[發(fā)明專利]功率開(kāi)關(guān)的熱觀測(cè)器以及過(guò)載保護(hù)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810361037.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108462146B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F.科爾蒂賈尼;A.德奇科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02H3/07
• 分類號(hào): H02H3/07;H02H5/04;H02H6/00;G01K1/02;H03K17/082
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;陳嵐

本發(fā)明涉及功率開(kāi)關(guān)的熱觀測(cè)器以及過(guò)載保護(hù)。本發(fā)明提出嵌入到功率半導(dǎo)體器件中的溫度傳感器的放置。這樣，至少一個(gè)該嵌入的溫度傳感器被放置在功率半導(dǎo)體電路的熱源、有源區(qū)或溝道內(nèi)，或者被放置為靠近功率半導(dǎo)體電路的熱源、有源區(qū)或溝道，并且至少一個(gè)該嵌入的溫度傳感器被放置為更進(jìn)一步遠(yuǎn)離該功率半導(dǎo)體電路的該熱源、有源區(qū)或溝道。此外，提供一種新的溫度測(cè)量方法，該方法采用溫度測(cè)量的定時(shí)以及調(diào)節(jié)測(cè)量參數(shù)為合適的閾值。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2014年7月23日，優(yōu)先權(quán)日為2013年7月23日，申請(qǐng)?zhí)枮?01410523987.5并且發(fā)明名稱為“功率開(kāi)關(guān)的熱觀測(cè)器以及過(guò)載保護(hù)”申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，并且涉及檢測(cè)并用于保護(hù)導(dǎo)致溫度升高的故障運(yùn)行狀態(tài)，例如在短路情形的情況下。更特別的是，本發(fā)明涉及用于功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)的熱觀測(cè)器件以及用于功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)的過(guò)載保護(hù)方法。

本發(fā)明提出了用于功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)的熱觀測(cè)器以及過(guò)載保護(hù)。某些種類的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)通常稱作“智能開(kāi)關(guān)”，并且可包括功率晶體管（即，在高側(cè)結(jié)構(gòu)中）以及用于管理的控制芯片。特別是，控制芯片可包括用于防止過(guò)載情形的過(guò)電流或過(guò)溫檢測(cè)電路。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)可用于為電氣負(fù)載提供電功率。在功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)的保護(hù)領(lǐng)域，短路/過(guò)載情形下的能量容量是器件可靠性的一個(gè)限制因素。已知的功率半導(dǎo)體電路包括至少一個(gè)可控功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)產(chǎn)生廢熱，該廢熱導(dǎo)致功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)存在過(guò)熱的危險(xiǎn)，其可能導(dǎo)致短路事件。為了控制所述廢熱以及過(guò)熱的危險(xiǎn)，一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器可被熱耦合到該功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)上。

在當(dāng)前的技術(shù)中，功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)內(nèi)的短路事件由跟隨過(guò)溫或者溫度增量（delta temperature）切斷的電流極限值來(lái)保護(hù)，并且如果擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（DMOS）元件的溫度下降到給定絕對(duì)值或者相對(duì)參考值以下，允許重新激勵(lì)（reactivation）功率電路或器件的溝道。例如，已知的PROFET/PROFET+^?開(kāi)關(guān)采用這個(gè)保護(hù)方案進(jìn)行工作。其他已知的保護(hù)實(shí)施方式基于過(guò)電流切斷以及允許負(fù)載激勵(lì)的限制的重試次數(shù)（SPOCFL^?族，SPOC+^?）。

由于溫度傳感器和功率半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)的有源區(qū)之間的熱耦合并不是優(yōu)選的，特別是，當(dāng)由于技術(shù)局限性僅將其放置在控制芯片中時(shí)，溫度傳感器可不反應(yīng)或者可不足夠迅速地反應(yīng)、以在退磁期間指示有源區(qū)的溫度。結(jié)果是，控制電路不能立即檢測(cè)到半導(dǎo)體器件的過(guò)熱，結(jié)果，DMOS不能均勻冷卻，以致可出現(xiàn)局部峰值溫度，而沒(méi)有在短時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)到它們的給定的可能性。

這樣可導(dǎo)致在半導(dǎo)體電路或開(kāi)關(guān)內(nèi)產(chǎn)生熱點(diǎn)，結(jié)果導(dǎo)致DMOS器件成絲并且過(guò)早的損壞。由于多個(gè)重啟情況，這樣的關(guān)鍵的熱點(diǎn)溫度還可出現(xiàn)在早期運(yùn)行階段。這是因?yàn)闊嵩贒MOS最熱的區(qū)域中產(chǎn)生熱點(diǎn)，由于在接近的串聯(lián)（series）中連續(xù)的重試，因此DMOS最熱的區(qū)域可能不能足夠快速地冷卻，盡管有溫度傳感器系統(tǒng)的信息，但其不能顯示超過(guò)預(yù)定極限的損壞性溫度。

已知的溫度增量保護(hù)理念在重復(fù)性短路情形期間采用可靠性改進(jìn)，但是仍然不能避免切斷后消耗的高能量，尤其是在多個(gè)重啟情景下。其他已知的保護(hù)理念依賴于從熱特性的全部知識(shí)和開(kāi)始的溫度以及啟動(dòng)器件溫度的全部計(jì)算。這樣的已知的理念具有所需要的努力較高或者電路區(qū)域較大的缺陷，并且包含到用于長(zhǎng)的熱時(shí)間常數(shù)模擬的成本的缺陷。在新一代DMOS器件中，因?yàn)槌杀驹驕p小了有源區(qū)，并且在某些應(yīng)用情形下，非常高的功率峰值以及能量密度不得不由小的硅區(qū)耗散。因此，需要有效的高溫以及過(guò)載保護(hù)理念。

發(fā)明內(nèi)容

這個(gè)目標(biāo)可以通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方式分別由從屬權(quán)利要求進(jìn)行限定。