测试MOS功率开关制造技术

本申请涉及测试MOS功率开关。讨论了与MOS开关晶体管的测试有关的方法和器件。例如，可以执行至少两种不同的测试测量，并且可以基于所述至少两种测试度量来确定故障状态。

Testing MOS Power Switch

This application relates to the test of MOS power switches. The methods and devices related to the test of MOS switching transistors are discussed. For example, at least two different test measurements can be performed, and fault status can be determined based on at least two test measurements.

【技术实现步骤摘要】
测试MOS功率开关
本申请涉及与包括MOS(金属氧化物半导体)开关晶体管的开关器件的测试相关的器件和方法。
技术介绍
在许多应用中，MOS晶体管现在用作功率开关，以选择性地将负载耦合到电源，例如在汽车应用中。根据它们的设计，这种MOS晶体管能够开关高电压(几百伏或更高)和/或高电流，例如10A或更高。为了控制这样的开关，提供栅极驱动器电路，通常是集成电路(IC)的形式。这种栅极驱动电路控制MOS晶体管的栅极端子。此外，这些栅极驱动器电路可以提供如过电流保护的保护功能，例如，如果流过晶体管的电流超过阈值则关断晶体管。在例如汽车环境的安全关键环境中，必须满足功能安全要求。例如，可能需要可以检测包括MOS开关晶体管的开关器件的故障状态。这种故障包括：例如，到MOS晶体管的故障连接(有故障的栅极连接、有故障的漏极连接和/或有故障的源极连接)，晶体管端子之间的短路，或用于测量通过晶体管的电流的分流晶体管中的故障。在这样的安全关键环境中，可能不仅需要能够检测到存在故障，而且还需要检测故障的类型和位置以便能够相应地作出反应。
技术实现思路
根据一个实施例，提供了一种方法，包括：对开关器件执行至少两种测试测量，所述开关器件包括至少一个开关晶体管，其中所述至少两种测试测量选自包括以下项的组中：确定所述至少一个开关晶体管的栅极电容的度量，确定所述至少一个开关晶体管的漏极-源极电压的度量，确定所述至少一个开关晶体管的源极电压的度量，测试所述开关器件的分流电阻器，和确定所述分流电阻器两端的电压降的度量，以及基于所述至少两种测试测量来确定所述晶体管开关器件的故障状态。根据另一实施例，提供了一种方法，包括：将测试电流施加到包括至少一个开关晶体管的开关器件，所述测试电流的幅度被选择为基本上不干扰所述开关器件的正常操作，测量响应于所述测试电流的电压，和基于测量的所述电压来确定所述开关器件的故障状态。根据另一实施例，提供了一种方法，包括：确定至少一个开关晶体管的漏极-源极电压，确定耦合到所述至少一个开关晶体管的分流电阻器两端的电压，以及评估所述漏极-源极电压和所述分流电阻器两端的电压之间的比率。根据另一实施例，提供了一种器件，包括：测试电流发生器，被配置为将测试电流施加到包括至少一个开关晶体管的开关器件，所述测试电流的幅度被选择为基本上不干扰开关器件的正常操作，电压测量电路，被配置为测量响应于所述测试电流的电压，和评估电路，被配置为基于测量的所述电压来确定所述开关器件的故障状态。根据又一实施例，提供了一种器件，包括：测量电路，被配置为确定至少一个开关晶体管的漏极-源极电压，并确定耦合到所述至少一个开关晶体管的分流电阻器两端的电压，以及评估电路，被配置为评估所述漏极-源极电压与所述分流电阻器两端的电压之间的比率。以上概述仅旨在给出一些实施例的一些特征的简要概述，而不应被解释为进行限制。附图说明图1是根据实施例的开关器件的示意图。图2是示出根据实施例的方法的流程图。图3是示出根据另一实施例的方法的流程图。图4是根据实施例的器件的电路图。图5A和图5B是示出根据一些实施例的测量的示意性信号图。图6是示出根据实施例的开关器件的电路图。图7是示出根据实施例的开关器件的电路图。图8是示出根据实施例的开关器件的电路图。图9是示出根据实施例的方法的流程图。图10是示出根据实施例的开关器件的电路图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。应当指出的是，这些实施例只用于说明，并且不被解释为限制性的。例如，虽然实施例可以被描述为包括多个特征或元件，但是在其他实施例中，这些特征或元件中的一些可以被省略和/或可以由备选特征或元件替换。此外，除了明确示出和描述的特征之外，可以提供其他特征或元件，例如在包括诸如MOS开关晶体管之类的开关晶体管的传统开关器件中使用的特征或元件。可以组合来自不同实施例的特征或元件以形成另外的实施例。关于一个实施例描述的变型和修改也适用于其他实施例。在所示和所描述的实施例中，元件之间的任何直接的电连接或耦合，即，在没有中间元件的如简单金属迹线的连接或耦合，可以通过间接连接或耦合替换，即，包括一个或多个附加中间元件的连接或耦合，反之亦然，只要基本保持连接或耦合的一般目的即可，例如传输某种信号、传输某种信息和/或提供某种控制。换句话说，只要基本上保持连接或耦合的一般目的，就可以修改所示和所描述的连接或耦合。在附图中，不同附图中的相似或相应的元件具有相同的附图标记，并且将不再重复详细描述。虽然在下面作为示例使用MOS开关晶体管，但是在其他实施例中，可以使用其他种类的场效应晶体管(FET)或者也可以使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)。这里使用的术语“源极”和“漏极”也包括这种IGBT的发射极和集电极。现在转向附图，图1示意性地示出了根据实施例的开关器件。图1的器件1包括MOS开关晶体管10，MOS开关晶体管10包括栅极端子13、漏极端子11和源极端子12。虽然图1中示出了单个晶体管10，但是在其他实施例中，可以按顺序提供并联耦合的多个晶体管，即，它们各自的源极端子彼此连接以及它们各自的漏极端子彼此连接，使得当晶体管导通时减小电阻。对这里的开关晶体管的任何提及也旨在涵盖并联耦合的两个或更多个这种晶体管的情况。当MOS晶体管在其源极端子和漏极端子之间提供低欧姆连接时，其处于导通状态或闭合，MOS晶体管被称为导通。当晶体管在其源极端子和漏极端子之间基本上电隔离(可能与不希望的漏电流分开)时，其处于截止状态或开路，MOS晶体管被称为截止。取决于实施方式，晶体管10可以是NMOS晶体管或PMOS晶体管。晶体管10可用于选择性地将负载耦合到电源电压，例如在汽车应用中。此外，图1的装置包括耦合到源极端子12的分流电阻器15。分流电阻器15是非常低的欧姆电阻器，具有低于1Ω的电阻，特别是低于100mΩ或低于1mΩ即在微欧(μΩ)范围内，并且可以测量分流电阻器15两端的电压降以便测量负载电流，即当晶体管10导通时流过漏极端子11和源极端子12之间的晶体管10的电流。图1的器件还包括测试电路14，以测试图1的器件的功能和连接。例如，如下面将更详细地讨论的，测试电路14可以测试到栅极端子13、漏极端子11、源极端子12和/或分流电阻器15的电连接。而在一些实施例中可以测试图1的器件的所有这些和可能其它特性，在其他实施例中也可以仅测试这些特性中的一种或仅这些特性的子集。在实施例中，由测试电路14执行各种测量以测试特性。下面将使用具体的非限制性实施例进一步讨论细节。测试电路14还可以向晶体管10提供栅极驱动器功能。换句话说，测试电路14可以与栅极驱动器电路集成以驱动并测试晶体管10。图2示出了根据实施例的方法。图2的方法可以由图1的测试电路14实现，并且为了便于理解将参考图1进行描述，但不限于此。虽然图2的方法被描述为一系列动作或事件，但其中这些动作或事件被描述的顺序不应当被视为进行限制。特别地，动作或事件可以以与所示顺序不同的顺序执行，或者动作或事件中的一些可以并行执行，例如使用测试电路的不同部分来并行执行测量。此外，虽然参考附图标记20-25描述了多个不同测试测量，但是在其他实施例中，可以仅执行这些测量中的一些或仅执行这些测量中的一种。在20处，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：对开关器件执行至少两种测试测量，所述开关器件包括至少一个开关晶体管，其中所述至少两种测试测量选自包括以下项的组中：确定所述至少一个开关晶体管的栅极电容的度量，确定所述至少一个开关晶体管的漏极‑源极电压的度量，确定所述至少一个开关晶体管的源极电压的度量，测试所述开关器件的分流电阻器，和确定所述分流电阻器两端的电压降的度量，以及基于所述至少两种测试测量来确定所述晶体管开关器件的故障状态。

