專利名稱：具有溫度保護(hù)電子開(kāi)關(guān)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有溫度保護(hù)電子開(kāi)關(guān)的電子電路以及用于驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)的方法。
背景技術(shù)：
諸如MOSFET、IGBT或其他類型的晶體管之類的電子開(kāi)關(guān)被廣泛地用作對(duì)電負(fù)載(比如電動(dòng)機(jī)、燈、磁閥等等)進(jìn)行開(kāi)關(guān)的電子開(kāi)關(guān)。在這些應(yīng)用中，電子開(kāi)關(guān)與負(fù)載串聯(lián)連接，其中具有電子開(kāi)關(guān)和負(fù)載的串聯(lián)電路被連接在電源端子之間?？梢酝ㄟ^(guò)接通及關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)來(lái)接通及關(guān)斷負(fù)載。通常，電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻(其是導(dǎo)通狀態(tài)中電子開(kāi)關(guān)的電阻)低于負(fù)載的電阻，因此在正常操作狀態(tài)中，當(dāng)電子開(kāi)關(guān)被接通時(shí)，電子開(kāi)關(guān)兩端的電壓降顯著低于負(fù)載兩端的電壓降。然而，當(dāng)在負(fù)載中存在短路并且當(dāng)電子開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)兩端的電 壓降增大，并且在電子開(kāi)關(guān)中耗散的電功率增大。耗散的功率的增大導(dǎo)致電子開(kāi)關(guān)的溫度升高。根據(jù)用于保護(hù)電子開(kāi)關(guān)免受損壞的第一種方法，可以檢測(cè)電子開(kāi)關(guān)中的溫度，并且可以在所述溫度達(dá)到給定溫度閾值時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)。根據(jù)第二種方法，可以測(cè)量電子開(kāi)關(guān)中的第一溫度和遠(yuǎn)離電子開(kāi)關(guān)的第二溫度，并且可以在這兩個(gè)溫度之間的差達(dá)到給定溫度差閾值時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)。第一和第二種方法這二者可以被一起應(yīng)用。需要對(duì)于電子開(kāi)關(guān)的改進(jìn)的溫度保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，公開(kāi)了一種電子電路。所述電子電路包括集成在半導(dǎo)體本體(body)中并且具有控制端子的電子開(kāi)關(guān)。所述電子開(kāi)關(guān)還包括耦合到控制端子并且包括熱保護(hù)電路的驅(qū)動(dòng)電路。所述熱保護(hù)電路包括第一溫度傳感器，其具有位于所述半導(dǎo)體本體上的第一位置的第一傳感器元件，其中第一溫度傳感器被配置成提供代表在第一位置處的溫度的第一溫度信號(hào)。所述熱保護(hù)電路還包括溫度傳播檢測(cè)電路，其被配置成檢測(cè)所述半導(dǎo)體本體中的溫度傳播并且被配置成提供溫度傳播信號(hào)，其中所述熱保護(hù)電路被配置成當(dāng)在第一位置處的溫度上升到第一閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)，并且其中第一閾值取決于所述溫度傳播信號(hào)。根據(jù)第二方面，公開(kāi)了一種用于驅(qū)動(dòng)集成在半導(dǎo)體本體中的電子開(kāi)關(guān)的方法。所述方法包括測(cè)量在半導(dǎo)體本體的第一位置處的第一溫度；檢測(cè)半導(dǎo)體本體中的溫度傳播；以及當(dāng)在第一位置處的溫度上升到第一閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)。第一閾值是根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播來(lái)設(shè)置的。


現(xiàn)在將參照附圖解釋實(shí)例。附圖用來(lái)說(shuō)明基本原理，因此只示出對(duì)于理解基本原理所必需的方面。附圖不是按比例的。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征。圖I示出具有電子開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路的電子電路；
