[發明專利]功率半導體元件的運行

有效

• 申請號: 201980086630.6
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113228514B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 本諾·魏斯;法比安·迪波爾德
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: H03K17/30
• 分類號: H03K17/30;H03K17/14
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英

本發明涉及一種用于運行自閉鎖或自導通的功率半導體元件(1)的方法，其中，確定功率半導體元件(1)的閾值電壓相對于參考閾值電壓的閾值電壓變化，并且相對于與參考閾值電壓相對應的參考接通柵極電壓以閾值電壓變化改變接通柵極電壓(V_on)，該接通柵極電壓為了接通功率半導體元件(1)被施加在功率半導體元件(1)的柵極接頭(5)與源極接頭(3)之間。

技術領域

本發明涉及一種用于運行自閉鎖或自導通的功率半導體元件的方法。

背景技術

對于確定的自閉鎖或自導通的功率半導體元件，功率半導體元件自身能夠在運行時間期間改變閾值電壓，功率半導體元件的有源區例如為氮化鎵層并且功率半導體元件的基底由硅或者其他材料制成。由此，如果功率半導體元件總是以限定的接通柵極電壓接通，則在功率半導體元件的接通狀態中導通損耗上升。導通損耗的上升降低了功率半導體元件的效率并且會導致過熱和故障。

NL 2020745 A公開了一種開關元件控制電路，其配置用于實施用于檢測開關元件的閾值電壓的檢測模式和用于控制開關元件的開/關運行的控制模式。

US 2012/194226 A1公開了一種開關元件控制裝置，由其驅控開關元件，以通過響應開關元件的特性信息在開關元件的控制接頭處控制電壓。該裝置包括：恒流電路，該恒流電路在控制接頭處施加恒定的電流；電壓限制電路，該電壓限制電路將在控制接頭處的電壓限制到邊界電壓；和控制電路，該控制電路控制恒流電路和電壓限制電路，以便當接收到用于接通開關元件的驅控信號時在控制接頭處施加恒定電流，并且在電壓限制時間段期間限制在控制接頭處的電壓。控制電路具有存儲器，該存儲器存儲特性信息并且為響應特性信息而設置邊界電壓、電壓限制時間段和/或恒定電流。

US 2011/304360 A1公開了一種二極管電路，其具有二極管接頭、陰極接頭、晶體管和柵極電壓產生電路，該晶體管具有柵極接頭、漏極接頭和源極接頭，該柵極電壓產生電路連接在柵極接頭與陽極接頭之間并且將與晶體管的閾值電壓相匹配的柵極電壓提供給柵極接頭。

發明內容

本發明的目的在于，給出一種用于運行自閉鎖或自導通的功率半導體元件的改進的方法，該功率半導體元件的閾值電壓自身會在運行時間期間改變。

在根據本發明的、用于運行自閉鎖或自導通的功率半導體元件的方法中，確定功率半導體元件的閾值電壓相對于參考閾值電壓的閾值電壓變化，并且相對于與參考閾值電壓相對應的參考接通柵極電壓以閾值電壓變化改變接通柵極電壓，該接通柵極電壓為了接通功率半導體元件被施加在功率半導體元件的柵極接頭與源極接頭之間。

因此，本發明提出，確定功率半導體元件的閾值電壓的閾值電壓變化，并且通過使接通柵極電壓改變了一確定的閾值電壓變化，將用于接通功率半導體元件的接通柵極電壓匹配于改變的閾值電壓。由此，通過相應跟蹤接通柵極電壓來補償閾值電壓的變化，避免了在閾值電壓變化時功率半導體元件的導通損耗升高。換句話說，通過跟蹤接通柵極電壓，與閾值電壓的變化無關地保持功率半導體元件的導通損耗。由此，功率半導體元件的老化被減慢，并且有利地提高了功率半導體元件的使用壽命。此外，通過確定閾值電壓變化能夠確定并且監控功率半導體元件的當前狀態。

本發明的一種設計方案提出，為了確定閾值電壓變化而測量測試漏極至源極電壓，測試漏極至源極電壓在有測試關斷柵極電壓(例如柵極電壓為零)和測試反向電流的情況下出現在功率半導體元件的漏極接頭與源極接頭之間，并且如果功率半導體元件的閾值電壓與參考閾值電壓相匹配，則將測試漏極至源極電壓與參考漏極至源極電壓的偏差確定為閾值電壓變化，該偏差在有測試關斷柵極電壓和測試反向電流的情況下出現在漏極接頭與源極接頭之間。反向電流被理解為具有從功率半導體元件的源極接頭到漏極接頭的技術電流方向的電流，并且當接通功率半導體元件時反向電流因此與在漏極接頭和源極接頭之間流動的電流反向。