【技术特征摘要】
2017.08.16 US 15/678,6691.一种方法，包括：对开关器件执行至少两种测试测量，所述开关器件包括至少一个开关晶体管，其中所述至少两种测试测量选自包括以下项的组中：确定所述至少一个开关晶体管的栅极电容的度量，确定所述至少一个开关晶体管的漏极-源极电压的度量，确定所述至少一个开关晶体管的源极电压的度量，测试所述开关器件的分流电阻器，和确定所述分流电阻器两端的电压降的度量，以及基于所述至少两种测试测量来确定所述晶体管开关器件的故障状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：在所述开关器件的正常操作期间执行所述至少两种测试测量。3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：当所述栅极阻抗的度量指示所述栅极阻抗高于第一预定值时，确定所述至少一个开关晶体管的端子断开。4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定端子断开包括：如果在所述至少一个开关晶体管的导通状态中，所述漏极-源极电压的度量和所述分流晶体管两端的电压的度量指示了所述漏极-源极电压与所述分流电阻器两端的源极电压的比率高于第二预定值，则检测到所述端子断开。5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：如果所述栅极阻抗的度量指示所述栅极阻抗低于第三预定值，则确定存在栅极短路。6.根据权利要求5所述的方法，其中，如果所述源极电压的度量指示所述源极电压高于第四预定值，则确定存在所述栅极短路。7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述故障状态包括：如果所述漏极-源极电压的度量和所述分流电压的度量指示所述漏极-源极电压与所述分流电阻器两端的电压的比率低于第五预定值，则确定存在漏极-源极短路。8.根据权利要求7所述的方法，其中，如果在所述至少一个开关晶体管的截止状态中，所述源极电压的度量指示了所述源极电压高于第六预定值，则确定存在所述漏极-源极短路。9.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：基于所述分流电阻器的测试来确定开路的分流端子和断开的分流端子中的一项。10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：如果所述漏极-源极电压的度量和所述分流电阻器两端的电压的度量指示了所述漏极-源极电压与所述分流电阻器两端的电压的比率高于第七预定值，并且所述栅极阻抗的度量指示了所述栅极阻抗基本上在预期范围内，则确定存在所述分流电阻器的短路。11.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：如果在所述至少一个开关晶体管的导通状态中，所述分流电阻器两端的电压的度量指示了所述分流电阻器两端的电压基本上等于提供给所述开关晶体管器件的电源电压，则确定分流电阻器开路。12.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：如果在所述至少一个开关晶体管的截止状态中，所述栅极阻抗的度量指示所述栅极阻抗低于第八预定值，并且所述源极电压的度量指示所述源极电压基本上处于预期值，则确定栅极充电电路有缺陷。13.根据权利要求1所述的方法，其中，确定故障状态包括：基于所述源极电压的度量指示所述源极电压高于第九预定值，并且基于所述分流电阻器两端的电压的度量和所述漏极-源极电压的度量中的至少一个度量，确定模块外部的短路，所述模块包括用于执行所述至少两种测试测量的电路、所述至少一个开关晶体管和所述分流电阻器。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个开关晶体管包括并联耦合的至少两个开关晶体管，并且其中确定故障状态包括：基于所述栅极电容的度量来在断开的所述至少两个开关晶体管的一个或多个栅极端子之间进行区分。15.一种方法，包括：将测试电流施加到包括至少一个开关晶体管的开关器件，所述测试电流的幅度被选择为基本上不干扰所述开关器件的正常操作，测量响应于所述测试电流的电压，和基于测量的所述电压来确定所述开关器件的故障状态。16.根据权利要求15所述的方法，其中，施加所述测试电流包括：将所述测试电流施加到所述至少一个开关晶体管的栅极端子，其中选择所述测试电流的幅度使得所述开关晶体管的开关状态不响应于所述测试电流而改变，并且其中测量所述电压包括：测量所述至少一个开关晶体管的栅极-源极电压。17.根据权利要求16所述的方法，其中，施加所述测试电流包括：施加恒定的测试电流以对所述至少一个开关晶体管的栅极端子进行充电或放电中的至少一项，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·阿萨姆，
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