集成式半导体功率开关器件制造技术

本发明专利技术涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种集成式半导体功率开关器件。该集成式半导体功率开关器件包括：半导体功率开关、检测通过所述半导体功率开关的电流是否过流的电压嵌位与采样电路、及在所述电压嵌位与采样电路检测到通过所述半导体功率开关的电流过流时使所述半导体功率开关断开的驱动关断电路。该集成式半导体功率开关器件，采用了集成式的器件结构，缩短了过流保护的信号采样‑传递‑处理‑执行的路径，减低过流保护的响应延时，实现了对每一个半导体功率开关的过流保护，适用于任何拓扑结构，消除了封装的管脚电感和PCB走线电感，明显减小了寄生电感，除去了前沿消隐电路，提高了过流保护的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
集成式半导体功率开关器件
本专利技术涉及微电子
，具体而言，涉及一种集成式半导体功率开关器件。
技术介绍
半导体功率器件构成的开关管是现代功率变换器的核心，半导体功率器件的稳定性和可靠性对整个功率变换器系统的可靠性有至关重要的影响，因此提高半导体器件的稳定性和可靠性有重要意义。过流损坏是半导体功率开关的一种常见失效模式，通常发生在短路、过载或者其它一些异常情况下。例如，BOOST变换器中，负载加重导致电感饱和，电感电流急剧增加，会导致半导体功率开关过流损坏。半导体功率开关的过流损坏常常会引起功率变换器系统中其它器件的损坏，甚至整个系统不可恢复的失效。例如，桥式变换器中，同一桥臂的半导体功率开关器件由于直通导致的桥式变换器过流损坏。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种集成式半导体功率开关器件，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种集成式半导体功率开关器件包括：半导体功率开关、检测通过所述半导体功率开关的电流是否过流的电压嵌位与采样电路、及在所述电压嵌位与采样电路检测到通过所述半导体功率开关的电流过流时使所述半导体功率开关断开的驱动关断电路，其中：所述半导体功率开关包括高位端、低位端和控制端，所述电压嵌位与采样电路包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述驱动关断电路包括第三输入端、第四输入端和第二输出端；所述半导体功率开关的高位端分别与高电位引脚和所述电压嵌位与采样电路的第一输入端连接，低位端分别与接地引脚和所述电压嵌位与采样电路的第二输入端连接；所述电压嵌位与采样电路的第一输出端与所述驱动关断电路的第三输入端连接；所述驱动关断电路的第四输入端与控制引脚连接，第二输出端与所述半导体功率开关的控制端连接。优选地，所述电压嵌位与采样电路包括：电压嵌位电路和电压采样电路，其中，电压嵌位电路在所述半导体功率开关断开时，确保所述电压采样电路不工作，电压采样电路在所述半导体功率开关导通时，检测通过所述半导体功率开关的电流是否过流；所述电压嵌位电路的输入端与所述半导体功率开关的高位端和所述高电位引脚分别连接，所述电压嵌位电路的输出端和所述电压采样电路的输入端连接，所述电压采样电路的输出端与所述驱动关断电路的第三输入端连接。优选地，所述电压采样电路包括第二二极管和第二稳压管，所述第二二极管的阴极与所述半导体功率开关的高位端连接、阳极与所述第二稳压管的阴极连接，所述第二稳压管的阳极为所述电压嵌位与采样电路的第一输出端，与所述驱动关断电路的第三输入端连接；在所述半导体功率开关导通时，所述第二二极管和所述半导体功率开关的电压之和超过所述第二稳压管的稳压值时，所述第二稳压管击穿，从而检测到通过所述半导体功率开关的电流过流。优选地，所述电压嵌位电路包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一稳压管、第一电容、第三电阻、第一三极管和第四电阻；所述第一二极管的阳极和所述高电位引脚连接、阴极和所述第一电阻连接，所述第二电阻连接在所述第一稳压管的阴极和所述第一电阻之间，所述第一稳压管的阳极和所述接地引脚连接，所述第一电容与所述第一稳压管并联，所述第三电阻的一端连接在所述第一稳压管的阴极和所述第一三极管的集电极之间，所述第一三极管的基极连接在所述第一电阻和第二电阻之间、发射极通过所述第四电阻与接地引脚连接；在所述半导体功率开关断开时，第一电容充电，所述第一三极管导通，所述第一三极管集电极的电位小于所述第二稳压管的稳压值，从而保证了在所述半导体功率开关断开时电压采样电路不工作。优选地，所述第一二极管由碳化硅或氮化镓材料制成。优选地，所述第一电阻由多个电阻串联构成。优选地，所述驱动关断电路包括：第二三极管和第三三极管，所述第二三极管的基极和所述电压嵌位与采样电路的第一输出端连接、集电极连接在所述半导体功率开关的控制端和所述控制引脚之间、发射极和所述第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的基极和所述控制引脚连接、发射极和所述接地引脚连接；所述控制引脚输出电压信号，所述半导体功率开关导通，所述第三三极管导通，当所述半导体功率开关过流时，所述第二三极管导通，从而使所述半导体功率开关断开。优选地，所述驱动关断电路还包括：第五电阻和第六电阻，所述第五电阻串联在所述第三三极管的基极和所述控制引脚之间，所述第六电阻连接在所述第三三极管的基极和所述接地引脚之间。优选地，所述半导体功率开关为三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、碳化硅晶体管、氮化镓晶体管、高电子迁移率晶体管以及绝缘栅双极型晶体管中的一种。优选地，所述半导体功率开关、电压嵌位与采样电路及驱动关断电路封装集成于一体。