包括场效应晶体管的功率半导体电路制造技术

包括场效应晶体管的功率半导体电路。本发明专利技术涉及功率半导体电路，其包括具有漏极(D)、源极(S)和栅极(G)作为端子的场效应晶体管(T1,T2)，并且包括具有驱动设备(2)和欠压检测电路(5)的控制设备(3)，其中驱动设备(2)被设计用于驱动场效应晶体管(T1,T2)并且电连接至场效应晶体管(T1,T2)的栅极(G)，其中欠压检测电路(5)被设计用于如果存在于场效应晶体管(T1,T2)的漏极(D)和源极(S)之间的功率半导体电压(U1,U2)降至低于特定电压值(Uw)则生成欠压检测信号(F)，其中驱动设备(2)被设计用于当存在用于导通场效应晶体管(T1,T2)的导通命令和欠压检测信号(F)时则导通场效应晶体管(T1,T2)。本发明专利技术提供了具有低能量损失的功率半导体电路(4,4’)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括场效应晶体管的功率半导体电路。
技术介绍
如例如根据DE102011087087A1所已知的，本领域常规的功率半导体电路分别包括具体实施为MOSFET的功率半导体开关以及用于驱动该功率半导体开关的驱动设备。通常，这里由正串联电连接的第一功率半导体电路和第二功率半导体电路的功率半导体开关来形成半桥电路装置。半桥电路装置通常被用于对电压和电流进行整流和逆变。在这种情况下，通常DC电压被施加到半桥电路装置，并且经由电线路将电中心节点连接到诸如AC电动机或AC电网的电负载，在该电中心节点处第一功率半导体电路和第二功率半导体电路的功率半导体开关相互电连接。如根据US8553430B2已知的，半桥电路装置的功率半导体电路的串联电连接的功率半导体开关通常相对于彼此交替地导通和截断。通过示例，诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或JFET(结型场效应晶体管)被用作功率半导体开关。续流二极管与功率半导体开关反向并联连接。参照图1，如果例如上面的MOSFETT1被导通且电流I通过电线路流到AC电压端子AC，并且随后上面的MOSFETT1被截断，则由于电线路的寄生电感Lp或连接到AC电压端子AC的负载(未示出)的电感，电流I继续流过下面的续流二极管D’或D”，其与下面的功率半导体开关T2反向并联电连接。由于续流二极管D’或D”通常相对高的阈值电压，因此在续流二极管D’或D”处产生相对高的能量损失，使得下面的功率半导体电路4’或半桥电路装置1具有高能量损失。场效应晶体管具有以下性质，当它们被导通时，在不被破坏或损坏的情况下，它们也可以在反方向上传导电流，即在n沟道场效应晶体管的情况下从场效应晶体管的源极到漏极的方向和在p沟道场效应晶体管的情况下从场效应晶体管的漏极到源极的方向。在本领域中惯常将该性质用于降低续流二极管D’或D”处的能量损失。出于此目的，本领域中惯常在例如上MOSFETT1已经接收到截断信号之后的特定的所固定分配的时间间隔后，下MOSFEETT2被导通并且因此在图1中，下续流二极管D’或D”通过MOSFETT2桥接，这降低了功率半导体电路的能量损失。为了防止通过半桥电路装置的高并联通路电路或短路电流的产生，有必要在上MOSFETT1仍处于截断过程的起始阶段且仍然具有残余的导通状态导电性的时候防止下MOSFETT2被导通。因此，选择上述固定的预定时间间隔具有一量值，使得在因下MOSFETT2被导通而使所述续流二极管由MOSFETT2桥接之前的相当长的时间，全部电流I流过图1中的下续流二极管D’或D”，以致在续流二极管D’或D”处仍然产生相对高的能量损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有低能量损失的功率半导体电路。