專(zhuān)利名稱(chēng)：集成智能功率開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例主要涉及半導(dǎo)體和系統(tǒng)。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于操作、控制和監(jiān)測(cè)功率半導(dǎo)體及系統(tǒng)的系統(tǒng)、方法和器件。

背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，并且通常用于功率轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)和控制。作為功率系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單元，功率半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)和線性兩種模式下工作。功率半導(dǎo)體滿足像小重量和體積、高電路級(jí)可靠性、故障隔離、及診斷能力這種矛盾的需求。
功率晶體管是一種功率半導(dǎo)體，用于功率范圍從瓦到兆瓦的多種應(yīng)用中。雖然大多數(shù)應(yīng)用使用開(kāi)關(guān)模式的功率半導(dǎo)體，而另外一些應(yīng)用需要器件在線性模式下工作。這種應(yīng)用包括恒定電流電容器充電和放電、加載時(shí)電壓逐步增大(“軟啟動(dòng)”)、及電感負(fù)載開(kāi)關(guān)。
例如，在2003年10月24日提交、2004年5月20日公布為U.S.2004/0095023、序列號(hào)為10/692,580、案卷號(hào)為RTN183AUS、發(fā)明人為Boris S.Jacobson等的“Intelligent Power System”中可以找到用于受控模式功率系統(tǒng)的應(yīng)用。
例如，圖1示出了通過(guò)從電壓電源Vin對(duì)電容器組C1-Cn充電而工作在線性模式下的晶體管Q，而圖2是示出了用于圖1中晶體管電路的參數(shù)的曲線圖。t0之前，晶體管阻斷電源電壓。在t0點(diǎn)晶體管逐漸導(dǎo)通而開(kāi)始對(duì)電容器組充電。在t0-t1時(shí)間間隔期間，向傳導(dǎo)恒定電流的晶體管施加線性衰減的電壓。晶體管耗散的功率為P＝1/(t1-t0)∫IV(t)dt，其中V(t)是加在晶體管上的電壓，積分區(qū)間是從t0到t1，I是流過(guò)晶體管的恒定電流。
與公知為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的一種功率晶體管相關(guān)的問(wèn)題是，它們可優(yōu)化為開(kāi)關(guān)并且不能維持與以線性模式工作相關(guān)的連續(xù)功率耗散。這樣的一個(gè)原因是被稱(chēng)為過(guò)熱點(diǎn)或電流隧穿的現(xiàn)象。對(duì)于理想的器件，整個(gè)管芯上的電流密度和溫度分布兩者通常都均勻。然而，管芯附著材料上的不均勻的摻雜和空隙可引起整個(gè)器件上的電流密度和溫度的變化。晶體管柵極閾值電壓Vth通常具有負(fù)溫度系數(shù)。從而，當(dāng)管芯的某些區(qū)域(尤其接近管芯中心)開(kāi)始在較高溫度下運(yùn)行時(shí)，這些區(qū)域的Vth下降并且晶體管增益Gm迫使電流密度局部增大。較高的電流進(jìn)一步使增益增大，最終導(dǎo)致器件的熱耗散和突變失效。因此，電流隧穿事實(shí)上阻礙了目前在線性應(yīng)用中使用可用的MOSFET和IGBT。
例如，圖3是晶體管的晶體管柵極閾值電壓作為溫度的函數(shù)的曲線圖，其中晶體管例如為圖1中的晶體管Q。如圖3所示，晶體管柵極閾值電壓Vth具有負(fù)溫度系數(shù)。因而，當(dāng)管芯的某些區(qū)域(尤其接近管芯中心)開(kāi)始在較高溫度下運(yùn)行時(shí)，這些區(qū)域的Vth下降并且晶體管增益Gm迫使電流密度局部增大。較高的電流進(jìn)一步使增益增大，最終導(dǎo)致器件的熱耗散和突變失效。
作為另一個(gè)例子，圖4是晶體管的晶體管柵極-源極電壓對(duì)多種漏極電流的結(jié)溫曲線的曲線圖，其中晶體管為例如圖1中的晶體管Q。與圖4中零點(diǎn)斜率(zero-slope)曲線對(duì)應(yīng)的Id值被稱(chēng)為交叉電流Icrc。提高線性模式下的晶體管性能的最有效的方法之一是降低其交叉電流。
與較早各代的器件相比，利用最新工藝技術(shù)制造的MOSFET器件往往有較低的柵極電荷、較低的柵極-漏極電荷、以及較低的導(dǎo)通電阻RDSon。例如，表1示出了通過(guò)先進(jìn)功率技術(shù)(APT)制得的三代APT5010MOSFET的交叉電流。與較早各代的器件相比，利用最新的MOS VI工藝制得的APT5010LLC具有較低的柵極電荷、較低的柵極-源極電荷、以及較低的導(dǎo)通電阻RDSon。遺憾的是，當(dāng)該器件的開(kāi)關(guān)性能提高時(shí)，交叉電流增大而其線性工作惡化。因此，可以看出電流隧穿很大地阻礙了目前在線性應(yīng)用中使用電流MOSFET和IGBT。
表1 多種工藝的晶體管交叉電流 傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體器件可能遇到問(wèn)題的另一個(gè)區(qū)域是在其安全工作區(qū)。通常，正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)曲線定義了功率器件在其導(dǎo)通或正向偏壓狀態(tài)期間可維持的最大漏極電壓和電流。反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)曲線定義了當(dāng)晶體管漏極電壓施加到其額定漏極-源極擊穿電壓BVDSS時(shí)，電感負(fù)載關(guān)閉之下的峰值漏極電流和電壓。圖5是正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)曲線的說(shuō)明性曲線圖，圖6是反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)曲線的說(shuō)明性曲線圖。
可以預(yù)料晶體管在所有狀態(tài)下必須工作在FBSOA和RBSOA的固定邊界之內(nèi)。然而，F(xiàn)BSOA和RBSOA曲線僅限定了最大漏極-柵極電壓額定值。否則，與顯示器件的絕對(duì)限值相反，該曲線表示經(jīng)常稱(chēng)為平均故障間隔時(shí)間(MTBF)的“可接受”可靠性區(qū)域。而且，F(xiàn)BSOA曲線通常示出25℃的管殼溫度下的單電流脈沖和若干不同脈沖寬度的數(shù)據(jù)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用需要連續(xù)工作和較高的管殼溫度，對(duì)于每個(gè)特定的管殼必須重新計(jì)算FBSOA。
結(jié)果，許多設(shè)計(jì)不能耐受改變的環(huán)境或電路條件，例如在突然遇到冷卻液流量降低或向停止的電動(dòng)機(jī)提供較高的電流時(shí)工作在較高的結(jié)溫下。提供可耐受改變的環(huán)境條件的功率半導(dǎo)體器件的一個(gè)途徑是為應(yīng)用提供特大型器件。然而，這種特大型化仍不能防止器件在一種工作模式下未被充分利用而在另一種模式下過(guò)載。
目前，功率晶體管遭遇缺乏診斷和預(yù)測(cè)，其中難以確定工作中的功率半導(dǎo)體是否有任何故障。確定了失效可能原因的真相之后可檢查失效器件。功率半導(dǎo)體晶體管可靠性的普通預(yù)測(cè)方法依賴于器件結(jié)溫。該預(yù)測(cè)方法基于理論模型并忽略制造缺陷或?qū)嶋H工作條件。例如，現(xiàn)有的預(yù)測(cè)功率晶體管可靠性的方法不解釋由于過(guò)載管芯接觸襯底或缺陷安裝于散熱器引起的器件失效。而且，根據(jù)目前存在的功率處理能力，沒(méi)有檢查和校準(zhǔn)安裝后的晶體管的方法。


發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種器件，其包括可控半導(dǎo)體器件、第一傳感器和控制器。該可控半導(dǎo)體器件(例如，功率晶體管、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、晶閘管、MOS控制晶閘管(MCT)、柵極可關(guān)斷(GTO)晶閘管、以及發(fā)射極可關(guān)斷(ETO)晶閘管中至少之一)與第一工作參數(shù)和第二工作參數(shù)相關(guān)，其中至少第一工作參數(shù)是可控制的。
例如，第一工作參數(shù)可包括以下至少之一漏極-源極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、陽(yáng)極-陰極電壓、柵極電壓、柵極電流、基極電流、平均漏極器件電流、平均集電極器件電流、平均陽(yáng)極器件電流、峰值漏極電流、峰值集電極電流、峰值陽(yáng)極電流、RMS漏極電流、RMS集電極電流、RMS陽(yáng)極電流、管芯溫度、管殼溫度、結(jié)溫(TJ)、開(kāi)關(guān)頻率、以及占空比。
例如，第二工作參數(shù)可包括以下至少之一柵極驅(qū)動(dòng)、基極驅(qū)動(dòng)、晶體管偏壓、安全工作區(qū)(SOA)條件、漏極-源極電壓閾值(VDS)、RMS漏極電流閾值(IDRMS)、正向和反向偏置安全工作區(qū)(SOA)脈沖電流閾值(IDM)、由漏極-源極導(dǎo)通電阻(RDS(on))限定的正向偏壓SOA漏極電流(ID)邊界、以及功率器件的工作區(qū)。
第一傳感器(例如，溫度傳感器、電壓傳感器、以及電流傳感器中至少之一)與可控半導(dǎo)體器件通信，并且第一傳感器獲得與可控半導(dǎo)體器件的第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。第一傳感器可在多個(gè)位置監(jiān)測(cè)可控半導(dǎo)體。還可提供附加傳感器，如獲得影響可控半導(dǎo)體的環(huán)境條件(例如，溫度、冷卻液流量、及濕度水平中至少之一)和機(jī)械條件(例如，應(yīng)力、張力、壓力、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、加速度、及震動(dòng)中至少之一)中至少之一的傳感器。
控制器與可控半導(dǎo)體器件和傳感器通信?？刂破髋渲脼榭稍L問(wèn)與可控半導(dǎo)體器件相關(guān)的器件數(shù)據(jù)、控制可控半導(dǎo)體的第一工作參數(shù)接收來(lái)自第一傳感器的與第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)?？刂破鞲鶕?jù)器件數(shù)據(jù)確定第一預(yù)測(cè)值、比較與第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和第一預(yù)測(cè)值、以及如果基于該比較而檢測(cè)到第一狀況(例如，溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯互連連結(jié)缺陷、管芯附著缺陷、以及器件封裝裝配缺陷中至少之一)，則控制器動(dòng)態(tài)修正第一工作參數(shù)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種操作可控半導(dǎo)體的方法，其中可控半導(dǎo)體與第一傳感器通信。激活可控半導(dǎo)體，并且控制第一工作參數(shù)(例如，漏極-源極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、陽(yáng)極-陰極電壓、柵極電壓、柵極電流、基極電流、平均漏極器件電流、平均集電極器件電流、平均陽(yáng)極器件電流、峰值漏極電流、峰值集電極電流、峰值陽(yáng)極電流、RMS漏極電流、RMS集電極電流、RMS陽(yáng)極電流、管芯溫度、管殼溫度、結(jié)溫(TJ)、開(kāi)關(guān)頻率、以及占空比中至少之一)。
監(jiān)測(cè)第二工作參數(shù)(例如，柵極驅(qū)動(dòng)、基極驅(qū)動(dòng)、晶體管偏壓、安全工作區(qū)(SOA)條件、漏極-源極電壓閾值(VDS)、RMS漏極電流閾值(IDRMS)、正向和反向偏置安全工作區(qū)(SOA)脈沖電流閾值(IDM)、由漏極-源極導(dǎo)通電阻(RDS(on))限定的正向偏壓SOA漏極電流(ID)邊界、以及可控半導(dǎo)體的工作區(qū)中至少之一)。
