开关装置以及开关装置的运行方法制造方法及图纸

所提出的是一种开关装置(2)以及用于可靠断开半导体开关元件(4)、尤其是MOSFET的方法，其中所述半导体开关元件(4)具有栅极连接部(G)、源极连接部(S)以及漏极连接部(D)，在所述半导体开关元件(4)的运行中，借助于所述栅极连接部(G)在所述漏极连接部(D)与源极连接部(S)之间的电流路径(6)能可逆地断开，并且所述栅极连接部(G)具有栅极电势(U

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开关装置以及开关装置的运行方法


[0001]本专利技术涉及一种开关装置以及这种开关装置的运行方法，用于与半导体开关元件的安全断开。

技术介绍

[0002]当今，半导体开关、尤其是晶体管作为电子开关元件几乎用在每个电子电路中。所述半导体开关基于其不同的构造，例如在其切换时间和/或其相对于待切换的(电子)功率的切换性能方面被证实为有利的。
[0003]半导体开关也被用在机动车领域，例如用在机动车的汽车电路中。通常在这种情况下使用场效应晶体管(FET)并且尤其使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。MOSFET具有漏极连接部、源极连接部以及栅极连接部。借助于栅极连接部、尤其借助于在运行中作用于栅极连接部与源极连接部之间的电压(也称作栅极电压)，可控制在漏极连接部与源极连接部之间流通的电流。就是说在超过所述栅极电压的电压阈值的情况下，在半导体材料内部、在漏极连接部与源极连接部之间形成“通道”并开始有电流流通。此外，借助于所述栅极电压的数值大小能使在漏极连接部与源极连接部之间流通的电流在其数值方面做出变化。基本上在此适用的是：所述栅极电压越高，在漏极连接部与源极连接部之间流通的电流就越大。因此，借助于MOSFET例如不仅能实现(电流)开关，也能实现(电流)调节器。
[0004]在文献DE19619467C2中介绍了一种开关装置，借助于所述开关装置，通过在漏极连接部与栅极连接部之间布置额外的晶体管使功率MOSFET免遭漏极连接部超压。