该目的通过功率半导体电路的方式来实现，该功率半导体电路包括具有漏极、源极和栅极作为端子的场效应晶体管，以及包括具有驱动设备和欠压检测电路的控制设备，其中所述驱动设备被设计用于驱动所述场效应晶体管并且电连接至所述场效应晶体管的所述栅极，其中所述欠压检测电路被设计用于如果存在于所述场效应晶体管的所述漏极和所述源极之间的功率半导体电压降至低于特定电压值则生成欠压检测信号，其中驱动设备被设计用于当存在用于导通所述场效应晶体管的导通命令和所述欠压检测信号时导通所述场效应晶体管。本专利技术的有利实施例根据从属权利要求是清楚的。被证明有利的是，特定电压值在绝对值为阈值电压的90％的负值和所述功率半导体电压的+30％之间，该阈值电压为所述场效应晶体管的反向并联连接的内部续流二极管的阈值电压或与所述场效应晶体管反向并联连接的外部续流二极管的阈值电压，所述功率半导体电压在所述功率半导体电路的操作期间在所述场效应晶体管的截断状态下以稳态形式存在，这是因为这样最多会在短时间内发生相对小的并联通路电流甚至完全不发生并联通路电流。此外，被证明有利的是，特定电压值的值依赖于恰好在所述场效应晶体管被导通之前发生的所述功率半导体电压的变化的速度，而且较之变化的低速度(Vu)，在功率半导体电压的变化的较高速度下，所述值更高。因此，即使在功率半导体电路的操作期间发生了负载或操作条件大幅度变化的情况下，仍确保了具有尽可能低的能量损失的功率半导体电路的操作。此外，被证明有利的是，场效应晶体管(T1,T2)被实施为MOSFET或JFET，这是因为在这种情况下涉及场效应晶体管的惯用实施例。此外，被证明有利的是，场效应晶体管被实施为n沟道场效应晶体管，其中所述欠压检测电路具有限值监测单元、第一二极管、第一电容器以及电阻器，其中所述限值监测单元的第一输入、所述第一电容器的第一端子、所述第一二极管的正极以及所述电阻器的第一端子电连接至电路节点，其中所述第一二极管的负极电连接至所述场效应晶体管的所述漏极，其中所述第一电容器的第二端子电连接至所述场效应晶体管的所述源极，其中所述限值监测单元被设计用于如果存在于所述场效应晶体管的漏极和源极之间的功率半导体电压降至低于所述特定电压值则生成欠压检测信号，因此使得在所述限值监测单元的第一输入与所述场效应晶体管的所述源极之间存在的电压降至低于所述限值监测单元的第二输入处存在的参考电压。这样该欠压检测电路被实施得尤其简单且可靠。此外，被证明有利的是，场效应晶体管被实施为p沟道场效应晶体管，其中所述欠压检测电路具有限值监测单元、第一电容器、第一二极管以及电阻器，其中所述限值监测单元的第一输入、所述第一电容器的第一端子、所述第一二极管的负极以及所述电阻器的第一端子电连接至电路节点，其中所述第一二极管的正极电连接至所述场效应晶体管的所述漏极，其中所述第一电容器的第二端子电连接至所述场效应晶体管的所述源极，其中所述限值监测单元被设计用于如果存在于所述场效应晶体管的漏极和源极之间的功率半导体电压降至低于所述特定电压值则生成欠压检测信号，因此使得在所述限值监测单元的第一输入与所述场效应晶体管的所述源极之间存在的电压降至低于所述限值监测单元的第二输入处存在的参考电压。这样该欠压检测电路被实施得尤其简单且可靠。此外，被证明有利的是，所述限值监测单元具有替代所述第一二极管或除所述第一二极管之外的第二电容器，其中所述第二电容器的第一端子电连接至所述电路节点，以及所述第二电容器的第二端子电连接至所述场效应晶体管的所述漏极。因此，能够用简单的方式来实现特定电压值关于恰好在场效应晶体管被导通之前发生的功率半导体电压变化的速度的上述依赖关系，使得在较高的功率半导体电压的变化速度下的特定电压值的值高于在低的变化速度下的特定电压值的值。此外，半导体桥式电路装置，包括根据本专利技术的第一功率半导体电路和第二功率半导体电路，其中所述第二功率半导体电路的场效应晶体管与所述第一功率半导体电路的场效应晶体管串联电连接，这被证明是有利的。由此提供了具有低能量损失的半导体桥式电路装置。附图说明在附图中图示了本专利技术的示例性实施例并在以下对其进行了详细解释。其中：图1示出了根据本专利技术的包括第一功率半导体电路和第二功率半导体电路的半导体桥式电路装置；图2示出了示意性电压分布；图3示出了根据本专利技术的功率半导体电路；以及图4示出了根据本专利技术的进一步的功率半导体电路。具体实施方式图1图示了根据本专利技术的包括第一功率半导体电路4和第二功率半导体电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