圖2示意性地示出其中實(shí)施了電子開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體本體的頂視圖，并且示出用于溫度測(cè)量的第一和第二位置；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的溫度保護(hù)方法的方法步驟，其包括檢測(cè)半導(dǎo)體本體中的溫度傳播；
圖4示出用于檢測(cè)溫度傳播的方法步驟；
圖5示出包括熱保護(hù)電路的驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例；
圖6示出根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)并且根據(jù)熱保護(hù)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)的第一實(shí)施
例；
圖7示出根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)并且根據(jù)熱保護(hù)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施
例；
圖8示出熱保護(hù)電路的第一實(shí)施例；
圖9示意性地示出其中實(shí)施了電子開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體本體的頂視圖，并且示出用于溫度測(cè)量的第一、第二和第三位置；
圖10示出熱保護(hù)電路的第二實(shí)施例；以及 圖11示出熱保護(hù)電路的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖I示出具有電子開(kāi)關(guān)I和被配置成驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)I的驅(qū)動(dòng)電路2的電子電路。電子開(kāi)關(guān)I具有負(fù)載路徑和控制端子，其中所述控制端子被連接到驅(qū)動(dòng)電路2的輸出并且從驅(qū)動(dòng)電路2接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)SDKV。在圖I所示的電子電路中，電子開(kāi)關(guān)I被實(shí)施為M0SFET，具體而言被實(shí)施為η型MOSFET。MOSFET具有漏極和源極端子以及柵極端子。柵極端子是MOSFET的控制端子，并且MOSFET的負(fù)載路徑在漏極與源極端子之間延伸。應(yīng)當(dāng)注意，將電子開(kāi)關(guān)I實(shí)施為η型MOSFET僅僅是實(shí)例。電子開(kāi)關(guān)I也可以被實(shí)施為另一類型的M0SFET，t匕如P型MOSFET，或者電子開(kāi)關(guān)I可以被實(shí)施為另一類型的晶體管，比如IGBT、JFET或BJT。電子開(kāi)關(guān)I可以被采用作為對(duì)電負(fù)載Z (比如電動(dòng)機(jī)、燈、致動(dòng)器(actor)等等)進(jìn)行開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)。出于說(shuō)明的目的，在圖I中也(用虛線)示出負(fù)載Z。負(fù)載Z與電子開(kāi)關(guān)I的負(fù)載路徑串聯(lián)連接，其中具有電子開(kāi)關(guān)I和負(fù)載Z的串聯(lián)電路被連接在用于正供電電位V+與負(fù)供電電位或參考電位GND的供電端子之間。在圖I所示的實(shí)施例中，電子開(kāi)關(guān)I被連接在低側(cè)配置中，這意味著電子開(kāi)關(guān)I被連接在負(fù)載Z與用于參考電位GND的端子之間。然而，這僅僅是實(shí)例。電子開(kāi)關(guān)I也可以被連接在高側(cè)配置中。驅(qū)動(dòng)電路2被配置成根據(jù)輸入信號(hào)Sin來(lái)接通及關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I，其中當(dāng)電子開(kāi)關(guān)I處于導(dǎo)通狀態(tài)(被接通)時(shí)負(fù)載Z被接通，并且當(dāng)電子開(kāi)關(guān)I處于斷開(kāi)狀態(tài)(被關(guān)斷)時(shí)負(fù)載Z被關(guān)斷。當(dāng)電子開(kāi)關(guān)I被接通并且當(dāng)負(fù)載Z處于正常(無(wú)故障)操作中時(shí)，在供電端子之間可用的供電電壓主要在負(fù)載Z兩端下降。然而，當(dāng)電子開(kāi)關(guān)I處于導(dǎo)通狀態(tài)并且在負(fù)載Z中存在短路時(shí)，供電電壓主要在電子開(kāi)關(guān)I的負(fù)載路徑兩端下降。在這種情況下，在電子開(kāi)關(guān)I中耗散大量電功率，這導(dǎo)致電子開(kāi)關(guān)I的溫度升聞。