訪問(wèn)與可控半導(dǎo)體相關(guān)的器件數(shù)據(jù)信息(例如，擊穿漏極-源極電壓BVDSS、擊穿漏極-源極電壓BVDSS保護(hù)閾值、額定漏極-源極電壓VDSS、額定漏極-源極電壓VDSS保護(hù)閾值、最大單脈沖電流IDM、最大單脈沖電流IDM保護(hù)閾值、連續(xù)漏極電流ID、連續(xù)漏極電流ID保護(hù)閾值、雪崩電流IAR、雪崩電流IAR保護(hù)閾值、在預(yù)定結(jié)溫Tj下的單脈沖的默認(rèn)正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)、在預(yù)定結(jié)溫Tj下的單脈沖的默認(rèn)反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)、標(biāo)準(zhǔn)和雪崩模式中至少之一的結(jié)-管殼瞬態(tài)熱阻抗曲線、散熱器-管殼熱阻抗Zthhc、結(jié)-管殼熱阻抗Zthjc、在預(yù)定溫度T下的導(dǎo)通電阻(RDS(on)(T))、作為溫度的函數(shù)的歸一化導(dǎo)通電阻RDS(on)、THS(PM)(作為耗散功率的函數(shù)的散熱器溫度THS)、結(jié)溫TJ閾值、集成體二極管(integral body diode)的反向恢復(fù)電荷Qrr及集成體二極管的Qrr的反向恢復(fù)時(shí)間trr中至少之一)。
基于器件數(shù)據(jù)信息和第二工作參數(shù)，對(duì)是否存在第一狀況(例如，溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯互連連接缺陷、管芯附著缺陷、以及器件封裝裝配缺陷中至少之一)作出判定。
如果存在第一狀況，則實(shí)施第一操作。例如，該第一操作可為以下至少之一 (a)調(diào)節(jié)可控半導(dǎo)體的工作； (b)關(guān)閉可控半導(dǎo)體； (c)中斷可控半導(dǎo)體的工作； (d)切換可控半導(dǎo)體的工作模式； (e)基于所檢測(cè)到的第一狀況確定可控半導(dǎo)體的安全工作區(qū)(SOA)條件，并調(diào)整第一參數(shù)以維持SOA； (f)檢查不同的第二工作參數(shù)； (g)診斷第一狀況； (h)基于第一狀況確定是否可能發(fā)生第二狀況，第二狀況包括以下至少之一溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯連接缺陷、管芯附著缺陷、器件封裝裝配缺陷、功率器件的熱界面問(wèn)題、功率器件的可靠性降低、高電流負(fù)載下功率器件失效、以及高功率負(fù)載下功率器件失效；以及 (i)提供通知。
在另一實(shí)施例中本發(fā)明提供用于確定可控半導(dǎo)體的工作條件的方法，其中可控半導(dǎo)體具有結(jié)和管殼，該方法包括 訪問(wèn)與可控半導(dǎo)體相關(guān)的器件數(shù)據(jù)，該器件數(shù)據(jù)包括預(yù)定平均故障間隔時(shí)間(MTBF)； 計(jì)算可控半導(dǎo)體的結(jié)和管殼之間的熱阻抗Zthjc； 至少周期性地測(cè)量可控半導(dǎo)體的結(jié)溫Tj和管殼溫度Tc； 至少部分基于Tj、Tc、和Zthjc計(jì)算可允許的耗散功率；以及 至少部分基于可允許的耗散功率和MTBF為可控半導(dǎo)體定義至少一個(gè)動(dòng)態(tài)的安全工作區(qū)(SOA)邊界，基于Tj和Tc的周期性測(cè)量至少周期性地調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)SOA。
在另一實(shí)施例中，對(duì)于能夠工作在開(kāi)關(guān)和線性模式下并包括管芯的可控半導(dǎo)體器件，本發(fā)明提供用于檢測(cè)可控半導(dǎo)體器件中的電流隧穿的方法，該方法包括以下無(wú)序的步驟 (a)在基本上靠近管芯中心的位置監(jiān)測(cè)中心管芯溫度； (b)在基本上靠近管芯外圍的位置監(jiān)測(cè)外圍管芯溫度； (c)如果管芯的中心管芯溫度高于外圍溫度，并且可控半導(dǎo)體的工作模式是開(kāi)關(guān)模式，則停止可控半導(dǎo)體的工作； (d)如果管芯的中心管芯溫度高于外圍溫度，并且可控半導(dǎo)體的工作模式是線性模式，則中斷可控半導(dǎo)體的工作并將其工作模式改變?yōu)殚_(kāi)關(guān)模式。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于確定可控半導(dǎo)體工作中的實(shí)際和潛在錯(cuò)誤的方法，該方法包括以下無(wú)序的步驟 (a)監(jiān)測(cè)可控半導(dǎo)體的一套參數(shù)，該套參數(shù)包括器件、工作及溫度參數(shù)中至少之一； (b)訪問(wèn)一套用于可控半導(dǎo)體的器件數(shù)據(jù)； (c)至少部分基于這套參數(shù)及這套器件數(shù)據(jù)，確定可控半導(dǎo)體的預(yù)測(cè)功率耗散和預(yù)測(cè)結(jié)溫； (d)測(cè)量可控半導(dǎo)體的實(shí)際功率耗散和實(shí)際結(jié)溫； (e)比較實(shí)際功率耗散和預(yù)測(cè)功率耗散； (f)比較實(shí)際結(jié)溫和預(yù)測(cè)結(jié)溫； (g)至少部分依據(jù)(e)和(f)的比較，確定在可控半導(dǎo)體中是否出現(xiàn)了實(shí)際錯(cuò)誤或可能出現(xiàn)潛在錯(cuò)誤；以及 (h)在可控半導(dǎo)體工作期間至少周期性重復(fù)步驟(a)到(g)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于確定已安裝的器件的功率處理能力的方法，其包括 測(cè)量已安裝器件的溫度； 確定由測(cè)試脈沖所預(yù)期的已安裝器件的預(yù)測(cè)溫度變化； 向已安裝器件發(fā)送測(cè)試脈沖； 測(cè)量因測(cè)試脈沖引起的已安裝器件的實(shí)際溫度變化；以及 比較實(shí)際溫度變化與預(yù)測(cè)溫度變化。
在此將更充分地描述本發(fā)明的涉及這些的細(xì)節(jié)和其它實(shí)施例。



結(jié)合以下詳細(xì)說(shuō)明和附圖，將更徹底地理解本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和方面，其中 圖1是工作在線性模式下的晶體管電路的示意圖； 圖2是示出了用于圖1中的晶體管電路的參數(shù)的曲線圖； 圖3是圖1的晶體管的晶體管柵極閾值電壓作為溫度的函數(shù)的曲線圖； 圖4是圖1的晶體管的晶體管柵極-源極閾值電壓與多種漏極電流的結(jié)溫曲線的關(guān)系曲線圖； 圖5是正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)曲線的示例性曲線圖； 圖6是反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)曲線的示例性曲線圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集成智能功率開(kāi)關(guān)(ISPS)的第一方塊圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集成智能功率開(kāi)關(guān)(ISPS)的第二方塊圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于控制功率器件的方法的流程圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于保護(hù)功率器件的方法的流程圖； 圖11是說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的正向偏置安全工作區(qū)的邊界的曲線圖； 圖12是說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)安全工區(qū)的概念的曲線圖； 圖13是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)態(tài)控制功率器件的安全工作區(qū)(SOA)的方法的流程圖； 圖14是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于診斷和預(yù)測(cè)功率器件的錯(cuò)誤的方法的流程圖； 圖15是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的帶有分散控制和集成智能功率開(kāi)關(guān)的智能功率系統(tǒng)的第一示例性方塊圖； 圖16是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的智能功率系統(tǒng)的第二示例性方塊圖；以及 圖17是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的智能功率系統(tǒng)的應(yīng)用的圖示。
這些附圖并非按比例繪制，而重點(diǎn)在于說(shuō)明本發(fā)明原理。另外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。

具體實(shí)施例方式 通過(guò)提供使用MOSFET器件、屬性和特性的例子，以下描述說(shuō)明了本發(fā)明的某些特征。然而，應(yīng)該明白在此描述的本發(fā)明的概念和實(shí)施例適用于許多其它類(lèi)型的半導(dǎo)體器件，包括但不限于可控半導(dǎo)體、三端半導(dǎo)體、以及例如雙極結(jié)型晶體管(BJT)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、柵極可關(guān)斷(GTO)晶閘管、以及發(fā)射極可關(guān)斷(ETO)晶閘管等功率半導(dǎo)體。
一方面，本發(fā)明提供向傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體增加一定水平的功能性的新特征，并且定義和實(shí)現(xiàn)新型可重構(gòu)功率系統(tǒng)。新型可重構(gòu)功率系統(tǒng)包括一種以下稱(chēng)為集成智能功率開(kāi)關(guān)(ISPS)的器件。至少實(shí)施某些ISPS可有助于解決普通功率半導(dǎo)體的多種問(wèn)題，例如電流隧穿、靜態(tài)安全工作區(qū)(SOA)、缺少診斷信息、缺少校準(zhǔn)、以及對(duì)已安裝器件的不適當(dāng)檢查方法。
至少本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)還提供以下有利特征 (1)通過(guò)在多處位置監(jiān)測(cè)管芯溫度而檢測(cè)和/或防止電流隧穿； (2)根據(jù)對(duì)器件所允許的管芯溫度、器件電壓和/或電流、及器件所需可靠性中的一個(gè)或多個(gè)，動(dòng)態(tài)控制安全工作區(qū)(SOA)； (3)自診斷和預(yù)測(cè)而檢測(cè)并提供缺陷預(yù)先警告，例如管芯、管芯連接、管芯附著、及器件裝配缺陷，從而有助于防止突變失效并增強(qiáng)可靠性； (4)通過(guò)脈沖加載校準(zhǔn)和檢查已安裝的器件，并監(jiān)測(cè)已安裝的器件的管殼溫度； (5)根據(jù)其管殼溫度上升和/或功率處理能力規(guī)劃(mapping)器件；以及 (6)預(yù)先警告潛在故障。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集成智能功率開(kāi)關(guān)(ISPS)100的第一方塊圖，而圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集成智能功率開(kāi)關(guān)(ISPS)的第二方塊圖。
參照?qǐng)D7和8，ISPS 100包括可控半導(dǎo)體器件(以下稱(chēng)為可控半導(dǎo)體102并且通過(guò)僅在圖8中以說(shuō)明的方式顯示為MOSFET功率器件)、至少一個(gè)傳感器106、以及控制器104。如圖7中所示，ISPS 100任選地可包括附加傳感器(示為第二傳感器106’和第三傳感器106″)，并且ISPS 100可向外部負(fù)載150提供電力。請(qǐng)注意，在圖7的方塊圖中，出于簡(jiǎn)便，用單線表示各連接的簡(jiǎn)單化形式顯示連接。例如，第一傳感器106可以在多個(gè)位置監(jiān)測(cè)可控半導(dǎo)體102，并且可以向控制器104提供多個(gè)信號(hào)，但圖7仍示出了單個(gè)連線。
在ISPS 100工作期間，控制器104依據(jù)來(lái)自傳感器106的輸入(例如，作為反饋環(huán))控制可控半導(dǎo)體102的工作。例如，如圖8所示，控制器104控制可控半導(dǎo)體102的柵極驅(qū)動(dòng)并接收來(lái)自傳感器106(以及任選地，ISPS 100中其它傳感器)的多種檢測(cè)輸入(sensedinput)從而(任選地結(jié)合附加信息，例如器件數(shù)據(jù)125)幫助控制器104確定適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)?？刂破?04至少周期地接收來(lái)自傳感器106的數(shù)據(jù)。有利地，控制器104基本連續(xù)地接收來(lái)自傳感器106的數(shù)據(jù)，以便控制器可經(jīng)由其提供給可控半導(dǎo)體102的控制信號(hào)迅速且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)可控半導(dǎo)體102的工作。