功率半导体电路，包括具有漏极(D)、源极(S)和栅极(G)作为端子的场效应晶体管(T1,T2)，以及包括具有驱动设备(2)和欠压检测电路(5)的控制设备(3)，其中所述驱动设备(2)被设计用于驱动所述场效应晶体管(T1,T2)并且电连接至所述场效应晶体管(T1,T2)的所述栅极(G)，其中所述欠压检测电路(5)被设计用于如果存在于所述场效应晶体管(T1,T2)的所述漏极(D)和所述源极(S)之间的功率半导体电压(U1,U2)降至低于特定电压值(Uw)则生成欠压检测信号(F)，其中驱动设备(2)被设计用于当存在用于导通所述场效应晶体管(T1,T2)的导通命令和所述欠压检测信号(F)时导通所述场效应晶体管(T1,T2)。

【技术特征摘要】
2015.06.30 DE 102015110513.61.功率半导体电路，包括具有漏极(D)、源极(S)和栅极(G)作为端子的场效应晶体管(T1,T2)，以及包括具有驱动设备(2)和欠压检测电路(5)的控制设备(3)，其中所述驱动设备(2)被设计用于驱动所述场效应晶体管(T1,T2)并且电连接至所述场效应晶体管(T1,T2)的所述栅极(G)，其中所述欠压检测电路(5)被设计用于如果存在于所述场效应晶体管(T1,T2)的所述漏极(D)和所述源极(S)之间的功率半导体电压(U1,U2)降至低于特定电压值(Uw)则生成欠压检测信号(F)，其中驱动设备(2)被设计用于当存在用于导通所述场效应晶体管(T1,T2)的导通命令和所述欠压检测信号(F)时导通所述场效应晶体管(T1,T2)。2.根据上述任意一项权利要求所述的功率半导体电路，其特征在于，所述特定电压值(Uw)在绝对值为阈值电压的90％的负值和所述功率半导体电压(U1,U2)的+30％之间，该阈值电压是所述场效应晶体管(T1,T2)的反向并联连接的内部续流二极管(D’)的阈值电压或与所述场效应晶体管(T1,T2)反向并联连接的外部续流二极管(D”)的阈值电压，所述功率半导体电压(U1,U2)在所述功率半导体电路(4,4’)的操作期间在所述场效应晶体管(T1,T2)的截断状态下以稳态形式存在。3.根据上述任意一项权利要求所述的功率半导体电路，其特征在于，所述特定电压值(Uw)的值依赖于恰好在所述场效应晶体管(T1,T2)被导通之前发生的所述功率半导体电压(U1,U2)的变化的速度(Vu)，而且较之变化的低速度(Vu)，在所述功率半导体电压(U1,U2)的变化的较高速度(Vu)下，所述值更高。4.根据上述任意一项权利要求所述的功率半导体电路，其特征在于，所述场效应晶体管(T1,T2)被实施为MOSFET或JFET。5.根据上述任意一项权利要求所述的功率半导体电路，其特征在于，所述场效应晶体管(T1,T2)被实施为n沟道场效应晶体管，其中所述欠压检测电路(5)具有限值监测单元(6)、第一二极管(D1)、第一电容器(C1)以及电阻器(R1)，其中所述限值监测单元(6)的第一输入、所述第一电容器(C1)的第一端子、所述第一二极管(D1)的正极以及所述电阻器(R1)的第一端子电连接至电路节点(7)，其中所述第一二极管(D1)的负极电连接至...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·埃克，冈特·柯尼希曼，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE