过热保护三端双向可控硅开关及其保护方法技术

一种三端双向可控硅开关电路，包括：三端双向可控硅开关，具有第一和第二主端子(MT1、MT2)和栅极端子，以及晶闸管，连接在所述主端子(MT1、MT2)之一与所述三端双向可控硅开关电路的控制端子之间。当通过温度诱导泄漏电流接通晶闸管时，所述晶闸管用于防止所述三端双向可控硅开关的接通。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三端双向可控娃开关(triac)。
技术介绍
三端双向可控娃开关是一种被触发时可以沿任一方向传导电流的电子部件。三端双向可控硅开关近似等效于反向并 联连接的两个互补单向晶闸管(thyristor)。可以通过向三端双向可控娃开关的栅电极上施加正电流或者负电流来触发三端双向可控硅开关。一旦被触发，所述器件将持续导通直至流经其上的所述电流下降到某个阈值(即保持电流(holding current))之下为止,诸如在交流(AC)干线电源的半周期结束吋。这使得所述三端双向可控硅开关成为对于AC电路的ー种非常方便的开关，允许控制功率流。按照惯例,三端双向可控娃开关具有两个主端子(main terminal)MTl和MT2以及栅极端子。当在主端子MTl上的电压相对于在另ー个主端子MT2上的电压为正，并且施加正或者负栅极电流时，其中内部晶闸管之ー导通。当所述电压反转并且向所述栅极施加正或者负栅极电流时，另ー个内部晶闸管导通。这样在所述器件两端提供足够的电压，使得最小保持电流能够流动。在实际应用中，假如发生短路负载故障，过量电流将流经所述三端双向可控硅开关直到芯片过热失效为止。这是三端双向可控硅开关的最常见失效模式中的ー种。因此，当它变得太热时并且在器件失效之前，需要能够关断所述三端双向可控硅开关。三端双向可控硅开关通常在交流半周期结束时关断，但是如果存在栅极触发信号出现它将再次接通。因此，需要一种三端双向可控硅开关电路，它能够检测器是否已经到达临界温度，而且即使存在栅极触发信号出现，在下ー个半周期也拒绝接通所述三端双向可控娃开关电路。然而，为了限制成本，需要用尽量少的附加部件来实现这种电路，并且优选地以ー种简化了所述附加电路部件与所述三端双向可控硅开关集成的方式来实现这种电路。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种三端双向可控硅开关电路，包括三端双向可控硅开关，具有第一和第二主端子以及栅极端子；以及晶闸管，连接在其中所述三端双向可控硅开关电路的主端子之一与控制端子之间。所述晶闸管可以是任何晶闸管型结构，即具有至少四层交替的N型和P型材料的晶闸管类型。因此应当这样理解术语“晶闸管”。所述晶闸管的功能是当所述晶闸管变热时防止将施加在所述控制端子的栅极控制信号施加在所述三端双向可控硅开关的栅极端子。优选地，所述晶闸管与所述三端双向可控硅开关的MTl端子相连。所述晶闸管是在所述三端双向可控硅开关的所述控制端子与其中主端子之一之间的附加部件，以便为所施加的栅极电流提供并联路径。当变热时该并联路径应当变成非常低的阻抗，有效地在所述控制端子和所述主端子之间形成短路并且“抢走”所述三端双向可控硅开关上的任何栅极电流。因此，任何所施加的栅极电流优选地流经这个低阻抗并联路径，而不是流经所述三端双向可控硅开关中的内部PN结结构。这样，所述晶闸管用作温度敏感开关。许多具有温度依赖性传导特性使得电流随着温度升高而大大増加的半导体部件或者结构可以用在这个位置，来抢走所述三端双向可控硅开关的栅极电流并且因此使得它不能接通。然而，因为三端双向可控硅开关的触发特性在两个方向上是不相同的，这种部件的使用将很可能导致“半波”(half-waving)，ー个方向的传导在比另外ー个方向更低的温度下失效。该“半波”可以导致电感负载不期望的饱和。这是为什么需要晶闸管类的结构来提供这种功能它具有两个稳定的状态并且在特定的温度下将快速地从阻断状态(blocking state)切換至短路状态。这两种状态之间的差异足以确保所述三端双向可控硅开关触发的两个方向同时失效。 作为两种稳定状态的结果，所述晶闸管也提供快速转变(changeover)，并且可以快速地从阻断状态切换至短路状态。优选地，所述晶闸管设计为使得在期望的温度控制范围内，能够由其自身的热致(thermally generated)泄漏电流将它接通。在所述控制端子和栅极端子之间可以提供诸如ニ极管之类的电压降元件。这用于増加需要施加至所述控制端子的驱动电压，并且意味着所述晶闸管在提供短路路径时更加有效。因此所述ニ极管用来提高所述栅极的阈值电压，使得所述晶闸管能够更有效地关断所述三端双向可控硅开关。优选地，所述控制栅极端子与所述ニ极管的阴极和所述晶闸管的阴极相连。优选地，所述晶闸管的栅极是开路，使得不需要外部控制信号。当变热时，利用具有合适灵敏度的晶闸管可以自触发至接通状态(on-state)。例如，当达到100至200°C范围内的温度时，作为泄漏电流的结果所述晶闸管可以接通。优选地，所述晶闸管包括单向器件，并且最优选地是可控硅整流器(SCR)。当所述晶闸管由可控硅整流器实现时，提供了一种当变热时能够使所述三端双向可控硅开关的栅极失效的既便宜又简单的解决方案。本专利技术还为三端双向可控硅开关提供了ー种温度保护方法，包括形成一种三端双向可控硅开关电路，该三端双向可控硅开关电路包括所述三端双向可控硅开关和在所述三端双向可控硅开关电路的控制端子和所述三端双向可控硅开关的主端子之间的路径中的晶闸管。附图说明现在将參考附图详细地描述本专利技术的示例，其中图I示出了一种本专利技术电路的三端双向可控硅开关的结构以及概念性功能；图2示出了本专利技术所述电路如何为所述三端双向可控硅开关栅极电流提供替代路径；图3示出了晶闸管的结构并且示出了本专利技术电路的两个示例；图4示出了实现本专利技术电路的第一种方式；图5示出了实现本专利技术电路的第二种方式；图6示出了实现本专利技术电路的第三种方式；图7示出了实现本专利技术电路的第四种方式；图8示出了实现本专利技术电路的第五种方式；图9示出了实现本专利技术电路的第六种方式。 具体实施例方式本专利技术提供了一种三端双向可控硅开关电路，包括具有第一和第二主端子和栅极端子的三端双向可控硅开关，以及连接在所述三端双向可控硅开关电路的主端子之一与控制端子之间的晶闸管。图I概念地示出了本专利技术电路的期望电路操作。所述三端双向可控硅开关10 (或者称作双向三极晶闸管，bidirectional triode thyristor)用作具有单个栅极端子反向并联的一对晶闸管。在图1(a)中示出了这种结构的示例。存在两个主端子MTl和MT2以及栅极。如图I (b)和(C)所示，期望能够利用开关器件12的形式将三端双向可控硅开关10的控制输入信号与所述三端双向可控硅开关栅极隔离。图1(b)示出了低温情况，这时所述电路输入处的控制信号传递给所述三端双向可控硅开关栅极，而图1(c)示出了高温情况，这时所述控制信号与所述栅极隔离。除了如图I所示的串联开关之外，本专利技术是基于在所述三端双向可控硅开关栅极与主端子MTl和MT2之一之间的部件的使用。如图2(a)所示，开关器件20在所述栅极与主端子之一之间，并且在低温期间关断，使得所述三端双向可控硅开关10正常工作。当检测到高温时，所述开关器件20接通，如图2(b)所示，并且为主端子之一的控制信号提供了低阻抗路径，从而阻止所述控制信号电流到达所述三端双向可控硅开关栅扱。出于这种解释的目的，施加在电路输入上的信号称作控制输入，并且将其施加在所述控制端子上。在所述三端双向可控硅开关的栅极上的得到的信号称作栅极信号，并且所述三端双向可控硅开关的栅极称作栅极端子。图3 (a)示出了本专利技术的第一种实现，其中图2的开关器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尼克·汉姆，黄玉恩，章剑锋，马克·沃里克，安德鲁·巴特勒，金明豪，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：