預估值大於參考熱量預估值時，所述控制電路判斷所述功率元件為損壞，其中所述參考熱量預估值關聯於所述功率元件的大小。
5. 如請求項1所述的電流異常監測裝置，其中所述第二電性參數包括所述功率元件的控制電流。
6. 如請求項5所述的電流異常監測裝置，其中所述第二檢測電路包括：差分電路，耦接所述功率元件的控制端，用以根據所述控制電流以輸出經放大的所述控制電流；積分電路，耦接所述差分電路，用以根據經放大的所述控制電流進行積分操作以產生第i級檢測電壓；以及比較電路，耦接所述積分電路以及所述控制電路，用以比較所述第i級檢測電壓以及參考電壓以產生所述第i級檢測信號。
7. 如請求項6所述的電流異常監測裝置，其中當所述第i級檢測電壓的電壓值不大於所述參考電壓的電壓值時，所述第i級檢測信號具有第一值，以使所述控制電路判斷所述功率元件為非操作異常，其中所述第i+1級短路時間為所述第i級短路時間加上參考短路時間。
8. 如請求項6所述的電流異常監測裝置，其中當所述第i級檢測電壓的電壓值大於所述參考電壓的電壓值時，所述第i級檢 測信號具有第二值，以使所述控制電路判斷所述功率元件為操作異常。
9. 如請求項6所述的電流異常監測裝置，其中所述第二檢測電路根據所述功率元件的負載以調整所述參考電壓的電壓值。
10. 如請求項1所述的電流異常監測裝置，還包括：驅動電路，耦接所述功率元件以及所述控制電路，用以輸出控制電流至所述功率元件的控制端；以及短路保護電路，耦接所述功率元件、所述第一檢測電路以及所述第二檢測電路，用以根據所述第i級檢測信號以判斷是否關斷所述功率元件。
11. 一種電流異常監測方法，適用於功率元件，包括：通過第一檢測電路，基於第i級短路時間，檢測所述功率元件的第一電性參數；通過第二檢測電路，基於所述第i級短路時間，檢測所述功率元件的第二電性參數以產生第i級檢測信號；通過控制電路，根據所述第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷所述功率元件是否損壞，並且根據所述第i級檢測信號判斷所述功率元件是否操作異常；當所述功率元件被判斷為損壞且操作異常時，通過所述控制電路，記錄所述第i級熱量預估值以及所述第i級短路時間；以及當所述功率元件被判斷為非損壞且非操作異常時，通過所述 控制電路，調整所述第i級短路時間為第i+1級短路時間，其中i為大於等於零的整數。
12. 如請求項11所述的電流異常監測方法，其中所述第一電性參數包括所述功率元件的輸出電流以及輸出電壓。
13. 如請求項12所述的電流異常監測方法，其中根據所述第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷所述功率元件是否損壞並且根據所述第i級檢測信號判斷所述功率元件是否操作異常的步驟包括：通過所述控制電路，接收基於所述第i級短路時間，對所述輸出電流與所述輸出電壓的乘積進行積分計算所產生的所述第i級熱量預估值。
14. 如請求項11所述的電流異常監測方法，其中根據所述第一電性參數以產生所述第i級熱量預估值以判斷所述功率元件是否損壞並且根據所述第i級檢測信號判斷所述功率元件是否操作異常的步驟包括：通過所述控制電路，當所述第i級熱量預估值大於參考熱量預估值時，判斷所述功率元件為損壞，其中所述參考熱量預估值關聯於所述功率元件的大小。
15. 如請求項11所述的電流異常監測方法，其中所述第二電性參數包括所述功率元件的控制電流。
16. 如請求項15所述的電流異常監測方法，其中基於所述第i級短路時間，檢測所述功率元件的所述第二電性參數以產生所述第i級檢測信號的步驟包括：通過第二檢測電路的差分電路，根據所述控制電流以輸出經放大的所述控制電流；通過第二檢測電路的積分電路，根據經放大的所述控制電流進行積分操作以產生第i級檢測電壓；以及通過第二檢測電路的比較電路，比較所述第i級檢測電壓以及參考電壓以產生所述第i級檢測信號。
17. 如請求項16所述的電流異常監測方法，其中根據所述第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷所述功率元件是否損壞並且根據所述第i級檢測信號判斷所述功率元件是否操作異常的步驟包括：當所述第i級檢測電壓的電壓值不大於所述參考電壓的電壓值時，所述第i級檢測信號具有第一值，通過所述控制電路判斷所述功率元件為非操作異常，其中所述第i+1級短路時間為所述第i級短路時間加上參考短路時間。
18. 如請求項16所述的電流異常監測方法，其中根據所述第一電性參數以產生第i級熱量預估值以判斷所述功率元件是否損壞並且根據所述第i級檢測信號判斷所述功率元件是否操作異常的步驟包括：當所述第i級檢測電壓的電壓值大於所述參考電壓的電壓值 時，所述第i級檢測信號具有第二值，通過所述控制電路判斷所述功率元件為操作異常。
19. 如請求項16所述的電流異常監測方法，還包括：通過所述第二檢測電路，根據所述功率元件的負載以調整所述參考電壓的電壓值。
20. 如請求項11所述的電流異常監測方法，還包括：通過驅動電路，輸出控制電流至所述功率元件的控制端；以及通過短路保護電路，根據所述第i級檢測信號以判斷是否關斷所述功率元件。

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