驅(qū)動(dòng)電路2包括熱保護(hù)電路，其將在下文被更詳細(xì)地解釋。該熱保護(hù)電路被配置成保護(hù)電子開(kāi)關(guān)I免于過(guò)熱。將參照?qǐng)D2和3解釋所述熱保護(hù)電路所采用的溫度保護(hù)方法的第一實(shí)施例。圖2示意性地示出其中集成了電子開(kāi)關(guān)I的半導(dǎo)體本體(半導(dǎo)體芯片、半導(dǎo)體管芯)100的頂視圖。半導(dǎo)體本體100包括第一有源(active)區(qū)11，其中集成了電子開(kāi)關(guān)I的有源區(qū)，比如本體、源極和漏極區(qū)。半導(dǎo)體本體100還包括外部區(qū)12，其是半導(dǎo)體本體100的與有源區(qū)11相鄰的區(qū)域。外部區(qū)12可以包括邏輯電路，比如驅(qū)動(dòng)電路2或者驅(qū)動(dòng)電路2的部分。圖2中的P1、P2表示半導(dǎo)體本體100上的第一和第二位置。第一位置Pl被布置在有源區(qū)11內(nèi)，以及第二位置P2被布置在外部區(qū)12內(nèi)并且遠(yuǎn)離有源區(qū)11。參照?qǐng)D3，所述溫度保護(hù)方法包括測(cè)量在第一位置Pl處的第一溫度Tl (方法步驟210)，以及當(dāng)?shù)谝粶囟萒l高于溫度閾值時(shí)關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I (方法步驟220)。所述方法還包括檢測(cè)半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播(方法步驟230)，具體而言是在半導(dǎo)體本體100的外部區(qū)12中，以及根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播提供所述溫度閾值(方法步驟240)。 參照?qǐng)D4，檢測(cè)半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播的方法步驟230可以包括測(cè)量在第二位置P2處的第二溫度T2 (方法步驟221)，以及評(píng)估第一溫度Tl與第二溫度T2之間的溫度差。第一和第二位置P1、P2之間的溫度差是對(duì)于半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播的量度(measure)ο例如當(dāng)在負(fù)載Z中發(fā)生短路時(shí)(參見(jiàn)圖I),在處于電子開(kāi)關(guān)I的有源區(qū)11內(nèi)的第一位置Pl處的溫度將快速地升高。在發(fā)生短路與在第一位置Pl處溫度的升高之間的延遲時(shí)間例如處于幾微秒(μ s)的范圍內(nèi)，比如在5μ s與15 μ s之間。半導(dǎo)體本體100具有影響從有源區(qū)11 (其中能量被耗散)到外部區(qū)12中的熱或溫度傳播的熱阻抗。由于第二位置Ρ2被布置成遠(yuǎn)離有源區(qū)11，因此在負(fù)載中發(fā)生短路與在第二位置Ρ2處的溫度開(kāi)始升高的時(shí)間之間的延遲時(shí)間長(zhǎng)于在第一位置Pl處的延遲時(shí)間。因此，在發(fā)生短路時(shí)，在第一和第二溫度Tl、Τ2之間存在高的溫度差。第一和第二溫度Tl、Τ2的該溫度差是對(duì)于半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播的量度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述溫度閾值取決于第一和第二溫度Τ1、Τ2之間的第一溫度差dTl。溫度閾值與溫度差dTl的相關(guān)性例如使得存在該溫度差dTl的至少一個(gè)溫度差范圍，在該范圍內(nèi)所述溫度閾值隨著溫度差dTl的增大而減小。圖5示出驅(qū)動(dòng)電路2的第一實(shí)施例。根據(jù)圖5的驅(qū)動(dòng)電路2接收輸入信號(hào)SIN，提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv，并且包括熱保護(hù)電路3。熱保護(hù)電路3被配置成提供熱保護(hù)信號(hào)Stp，其中驅(qū)動(dòng)電路2被配置成根據(jù)輸入信號(hào)Sin并且根據(jù)熱保護(hù)信號(hào)Stp來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)SDKV。當(dāng)熱保護(hù)信號(hào)Stp表明在第一位置Pl處的第一溫度Tl已經(jīng)達(dá)到第一溫度閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路2關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I。這將在下面被更詳細(xì)地解釋。參照?qǐng)D5，熱保護(hù)電路3包括第一溫度傳感器4和第二溫度傳感器5。