專利名稱：保護(hù)功率半導(dǎo)體器件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1(如IGBT、MOSFET、VMOS、SIT、SITH、MCT)不被過載(如過電流)損壞的裝置。
現(xiàn)有保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的裝置，如《電氣自動化》雜志93年5期《用UAA4002驅(qū)動的單管GTR直流斬波調(diào)速系統(tǒng)》一文中所述的裝置，通過對功率半導(dǎo)體器件1過電流的檢測、比較來實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)，其過電流保護(hù)動作值與溫度無關(guān)。由于功率半導(dǎo)體器件1對過電流的耐受值隨其溫度變化而變化的幅度很大，保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值總是與其對過電流的耐受值存在較大差距。尤其在通過監(jiān)測功率半導(dǎo)體器件1的通態(tài)壓降來檢測過電流時，因功率半導(dǎo)體器件1(如IGBT)的通態(tài)壓降隨過電流的變化不明顯，保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值就更難與其對過電流的耐受值吻合。
本發(fā)明的目的是推出一種保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的過電流動作值能與隨溫度變化的過電流耐受值吻合，通過監(jiān)測功率半導(dǎo)體器件1(如IGBT)的通態(tài)壓降也能準(zhǔn)確保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的裝置。
本發(fā)明保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的裝置，包含有比較器2、檢測功率半導(dǎo)體器件1過電流的器件3、檢測功率半導(dǎo)體器件1溫度的傳感器4，比較器2的輸出端直接或通過控制器5連接功率半導(dǎo)體器件1的控制極，器件3和傳感器4與比較器2的輸入端連接。傳感器4上反映溫度的信號與器件3上反映過電流的信號相互作用，使比較器2保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值跟隨隨功率半導(dǎo)體器件1溫度變化的過電流耐受值的變化而變化，功率半導(dǎo)體器件1處在各種溫度下，比較器2都在功率半導(dǎo)體器件1的過電流超過其在該溫度下所能耐受的過電流值時動作，并直接或通過控制器5保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1。本發(fā)明中的器件3和傳感器4可以直接或通過電子元件(如電阻6)與比較器2的同一輸入端連接或分別與比較器2的兩輸入端連接。器件3可以與傳感器4串聯(lián)或通過電子元件(如電阻7)連接。器件3可以是電流傳感器(如電阻8或霍爾器件9)。傳感器4可以是熱敏元件(如熱敏電阻10或PTC元件11)。器件3或傳感器4可以是組合器件(如熱敏電阻10與PTC元件11組合)。控制器5可以是電子元件(如電阻12)或驅(qū)動器13或包括電阻12。比較器2可以制作在控制器5或驅(qū)動器13中。
本發(fā)明保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的裝置中的傳感器4可以連接在功率半導(dǎo)體器件1的一端(如集電極或漏極)與器件3之間，器件3的另一端可以直接或通過電子元件(如電阻6)連接比較器2的輸入端。器件3可以是二極管14或電阻。比較器2通過二極管14或電阻以及傳感器4監(jiān)測功率半導(dǎo)體器件1的通態(tài)壓降來檢測過電流，傳感器4上反映功率半導(dǎo)體器件1溫度的信號與通態(tài)壓降信號疊加或作用，使比較器2保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值跟隨隨功率半導(dǎo)體器件1溫度變化的過電流耐受值的變化而變化。由于功率半導(dǎo)體器件1的溫度隨電流的增加而上升，反映功率半導(dǎo)體器件1溫度的信號與其通態(tài)壓降疊加的信號隨過電流變化較明顯，使比較器2保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值能夠設(shè)定準(zhǔn)確。功率半導(dǎo)體器件1在各種溫度下，比較器2都能在功率半導(dǎo)體器件1的過電流超過其在該溫度下所能耐受的過電流值時動作，直接或通過控制器5保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1。上述裝置中的傳感器地可以連接在比較器2的另一輸入端，同樣具有上述功效。
選用傳感器4，可使本發(fā)明的裝置能同時保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的過電流和過熱。本發(fā)明的裝置也可以制作在集成電路中。
與現(xiàn)有裝置相比，本發(fā)明裝置的有益效果是保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值與隨其溫度變化的過電流耐受值吻合，使功率半導(dǎo)體器件1在常溫下的可運(yùn)行電流值大為增加，功率半導(dǎo)體器件1的利用率得以提高；通過監(jiān)測功率半導(dǎo)體器件1(如IGBT)的通態(tài)壓降來檢測過電流的動作值能夠設(shè)定準(zhǔn)確。本發(fā)明的裝置不僅構(gòu)造簡單，造價低廉，還能同時保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的過電流和過熱。