在圖8中，可控半導(dǎo)體102被舉例為金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，但該特定類(lèi)型的半導(dǎo)體是非限制性的。至少可用于本發(fā)明的某些實(shí)施例的MOSFET的示例性例子是可由Oregon的Bend公司的高級(jí)功率技術(shù)得到的并具有元件號(hào)為APT10021JFLL的1000V、37A、0.21ohm MOSFET?？煽匕雽?dǎo)體102可以是任何類(lèi)型的可控半導(dǎo)體器件，包括但不限于三端半導(dǎo)體、功率半導(dǎo)體、包括結(jié)型FET(JFET)和MOSFET的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、靜態(tài)感應(yīng)晶體管(SIT)、MOS控制晶閘管(MCT)、柵極可關(guān)斷(GTO)晶閘管、以及發(fā)射極可關(guān)斷(ETO)晶閘管。
如圖8所示，在可控半導(dǎo)體102為MOSFET的例子中，可控半導(dǎo)體102與多種工作參數(shù)相關(guān)，其中一些參數(shù)涉及可外部控制的參數(shù)，一些參數(shù)(例如，通過(guò)傳感器)可測(cè)量，以及一些參數(shù)與可控半導(dǎo)體102自身相關(guān)。例如，可測(cè)量的可控半導(dǎo)體102的工作參數(shù)包括(但不限于)漏極電壓、柵極電壓、柵極電流、平均漏極器件電流、峰值漏極電流、RMS漏極電流、管芯溫度、管殼溫度、結(jié)溫(TJ)、開(kāi)關(guān)頻率、以及占空比。
可被控制的(例如，通過(guò)控制器104或其它外部控制)可控半導(dǎo)體102的工作參數(shù)包括(但不限于)柵極驅(qū)動(dòng)、晶體管偏壓、安全工作區(qū)(SOA)條件、漏極-源極電壓閾值(VDS)、RMS漏極電流閾值(IDRMS)、正向和反向偏置安全工作區(qū)(SOA)脈沖電流閾值(IDM)、由漏極-源極導(dǎo)通電阻(RDS(on))限定的正向偏壓SOA漏極電流(ID)邊界、以及功率器件的工作區(qū)。
與器件自身相關(guān)的可控半導(dǎo)體102的工作參數(shù)包括(但不限于)器件數(shù)據(jù)125，例如擊穿漏極-源極電壓BVDSS、擊穿漏極-源極電壓BVDSS保護(hù)閾值、額定漏極-源極電壓VDSS、額定漏極-源極電壓VDSS保護(hù)閾值、最大單脈沖電流IDM、最大單脈沖電流IDM保護(hù)閾值、連續(xù)漏極電流ID、連續(xù)漏極電流ID保護(hù)閾值、雪崩電流IAR、雪崩電流IAR保護(hù)閾值、在預(yù)定結(jié)溫Tj下的單脈沖的默認(rèn)正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)、在預(yù)定結(jié)溫Tj下的單脈沖的默認(rèn)反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)、標(biāo)準(zhǔn)和雪崩模式中至少之一的結(jié)-管殼瞬態(tài)熱阻抗曲線、散熱器-管殼熱阻抗Zthhc、結(jié)-管殼熱阻抗Zthjc、在預(yù)定溫度T下的導(dǎo)通電阻(RDS(on)(T))、作為溫度的函數(shù)的歸一化導(dǎo)通電阻RDS(on)、THS(PM)(作為耗散功率的函數(shù)的散熱器溫度THS)、結(jié)溫TJ閾值、集成體二極管(integral bodydiode)的反向恢復(fù)電荷Qrr及集成體二極管的Qrr的反向恢復(fù)時(shí)間trr。
例如，上述的器件數(shù)據(jù)125可被設(shè)置為制造商的數(shù)據(jù)單的一部分，并可提供給控制器104。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器104訪問(wèn)所需的器件數(shù)據(jù)125，其中器件數(shù)據(jù)置于ISPS 100之外。在另一實(shí)施例中，控制器104接收器件數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)于內(nèi)置存儲(chǔ)器(例如，圖8的非易失性存儲(chǔ)器)中。
工作參數(shù)還可包括可影響可控半導(dǎo)體102工作的環(huán)境和/或機(jī)械參數(shù)(在圖7中也稱(chēng)為環(huán)境信息107機(jī)械信息109)。環(huán)境參數(shù)包括但不限于溫度、冷卻液流量、濕度水平、及由外部負(fù)載消耗的電流。機(jī)械參數(shù)包括但不限于應(yīng)力、張力、壓力、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、加速度、及震動(dòng)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，環(huán)境參數(shù)，尤其溫度和濕度可能對(duì)半導(dǎo)體器件的性能有重要影響。同樣，機(jī)械參數(shù)可影響半導(dǎo)體器件的性能，尤其如果機(jī)械參數(shù)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件全部或局部的物理?yè)p壞。
傳感器106可以是本領(lǐng)域公知的適于檢測(cè)上述一個(gè)或多個(gè)工作參數(shù)的任何器件。有利地，至少本發(fā)明的某些實(shí)施例使用多個(gè)傳感器(例如，如圖7中所示的第一、第二和第三傳感器106、106’、和106″)。例如，傳感器106可以是電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、機(jī)械傳感器等。如在圖8中所示的，傳感器106可以是溫度傳感器。圖8的ISPS 100還包括電流感應(yīng)108形式的第二傳感器，包括感應(yīng)電阻110。傳感器106、電流感應(yīng)108及感應(yīng)電阻110共同向控制器104提供工作參數(shù)。通過(guò)例子，在圖8中該工作參數(shù)據(jù)舉例為對(duì)控制器104的輸入，標(biāo)示為“溫度感應(yīng)”、“漏極電壓感應(yīng)”、“柵極電壓感應(yīng)”、“柵極電流感應(yīng)”、以及“電流感應(yīng)”。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，傳感器106配置為在ISPS 100上的多個(gè)位置檢測(cè)相同的參數(shù)，作為對(duì)特定種類(lèi)的錯(cuò)誤和問(wèn)題的檢測(cè)的輔助。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器106配置為在可控半導(dǎo)體102上的多個(gè)位置檢測(cè)溫度(例如，可控半導(dǎo)體102的管芯的中心溫度、管芯外圍的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的溫度等)。當(dāng)可控半導(dǎo)體102產(chǎn)生如電流隧穿的問(wèn)題時(shí)，管芯中心的溫度高于其外圍的溫度。因此，檢測(cè)出管芯中心與其外圍之間有溫差表明發(fā)生電流隧穿。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，有多種實(shí)施傳感器106的方法。例如，傳感器106可根據(jù)具體應(yīng)用實(shí)施為多個(gè)分立傳感器、具有用于多個(gè)個(gè)別點(diǎn)的多個(gè)輸入的單個(gè)傳感器、以及許多其它配置。傳感器106還可是可控半導(dǎo)體102和/或控制器104的一部分。
控制器104是可編程器件，其能夠(a)接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器106的輸入；(b)接收偏置功率122(作為輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)可控半導(dǎo)體102)；(c)接收指令/控制信號(hào)128；(d)訪問(wèn)和/或存儲(chǔ)與可控半導(dǎo)體102相關(guān)的器件數(shù)據(jù)125；(e)處理(a)到(d)中的一個(gè)或多個(gè)信息從而控制半導(dǎo)體器件的工作；以及(f)提供狀態(tài)/通知信號(hào)124。
如圖8所示，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器104包括板上調(diào)節(jié)器和濾波器112；輸入接收偏置功率122(例如絕緣偏置功率)；包括第一接口118和第二接口120的輸入和輸出信號(hào)接口，其中第一接口118用于提供狀態(tài)、預(yù)測(cè)和診斷信息124，第二接口120用于接收器件數(shù)據(jù)和指令信號(hào)126；柵極驅(qū)動(dòng)電路114(例如從Texas的TexasInstruments of Dallas可得到的UCD7100)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或任選地具有非易失性存儲(chǔ)器(例如用于存儲(chǔ)器件數(shù)據(jù))的微控制器114；以及模擬/數(shù)字(A/D)及數(shù)字/模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器。
控制器104有利地是可編程的，用于實(shí)施圖9、10、13、14和15中的一個(gè)或多個(gè)方法，如下描述。這些方法至少實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些新特征，包括但不限于電流隧穿保護(hù)、動(dòng)態(tài)安全工作區(qū)、診斷和預(yù)測(cè)、以及已安裝的器件的校準(zhǔn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，圖9、10、13、14和15中的方法實(shí)質(zhì)上可應(yīng)用于并適用于任何類(lèi)型的功率器件，盡管尤其通過(guò)例子利用實(shí)施為MOSFET的可控半導(dǎo)體102來(lái)說(shuō)明這些方法。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，用于控制如圖7和8中的ISPS 100的功率器件的方法，使用在多個(gè)位置的對(duì)可控半導(dǎo)體102的管芯溫度的連續(xù)監(jiān)測(cè)，從而檢測(cè)過(guò)熱點(diǎn)并防止損壞可控半導(dǎo)體102。當(dāng)可控半導(dǎo)體102出現(xiàn)電流隧穿時(shí)，管芯中心的溫度高于其外圍溫度。因此，檢測(cè)出管芯中心與其外圍之間有溫差表明發(fā)生電流隧穿。
當(dāng)可控半導(dǎo)體102工作在開(kāi)關(guān)模式時(shí)，如果例如溫度傳感器等傳感器106檢測(cè)到過(guò)熱點(diǎn)，則命令可控半導(dǎo)體102截止?；蛘?，如果可控半導(dǎo)體102工作在線性模式下，代替截止，控制器104可中斷可控半導(dǎo)體102的工作，將可控半導(dǎo)體102的模式改變?yōu)殚_(kāi)關(guān)，并恢復(fù)供應(yīng)或消耗等量平均電流的工作。在圖9中說(shuō)明了一個(gè)實(shí)施電流隧穿保護(hù)的方法，其為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于控制例如ISPS 100等功率器件的控制方法200的流程圖。
參照?qǐng)D7、8和9，在控制方法200中，在控制器104處接收器件數(shù)據(jù)125(方塊210)?？刂破?04可用許多不同的方式接收器件數(shù)據(jù)125。例如，可通過(guò)用戶或其他實(shí)體向控制器104手動(dòng)輸入器件數(shù)據(jù)125；控制器可訪問(wèn)存儲(chǔ)在別處(例如遠(yuǎn)程設(shè)備上)的器件數(shù)據(jù)125；控制器104可在其加電(power-up)時(shí)初始化而加載器件數(shù)據(jù)125等?？刂破?04可遠(yuǎn)遠(yuǎn)先于該方法中的其它方塊而接收器件數(shù)據(jù)。而且，在方塊210中，器件數(shù)據(jù)125任選地可存儲(chǔ)在ISPS 100中，例如在控制器104的存儲(chǔ)器中，如果控制器104具有板上存儲(chǔ)器。無(wú)論控制器104何時(shí)需要器件數(shù)據(jù)125，控制器104可替換地可訪問(wèn)外部所存儲(chǔ)的器件數(shù)據(jù)125，或者可請(qǐng)求器件數(shù)據(jù)125。
