用于感测功率半导体的过温的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于感测功率半导体的过温的装置和方法。本发明专利技术：通过功率半导体的控制电极提供电流脉冲源；复制由电流脉冲源提供的电流并将所复制的电流提供给模拟装置；比较控制电极两端的电压与模拟装置两端的电压；通知比较结果。知比较结果。知比较结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测功率半导体的过温的装置和方法


[0001]本专利技术总体上涉及一种用于感测功率半导体的过温的装置和方法。

技术介绍

[0002]功率半导体装置被制成低于最大结温来工作。超过最大结温的操作可能触发热奔(thermal runway)条件，这会导致功率半导体装置的不可逆转的灾难性故障。超过最大结温的操作可能是由诸如冷却系统缺陷、功率半导体超过其规格的瞬态操作、老化等的不同情况导致的。
[0003]如今，使用以嵌入式二极管用作芯片温度的传感器的功率半导体装置(类似于晶体管)。二极管正向压降取决于温度。这种解决方案导致晶体管可用有源区域的损失并且增加了与功率半导体的连接数量。
[0004]考虑到传感器的低带宽以及它们无法靠近功率半导体放置的事实，使用热电偶或负温度系数电阻器直接测量结温不适合检测过温。
[0005]温度的光学测量也很慢，因为它们需要数字处理和校准，这增加了延迟。
[0006]使用功率半导体的热敏电参数是有前景的。例如，可通过将测量电流注入到有源功率半导体中以测量取决于温度的导通状态电压来观测功率半导体的温度。
[0007]因此，由于该测量需要在传导电流已知的状态下进行或针对所有传导电流进行校准，这增加了测量电路的复杂度，此外与该测量关联的精度可能不足，因此可能导致误触发。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在提供一种低复杂度且准确的用于感测功率半导体的过温的装置和方法。
[0009]为此，本专利技术涉及一种用于感测功率半导体的过温的装置，其特征在于，该装置包括：
[0010]‑
电流脉冲源，其通过功率半导体的控制电极提供，
[0011]‑
电流复制器，其复制由电流脉冲源提供的电流，并且将复制的电流提供给模拟装置，
[0012]‑
比较器，其比较控制电极两端的电压与模拟装置两端的电压，
[0013]‑
用于通知比较结果的装置。
[0014]本专利技术还涉及一种用于感测功率半导体的过温的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0015]‑
通过功率半导体的控制电极施加电流脉冲，
[0016]‑
复制电流脉冲并将复制的电流脉冲提供给模拟装置，
[0017]‑
比较控制电极两端的电压与模拟装置两端的电压，
[0018]‑
通知比较结果。
[0019]因此，本专利技术可没有复杂度地检测功率半导体的过温并避免热奔。由于模拟装置，无需引入任何模数转换器来读取实际温度。
[0020]根据特定特征，用于通知比较结果的装置还根据由比较器输出的信号来控制功率半导体的开关模式。
[0021]根据特定特征，电流脉冲源施加到的控制电极是栅极和发射极或者栅极和源极。
[0022]根据特定特征，当功率半导体不在开关或处于过渡模式时，向功率半导体提供电流脉冲源。
[0023]因此，用户可决定停止或减慢功率半导体以保护热奔。此外，控制电极处的电压仅根据电流脉冲而改变，电磁和其它干扰在感测功率半导体的过温期间不会干扰。
[0024]根据本专利技术，模拟装置由串联连接的电阻器和电容器组成。
[0025]因此，模拟装置在给定温度(类似于例如刚好低于最大结温的温度)下具有与功率半导体的内部栅极相同的阻抗。模拟装置用于创建根据电流脉冲源而改变的阈值。然后，功率半导体的电极处的电压与模拟装置处的电压之间的比较与电流脉冲源值无关。
[0026]根据本专利技术，电容器值等于或低于功率半导体的栅极电容值。
[0027]因此，本专利技术可防止比较器的输出处的误警。
[0028]根据本专利技术，当功率半导体处于几乎等于功率半导体的最大结温的温度时，电阻器值等于或低于功率半导体的内部栅极电阻值。
[0029]因此，可定义阈值温度，其等于或低于功率半导体的最大结温。
[0030]根据本专利技术，在校准阶段期间调节电阻器值。
[0031]因此，可补偿各个功率半导体的内部栅极电阻的变化。
[0032]根据本专利技术，电流脉冲持续时间等于：
[0033][0034]其中Vth代表半导体栅极的阈值电压，Vsupply是防止功率半导体导通的负栅极电压，或者Vsupply是防止功率半导体截止的正栅极电压，Rg是功率半导体处于几乎等于功率半导体的最大结温的温度时功率半导体的内部栅极电阻值，Cg是功率半导体的栅极电容值，I是电流脉冲值。
[0035]因此，在脉冲持续时间期间功率半导体的状态维持相同。
[0036]根据本专利技术，该装置还包括至少一个电阻器和至少一个比较器，所述至少一个电阻器的第一端子连接到电流复制器，所述至少一个电阻器的第二端子连接到模拟装置，并且所述至少一个比较器比较功率半导体的电极处的电压与所述至少一个电阻器的第二端子处的电压。
[0037]根据本专利技术，该方法还包括步骤：当功率半导体被加热至预定温度时，调节模拟装置的电阻器值。
附图说明
[0038]通过阅读示例实施方式的以下描述，本专利技术的特性将更清楚地显现，所述描述参照附图进行。
[0039][图1]图1表示根据本专利技术的用于感测功率半导体装置的温度的装置的架构的示
例。
[0040][图2]图2表示功率半导体的示例。
[0041][图3]图3表示根据本专利技术的功率半导体的等效电路。
[0042][图4]图4表示根据本专利技术的用于感测功率半导体的温度的模拟装置的示例。
[0043][图5]图5表示根据本专利技术的用于感测功率半导体装置的温度的电流复制器的示例。
[0044][图6]图6表示根据本专利技术的用于感测功率半导体的温度的信号。
[0045][图7]图7表示当模拟装置的至少一个分量值未准确地定义时可能出现的信号。
[0046][图8]图8表示当检测到最大结温时出现的信号。
[0047][图9]图9表示用于调节仿真功率半导体的电阻器值的算法的示例。
[0048][图10]图10表示根据本专利技术的用于感测功率半导体装置的温度的装置的架构的示例。
[0049][图11]图11表示根据本专利技术的用于感测功率半导体装置的温度的装置的架构的另一示例。
[0050][图12]图12表示根据本专利技术的用于感测功率半导体装置的温度的算法的示例。
具体实施方式
[0051]图1表示根据本专利技术的用于感测功率半导体装置的温度的装置的架构的示例。
[0052]用于感测功率半导体的温度的装置包括电流复制器70，当功率半导体不在开关或处于过渡模式时，其复制通过功率半导体Sc 10的控制电极由电流脉冲源60提供的电流。
[0053]控制电极是栅极和发射极或者栅极和源极。
[0054]复制的电流被提供给模拟装置20。
[0055]所感测的功率半导体10的栅极和发射极或栅极和源极两端的电压被提供给比较模拟装置20的电压的比较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于感测功率半导体的过温的装置，其特征在于，该装置包括：
‑
电流脉冲源，该电流脉冲源通过所述功率半导体的控制电极来提供，
‑
电流复制器，该电流复制器复制由所述电流脉冲源提供的电流，并且将所复制的电流提供给模拟装置，
‑
比较器，该比较器对所述控制电极两端的电压与所述模拟装置两端的电压进行比较，
‑
用于通知比较结果的装置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于通知比较结果的所述装置还根据由所述比较器输出的信号来控制所述功率半导体的开关模式。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电流脉冲源施加至的所述控制电极是栅极和发射极或者栅极和源极。4.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述功率半导体不在开关或处于过渡模式时，所述电流脉冲源被提供给所述功率半导体。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述模拟装置由串联连接的电阻器和电容器组成。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电容器的值等于或低于所述功率半导体的栅极电容值。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述功率半导体处于几乎等于所述功率半导体的最大结温的温度时，所述电阻器的值等于或低于所述功率半导体的栅极电阻值。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在校准阶段期间调节所述电阻器的值。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：河原知洋，J，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：