第一溫度傳感器4被布置在第一位置Pl處，并且被配置成提供代表第一溫度Tl的第一溫度信號(hào)ST1。第二溫度傳感器5被布置在第二位置P2處，并且被配置成提供代表在第二位置P2處的第二溫度T2的第二溫度信號(hào)ST2。評(píng)估電路6接收第一和第二溫度信號(hào)ST1、S12,并且生成熱保護(hù)信號(hào)STP。圖6不出根據(jù)輸入信號(hào)Sin和熱保護(hù)信號(hào)Stp來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv并且驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)I的第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路2包括邏輯門21 (比如與門)，其接收輸入信號(hào)Sin和熱保護(hù)信號(hào)STP。在邏輯門21的輸出處驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv是可用的，其中可選地將驅(qū)動(dòng)器22連接到邏輯門21的下游。驅(qū)動(dòng)器22被配置成將在邏輯門21的輸出處可用的邏輯信號(hào)放大到適于驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)I的信號(hào)電平。驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv米取導(dǎo)通電平和斷開(kāi)電平之一,其中當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv米取導(dǎo)通電平時(shí)電子開(kāi)關(guān)I被接通，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv采取斷開(kāi)電平時(shí)電子開(kāi)關(guān)I被關(guān)斷。同樣地，輸入信號(hào)Sin可以采取表明將要接通電子開(kāi)關(guān)I的導(dǎo)通電平以及表明將要關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I的斷開(kāi)電平。熱保護(hù)信號(hào)Stp可以采取正常電平和保護(hù)電平，其中當(dāng)熱保護(hù)信號(hào)Stp采取保護(hù)電平時(shí)電子開(kāi)關(guān)I將被關(guān)斷，而當(dāng)熱保護(hù)信號(hào)Stp采取正常電平時(shí)其不影響電子開(kāi)關(guān)I的開(kāi)關(guān)。出于解釋的目的，假設(shè)輸入信號(hào)Sin的導(dǎo)通電平是高電平(邏輯“1”)，輸入信號(hào)Sin的斷開(kāi)電平是低電平(邏輯“0”)，熱保護(hù)信號(hào)Stp的保護(hù)電平是低電平(邏輯“0”)，以及熱保護(hù)信號(hào)Stp的正常電平是高電平(邏輯“I”)。在這種情況下，每當(dāng)輸入信號(hào)Sin采取斷開(kāi)電平并且每當(dāng)熱保護(hù)信號(hào)Stp采取保護(hù)電平時(shí)，與門21在其輸出處生成低電平以便關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I。不用說(shuō)，輸入信號(hào)Sin的導(dǎo)通電平和斷開(kāi)電平以及熱保護(hù)信號(hào)Stp的保護(hù)電平和正常電平還可以由除了前面所解釋的之外的其他信號(hào)電平來(lái)表示。在這種情況下，必須將邏輯門21適配于這些信號(hào)SIN、Stp的信號(hào)電平?！?br> 圖7示出根據(jù)輸入信號(hào)Sin和熱保護(hù)信號(hào)Stp來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sdkv并且驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)I的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，電子開(kāi)關(guān)23 (比如晶體管)被連接在電子開(kāi)關(guān)I的控制端子與其中一個(gè)負(fù)載端子之間。在其中電子開(kāi)關(guān)I被實(shí)施為MOSFET的圖7所示的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)23被連接在柵極端子G與源極端子S之間。開(kāi)關(guān)23由熱保護(hù)信號(hào)Stp控制，其中每當(dāng)熱保護(hù)信號(hào)Stp采取保護(hù)電平時(shí)，開(kāi)關(guān)23就被接通，以便關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I。