如果適用，可生成狀態(tài)或通知消息(方塊215)并提供給外部用戶。例如，狀態(tài)消息可包括有關(guān)器件數(shù)據(jù)125的信息。當(dāng)圖9的控制方法200繼續(xù)時(shí)，方塊215的狀態(tài)消息可包括有關(guān)對(duì)于ISPS 100的安全工作區(qū)(SOA)的通知和/或有關(guān)已檢測(cè)到的ISPS 100中的實(shí)際或潛在缺陷的通知。
激活I(lǐng)SPS 100(方塊220)。例如，對(duì)于圖1的ISPS，這一點(diǎn)通過(guò)控制器104提供給電力器件足夠的信號(hào)從而激活可控半導(dǎo)體102來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如果可控半導(dǎo)體102是MOSFET，將通過(guò)控制器104提供給柵極驅(qū)動(dòng)足夠的信號(hào)從而將MOSFET驅(qū)動(dòng)為線性或開(kāi)關(guān)模式(無(wú)論哪種都可應(yīng)用于指定應(yīng)用)來(lái)激活I(lǐng)SPS。
監(jiān)測(cè)ISPS 100的工作(方塊230)。至少周期地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且有利地，基本連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)工作包括監(jiān)測(cè)以下器件和/或工作參數(shù)中一個(gè)或多個(gè)管芯溫度、管殼溫度、漏極電壓、柵極電壓、峰值漏極電流、均方根(RMS)漏極電流、平均漏極電流、柵極電流、結(jié)溫(TJ)、開(kāi)關(guān)頻率、以及占空比。
在方塊230可監(jiān)測(cè)附加工作參數(shù)。例如，可被監(jiān)測(cè)的其它工作參數(shù)包括(但不限于)如環(huán)境信息109(例如，溫度、冷卻液流量、濕度水平、和/或由外部負(fù)載消耗的電流)等環(huán)境參數(shù)或條件以及如機(jī)械信息109(例如，應(yīng)力、張力、壓力、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、加速度、和/或震動(dòng))等機(jī)械參數(shù)或條件。
方塊230之后，控制方法200的進(jìn)程分為三種方法，其中每一種可基本同時(shí)地執(zhí)行(但非必須執(zhí)行)。方塊400表示安全工作區(qū)(SOA)方法400，在此結(jié)合圖13進(jìn)一步解釋。方塊300表示保護(hù)方法300，在此結(jié)合圖10進(jìn)一步解釋。方塊500表示診斷和預(yù)測(cè)方法500，在此結(jié)合圖14進(jìn)一步解釋。
應(yīng)該注意的是，保護(hù)方法300(方塊300)的一個(gè)輸出是關(guān)閉和故障報(bào)告(方塊314)，其(如果ISPS 100被關(guān)閉)結(jié)束ISPS 100的工作(而因此結(jié)束控制方法200)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于保護(hù)例如ISPS 100等功率器件的保護(hù)方法300的流程圖。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，保護(hù)方法300可適用于實(shí)質(zhì)上任何類(lèi)型的功率器件的保護(hù)。保護(hù)方法300可作為圖9的控制方法200的一部分執(zhí)行，或可作為獨(dú)立方法執(zhí)行。如果圖10的保護(hù)方法300作為圖9的控制方法200的一部分執(zhí)行，那么經(jīng)由圖9的方塊210-230實(shí)現(xiàn)方塊301部分的方塊(包括方塊302、304、306)，并且在圖10中的方塊306之后開(kāi)始保護(hù)方法300。
否則，如果保護(hù)方法300作為獨(dú)立方法執(zhí)行，那么執(zhí)行方塊302、304和306。圖10的方塊302中執(zhí)行的“輸入并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)”功能與圖9的方塊210執(zhí)行的“接收(并任選地存儲(chǔ))器件數(shù)據(jù)”功能基本相同，并且以上提供的對(duì)方塊210的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊320。圖10的方塊304的“激活I(lǐng)SPS”功能與圖9的方塊220的“激活I(lǐng)SPS”功能基本相同，并且以上提供的對(duì)方塊220的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊304。同樣地，圖10的方塊306的“監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)以及管殼溫度”功能與圖10的方塊230的“監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)”功能基本相同，并且以上所提供的對(duì)方塊230的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊306。
再次參照?qǐng)D10以及圖7和8，監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)之后，保護(hù)方法300將其保護(hù)任務(wù)分為四個(gè)小組(其中各小組可以同時(shí)工作，但并非必須那樣)溫度過(guò)高和電流隧穿保護(hù)309、過(guò)功率保護(hù)310、過(guò)電流保護(hù)311、以及過(guò)電壓保護(hù)312。
在溫度過(guò)高和電流隧穿保護(hù)309小組(方塊315-320)中，控制器104檢查(方塊315)可控半導(dǎo)體102中的結(jié)溫(TJ)是否大于或等于TJ閾值(如由方塊302的器件數(shù)據(jù)所確定的)。如果Tj大于或等于TJ閾值，那么控制器104使可控半導(dǎo)體102截止并提供通知，報(bào)告故障類(lèi)型(方塊314)。
如果TJ不大于或等于TJ閾值，那么控制器104檢查是否已在可控半導(dǎo)體102中檢測(cè)到過(guò)熱點(diǎn)(也稱(chēng)為電流隧穿)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，可用多種不同的方法做到這一點(diǎn)。例如，控制器104可檢驗(yàn)(a)整個(gè)器件上電流密度和溫度的變化；(b)可控半導(dǎo)體102的管芯上的、尤其接近管芯中心的某些位置是否開(kāi)始以較低的晶體管柵極閾值電壓Vth運(yùn)行；和/或(c)可控半導(dǎo)體102的任何部分中的電流密度局部增大(由較高的正向跨導(dǎo)引起)。優(yōu)選方法是監(jiān)測(cè)整個(gè)管芯的溫度變化。
如果還沒(méi)有檢測(cè)到過(guò)熱點(diǎn)/電流隧穿，那么保護(hù)方法300跳回方塊306。然而，如果方塊316顯示已檢測(cè)到過(guò)熱點(diǎn)/電流隧穿并且ISPS100處于開(kāi)關(guān)模式下，那么控制器將可控半導(dǎo)體102截止并報(bào)告故障類(lèi)型(方塊314)。如果方塊316顯示已檢測(cè)到過(guò)熱點(diǎn)/電流隧穿，進(jìn)行檢查看是否可改變工作模式(方塊319)。例如，如果ISPS 100處于線性模式下(方塊318)，可不關(guān)閉ISPS 100而中斷可控半導(dǎo)體102(方塊320)(例如通過(guò)改變柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)而偏置可控半導(dǎo)體102使其截止)。如果負(fù)載特性允許以脈沖電流工作，那么控制器104將可控半導(dǎo)體102的模式改變?yōu)殚_(kāi)關(guān)模式(方塊302)，恢復(fù)ISPS 100供給或消耗等量平均電流或功率(取決于應(yīng)用)的工作，并且跳回方塊306。如果在方塊219，模式不能被改變(例如，因?yàn)樨?fù)載特性不兼容脈沖電流)，那么將可控半導(dǎo)體102截止并報(bào)告故障類(lèi)型(方塊314)。
在過(guò)功率保護(hù)小組310中，控制器104從兩個(gè)所測(cè)工作參數(shù)漏極-源極電壓(VDS)和漏極電流ID中得到總的晶體管損耗PM(方塊322)。這一點(diǎn)可用多種方法實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)在時(shí)間間隔T上對(duì)其即時(shí)電壓和電流之積積分。如果可控半導(dǎo)體102以固定頻率開(kāi)關(guān)，時(shí)間間隔T是開(kāi)關(guān)頻率的周期。如果可控半導(dǎo)體102工作在可變頻率的線性模式和開(kāi)關(guān)模式下，通過(guò)對(duì)時(shí)間間隔上的損耗求平均值得到可控半導(dǎo)體102的功率耗散，該時(shí)間間隔優(yōu)選包括多個(gè)導(dǎo)通和截止事件。當(dāng)計(jì)算損耗(方塊322)時(shí)，信息被提供(方塊313)給診斷和預(yù)測(cè)方法500，這結(jié)合圖14進(jìn)一步討論。如果總損耗PM大于損耗PM閾值(方塊324)，那么控制器104關(guān)閉ISPS 100并提供關(guān)于失效/故障了類(lèi)型的通知(方塊314)。然而，如果總損耗PM小于損耗PM閾值，那么該方法跳回方塊306。
再次參照?qǐng)D10，在過(guò)電流保護(hù)小組311中，控制器104檢查脈沖電流IDM是否大于閾值(方塊326)。如果大于，控制器104關(guān)閉ISPS100并報(bào)告失效/故障類(lèi)型(方塊214)。如果脈沖電流IDM不大于閾值，那么該方法跳回方塊306。
對(duì)于過(guò)電壓保護(hù)，應(yīng)該注意，對(duì)于本發(fā)明的至少某些實(shí)施例，僅當(dāng)ISPS 100具有將其主要功率轉(zhuǎn)移到ISPS 100的附加裝置、或者如果ISPS 100具有包含瞬態(tài)電壓抑制器的外部電路時(shí)，提供過(guò)電壓保護(hù)是可行的，其中瞬態(tài)電壓抑制器例如為半導(dǎo)體、金屬氧化物變阻器(MOV)、火花隙、或任何其它合適的器件。
在過(guò)電壓保護(hù)小組312中，控制器104檢查可控半導(dǎo)體102漏極-源極過(guò)電壓VDS(方塊328)，以查看其是否小于可控半導(dǎo)體102的擊穿電壓VDSS。例如，控制器104可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一個(gè)方法是通過(guò)測(cè)量漏電流(例如，通過(guò)電流傳感器108)。如果晶體管電壓VDS小于擊穿電壓VDSS，該方法返回方塊306。如果VDS大于或等于其擊穿電壓，控制器104檢驗(yàn)雪崩狀態(tài)(方塊330)。檢驗(yàn)這的一個(gè)方法是當(dāng)漏極電流流過(guò)可控半導(dǎo)體時(shí)，檢查漏極-源極電壓VDS是否恒量。如果VDS不是恒量(且如果滿足方塊328的條件)，在可控半導(dǎo)體102中沒(méi)有雪崩狀態(tài)，并且最可能的結(jié)果是可控半導(dǎo)體102失效。因此，如果在方塊330中沒(méi)有檢測(cè)到雪崩狀態(tài)，控制器104關(guān)閉ISPS 100并報(bào)告失效/故障類(lèi)型(方塊214)。
然而，如果控制器104判定VDS處于恒量，基本上衰減的漏極電流流過(guò)可控半導(dǎo)體，且滿足方塊328的條件，則可控半導(dǎo)體102處于雪崩狀態(tài)中。而后控制器104檢查(312)漏極電流ID是否大于或等于雪崩電流IAR或結(jié)溫TJ是否大于或等于最大結(jié)溫TJmax(方塊332)。如果滿足這些條件中任何一個(gè)，那么可控半導(dǎo)體102失效或接近失效，并且控制器104關(guān)閉ISPS 100并報(bào)告失效/故障類(lèi)型(方塊214)。如果不滿足方塊332中的任何條件，那么該方法跳回方塊306。
本發(fā)明的另一方面是提供用于動(dòng)態(tài)控制可控半導(dǎo)體102(圖7、8)的安全工作區(qū)(SOA)的方法。該方法允許充分利用可控半導(dǎo)體102的管芯(例如，晶體管管芯)，并且還允許根據(jù)可控半導(dǎo)體102的所需可靠性和結(jié)溫安全地增大電流。
圖11是示出了示例性可控半導(dǎo)體102(在該例子中為MOSFET)的正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)的邊界的曲線圖。基于為可控半導(dǎo)體102提供的器件數(shù)據(jù)(例如在器件數(shù)據(jù)單中)提供(或可計(jì)算)這些邊界。例如，因?yàn)镸OSFET的漏極-源極電阻RDS已公知，可通過(guò)施加漸增的漏極-源極電壓量并測(cè)量正流過(guò)的電流量確定圖11中所示的RDS(on)限定電流邊界。與增大的電壓無(wú)關(guān)，可流過(guò)多少電流有一限值(即峰值電流邊界)，并且進(jìn)一步沿圖11的FBSOA邊界，可看到可控半導(dǎo)體102也受限于功率邊界，逐漸到達(dá)限值，由圖11的電壓邊界示出，超出該限制可控半導(dǎo)體102將不以所需/期望的MTBF工作。
圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)安全工區(qū)的概念的曲線圖。代表對(duì)于固定結(jié)溫的電壓和電流的MTBF的函數(shù)曲線形成三維表面(該表面的橫截面在圖12中顯示為標(biāo)示為“平行平面454”的陰影區(qū))。為了清楚，圖11的RDS(on)限定電流邊界沒(méi)有在圖12中示出。由圖12中的點(diǎn)線界定的平面上的區(qū)域代表對(duì)應(yīng)于最小(也稱(chēng)為“減小的”)MTBF的最大安全工作區(qū)452(MSOA)。平行平面454上的區(qū)域代表增大的MTBF和減小的SOA456。為了認(rèn)識(shí)動(dòng)態(tài)安全工作區(qū)(DSOA)的概念，圖13的方法有效地沿MTBF軸458向上和向下“滑動(dòng)”SOA，以便達(dá)到所需的特性。
圖13(以下進(jìn)一步說(shuō)明)的方法能夠通過(guò)根據(jù)結(jié)-管殼溫度和負(fù)載特性而調(diào)節(jié)晶體管電壓和電流來(lái)實(shí)時(shí)控制SOA。圖13的方法的工作有助于確保(a)在基本所有工作條件下ISPS 100的自保護(hù)(即，通過(guò)其控制器104和由傳感器108所進(jìn)行的測(cè)量，ISPS 100可自修正和自調(diào)節(jié)，以維持安全工區(qū))；(b)管芯尺寸和減少的成本的最優(yōu)化；以及(c)在關(guān)鍵或緊急情況中、在保安短路狀態(tài)(battle shortstate)下安全增大脈沖電流(例如，ISPS 100的SOA可增大到最大SOA 452允許的水平)，從而防止ISPS 100在關(guān)鍵時(shí)刻自動(dòng)關(guān)閉(例如可通過(guò)命令/控制128將ISPS 100置于這種保安短路狀態(tài))。
例如，如果預(yù)期功率耗散將偶爾增大(例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)損耗上升時(shí)，在以較高的開(kāi)關(guān)頻率啟動(dòng)或工作期間)，并且預(yù)期ISPS 100可僅以降級(jí)的或“中級(jí)的”SOA 456工作時(shí)，一個(gè)方案是使用較大的管芯，該管芯可處理特定降額等級(jí)的較高功率。使用圖13的方法，在瞬態(tài)狀態(tài)期間向下朝較高的功率滑動(dòng)平行平面，由此實(shí)現(xiàn)具有較小、較便宜管芯的目標(biāo)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)態(tài)控制如ISPS 100等功率器件的安全工作區(qū)(SOA)的方法400(“SOA方法”)的流程圖。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，SOA方法400可適用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)上任何類(lèi)型的功率器件的工作參數(shù)。另外，圖13的SOA方法400可作為圖9的控制方法200的一部分執(zhí)行，或可作為獨(dú)立方法執(zhí)行。如果圖13的SOA方法400作為圖9的控制方法200的一部分執(zhí)行，那么經(jīng)由圖9的方塊210-230實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)方塊401部分的方塊(包括方塊402、404、406)，并且在圖13中的方塊406之后開(kāi)始SOA方法400。
否則，如果SOA方法400作為獨(dú)立方法執(zhí)行，那么執(zhí)行方塊402、404和406。在圖13的方塊402中執(zhí)行的“輸入和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)”功能與圖9的方塊210執(zhí)行的“接收(和任選地存儲(chǔ))器件數(shù)據(jù)”功能基本上相同，并且以上提供的對(duì)方塊210的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊420。圖13的方塊404的“激活I(lǐng)SPS”功能與圖9的方塊220的“激活I(lǐng)SPS”功能基本上相同，并且以上提供的對(duì)方塊220的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊404。同樣地，圖13的方塊406的“監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)以及管殼溫度”功能與圖9的方塊230的“監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)”功能基本上相同，并且以上提供的對(duì)方塊230的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊406。
參照?qǐng)D7、8和11，控制器104計(jì)算作為T(mén)J、ID、MTBF的函數(shù)的電壓系數(shù)k，以及其它可適用因子(方塊410)。這個(gè)結(jié)果用于輔助計(jì)算正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)和反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)電壓邊界VB(方塊402)，如下面方程(1)中所示 VB＝kBVDSS 方程(1) 電壓系數(shù)k和電壓邊界VB被提供給方塊402以調(diào)節(jié)由單脈沖、25℃SOA曲線(其為方塊402訪問(wèn)的部分器件數(shù)據(jù))得到的默認(rèn)邊界。
在方塊414中，控制器104利用脈沖寬度TP、頻率以及占空比D計(jì)算結(jié)-管殼瞬態(tài)熱阻抗Zthjc(t)，如下面方程(2)所示 Zthjc＝ZthD+(l-D)Zth(Tp+T)-Zth(T)+Zth(Tp) 方程(2) 在方塊416中，控制器104利用Zthjc計(jì)算FBSOA功率邊界PB，如下面方程(3)所示 PB＝(Tj-Tcasc)/Zthjc 方程(3) 在方塊418中，控制器104由功率邊界PB計(jì)算漏極-源極電流IDSRMS(見(jiàn)下面的方程(4))，并且利用該信息調(diào)節(jié)默認(rèn)RMS電流閾值(方塊420)，回到步驟402。即調(diào)節(jié)默認(rèn)RMS電流閾值并將其反饋給在方塊402所訪問(wèn)的器件數(shù)據(jù)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)安全工作區(qū)的這個(gè)方面。
方程(4) 在方塊422中，根據(jù)下面的方程(5)，控制器104計(jì)算作為占空比D、開(kāi)關(guān)頻率f、結(jié)溫Tj、以及可靠性(即，平均故障間隔時(shí)間MTBF或另一個(gè)合適的可靠性特性)的函數(shù)的FBSOA和RBSOA脈沖電流(IDM)邊界，并且利用該信息(方塊242)調(diào)節(jié)默認(rèn)脈沖電流閾值IDM，返回步驟402。
IDM＝IDM(D，f，Tj，MTBF) 方程(5) 在方塊426中，根據(jù)下面的方程(6)，控制器104利用作為結(jié)溫的函數(shù)的歸一化導(dǎo)通電阻RDS(ON)計(jì)算FBSOA漏極-源極導(dǎo)通電阻RDS(on)限定邊界，并且利用該數(shù)據(jù)(方塊428)調(diào)節(jié)由RDS(on)限定的FBSOA邊界，返回步驟402。
ID＝VD/RDS(on)RDS(ON) 方程(6) 本發(fā)明還提供有助于自診斷和/或預(yù)測(cè)如ISPS 100等功率器件中的錯(cuò)誤的診斷和預(yù)測(cè)方法。例如，這個(gè)自診斷和預(yù)測(cè)允許ISPS 100檢測(cè)和/或預(yù)測(cè)缺陷，這些缺陷包括(但不限于)管芯、管芯連接、管芯附著、及器件封裝裝配缺陷。該診斷和預(yù)測(cè)方法提供預(yù)先警告，這樣可有助于防止突變失效，并增強(qiáng)功率器件自身和其所安裝的任何系統(tǒng)的可靠性。圖14中說(shuō)明了自診斷和預(yù)測(cè)方法500的一種實(shí)施方式。
如果圖14的自診斷和預(yù)測(cè)方法500作為圖9的控制方法200的一部分執(zhí)行，那么經(jīng)由圖9的方塊210-230實(shí)際上實(shí)現(xiàn)方塊501部分的方塊(包括方塊502、504、506)，并且在圖14中的方塊506之后開(kāi)始自診斷和預(yù)測(cè)方法500。
另外，如果自診斷和預(yù)測(cè)方法500作為獨(dú)立方法執(zhí)行，那么執(zhí)行方塊502、304和506。圖14的方塊502中實(shí)現(xiàn)的“輸入、輸出和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)”功能與圖9的方塊210實(shí)現(xiàn)的“接收(并任選地存儲(chǔ))器件數(shù)據(jù)”功能基本相同，并且以上所提供的對(duì)方塊210的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊502。圖14的方塊504的“激活I(lǐng)SPS”功能與圖9的方塊220的“激活I(lǐng)SPS”功能基本相同，并且以上所提供的對(duì)方塊220的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊504。同樣地，圖14的方塊506的“監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)以及管殼溫度”功能與圖9的方塊230實(shí)現(xiàn)的“監(jiān)測(cè)器件和工作參數(shù)”功能基本相同，并且以上所提供的對(duì)方塊230的說(shuō)明可應(yīng)用于方塊506。
參照?qǐng)D7、8和14，控制器14檢查ISPS 100是否處于開(kāi)關(guān)模式下(方塊510)。如果可控半導(dǎo)體102工作在線性模式下，該方法跳到方塊514。然而，如果可控半導(dǎo)體102工作在開(kāi)關(guān)模式下，控制器104計(jì)算功率損耗，包括柵極功率耗散PGT、開(kāi)關(guān)耗散PSW、集成體二極管耗散PD、以及晶體管泄漏功率耗散PLK(方塊512)。下面進(jìn)一步討論這些計(jì)算中的每一個(gè)。方程(7)用于計(jì)算柵極功率耗散PGT PGT＝1/T∫|VGS(t)||IG(t)|dt，積分時(shí)間間隔從0到T方程(7) 對(duì)于方程(7)到(12)，時(shí)間間隔定義如下如果可控半導(dǎo)體102以固定頻率開(kāi)關(guān)，則時(shí)間間隔T是開(kāi)關(guān)頻率的周期。如果可控半導(dǎo)體102以可變頻率工作，則通過(guò)在包括多個(gè)導(dǎo)通和截止事件的工作時(shí)間間隔上對(duì)定義在方程(7)到(12)中的損耗求平均值而得到可控半導(dǎo)體102的功率耗散。方程(8)用于計(jì)算開(kāi)關(guān)功率耗散PSW Psw＝1/T∫VDS(t)ID(t)dt， VDS＞0，ID＞0，且積分時(shí)間間隔從t1到t2 方程(8) 其中 t1定義為，對(duì)于正ig，當(dāng)ig＞0.1Igpk并且VDS＜0.1VDSS時(shí)的時(shí)刻； t2定義為，對(duì)于負(fù)ig，當(dāng)ig＜0.1Igpk并且IDS＜0.1VDSS時(shí)的時(shí)刻。
可使用不影響本發(fā)明主題的其它標(biāo)準(zhǔn)定義積分時(shí)間間隔。
方程(9)到(11)用于計(jì)算集成體二極管功率耗散PD PD＝PDCOND+PDSW(t) 方程(9) PDCOND＝1/T∫VDS(t) ID(t) dt VDS＜0，ID＜0并且積分時(shí)間間隔從0到T 方程(10) PD SW＝Qrr/T∫VDS(t)dt，積分時(shí)間間隔從0到trr方程(11) 其中Qrr是反向恢復(fù)電荷；trr是反向恢復(fù)時(shí)間。
方程(12)用于計(jì)算泄漏功率耗散PLK PLK＝1/T∫VDS(t)ID(t)dt VDS＝VDD0，ID＞0并且積分時(shí)間間隔從0到T 方程(12) 在方塊514中，控制器104利用數(shù)字程序(numeric procedure)(類(lèi)似于R.Severns(Ed.in Chief)，MOSPOWER ApplicationsHandbook，Siliconix Inc.，1984，pp.4-17 to 4-21)解出功率損失PCALC和結(jié)溫TJCALC的兩個(gè)非線性方程(下面的各方程(13)和(14)) PCALC＝PG+PSW+PD+PLK+IRMS2RDS(on)(25℃)RDSN 方程(13) TJCALC＝THS+PCALC(Zthhc+Zthjc) 方程(14) 訪問(wèn)所測(cè)的晶體管功率耗散PM(用許多不同的方法，包括從保護(hù)方法300、方塊313、保護(hù)算法確定和/或獲得PM)。在方塊518、522、526和530中比較所計(jì)算的和所測(cè)量的功率耗散和結(jié)溫。應(yīng)該注意的是，可按任何順序執(zhí)行方塊518、522、526和530；所說(shuō)明的順序是通過(guò)例子提供的并且是非限制性的。
