[發明專利]約束功率半導體器件的安全工作區軌跡的方法

有效

• 申請號: 201410286170.0
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN104122921B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: T·羅科
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世(澳大利亞)私人有限公司
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 王英,陳松濤

技術領域

本發明涉及用于在位于電源和負載之間的功率半導體器件的工作期間約束該功率半導體器件的安全工作區(SOA)軌跡的方法和電路。本發明特別地但是非排他性地應用于約束在電源和負載之間的以高邊配置的N溝道增強型功率MOSFET的SOA軌跡，通過構造用于控制功率MOSFET的控制電壓以約束該功率MOSFET的輸出電壓。

背景技術

諸如功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)等功率半導體器件典型地用于對例如在自動控制和脈寬調制電機控制應用中的感應負載切換電源開(ON)和關(OFF)。該功率MOSFET具有用于控制該功率MOSFET的柵電極、連接到該電源的漏電極以及連接到該負載的源電極。在工作期間，當功率MOSFET被轉換到斷開(OFF)以切斷(OFF)該負載，存儲在該感應負載中的感應能量可導致該功率MOSFET的源電壓降到地電位之下。在某些情況下，該功率MOSFET的源漏電壓增加直到其超過源漏電子雪崩電壓，導致在功率MOSFET的內部寄生的反并聯的二極管中的傳導，其可導致電子雪崩感應的功率MOSFET失效。因此，在保護功率半導體器件免受電子雪崩感應失效并且在約束的安全工作區(SOA)中運行該功率MOSFET方面做出過努力。SOA表示最大的電壓和電流條件，在該條件下，任何這樣的功率半導體器件可以不對器件造成自損的情況下運行。

對延長功率MOSFET壽命所做努力的一個現有實例中，源漏電壓的變化率由次級柵極驅動電路通過MOSFET“米勒電容”控制。該次級柵極驅動通過選擇用于該功率MOSFET的高阻抗主柵極驅動電路而獲得，其與MOSFET內嵌的“米勒電容”相互作用。盡管如此，然而，在這個實例的“柵極成形”中，MOSFET安全工作區(SOA)軌跡僅僅在特定情形中被約束，并且這個技術對于參數波動不堅固。

在另一個實例中，次級柵極驅動電路源自源漏電壓并且該感應負載由箝位控制電路箝位。然而，在這個實例中，當與傳統負載使用時，“箝位”MOSFET?SOA軌跡不產生最小峰值功率。實際上，該峰值功率僅僅在極端運行情況下最小化。

圖1示出了用圖表示的約束功率半導體器件的SOA的這些上述的現有實例。圖1還以源漏電壓(V_ds)在曲線圖10的x軸上和漏電流(I_D)在曲線圖10的y軸上示出了諸如功率MOSFET的功率半導體器件的最大額定正向偏移安全工作區(SOA)軌跡12的曲線圖10。該SOA軌跡12表示該功率MOSFET在例如最大峰值結溫和案例溫度25℃下可安全地處理的最大同時源漏電壓和漏電流。

按照每一個上述的現有實例，功率半導體器件可被用于轉換箝位的和未箝位的感應負載。對于未箝位的感應負載，在電子雪崩期間在功率MOSFET中消耗的所存儲的感應能量必須小于功率MOSFET的額定能量吸收限制。而且，必須調節功率MOSFET可處理的最大同時源漏電壓和漏電流以用于不同的工作條件，例如案例溫度。因而，可以看到使用上述現有方法的“柵極成形”SOA軌跡16約束了功率MOSFET的SOA軌跡12。對于箝位的負載，諸如上述現有實例，由圖1可以看到，“箝位”SOA軌跡14還約束了功率MOSFET的SOA軌跡12，但是峰值功率僅僅在極端工作情況下最小化，例如電池電壓向著MOSFET的最大源漏電壓增加。還可以看到，使用“柵極成形”的方法比“箝位”方法，在更大范圍的工作條件下約束功率。然而，當漏電流和漏源電壓處于峰值水平時，峰值功率沒有被顯著約束。

還可以從圖1的“箝位”14和“柵極成形”16兩者軌跡看出漏電流(I_d)被約束為初始的漏電流(I_d(初始))18，并且當沒有漏電流穿過功率MOSFET時，源漏電壓是源電壓(例如電池電壓)(V_bat)20。盡管如此，存在進一步約束功率半導體器件的SOA在例如更大范圍的工作條件下以更好地保護其免受峰值負載和電子雪崩感應失效。

對本發明背景的討論在此被包括用于解釋本發明。這不應當作是承認所引用的現有實例在本申請的優先權日被公開、公知、或是公知常識部分。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種在功率半導體器件的工作期間約束功率半導體器件的安全工作區(SOA)軌跡的方法，所述功率半導體器件位于電源和負載之間，所述方法包括：

獲取負載兩端的電壓測量值(V_LOAD)；

選擇標量用于縮放所獲取的負載兩端的電壓測量值(V_LOAD)；以及