在該實(shí)施例中，保護(hù)電平Stp例如是適于接通開(kāi)關(guān)23的高電平。圖8示出根據(jù)第一實(shí)施例的熱保護(hù)電路3的電路圖。在該熱保護(hù)電路3中，第一和第二傳感器5、6被實(shí)施為正向偏置的二極管。特別地，溫度傳感器5、6被實(shí)施為連接為二極管的雙極型晶體管，這意味著每個(gè)晶體管的基極端子被連接到其集電極端子。參照?qǐng)D8，評(píng)估電路4包括參考信號(hào)發(fā)生器41，其生成代表溫度閾值的參考信號(hào)Seefio該參考信號(hào)發(fā)生器41包括具有電阻器411和與電阻器411串聯(lián)連接的可變第一電流源412的串聯(lián)電路。具有電阻器411和第一電流源412的所述串聯(lián)電路被連接在電壓供電端子之間，在所述電壓供電端子之間供電電壓Vs是可用的。參考信號(hào)Skefi是在電阻器411與第一電流源412之間的電路節(jié)點(diǎn)處的電位。該電位等于供電電壓或供電電位Vs減去由第一電流源412提供的電流所誘發(fā)的電阻器411兩端的電壓降V411。出于解釋的目的，假設(shè)電阻器411具有在很大程度上獨(dú)立于溫度的電阻。在這種情況下，當(dāng)?shù)谝浑娏髟?12提供的電流1412增大時(shí)，參考信號(hào)Skefi減小。評(píng)估電路4還包括與溫度傳感器5串聯(lián)連接的電流源42。該電流源42通過(guò)傳感器5汲取電流，其中該電流導(dǎo)致傳感器5兩端的電壓降V5。正向偏置的二極管兩端的電壓(比如在圖8的溫度傳感器5中)具有負(fù)溫度系數(shù)，這意味著當(dāng)溫度升高時(shí)電壓V5減小。第一溫度信號(hào)Sn是在第一溫度傳感器5與第二電流源42之間的電路節(jié)點(diǎn)處的電壓。該溫度信號(hào)Sn等于供電電壓Vs減去溫度傳感器5兩端的電壓降V5，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，第一溫度信號(hào)Sn增大。參照?qǐng)D8，在比較器43的輸出處熱保護(hù)信號(hào)Stp是可用的，所述比較器43在第一輸入處接收第一溫度信號(hào)Sn并且在第二輸入處接收參考信號(hào)SKEF1。在圖8所示的實(shí)施例中，比較器43的第一輸入是反相輸入，而第二輸入是非反相輸入。在該實(shí)施例中，熱保護(hù)信號(hào)Stp的保護(hù)信號(hào)電平(其是熱保護(hù)信號(hào)Stp在第一溫度Tl達(dá)到溫度閾值時(shí)或者在第一熱保護(hù)信號(hào)Sn達(dá)到參考信號(hào)Skefi時(shí)所采取的信號(hào)電平)是低電平。如果期望將熱保護(hù)信號(hào)Stp的高電平作為保護(hù)電平，則必須改變比較器43的輸入。參照?qǐng)D8，熱保護(hù)電路3還包括布置在半導(dǎo)體本體100的第二位置P2處的第二溫度傳感器6 (參見(jiàn)圖2)。與第一溫度傳感器5—樣,第二溫度傳感器6被實(shí)施為連接為二極管的雙極型二極管。第三電流源45與第二溫度傳感器6串聯(lián)連接，其中具有第二溫度傳感器6和第三電流源45的串聯(lián)電路被連接在供電端子之間。第二溫度傳感器6的操作原理與前面解釋的第一溫度傳感器的操作原理相同。在第二溫度傳感器6與電流源45之間的電路節(jié)點(diǎn)處第二溫度信號(hào)St2是可用的。與第一溫度信號(hào)Sn —樣，第二溫度信號(hào)St2是電位，其中當(dāng)在第二溫度傳感器6處的溫度升高時(shí)，第二溫度信號(hào)St2增大。為了根據(jù)在第一和第二溫度傳感器5、6處的溫度之間的溫度差來(lái)調(diào)節(jié)參考信號(hào)Skefi,熱保護(hù)電路3包括放大器44,其在非反相輸入處接收第一溫度信號(hào)Sn,在反相輸入處 接收第二溫度信號(hào)St2，并且生成控制由第一電流源412提供的電流1412的輸出信號(hào)S44。該放大器44的輸出信號(hào)S44取決于第一和第二溫度信號(hào)ST1、ST2之間的差。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可控電流源412被配置成在所述放大器的輸出信號(hào)S44 (其代表第一和第二溫度信號(hào)S11 > S12之間的差)增大時(shí)增大電流1412，以便減小參考信號(hào)SKEF1。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電流源412被配置成在放大器輸出信號(hào)S44改變時(shí)持續(xù)地改變電流1412。根據(jù)另一實(shí)施例，所述電流源是分立電流源，其根據(jù)放大器輸出信號(hào)S44提供兩個(gè)(或更多個(gè))輸出電流1412之一，其中電流源412可以在代表所述溫度差的放大器信號(hào)S44低于給定閾值時(shí)提供第一電流,并且可以在放大器信號(hào)S44高于閾值時(shí)提供第二電流。