如果PCALC≥PM并且如果TJCALC≥TJM(方塊518)，那么方塊520的條件被推定存在(即，導(dǎo)通電阻RDS(on)在限值內(nèi)，熱阻抗Zthhc和Zthjc也同樣)。ISPS 100被推定沒(méi)有問(wèn)題并且該方法跳回方塊506。任選地，也可作為反饋給方塊502的信息的一部分報(bào)告預(yù)測(cè)和診斷信息。
如果PCALC≥PM且TJCALC＜TJM(方塊522)，那么導(dǎo)通電阻RDS(on)在限值內(nèi)，但包括Zthhc或Zthjc或Zthhc和Zthjc兩者的熱接口阻抗大于特定值(方塊524)。因?yàn)檩^高的熱阻抗將導(dǎo)致較高的結(jié)溫，RDS(on)將增大直到器件達(dá)到熱平衡。因此，所檢測(cè)的條件具有瞬態(tài)屬性，并且將在導(dǎo)通期間為脈沖負(fù)載或固定負(fù)載診斷熱接口問(wèn)題。預(yù)測(cè)是高功率負(fù)載之下降低的器件可靠性和潛在失效?？勺鳛榉答伣o方塊502的信息的一部分報(bào)告預(yù)測(cè)和診斷信息，且該方法自身跳回方塊506。
如果PCALC＜PM且TJCALC≥TJM(方塊526)，對(duì)于方塊522的以上所描述狀態(tài)被顛倒。這種條件下，結(jié)合的熱阻抗Zthhc+Zthjc小于特定值，但導(dǎo)通電阻RDS(on)大于標(biāo)準(zhǔn)值(方塊528)。這些條件診斷管芯或管芯連接缺陷，預(yù)測(cè)是高電流或高功率負(fù)載之下降低的器件可靠性和潛在失效?？勺鳛榉答伣o方塊502的信息的一部分報(bào)告預(yù)測(cè)和診斷信息，其該方法自身跳回方塊506。
如果PCALC＜PM且TJCALC＜TJM(方塊530)，ISPS 100可以具有上述的任何缺陷，即或者結(jié)合的熱阻抗或?qū)娮琛⒒蛘呓Y(jié)合的熱阻抗和導(dǎo)通電阻都大于標(biāo)準(zhǔn)值(方塊532)。這些條件可表示在可控半導(dǎo)體102中的管芯或管芯連接缺陷。預(yù)測(cè)是高電流或高功率負(fù)載之下降低的器件可靠性和潛在失效?？勺鳛榉答伣o方塊502的信息的一部分報(bào)告預(yù)測(cè)和診斷信息。
在方塊534中，將散熱器溫度THS與由函數(shù)THS(PM)確定的所需溫度THS SET相比較。如果散熱器溫度大于測(cè)得功率耗散所需溫度，報(bào)告散熱器或散熱器冷卻問(wèn)題(方塊536)，并且該方法自身跳回方塊506。應(yīng)該注意的是，可在方塊506之后的實(shí)際上任何時(shí)間執(zhí)行方塊534和536，包括方塊510-532中任何一個(gè)之前或其中任何二者之間，且在診斷和預(yù)測(cè)方法500中通過(guò)例子而非限制性地示出在該點(diǎn)所執(zhí)行的方塊534和536。
在另一方面，本發(fā)明還提供校準(zhǔn)如圖7和8的ISPS 100等已安裝的功率器件的方法。該方法至少部分依賴于ISPS 100的功率處理能力與其管殼-散熱器熱阻抗的相關(guān)性。也就是說(shuō)，在安裝時(shí)，ISPS 100的設(shè)計(jì)和工作允許基于其封裝和功率處理能力對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。
圖15是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有已安裝的功率器件的智能功率系統(tǒng)600的示例性方塊圖，其有分散控制和集成智能功率開(kāi)關(guān)。該系統(tǒng)600是智能的、能夠帶任何數(shù)量的負(fù)載和分散控制(與分級(jí)控制相對(duì))工作的可重構(gòu)系統(tǒng)。
帶有三級(jí)分布控制的圖15的智能功率系統(tǒng)600包括監(jiān)督系統(tǒng)612，該監(jiān)督系統(tǒng)含有主能源和存儲(chǔ)器，可控制一個(gè)或多個(gè)本地功率子系統(tǒng)614并與其通信。各本地功率子系統(tǒng)614包括負(fù)載和圖7和8的多種ISPS100。各本地功率子系統(tǒng)614控制其工作的某些方面(通過(guò)做功率控制判別和與其它本地控制器通信的本地控制器626)，向監(jiān)督系統(tǒng)612傳送狀態(tài)和工作判別(也通過(guò)本地控制器626)，并且如果需要可接收來(lái)自監(jiān)督系統(tǒng)612的監(jiān)督控制。監(jiān)督系統(tǒng)612可視需要允許各功率子系統(tǒng)614之間的功率共享。
監(jiān)督子系統(tǒng)612包括監(jiān)督控制器616、一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器618、以及允許控制通用功率620的多個(gè)ISPS。通用功率620代表能夠滿足基本上所有本地功率子系統(tǒng)614的需要的一個(gè)或多個(gè)電源組。各本地功率子系統(tǒng)614包括向一個(gè)或多個(gè)本地監(jiān)測(cè)傳感器提供數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)本地功率器件623(類(lèi)似于上述的可控半導(dǎo)體102)，其中本地監(jiān)測(cè)傳感器向本地控制器626傳送信息。在監(jiān)督系統(tǒng)612中，監(jiān)測(cè)傳感器618從通用功率620獲得數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)督控制器616。
當(dāng)本地功率子系統(tǒng)614連接到負(fù)載625時(shí)，監(jiān)督控制器616向所有本地功率子系統(tǒng)614發(fā)送具有預(yù)定寬度的導(dǎo)通(激活)脈沖。在脈沖持續(xù)期間加載功率器件623，并且通過(guò)本地監(jiān)測(cè)傳感器619，監(jiān)測(cè)并向本地控制器626報(bào)告它們的管殼溫度上升。本地控制器626將該信息報(bào)告給監(jiān)督控制器616。期望的管殼溫度上升基于由監(jiān)督控制器616訪問(wèn)并存儲(chǔ)在本地控制器626的存儲(chǔ)器中的特定的管殼-散熱器熱阻抗，也基于各本地功率子系統(tǒng)614的功率耗散。因此，所有本地功率子系統(tǒng)614根據(jù)其管殼溫度上升以及最終的功率處理能力而被規(guī)劃。例如，在上下文中，規(guī)劃(mapping)包括電路圖中顯示整個(gè)功率系統(tǒng)的連接的位置，各ISPS具有識(shí)別其功率處理能力的相應(yīng)數(shù)字，例如統(tǒng)計(jì)平均、高于平均及低于平均。規(guī)劃使監(jiān)督控制器616能夠確定各本地功率子系統(tǒng)之間614如何最好地共享功率。因?yàn)橛兄人Ｍ墓軞囟壬仙叩钠骷赡芫哂醒b配缺陷，規(guī)劃本地功率子系統(tǒng)還提供機(jī)會(huì)識(shí)別它們以正確維護(hù)。
因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供確定如功率器件等已安裝器件的功率處理能力的方法。測(cè)量已安裝器件的溫度。為已安裝器件確定所預(yù)測(cè)的溫度變化(例如，溫度上升)，其中所預(yù)測(cè)的溫度變化被期望是由于測(cè)試脈沖所引起的。測(cè)試脈沖被發(fā)送給已安裝器件。測(cè)量因測(cè)試脈沖而引起的已安裝器件的實(shí)際溫度變化。比較實(shí)際溫度變化和預(yù)測(cè)溫度變化。實(shí)際溫度變化與預(yù)測(cè)溫度變化的比較可用于確定已安裝器件的功率處理能力。基于對(duì)已安裝器件的功率處理能力的了解，可采取操作例如至少部分基于功率處理能力向已安裝器件分配負(fù)載、至少部分基于功率處理能力調(diào)節(jié)與已安裝器件可操作性連接的負(fù)載、和/或至少部分基于功率處理能力重新分布用于耦合到已安裝器件的負(fù)載。
規(guī)劃之后，各本地子系統(tǒng)614利用兩級(jí)控制來(lái)工作，各本地控制器626與其它本地控制器通信并監(jiān)督繼續(xù)作出SOA判別、提供自診斷等的本地ISPS。然而，在該系統(tǒng)600(僅通過(guò)示例具有三級(jí)控制)中，通過(guò)監(jiān)督控制器616執(zhí)行與整體功率流相關(guān)的判別、本地控制器626之間的沖突解決、以及來(lái)自各本地子系統(tǒng)的狀態(tài)信息的處理，(例如)可通過(guò)以下方式響應(yīng)將本地子系統(tǒng)614的一些或所有功率能力切換到另一個(gè)本地子系統(tǒng)、交替進(jìn)行(over-riding)關(guān)閉本地子系統(tǒng)614、向外部用戶628提供關(guān)于所報(bào)告的和/或所預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤反饋等。
圖16是帶有兩級(jí)控制的串聯(lián)功率系統(tǒng)700，其提供圖15的智能功率系統(tǒng)600的進(jìn)一步實(shí)施并示出顯示多個(gè)ISPS器件可如何串聯(lián)到一起。在圖16中，控制器616監(jiān)督四個(gè)ISPS器件ISPS 614A、614B、614C及614D。ISPS 614A可由電源617A供電，并且用于為電源619A供電。同樣地，ISPS 614B可由電源617B供電，并且用于為電源619B供電。電源619A為ISPS 614C供電，并且電源619B為ISPS 614C供電。ISPS6 14C和ISPS 614D每一個(gè)可向負(fù)載625A、625B、625C以及625D供電?？刂破?16在串聯(lián)功率系統(tǒng)700的所有元件之間提供功率流控制(包括功率共享)，并且監(jiān)測(cè)各ISPS 614以幫助防止/降低單點(diǎn)失效。然而，該監(jiān)測(cè)和控制的多數(shù)細(xì)節(jié)是各系統(tǒng)特定的算法的一部分。
圖17是此處所述的ISPS的另一個(gè)應(yīng)用。圖17舉例說(shuō)明了具有基于ISPS的開(kāi)關(guān)的較簡(jiǎn)單的單級(jí)控制和放電電路800，該放電電路可用于具有能量存儲(chǔ)單元的直流(DC)總線。在該應(yīng)用中，ISPS減少互連信號(hào)的數(shù)量、提高性能(安全性、響應(yīng)速度、及系統(tǒng)級(jí)可靠性)、并增加功能性(利用此處圖9、10、13和15所描述的方法)。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可適于工作在許多不同類(lèi)型的功率系統(tǒng)中，包括但不限于前面提到的2003年10月24日提交、2004年5月20日公布為U.S.2004/0095023的“智能功率系統(tǒng)”，其序列號(hào)為10/692,580、案卷號(hào)為RTN183AUS、發(fā)明人為Boris S.Jacobson等。
如以上說(shuō)明和相關(guān)附圖所示，本發(fā)明提供用于功率系統(tǒng)的系統(tǒng)、方法和器件，所述功率系統(tǒng)提供故障的自診斷、潛在故障的預(yù)測(cè)、已安裝器件/系統(tǒng)的校準(zhǔn)以及工作參數(shù)的動(dòng)態(tài)自調(diào)節(jié)，所有這些都考慮了實(shí)際工作條件。本發(fā)明的至少一些實(shí)施例提供確定正工作的功率器件是否有任何問(wèn)題的能力。另外，本發(fā)明的至少一些實(shí)施例提供根據(jù)已安裝晶體管的功率處理能力而對(duì)其檢查和校準(zhǔn)的方法。
在該申請(qǐng)的附圖中，在某些情況下，多個(gè)系統(tǒng)元件或方法方塊可作為特定系統(tǒng)元件的示例性顯示，并且單個(gè)系統(tǒng)元件或方法方塊可作為多個(gè)特定系統(tǒng)元件或方法方塊的示例性顯示。應(yīng)該理解的是，顯示多個(gè)特定元件或方塊不意味著表示根據(jù)本發(fā)明所執(zhí)行的系統(tǒng)和方法必須包括多個(gè)這種元件和方塊，通過(guò)例舉單個(gè)元件或方塊也不意味著本發(fā)明被限制為僅具有各元件或方塊中之一的實(shí)施例。另外，所示特定系統(tǒng)元件或方法的元件和方塊的總數(shù)不意味著是限制性的；本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到，在某些情況下，特定系統(tǒng)元件或方法方塊的數(shù)量可被選擇以適應(yīng)特定用戶的需要。