圖1是本發(fā)明裝置的一種框圖，圖2是發(fā)明裝置的又一種框圖，圖3、4、5、6分別是本發(fā)明裝置的四種實(shí)施例電路圖。
在圖1的本發(fā)明裝置中，檢測功率半導(dǎo)體器件1過電流的器件3和檢測功率半導(dǎo)體器件1溫度的傳感器4直接(A線)或通過電子元件(電阻6)(B線)與比較器2的同一輸入端連接(C線)或分別與比較器2的兩輸入端連接(D線)，比較器2的輸出端直接(E線)或通過控制器5(F線)與功率半導(dǎo)體器件1的控制極連接。
在圖2的本發(fā)明裝置中，傳感器4連接在功率半導(dǎo)體器件1的一端(如集電極或漏極)與器件3之間，器件3的另一端直接(A線)或通過電子元件(電阻6)(B線)連接比較器3的輸入端，其余部份同圖1。
在圖3的本發(fā)明裝置中，由熱敏電阻10與PTC元件11組合的傳感器4連接在功率半導(dǎo)體器件1(IGBT)的一端(集電極)與器件3(二級管14)之間，二極管14的另一端通過電子元件(電阻6)連接比較器2的輸入端，比較器2的輸出端通過控制器5(電阻12和驅(qū)動器13《集成電路IR2125》)連接IGBT1的控制極，比較器2制作在IR2125中。比較器2通過二極管14、PTC元件11、熱敏電阻10監(jiān)測IGBT1的通態(tài)壓降來檢測過電流，熱敏電阻10和PTC元件11上反映IGBT1溫度的電壓信號與其通態(tài)壓降信號疊加，使比較器2保護(hù)IGBT1過電流的動作值跟隨隨IGBT1溫度變化的過電流耐受值的變化而變化。由于IGBT1的溫度在IGBT1過電流時顯著上升，使比較器2能準(zhǔn)確地在IGBT1過電流時動作，通過IR212S和電阻12保護(hù)IGBT1。PTC元件11在IG8T1過熱時顯著變化的特性也使比較器2動作，保護(hù)IGBT1過熱。熱敏電阻10和PTC元件11連接ICBT1集電極易于檢測其溫度。
在圖4的本發(fā)明裝置中，PTC元件11連接在功率半導(dǎo)體器件1(GTR)的一端(集電極)與二極管14之間，二極管14的另一端連接比較器2的輸入端，熱敏電阻10連接在比較器2的另一輸入端與GTR1的發(fā)射極之間，比較器2的輸出端通過驅(qū)動器13(集成電路UAA4002)連接GTR1的基極，比較器2制作在UAA4002中。其原理與功效與圖3相同。
在圖5的本發(fā)明裝置中，器件3(電阻8)通過電子元件(電阻7)連接傳感器4(熱敏電阻10)，電阻7與熱敏電阻10的連接點(diǎn)連接比較器2的輸入端M，比較器2的另一輸入端N連接動作設(shè)定電壓，比較器2的輸出端通過控制器5(驅(qū)動器13IR2110和電阻12)連接功率半導(dǎo)體器件1(MOSFET)的控制極。電阻8上反映MOSFET1過電流的信號通過電阻7與熱敏電阻10上反映MOSFET1溫度的信號作用，使比較器2保護(hù)MOSFET1過電流的動作值隨MOSFET1的溫度上升而下降，MOSFET1的溫度或過電流超過其耐受值，比較器2都通過IR2110和電阻12保護(hù)MOSFET1。MOSFET1在常溫下的可應(yīng)用電流和可利用率得到大幅度提高。
在圖6的本發(fā)明裝置中，除功率半導(dǎo)體器件1是VMOS和器件3是霍爾器件9以外，其余部份都與圖5相同，功效也與圖5相同。
權(quán)利要求1.保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的裝置，包含有比較器2、檢測功率半導(dǎo)體器件1過電流的器件3、檢測功率半導(dǎo)體器件1溫度的傳感器4，比較器2的輸出端通過控制器5連接功率半導(dǎo)體器件1的控制極，其特征是器件3和傳感器4與比較器2的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是比較器2的輸出端直接連接功率半導(dǎo)體器件1的控制極。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是器件3與傳感器4串聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是傳感器4連接在功率半導(dǎo)體器件1的一端與器件3之間，器件3的另一端直接或通過電子元件連接比較器2的輸入端。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是傳感器4連接在比較器2的另一輸入端。
專利摘要保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1(IGBT、MOSFET、VMOS、SIT、SITH、MCT等)的裝置，由比較器2、熱敏電阻10、驅(qū)動器13、二極管14組成。保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1過電流的動作值與其耐受值相吻合，其在常溫下的可應(yīng)用電流和可利用率得到提高，還能通過監(jiān)測IGBT1的通態(tài)壓降來準(zhǔn)確檢測過電流，同時能保護(hù)功率半導(dǎo)體器件1的過電流和過熱，其構(gòu)造簡單、造價低廉、易于安裝。適用于電機(jī)調(diào)速控制器、逆變器、高頻加熱電源、不間斷電源、逆變焊機(jī)、開關(guān)電源、快速充電機(jī)、電磁灶等產(chǎn)品中。
文檔編號H02M1/00GK2221267SQ9422251
公開日1996年2月28日 申請日期1994年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月24日
發(fā)明者陳為匡 申請人:陳為匡