技术实现思路

[0005]由此出发，本专利技术的任务在于确保半导体开关元件的可靠切换。
[0006]所述任务按照本专利技术通过具有权利要求1的特征的开关装置来完成。有利的设计方案、进一步方案和变型方案是从属权利要求的主题。
[0007]所述开关装置用于可靠地断开半导体开关元件、尤其是MOSFET。所述半导体开关元件具有栅极连接部(简称：栅极)、源极连接部(简称：源极)以及漏极连接部(简称：漏极)。
[0008]在运行中，借助于所述栅极，在漏极与源极之间的电流路径能可逆地断开。所谓可逆地断开在此应理解为，在漏极与源极之间的电流路径借助于栅极、尤其借助于在栅极与源极之间施加的电压(栅极电压)，在超过电压阈值的情况下接通并且在未超出电压阈值的情况下断开。
[0009]此外，所述栅极连接部具有栅极电势，并且上述源极连接部具有源极电势。
[0010]在所述栅极与源极之间布置有保险单元。所述保险单元这样设置，与所述栅极电势与源极电势之间的(电压)电势差相关地，在所述电流路径断开之后，也就是在所述半导体开关元件关断之后，使栅极与源极电连接。通过所述电连接，所述栅极电势与源极电势以同一数值达到均衡。在此优选地，所述栅极电势的数值由起始值与源极电势的数值达到均衡。换言之，栅极电势的数值“被拉到”源极电势的数值。
[0011]所述电势差的概念在本申请的意义上就是电压差。所述(电压)电势差尤其对应于施加在所述栅极连接部与源极连接部之间的电压(栅极电压)。
[0012]所述使半导体开关元件切换(亦即在漏极连接部与源极之间形成导通连接)的电势差，尤其与所使用的掺杂材料相关。例如，在掺硅的半导体开关元件的情况下，所述电势差通常(在数值上)约为高于0.7伏。所述电压或电势差也称作击穿电压，并且是半导体开关元件的半导体掺杂物已知的特征参数。
[0013]通过所述栅极连接部与源极连接部之间的电连接，所述两个连接部优选具有相同的(电压)电势或至少尽量相同的(电压)电势。就是说，在关断所述半导体开关元件之后出现电势差的情况下，尤其是在与导线的固有电感有关而使源极电势为负的情况下，所述源极电势对于栅极电势为负，所述电势差通过栅极与源极的上述电连接达到均衡。因此，非期望的重新切换所述半导体开关元件得以避免。所述“均衡”在此应理解为，所述两个电势基本上具有相同数值。所述“基本上”在此应理解为，所述两个电势在达到均衡之后的电压差例如为小于0.5伏、尤其小于0.2伏。
[0014]这种设计基于下述考虑，即，在切换过程中、尤其MOSFET的关断过程中，在漏极连接部和源极连接部出现呈电压峰值形式的(额外的)电势，所述MOSFET位于电路内、例如位于机动车的汽车电路内。这种不同的电势是由布置在各连接部上的导线的固有电感引起的。
[0015]通常，在漏极连接部出现正的电势，而在源极连接部出现负的电势。在此，若源极连接部的电势比为了所述切换所设置的栅极电势(大多数为接地电势，即0伏)具有数值更大的负值，那么MOSFET面临大多数是非期望的重新切换(接通)。这基于下述原因，即，相对于所述栅极电势，在源极连接部的更负的电势在数值上超过所述栅极电压的电压阈值。
[0016]这可导致过载并且进而导致MOSFET运转故障。
[0017]按照优选的设计方案，所述保险单元具有晶体管、尤其是双极型晶体管。所述晶体管具有基极侧的基极连接部、发射极侧的发射极连接部以及集电极侧的集电极连接部。由此，在栅极与源极之间能够形成与(电压)电势差相关的电连接。就是说，从为了切换所述半导体开关元件所需的电势差(例如0.7伏)开始，所述保险元件、尤其是所述晶体管切换到导通状态，并且因此使所述半导体开关元件的栅极连接部与源极连接部连接。由此，所述电势差达到均衡，从而所述半导体开关元件不会切换。
[0018]按照优选的设计方案，所述晶体管在发射极侧与所述半导体开关元件的源极连接部连接，在集电极侧与所述半导体开关元件的栅极连接部连接。由此，在所述半导体开关元件的栅极连接部与源极连接部之间实现电导通的连接，所述连接可通过晶体管切换为导通的或阻断的。优选地，在所述晶体管的发射极与半导体开关元件的源极连接部之间不布置其它元件，就是说，所述晶体管在发射极侧直接与半导体开关元件的源极连接部连接。然而，上述切换、尤其是在所述晶体管的发射极与半导体开关元件的源极连接部之间的电导通的连接的切换在其它布置方式下也能实现。就是说，例如在所述发射极与源极连接部之间的直接连接不是强制性的，并且因此也可在所述发射极与源极连接部之间形成间接连接。所述“间接连接”在此应理解为下述电连接，其中，在所述发射极与源极连接部之间还布置有至少一个其它电气或电子构件。
[0019]合乎目的地，所述晶体管在基极侧与接地电势连接。优选地，所述接地电势涉及与
半导体开关元件的源极连接部间接或直接相连的相同的接地电势。
[0020]因此，所述晶体管根据基极电路的类型进行布置和连接在所述保险单元内。
[0021]合乎目的地，所述保险单元具有用于限制电流的电阻元件、例如欧姆电阻。为此，所述电阻元件优选在集电极侧与集电极连接部预接。
[0022]此外，所述保险元件优选具有以下述方式设置的结构元件，即，在栅极连接部与集电极连接部之间形成并且尤其实现单向电流。在最简单的情况下，所述结构元件涉及单独的电气或电子构件。替代地，所述构件具有多个构件或者由多个构件形成，所述多个构件在配电技术上以形成单向电流的方式相互连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种开关装置(2)，用于可靠断开半导体开关元件(4)、尤其是MOSFET，其中
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所述半导体开关元件(4)具有栅极连接部(G)、源极连接部(S)以及漏极连接部(D)，在所述半导体开关元件(4)的运行中，借助于所述栅极连接部(G)在所述漏极连接部(D)与源极连接部(S)之间的电流路径(6)能可逆地断开，并且
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所述栅极连接部(G)具有栅极电势(U
G
)并且所述源极连接部(S)具有源极电势(U
S
)，其特征在于，
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在所述栅极连接部(G)与源极连接部(S)之间布置有保险单元(12)，并且
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所述保险单元(12)以如下方式设置和构造，与所述栅极电势(U
G
)与源极电势(U
S
)之间的(电压)电势差(ΔU)相关地，在所述电流路径(6)断开之后，使所述栅极连接部(G)与源极连接部(S)电连接，从而所述栅极电势(U
G
)与源极电势(U
S
)达到均衡。2.根据前述权利要求所述的开关装置(2)，其特征在于，所述保险单元(12)具有晶体管(14)、尤其是双极型晶体管，其具有基极侧的基极连接部(B)、发射极侧的发射极连接部(E)以及集电极侧的集电极连接部(C)。3.根据前述权利要求之一所述的开关装置(2)，其特征在于，所述晶体管(14)在发射极侧与所述半导体开关元件(4)的源极连接部(S)连接并且在集电极侧与所述半导体开关元件(4)的栅极连接部(G)连接。4.根据前述两个权利要求之一所述的开关装置(2)，其特征在于，所述晶体管(14)在基极侧与接地电势(M)连接。5.根据前述权利要求之一所述的开关装置(2)，其特征在于，所述保险单元(12)具有电阻元件(16a)。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安，
申请(专利权)人：莱尼电气系统有限公司，
类型：发明
国别省市：