而且在附圖中，對(duì)于示圖、流程圖、和/或說(shuō)明方法或過(guò)程的流程圖表，矩形方塊是可代表一個(gè)或多個(gè)指令(或指令組)的“處理方塊”，例如計(jì)算機(jī)軟件指令。菱形方塊是一個(gè)或多個(gè)指令(或指令組)的“判別方塊”，例如計(jì)算機(jī)軟件指令，其可影響由處理方塊代表的計(jì)算機(jī)軟件指令的執(zhí)行。或者，處理和判別方塊代表由功能等價(jià)電路執(zhí)行的操作，其中功能等價(jià)電路例如為數(shù)字信號(hào)處理器電路、微控制器或特定用途集成電路(ASIC)。而且，利用硬件和軟件的結(jié)合可執(zhí)行操作和方塊。
示圖、流程圖、方塊圖和流程圖表不描述任何特定程序語(yǔ)言的語(yǔ)法。而是，示圖、流程圖、方塊圖和流程圖表說(shuō)明功能信息，本領(lǐng)域技術(shù)人員需要制作電路和/或生成計(jì)算機(jī)軟件來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所需要的處理。應(yīng)該注意的是，許多如循環(huán)和變量初始化等常規(guī)程序元件和臨時(shí)變量的使用并未示出。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，除非在此另外指出，所述步驟的特定順序僅是說(shuō)明性的并且可作不脫離本發(fā)明精神的改變。因此，可能時(shí)除非另外指出在此描述的步驟是無(wú)序的，意味著可以任何方便的或所需的順序的執(zhí)行所述步驟。
另外，用于執(zhí)行本發(fā)明的所有或部分的軟件可以包括計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。例如，這種計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)可包括可讀存儲(chǔ)器件，例如硬件驅(qū)動(dòng)器件、CD-ROM、DVD-ROM、或計(jì)算機(jī)磁盤(pán)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼段。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可包括通信連接，或者光學(xué)、有線或無(wú)線，其上載有作為數(shù)字或模擬信號(hào)的程序代碼段。
在描述圖中所說(shuō)明的本發(fā)明實(shí)施例中，出于清楚的目的，使用專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)(例如，語(yǔ)言、短語(yǔ)、產(chǎn)品商標(biāo)名稱(chēng)等)。這些名稱(chēng)僅通過(guò)例子提供而并非限制性。本發(fā)明不限于所選擇的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)，并且各專(zhuān)用詞至少包括所有語(yǔ)法的、文字的、科學(xué)的、技術(shù)的、以及功能的等效詞，以及以類(lèi)似方式工作來(lái)完成類(lèi)似目的的其它任何對(duì)象。而且，在例證、附圖和文字中，可對(duì)特定特征、元件、電路、模塊、表、軟件模塊、系統(tǒng)等給出專(zhuān)用名稱(chēng)。然而，在此處使用的這種術(shù)語(yǔ)是出于說(shuō)明而非限制的目的。
盡管以帶有某種程度特性的優(yōu)選形式描述和描繪了本發(fā)明，應(yīng)該明白僅通過(guò)例子對(duì)該優(yōu)選形式作出了本方明公開(kāi)，并且不脫離本發(fā)明的精神和范圍可對(duì)部件的結(jié)構(gòu)及組合和設(shè)置做多種改變。
參照具體實(shí)施已描述和舉例說(shuō)明了技術(shù)原理，應(yīng)該理解可用許多其它不同的形式和在許多不同的環(huán)境中實(shí)施該技術(shù)。在此公開(kāi)的技術(shù)可結(jié)合其它技術(shù)使用。因而，應(yīng)接受本發(fā)明不應(yīng)該受限于所述實(shí)施例，而應(yīng)該僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種器件，其包括
可控半導(dǎo)體器件，所述可控半導(dǎo)體器件與第一工作參數(shù)和第二工作參數(shù)相關(guān)，其中至少所述第一工作參數(shù)是可控制的；
與所述可控半導(dǎo)體器件通信的第一傳感器，所述第一傳感器獲得與所述可控半導(dǎo)體器件的所述第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)；
與所述可控半導(dǎo)體器件和所述傳感器通信的控制器，所述控制器配置為訪問(wèn)與所述可控半導(dǎo)體器件相關(guān)的器件數(shù)據(jù)、控制所述可控半導(dǎo)體的所述第一工作參數(shù)，并接收來(lái)自所述第一傳感器的與所述第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，
其中所述控制器根據(jù)所述器件數(shù)據(jù)確定第一預(yù)測(cè)值、將與所述第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和所述第一預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，并且如果基于該比較而檢測(cè)到第一狀況，則所述控制器動(dòng)態(tài)修正所述第一工作參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述可控半導(dǎo)體包括以下至少之一功率晶體管、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、晶閘管、MOS控制晶閘管(MCT)、柵極可關(guān)斷(GTO)晶閘管、以及發(fā)射極可關(guān)斷(ETO)晶閘管。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一傳感器包括溫度傳感器、電壓傳感器、以及電流傳感器中至少之一。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一工作參數(shù)包括以下至少之一漏極-源極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、陽(yáng)極-陰極電壓、柵極電壓、柵極電流、基極電流、平均漏極器件電流、平均集電極器件電流、平均陽(yáng)極器件電流、峰值漏極電流、峰值集電極電流、峰值陽(yáng)極電流、RMS漏極電流、RMS集電極電流、RMS陽(yáng)極電流、管芯溫度、管殼溫度、結(jié)溫(TJ)、開(kāi)關(guān)頻率、以及占空比。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，進(jìn)一步包括獲取與所述可控半導(dǎo)體的第三工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)的第二傳感器，所述第二傳感器與所述控制器通信，并且所述控制器接收來(lái)自所述第二傳感器的與所述第三工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，
其中所述控制器根據(jù)所存儲(chǔ)的器件數(shù)據(jù)確定所預(yù)測(cè)的第三工作參數(shù)、將與所述第三工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和所述所預(yù)測(cè)的第三工作參數(shù)進(jìn)行比較、以及如果檢測(cè)到第一狀況，則所述控制器動(dòng)態(tài)修正所述第一工作參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一傳感器和控制器中至少之一以周期性和基本上連續(xù)性的方式中的至少之一方式來(lái)獲取其數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第二工作參數(shù)包括以下至少之一柵極驅(qū)動(dòng)、基極驅(qū)動(dòng)、晶體管偏壓、安全工作區(qū)(SOA)條件、漏極-源極電壓閾值(VDS)、RMS漏極電流閾值(IDRMS)、正向和反向偏壓安全工作區(qū)(SOA)脈沖電流閾值(IDM)、由漏極-源極導(dǎo)通電阻(RDS(on))限定的正向偏壓SOA漏極電流(ID)邊界、以及功率器件的工作區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一狀況包括以下至少之一溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯互連連結(jié)缺陷、管芯附著缺陷、以及器件封裝裝配缺陷。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述控制器配置為在檢測(cè)到所述第一狀況時(shí)執(zhí)行操作。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述操作包括以下至少之一
(a)調(diào)節(jié)所述可控半導(dǎo)體的工作；
(b)關(guān)閉所述可控半導(dǎo)體；
(c)中斷所述可控半導(dǎo)體的工作；
(d)切換所述可控半導(dǎo)體的工作模式；
(e)基于所檢測(cè)到的第一狀況確定所述可控半導(dǎo)體的安全工作區(qū)(SOA)條件，并調(diào)整所述第一參數(shù)以維持SOA；
(f)檢查不同的第二工作參數(shù)；
(g)診斷所述第一狀況；
(h)基于所述第一狀況確定是否可能發(fā)生第二狀況，所述第二狀況包括以下至少之一溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯連接缺陷、管芯附著缺陷、器件封裝裝配缺陷、功率器件的熱接口問(wèn)題、功率器件的降低的可靠性、高電流負(fù)載下功率器件失效、以及高功率負(fù)載下功率器件失效；以及
(i)提供通知。
11.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一傳感器在多個(gè)位置監(jiān)測(cè)所述可控半導(dǎo)體。
12.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述器件數(shù)據(jù)信息包括以下至少之一擊穿漏極-源極電壓BVDSS、擊穿漏極-源極電壓BVDSSp保護(hù)閾值、額定漏極-源極電壓VDSS、額定漏極-源極電壓VDSS保護(hù)閾值、最大單脈沖電流IDM、最大單脈沖電流IDM保護(hù)閾值、連續(xù)漏極電流ID、連續(xù)漏極電流ID保護(hù)閾值、雪崩電流IAR、雪崩電流IAR保護(hù)閾值、在預(yù)定結(jié)溫Tj下的單脈沖的默認(rèn)正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)、在預(yù)定結(jié)溫Tj下的單脈沖的默認(rèn)反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)、標(biāo)準(zhǔn)和雪崩模式中至少之一的結(jié)-管殼瞬態(tài)熱阻抗曲線、散熱器-管殼熱阻抗Zthhc、結(jié)-管殼熱阻抗Zthjc、在預(yù)定溫度T下的導(dǎo)通電阻(RDS(on)(T))、作為溫度的函數(shù)的歸一化導(dǎo)通電阻RDS(ON)、THS(PM)(作為耗散功率的函數(shù)的散熱器溫度THS)、結(jié)溫TJ閾值、集成體二極管的反向恢復(fù)電荷Qrr及集成體二極管的Qrr的反向恢復(fù)時(shí)間trr。
13.如權(quán)利要求1所述的器件，進(jìn)一步包括與所述控制器通信的第三傳感器，所述第三傳感器獲得影響所述可控半導(dǎo)體的環(huán)境條件和機(jī)械條件中至少之一。
14.如權(quán)利要求13所述的器件，其中所述環(huán)境條件包括溫度、冷卻液流量、及濕度水平中至少之一。
15.如權(quán)利要求13所述的器件，其中所述機(jī)械條件包括應(yīng)力、張力、壓力、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、加速度、及震動(dòng)中至少之一。
16.如權(quán)利要求1所述的器件，其中
所述可控半導(dǎo)體包括具有漏電極、柵電極和源電極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)；并且
所述控制器包括第一輸出和第一輸入，所述第一輸出向所述可控半導(dǎo)體的所述柵電極提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第一輸入耦合到所述第一傳感器從而允許所述控制器接收與所述第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求16所述的器件，其中所述控制器進(jìn)一步包括第二輸入，所述第二輸入適于接收偏置功率，以便為所述柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供電源。
