用于功率半导体开关中的短路检测的方法和器件技术

本发明专利技术涉及用于功率半导体开关中的短路检测的方法和器件。提供了检测与半导体开关有关的短路情况的器件和方法。当开关的控制信号超出第一参考并且开关的负载电流的改变超出第二参考时，可以确定短路情况。

【技术实现步骤摘要】
用于功率半导体开关中的短路检测的方法和器件
本申请涉及针对功率半导体开关的短路检测。
技术介绍
比如功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）之类的功率半导体开关器件被用来对高电压和/或电流进行切换。例如在汽车领域中，这样的功率半导体开关可以被用来把电动机与几百伏特量级的供电电压选择性地耦合，从而具有10A以上的量级的相应的高电流。例如在耦合到开关的负载中发生短路的情况下，由于高电压，极高的电流可能会流动，这可能损坏或者甚至破坏半导体开关器件。因此，所期望的是检测这样的短路情况并且采取适当的步骤，例如断开（切断）半导体开关器件，从而中断任何电流流动。传统的方法使用半导体开关器件的去饱和行为来检测短路。本申请的上下文中的去饱和行为意味着半导体开关正在限制流经半导体开关的负载端子的电流，并且供电电压的至少一大部分跨半导体开关的负载端子降低。但是，这种方法并不适合于所有半导体开关和短路情况。
技术实现思路
根据器件的实施例，所述器件包括：半导体开关，包括控制端子和至少两个负载端子；以及评估电路，被配置成基于控制端子处的信号的量值并且至少部分地基于经由所述至少两个负载端子的负载电流的变化的量值来检测短路情况。根据器件的另一个实施例，所述器件包括：功率晶体管，包括第一负载端子、第二端子以及控制端子；第一比较器，包括与控制端子耦合的第一输入以及要与第一参考电压耦合的第二输入；第二比较器，包括与第二负载端子耦合的第一输入以及要与第二参考电压耦合的第二输入；以及与（AND）门，包括与第一比较器的输出耦合的第一输入以及与第二比较器的输出耦合的第二输入。根据短路检测方法的实施例，所述方法包括：在半导体开关的控制端子处提供第一电压；提供指示半导体开关的负载电流改变的第二电压；以及基于第一电压和第二电压的量值检测短路情况。通过阅读后面的详细描述以及查看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。附图说明附图的元件不一定是相对于彼此成比例的。相同的附图标记标示相应的类似部分。除非其彼此排斥，否则所图示的各种实施例的特征可以被组合。在附图中描绘并且在后面的描述中详述实施例。图1是根据实施例的器件的框图。图2是根据实施例的器件的电路图。图3和4是图示了一些实施例的一些特征的图。图5是图示了根据实施例的器件的电路图。图6是图示了根据一些实施例的使用附加的另一个发射极端子的电路图。图7是图示了根据实施例的器件的电路图。图8是图示了使用功率晶体管用于控制电动机的电路图。图9图示了可以在图8的器件中使用的根据一些实施例的短路检测。图10是根据实施例的器件的电路图。图11是图示了根据实施例的器件的电路图。图12是图示了根据实施例的方法的流程图。具体实施方式在下文中将参照附图详细讨论各种实施例。这些实施例仅仅是作为示例而给出的，并且不要按照限制性的意义来理解。例如，描述具有多个特征或组件的实施例不要被解释为指示所有这些特征或组件对于实施例的实施都是必要的。替代地，在其他实施例中，所描述的一些特征或组件可以被省略，和/或可以由替换的特征或组件所替代。此外，除了明确示出和描述的特征和组件之外，还可以提供其他特征或组件，例如传统上使用在功率半导体器件和相关联的电路中的组件。来自各种实施例的特征或组件可以被组合以形成另外的实施例。关于实施例之一描述的修改或变型还可以适用于其他实施例。在附图中示出或者在本文中描述的电气连接或耦合可以是直接连接或耦合，即没有中间元件的直接连接或耦合（例如简单的金属连接），或者可以是间接连接或耦合，即具有一个或多个附加的中间元件的连接或耦合，只要所述连接或耦合的总体目的（例如传送特定种类的信号、传送特定种类的信息或者提供特定种类的控制）基本上得以保持即可。除非另行指示，否则连接或耦合可以是基于导线的连接或耦合（例如金属连接）或者无线连接或耦合。本文给出的任何数字值仅仅是用于说明的目的，并且可以根据实现方式而变化。在实施例中，晶体管被用作半导体功率开关。通常来说，晶体管在本文中被描述为包括控制端子和至少两个负载端子。例如在比如金属氧化物半导体FET（MOSFET）之类的场效应晶体管（FET）的情况下，控制端子是栅极端子，并且负载端子包括源极和漏极端子。在双极型晶体管的情况下，控制端子是基极端子，并且负载端子是集电极和发射极端子。在绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的情况下，控制端子是栅极端子，并且负载端子是集电极和发射极端子。通常来说，通过向控制端子施加适当的信号（例如电压），可以在断开或不导通状态与导通或闭合状态之间切换晶体管，其中在断开或不导通状态下晶体管在其负载端子之间基本上是不导通的（除了可能的小泄漏电流之外），在导通或闭合状态下晶体管提供其负载端子之间的低欧姆连接。断开状态在本文中也被称作切断状态，并且闭合状态也被称作晶体管的接通状态。在实施例中，这样的晶体管被用作切换经由其负载端子的较高电压和/或电流的功率器件。此外，实施例使用一个或多个辅助端子，例如一个或多个辅助发射极。如本文所使用的辅助端子是这样的端子，该端子作为与该辅助端子相关联的负载端子与芯片管芯上的对应半导体器件（晶体管）的相同接触件（例如发射极接触件或发射极接触区域）连接，但是不被用来承载要切换的负载电流。例如，在功率IGBT的情况下，芯片上的发射极接触件可以经由一条或多条结合线与作为芯片封装的负载端子的发射极端子耦合，并且当晶体管被闭合时，要切换的电流可以经由这些结合线流到发射极端子。此外，芯片的发射极接触件可以利用附加的结合线（或者多条附加的结合线）与不被用来承载负载电流的作为辅助端子的附加的辅助发射极端子耦合。如下面将解释的，这样的辅助端子例如可以被用来施加控制电压，例如栅极-发射极电压。此外，在实施例中，这样的辅助端子可以被用于能够实现检测短路情况的测量。一些实施例涉及短路检测。如本文中所使用的短路通常可以是指当半导体功率开关闭合时使高于阈值的负载电流流经所述开关的负载端子的情况。所述阈值大于在正常操作中预期流动的电流值。高于阈值的电流可以处在对于开关器件所规定的范围之外，并且至少在一段时间之后可能导致开关器件的损坏。这样的短路例如可能是由于以下情况所引起的：开关器件的负载端子当另一个负载端子耦合到正供电电压时发生到接地或者到负供电电压的意外低阻抗耦合。应当注意的是，由于在电子电路中通常所采用的每一个电气连接都具有一定阻抗（即使是非常小的阻抗），因此总是有耦合到开关器件的一定负载电阻和电感（inductivity）。在一些实施例中，可以基于施加到控制端子的控制信号的量值并且基于由负载端子处的负载电流（特别是负载电流的改变）所导致的信号的量值来检测短路情况。两个量值都可以关于辅助端子处的信号的量值来测量。在一些实施例中，即使对于具有较高去饱和电流的半导体器件（即，在应当已经针对其检测到短路的特定（过）电流水平处没有示出饱和行为的半导体器件）也可以在早期检测到短路情况。因此，可以使用具有这样的高去饱和电流的半导体器件，其在闭合状态下可能具有更高的电导率。现在转向附图，在图1中图示了根据实施例的器件。图1的器件包括晶体管器件10。在实施例中，晶体管器件10是被设计成切换高电压和/或高电流的功率晶体管器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种器件，包括：半导体开关，包括控制端子和至少两个负载端子；以及评估电路，被配置成基于控制端子处的信号的量值并且至少部分地基于经由所述至少两个负载端子的负载电流的变化的量值来检测短路情况。