与现有技术相比，本专利技术提供的集成式半导体功率开关器件，采用了集成式的器件结构，缩短了过流保护的信号采样-传递-处理-执行的路径，减低过流保护的响应延时，实现了对每一个半导体功率开关的过流保护，适用于任何拓扑结构，消除了封装的管脚电感和PCB走线电感，明显减小了寄生电感，除去了前沿消隐电路，提高了过流保护的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种集成式半导体功率开关器件的方框示意图。图2为本专利技术实施例提供的一种电压嵌位与采样电路的电路连接图。图3为本专利技术实施例提供的一种集成式半导体功率开关器件的电路连接图。图4为本专利技术实施例提供的一种集成式半导体功率开关器件的过流仿真结果图。图标：1-集成式半导体功率开关器件；S1-半导体功率开关；30-电压嵌位与采样电路；50-驱动关断电路；101-高位端；103-低位端；105-控制端；301-第一输入端；303-第二输入端；305-第一输出端；501-第三输入端；503-第四输入端；505-第二输出端；HV-高电位引脚；Driver-控制引脚；GND-接地引脚；31-电压嵌位电路；33-电压采样电路；D1-第一二极管；R1-第一电阻；R2-第二电阻；Z1-第一稳压管；C1-第一电容；R3-第三电阻；Q1-第一三极管；R4-第四电阻；D2-第二二极管；Z2-第二稳压管；Q2-第二三极管；Q3-第三三极管；R5-第五电阻；R6-第六电阻。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。请参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式半导体功率开关器件(1)，其特征在于，包括：半导体功率开关(S1)、检测通过所述半导体功率开关(S1)的电流是否过流的电压嵌位与采样电路(30)、及在所述电压嵌位与采样电路(30)检测到通过所述半导体功率开关(S1)的电流过流时使所述半导体功率开关(S1)断开的驱动关断电路(50)，其中：所述半导体功率开关(S1)包括高位端(101)、低位端(103)和控制端(105)，所述电压嵌位与采样电路(30)包括第一输入端(301)、第二输入端(303)和第一输出端(305)，所述驱动关断电路(50)包括第三输入端(501)、第四输入端(503)和第二输出端(505)；所述半导体功率开关(S1)的高位端(101)分别与高电位引脚(HV)和所述电压嵌位与采样电路(30)的第一输入端(301)连接，低位端(103)分别与接地引脚(GND)和所述电压嵌位与采样电路(30)的第二输入端(303)连接；所述电压嵌位与采样电路(30)的第一输出端(305)与所述驱动关断电路(50)的第三输入端(501)连接；所述驱动关断电路(50)的第四输入端(503)与控制引脚(Driver)连接，第二输出端(505)与所述半导体功率开关(S1)的控制端(105)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种集成式半导体功率开关器件(1)，其特征在于，包括：半导体功率开关(S1)、检测通过所述半导体功率开关(S1)的电流是否过流的电压嵌位与采样电路(30)、及在所述电压嵌位与采样电路(30)检测到通过所述半导体功率开关(S1)的电流过流时使所述半导体功率开关(S1)断开的驱动关断电路(50)，其中：所述半导体功率开关(S1)包括高位端(101)、低位端(103)和控制端(105)，所述电压嵌位与采样电路(30)包括第一输入端(301)、第二输入端(303)和第一输出端(305)，所述驱动关断电路(50)包括第三输入端(501)、第四输入端(503)和第二输出端(505)；所述半导体功率开关(S1)的高位端(101)分别与高电位引脚(HV)和所述电压嵌位与采样电路(30)的第一输入端(301)连接，低位端(103)分别与接地引脚(GND)和所述电压嵌位与采样电路(30)的第二输入端(303)连接；所述电压嵌位与采样电路(30)的第一输出端(305)与所述驱动关断电路(50)的第三输入端(501)连接；所述驱动关断电路(50)的第四输入端(503)与控制引脚(Driver)连接，第二输出端(505)与所述半导体功率开关(S1)的控制端(105)连接。2.根据权利要求1所述的集成式半导体功率开关器件(1)，其特征在于，所述电压嵌位与采样电路(30)包括：电压嵌位电路(31)和电压采样电路(33)，其中，电压嵌位电路(31)在所述半导体功率开关(S1)断开时，确保所述电压采样电路(33)不工作，电压采样电路(33)在所述半导体功率开关(S1)导通时，检测通过所述半导体功率开关(S1)的电流是否过流；所述电压嵌位电路(31)的输入端与所述半导体功率开关(S1)的高位端(101)和所述高电位引脚(HV)分别连接，所述电压嵌位电路(31)的输出端和所述电压采样电路(33)的输入端连接，所述电压采样电路(33)的输出端与所述驱动关断电路(50)的第三输入端(501)连接。3.根据权利要求2所述的集成式半导体功率开关器件(1)，其特征在于，所述电压采样电路(121)包括第二二极管(D2)和第二稳压管(Z2)，所述第二二极管(D2)的阴极与所述半导体功率开关(S1)的高位端(101)连接、阳极与所述第二稳压管(Z2)的阴极连接，所述第二稳压管(Z2)的阳极为所述电压嵌位与采样电路(30)的第一输出端(305)，与所述驱动关断电路(50)的第三输入端(501)连接；在所述半导体功率开关(S1)导通时，所述第二二极管(D2)和所述半导体功率开关(S1)的电压之和超过所述第二稳压管(Z2)的稳压值时，所述第二稳压管(Z2)击穿，从而检测到通过所述半导体功率开关(S1)的电流过流。4.根据权利要求3所述的集成式半导体功率开关器件(1)，其特征在于，所述电压嵌位电路(31)包括第一二极管(D1)、第一电阻(R1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永生，裴轶，
申请(专利权)人：苏州捷芯威半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32