[發明專利]一種具有過流限制功能的設備及其構建方法

有效

• 申請號: 201811595362.4
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN111371080B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 櫻井建彌;吳磊
• 申請（專利權）人: 上海睿驅微電子科技有限公司
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H01L29/739
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發明公開了一種具有過流限制功能的設備，適用于IGBT，所述電流鏡檢測IGBT的發射極一方面連接參考電壓端，另一方面連接所述過流限制三級管的基極；所述過流限制三級管的基極通過依次連接的所述第一溫度補償二極管、第一檢測電阻、第二溫度補償二極管及第二檢測電阻連接所述參考電壓端；所述過流限制三級管的集電極通過所述過流限制二級管連接所述電流鏡檢測IGBT的基極；所述過流限制三級管的發射極連接所述參考電壓端；所述比較器的正輸入端連接所述第一檢測電阻與所述第二溫度補償二極管之間的連接點；所述比較器的負輸入端連接所述參考電壓端；所述比較器的輸出端連接所述控制器的輸入端，所述控制器的輸出端連接所述電流鏡檢測IGBT的基極。

技術領域

本發明涉及半導體領域，并且特別涉及一種具有過流限制功能的設備及其構建方法，和一種具有過流限制功能的電路或電路結構及其構建方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是家用電器，工業，可再生能源，UPS，鐵路，電機驅動、電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)應用等電力電子應用中使用最廣泛的功率器件。由于存在雙極結型晶體管，具有非常高的電流處理能力。在其結構中，大約數百安培，阻斷電壓為6500V，從而IGBT可以控制數百千瓦的負載，可用于許多應用。IGBT特別適用于失效工作周期，低頻，高電壓和負載變化，可用于機車，電動汽車和混合動力汽車。太陽能和風能等可再生能源領域的增長導致需求增加。大功率IGBT用于風力渦輪機的電動機是變速型的，并且需要使用高功率IGBT來提高效率。隨著發展中國家基礎設施活動的增長，對高壓機械的需求預計將增長，從而推動市場對高功率IGBT的需求。電動汽車和混合動力電動汽車中的IGBT應用包括它們在動力傳動系和用于輸送和控制電動機的充電器中的應用。預計EV/HEV銷售將以強勁的35％左右的速度增長，并且由于二氧化碳監管的加強，電池制造能力預計將在預測期結束時增加兩倍。根據市場需求，近30年來IGBT技術取得了長足發展，現在技術發展趨勢仍在繼續。在過去的十年中，全球領先的制造商之間競爭激烈，并且有更先進的IGBT技術發展，最新的IGBT技術已經在電動汽車和混合動力汽車的進步中完成。簡而言之，EV和HEV應用的快速增長是IGBT技術發展的主要驅動力。

為了顯著提高對短路條件的承受能力。因為，最新的IGBT已經應用了更精細的溝槽柵極單元用于更低的Vce(sat)，并且該技術導致更高的跨導，因此在短路條件下導致更高的飽和電流。IGBT的短路耐受時間與其導通或增益以及IGBT管芯的熱容量有關。較高的增益會導致IGBT的短路過電流水平較高，因此明顯較低的增益IGBT將具有較低的短路電平。然而，更高的增益也會導致更低的導通損耗，因此必須在傳統的IGBT中進行權衡關系。

通常，當溝槽柵極IGBT應用更精細的溝槽柵極單元以實現更低的Vce(sat)時，應該發生過高的過電流并且IGBT將立即斷開。一旦在SC下發生巨大的過電流或發生故障，IGBT將立即發生故障。因此必須關閉使用IGBT的逆變器系統。更精細的溝槽柵極IGBT應該具有合理的耐受時間。然而，由于高管芯溫度和過電流水平與可變施加電壓的相關性，電路在限制電路的精度方面不太好。因此，考慮到溫度依賴性以及電流和電壓對控制精度的依賴性，我們需要對過流限制功能進行更精確的控制。否則，將很難實現采用最新工藝技術的高性能IGBT。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供一種具有過流限制功能的絕緣柵雙極型晶體管IGBT、電路結構及多晶硅，以提升耐受時間。