18.如權(quán)利要求17所述的器件，其中所述控制器進(jìn)一步包括第三輸入，所述第三輸入適于接收與所述可控半導(dǎo)體相關(guān)的器件數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求18所述的器件，其中所述控制器進(jìn)一步包括第二輸出，所述第二輸出包括通知信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的器件，其中所述通知信號(hào)包括與以下至少之一相關(guān)的信息所述可控半導(dǎo)體的工作模式、所述可控半導(dǎo)體的狀態(tài)、所述第一狀況、故障通知、以及故障預(yù)測(cè)。
21.一種操作可控半導(dǎo)體的方法，所述可控半導(dǎo)體與第一傳感器通信，所述方法包括
激活所述可控半導(dǎo)體；
控制所述可控半導(dǎo)體的第一工作參數(shù)；
監(jiān)測(cè)所述可控半導(dǎo)體的第二工作參數(shù)；
訪問(wèn)與所述可控半導(dǎo)體相關(guān)的器件數(shù)據(jù)信息；
基于所述器件數(shù)據(jù)信息和所述第二工作參數(shù)，確定是否存在第一狀況；以及
如果存在所述第一狀況，實(shí)施第一操作。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括
基于所述器件數(shù)據(jù)信息計(jì)算第一預(yù)測(cè)值；以及
比較所述第一預(yù)測(cè)值和所述第二工作參數(shù)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)以下至少之一溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯連接缺陷、管芯附著缺陷、器件封裝裝配缺陷、環(huán)境條件、以及機(jī)械條件。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述實(shí)施第一操作包括以下至少之一
(a)調(diào)節(jié)所述第一參數(shù)；
(b)調(diào)節(jié)所述可控半導(dǎo)體的工作；
(c)將所述可控半導(dǎo)體截止；
(d)中斷所述可控半導(dǎo)體的工作；
(e)切換所述可控半導(dǎo)體的工作模式；
(f)檢查不同的第二工作參數(shù)；
(g)基于所檢測(cè)到的第一狀況確定所述可控半導(dǎo)體的安全工作區(qū)(SOA)條件，并調(diào)整所述第一參數(shù)以維持所述SOA；
(h)診斷所述第一狀況；
(i)基于所述第一狀況確定是否可能發(fā)生第二狀況，所述第二狀況包括以下至少之一溫度過(guò)高、電流隧穿、過(guò)功率、過(guò)電流、過(guò)電壓、冷卻液?jiǎn)栴}、散熱器問(wèn)題、管芯缺陷、管芯連接缺陷、管芯附著缺陷、器件封裝裝配缺陷、功率器件的熱接口問(wèn)題、功率器件的降低的可靠性、高電流負(fù)載下功率器件失效、以及高功率負(fù)載下功率器件失效；以及
(j)提供通知。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述器件數(shù)據(jù)包括以下至少之一默認(rèn)漏極-源極電壓(VDS)邊界、默認(rèn)功率邊界(PB)、默認(rèn)RMS電流邊界(IDRMS)、和默認(rèn)ROS(on)限定電流邊界，而其中，確定安全工作區(qū)(SOA)進(jìn)一步包括
確定所述功率器件的SOA漏極-源極電壓(VDS)邊界；
確定所述功率器件的SOA功率邊界(PB)；
確定所述功率器件的SOA RMS電流邊界(IDRMS)；
確定所述功率器件的SOA RDS(on)限定電流邊界；以及
分別基于所述SOA漏極-源極電壓(VDS)邊界、所述SOA功率邊界(PB)、所述SOA RMS電流邊界(IDRMS)、所述SOA RDS(on)限定電流邊界，調(diào)節(jié)默認(rèn)漏極-源極電壓(VDS)邊界、默認(rèn)功率邊界(PB)、默認(rèn)RMS電流邊界(IDRMS)、和默認(rèn)RDS(on)限定電流邊界。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括
監(jiān)測(cè)所述可控半導(dǎo)體的第三工作參數(shù)；以及
基于所述器件數(shù)據(jù)信息以及所述第二和第三工作參數(shù)二者中的至少一個(gè)，確定是否存在第一狀況。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)測(cè)影響所述可控半導(dǎo)體的環(huán)境和機(jī)械條件中至少之一。
28.一種用于確定可控半導(dǎo)體的工作條件的方法，所述可控半導(dǎo)體具有結(jié)和管殼，所述方法包括
訪問(wèn)與所述可控半導(dǎo)體相關(guān)的器件數(shù)據(jù)，所述器件數(shù)據(jù)包括預(yù)定平均故障間隔時(shí)間(MTBF)；
計(jì)算所述可控半導(dǎo)體的所述結(jié)和所述管殼之間的熱阻抗Zthjc；
至少周期性地測(cè)量所述可控半導(dǎo)體的結(jié)溫Tj和管殼溫度Tc；
至少部分基于Tj、Tc、和Zthjc計(jì)算可允許耗散功率；以及
至少部分基于所述可允許耗散功率和所述MTBF為所述可控半導(dǎo)體定義至少一個(gè)動(dòng)態(tài)的安全工作區(qū)(SOA)邊界，基于Tj和Tc的周期性測(cè)量至少周期性地調(diào)節(jié)所述動(dòng)態(tài)SOA。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括
根據(jù)所述動(dòng)態(tài)SOA控制所述可控半導(dǎo)體的工作。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述控制工作進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)以下至少之一所述可控半導(dǎo)體的峰值電流、RMS電流、以及平均電流。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中至少部分基于脈沖寬度、頻率以及占空比計(jì)算Zthjc。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述器件數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括瞬態(tài)熱阻抗和單脈沖安全工作區(qū)(SOA)中至少之一。
33.在能夠工作在開(kāi)關(guān)和線性模式下并包括管芯的可控半導(dǎo)體器件中，用于檢測(cè)所述可控半導(dǎo)體器件中的電流隧穿的方法，所述方法包括以下無(wú)序的步驟
(a)在基本上靠近所述管芯中心的位置監(jiān)測(cè)中心管芯溫度；
(b)在基本上靠近所述管芯外圍的位置監(jiān)測(cè)外圍管芯溫度；
(c)如果所述管芯的所述中心管芯溫度高于所述外圍溫度，并且所述可控半導(dǎo)體的工作模式是開(kāi)關(guān)模式，則關(guān)閉所述可控半導(dǎo)體的工作；
(d)如果所述管芯的所述中心管芯溫度高于所述外圍溫度，并且所述可控半導(dǎo)體的工作模式是線性模式，則中斷所述可控半導(dǎo)體的工作并將其工作模式改變?yōu)殚_(kāi)關(guān)模式。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，進(jìn)一步包括如果所述可控半導(dǎo)體被截止，則產(chǎn)生警報(bào)。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，進(jìn)一步包括如果所述可控半導(dǎo)體的工作模式被改變，則重復(fù)步驟(a)-(d)。
36.一種用于確定可控半導(dǎo)體工作中的實(shí)際和潛在錯(cuò)誤的方法，所述方法包括以下無(wú)序的步驟
(a)監(jiān)測(cè)所述可控半導(dǎo)體的一組參數(shù)，該組參數(shù)包括器件、工作及溫度參數(shù)中至少之一；
(b)訪問(wèn)一組用于所述可控半導(dǎo)體的器件數(shù)據(jù)；
(c)至少部分基于該組參數(shù)及該組器件數(shù)據(jù)，確定所述可控半導(dǎo)體的預(yù)測(cè)功率耗散和預(yù)測(cè)結(jié)溫；
(d)測(cè)量所述可控半導(dǎo)體的實(shí)際功率耗散和實(shí)際結(jié)溫；
(e)比較所述實(shí)際功率耗散和所述預(yù)測(cè)功率耗散；
(f)比較所述實(shí)際結(jié)溫和所述預(yù)測(cè)結(jié)溫；
(g)至少部分依據(jù)(e)和(f)的比較，確定在所述可控半導(dǎo)體中是否出現(xiàn)了實(shí)際錯(cuò)誤或可能出現(xiàn)潛在錯(cuò)誤；以及
(h)在所述可控半導(dǎo)體工作期間至少周期性地重復(fù)步驟(a)到(g)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，進(jìn)一步包括(i)如果所述步驟(g)顯示出現(xiàn)了實(shí)際錯(cuò)誤或者可能出現(xiàn)潛在錯(cuò)誤，則生成通知。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述可控半導(dǎo)體進(jìn)一步包括散熱器，并且所述方法進(jìn)一步包括
(j)至少部分基于所述的一組參數(shù)和所述的一組器件數(shù)據(jù)，確定所述可控半導(dǎo)體的預(yù)測(cè)的散熱器溫度；
(k)測(cè)量所述可控半導(dǎo)體的實(shí)際的散熱器溫度；
(l)如果所述實(shí)際的散熱器溫度高于所期望的散熱器溫度，則確定至少存在散熱器和散熱器冷卻液?jiǎn)栴}中之一。
39.一種用于確定已安裝的器件的功率處理能力的方法，其包括
測(cè)量所述已安裝器件的溫度；
確定預(yù)期由測(cè)試脈沖所引起的所述已安裝器件的預(yù)測(cè)溫度變化；
向所述已安裝器件發(fā)送所述測(cè)試脈沖；
測(cè)量由所述測(cè)試脈沖引起的所述已安裝器件的實(shí)際溫度變化；以及
比較所述實(shí)際溫度變化與所述預(yù)測(cè)溫度變化。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，進(jìn)一步包括利用所述實(shí)際溫度變化和所述預(yù)測(cè)溫度變化的比較來(lái)確定所述已安裝器件的功率處理能力。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，進(jìn)一步包括以下至少之一
(a)至少部分基于所述功率處理能力向所述已安裝器件分配負(fù)載；
(b)至少部分基于所述功率處理能力調(diào)節(jié)可操作性地耦合到所述已安裝器件的負(fù)載；以及
(c)至少部分基于所述功率處理能力重新分布可操作性地耦合到所述已安裝器件的負(fù)載。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中所述步驟(c)進(jìn)一步包括基于已知的一個(gè)或多個(gè)其它已安裝功率器件的至少一部分的功率處理能力，為所述一個(gè)或多個(gè)其它已安裝功率器件重新分布負(fù)載。
全文摘要
提供一種器件(100)，其包括可控半導(dǎo)體(102)、傳感器(106)和控制器(104)。該可控半導(dǎo)體(102)與第一工作參數(shù)和第二工作參數(shù)相關(guān)，其中至少第一工作參數(shù)是可控制的。傳感器(106)與可控半導(dǎo)體器件(102)通信，并且獲得與可控半導(dǎo)體器件的第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。控制器(104)與可控半導(dǎo)體器件(102)和傳感器(106)通信。控制器(104)配置為可訪問(wèn)與可控半導(dǎo)體(102)相關(guān)的器件數(shù)據(jù)、控制第一工作參數(shù)、并接收來(lái)自第一傳感器(106)的與第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)?？刂破?104)根據(jù)器件數(shù)據(jù)確定第一預(yù)測(cè)值；比較與第二工作參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和第一預(yù)測(cè)值；且如果基于該比較而檢測(cè)到第一狀況，則動(dòng)態(tài)修正第一工作參數(shù)。
文檔編號(hào)H03K17/082GK101167251SQ200680010862
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者B·S·雅各布森 申請(qǐng)人:雷聲公司