【技术特征摘要】
2016.02.29 US 15/056111;2016.03.02 US 15/0586321.一种器件，包括：半导体开关，包括控制端子和至少两个负载端子；以及评估电路，被配置成基于控制端子处的信号的量值并且至少部分地基于经由所述至少两个负载端子的负载电流的变化的量值来检测短路情况。2.权利要求1的器件，其中，所述评估电路被配置成评估电感上的电压降以便确定负载电流的变化量值的度量。3.权利要求2的器件，其中，所述评估电路被配置成获得所述至少两个负载端子之一和与所述至少两个负载端子之一相关联的辅助端子之间的电压降。4.权利要求3的器件，还包括驱动器，所述驱动器被配置成在控制端子与辅助端子之间施加控制信号。5.权利要求3的器件，还包括驱动器，所述驱动器被配置成在控制端子和与所述至少两个负载端子之一相关联的另一个辅助端子之间施加控制信号。6.权利要求1的器件，其中，所述评估电路包括：第一比较器，被配置成把控制信号与第一参考值进行比较；第二比较器，被配置成把至少部分地表示负载电流的改变的值与第二参考值进行比较；以及逻辑，被配置成基于第一比较器的输出和第二比较器的输出而输出指示短路的信号。7.权利要求6的器件，其中，所述器件被配置成基于控制信号的值改变第二参考值。8.权利要求1的器件，其中，所述评估电路被配置成在控制信号的绝对值超出第一阈值并且指示负载电流的改变的绝对值同时超出第二阈值时确定存在短路情况。9.权利要求1的器件，其中，所述评估电路被配置成在检测到负载电流的负斜率时暂时禁用短路检测。10.权利要求1的器件，其中，所述半导体开关是金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管之一。11.权利要求1的器件，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：MM巴克兰，S海因，A毛德，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE