[發明專利]包括短路保護的半導體器件

有效

• 申請號: 201310427097.X
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN104009445B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: F.科蒂賈尼;A.德西科
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08;H03K17/687
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 王岳,劉春元

技術領域

本發明涉及半導體器件和用于操作這樣的器件的方法的領域，具體地涉及包括故障檢測能力以檢測導致溫度上升的故障操作狀態（諸如例如短路）的功率半導體器件。

背景技術

半導體器件，尤其功率半導體器件諸如功率半導體開關經常包括電流和溫度測量功能用于檢測在其期間發生不期望的高電流或溫度的故障或不期望的操作模式。這樣的故障或不期望的操作模式尤其可能是過載（例如短路）或過溫。

能夠檢測過溫、過載（短路）等的功率半導體開關經常被稱為“智能開關”。通常這樣的智能開關包括至少一個功率晶體管（例如DMOS高側開關）和用于每個功率晶體管的過電流檢測電路，過電流檢測電路將代表流過晶體管的負載電流的測量的負載電流信號與代表特定的最大電流的定義的閾值相比較。當負載電流達到或超過最大電流時，為保護器件，關斷負載電流。

然而，在許多應用中，智能開關必須處理高涌入電流。例如當接通白熾燈、電動機或類似物時，情況可能是這樣。涌入電流通常比最大電流高很多，但是該高涌入電流是瞬時的并且一般不引起危險的過溫。然而，包括在智能開關中的過電流保護電路需要在高涌入電流和由短路引起的過電流之間區分。因為這個原因，在可能發生瞬時涌入電流的啟動階段期間，確定最大電流的閾值被設定到較高值（比在正常操作期間高）。這個啟動階段一般定義為從晶體管的接通開始的固定時間間隔（例如10ms）。當該時間間隔過去時，確定最大電流的閾值重設到較低標稱值。

當檢測到過電流時（即當過電流事件發生時），可以去激活器件。也就是說，器件被鎖存在負載電流被關斷的非活動狀態（失效狀態）。然而，為了避免在啟動階段期間去激活，在過電流事件之后，器件被再激活達定義的次數（例如32次）。然而，當在啟動階段期間發生最大數量的過電流事件時，器件最終被去激活（并且不被再激活）。在啟動階段之后（即在正常操作期間），單個過電流事件足夠將器件鎖存在非活動狀態（失效狀態）。

具有高最大電流閾值的啟動階段和具有低最大電流閾值的正常操作階段之間的轉變一般由數字實施的有限狀態機（FSM）來觸發。然而，當智能開關用于為負載（例如白熾燈）提供調制信號（例如脈寬調制負載電流）時產生了進一步的問題。為了使燈變暗，提供給燈的負載電流可以被例如脈寬調制以減小提供給燈的平均負載電流。結果，在已知的智能開關中，在脈寬調制（PWM）的每個循環中將開啟新的啟動階段。這在定義啟動階段的時間間隔比調制信號的一個周期長時是尤其成問題的。當考慮示例時，將變得明顯的是，事實上情況總是這樣。使啟動階段成為在半導體開關被激活（即接通）時刻開始的例如10ms的時間間隔。此外，用200Hz的PWM載波頻率使負載電流被脈寬調制，200Hz的PWM載波頻率是用于使燈變暗（或控制電動機旋轉速度）的通常頻率。因為200Hz的PWM載波頻率對應于5ms的PWM周期，所以半導體開關每5秒被激活，而啟動階段將持續10ms。在呈現的示例中，在其期間更高的負載電流閾值是有效的啟動階段將永不結束。

本發明要解決的問題是提供包括半導體開關和過電流保護的半導體器件，所述過電流保護即使在半導體開關被開/關調制驅動信號驅動時也允許可靠的操作。

發明內容

由權利要求1的半導體器件來解決上面提到的問題。發明構思的各個實施例和進一步的發展被獨立權利要求所覆蓋。

根據本發明的第一示例描述了一種半導體器件，半導體器件包括電子開關，電子開關配置為根據輸入信號接通和關斷具有電源電壓的電源端和輸出電路節點之間的負載電流路徑。器件進一步包括過電流檢測器，過電流檢測器配置為將代表穿過負載電流路徑的負載電流的負載電流信號與過電流閾值比較并且當負載電流信號達到或超過過電流閾值時信號通知過電流。而且，器件包括控制單元，控制單元在操作的第一狀態和第二狀態中是可操作的。控制單元配置為當在操作的第一狀態中時將過電流閾值設定到第一較高值并且當在操作的第二狀態中時將過電流閾值設定到第二較低值，以及當信號通知過電流時至少暫時關斷電子開關。當第一預定義時間間隔已經過去時，引起從操作的第一狀態到操作的第二狀態的改變；以及當電子開關關斷達多于第二預定義時間間隔時，引起從操作的第二狀態到操作的第一狀態的改變。