圖9示出根據(jù)另一實(shí)施例的半導(dǎo)體本體100的頂視圖。在該實(shí)施例中，測(cè)量在半導(dǎo)體本體100的三個(gè)不同位置P1、P2、P3處的溫度。第二和第三位置P2、P3是外部區(qū)12中的位置，而第一位置Pl處于其中實(shí)施了電子開(kāi)關(guān)I的有源區(qū)11內(nèi)。第三位置P3被布置成比第二位置P2更加遠(yuǎn)離有源區(qū)11。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二和第三位置P2、P3被選擇成使得，在電子開(kāi)關(guān)I中一發(fā)生短路，在第二位置P2處的溫度就在大約5ms到15ms之后上升，而在第三位置P3處的溫度在發(fā)生短路之后的大約40ms與60ms之間之后上升。利用在這三個(gè)位置P1、P2、P3處獲得的溫度Tl、T2、T3來(lái)保護(hù)電子開(kāi)關(guān)I的第一種方法包括將第一溫度Tl與第一溫度閾值進(jìn)行比較；當(dāng)?shù)谝粶囟萒l達(dá)到第一溫度閾值或升高到第一溫度閾值以上時(shí)，關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I ;基于在第二位置P2和第三位置P3處的溫度之間的溫度差來(lái)檢測(cè)半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播；以及根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播來(lái)調(diào)節(jié)溫度閾值。利用在這三個(gè)位置P1、P2、P3處獲得的溫度Tl、T2、T3來(lái)保護(hù)電子開(kāi)關(guān)I的第二種方法包括將第一溫度Tl與第一溫度閾值進(jìn)行比較；將第一和第三溫度T1、T3之間的溫度差Τ1-Τ3與溫度差閾值進(jìn)行比較；當(dāng)?shù)谝粶囟萒l達(dá)到第一溫度閾值或升高到第一溫度閾值以上時(shí)和/或當(dāng)溫度差Τ1-Τ3達(dá)到溫度差閾值或升高到溫度差閾值以上時(shí)，關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I ;基于在第二位置Ρ2和第三位置Ρ3處的溫度之間的溫度差來(lái)檢測(cè)半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播；以及根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播來(lái)調(diào)節(jié)所述溫度閾值和溫度差閾值中的至少一個(gè)。
在第二和第三位置處的溫度T2、T3之間的溫度差在下文中將被稱作第二溫度閾值。該第二溫度差是對(duì)于半導(dǎo)體本體100中的溫度傳播的量度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述溫度閾值和溫度差閾值中的至少一個(gè)取決于該第二溫度差T2-T3。根據(jù)另一實(shí)施例，第一溫度Tl與第三溫度T3之間的溫度差T1-T3被用作溫度傳播的量度。在這種情況下，所述溫度閾值和溫度差閾值中的至少一個(gè)取決于溫度差T1-T3。圖10示出被配置成根據(jù)第一、第二和第三溫度T1、T2、T3來(lái)生成熱保護(hù)信號(hào)Stp的熱保護(hù)電路3的一個(gè)實(shí)施例。圖10的熱保護(hù)電路3是基于圖8的熱保護(hù)電路，其中圖10的熱保護(hù)電路附加地包括第三溫度傳感器7。該溫度傳感器7位于半導(dǎo)體本體10中的第三位置Ρ3處，并且與第一和第二溫度傳感器5、6 —樣被實(shí)施為連接為二極管的雙極型晶體管。第四電流源47與第三溫度傳感器7串聯(lián)連接，其中具有第三溫度傳感器7和第四電流源47的串聯(lián)電路被連接在電壓供電端子之間。在第三溫度傳感器7與第四電流源47之間的電路節(jié)點(diǎn)處第三溫度信號(hào)St3是可用的。與圖8的熱保護(hù)電路中一樣，在比較器43的輸出處熱保護(hù)信號(hào)Stp是可用的，所述·比較器43接收來(lái)自參考信號(hào)發(fā)生器41的參考信號(hào)Skefi以及第一溫度信號(hào)ST1。該比較器43在下文中將被稱作第一比較器。參照?qǐng)D10，放大器49計(jì)算第二溫度信號(hào)St2與第三溫度信號(hào)St3之間的差，并且提供取決于該差的輸出信號(hào)S49。放大器輸出信號(hào)S49由第一電流源412接收，以便根據(jù)該溫度差調(diào)節(jié)由該電流源412提供的電流，并且以便調(diào)節(jié)由參考信號(hào)Skefi所代表的溫度閾值。第一電流源412被實(shí)施成使得由該電流源412提供的電流1412在放大器輸出信號(hào)S49增大時(shí)增大，以便減小溫度閾值SKEF1。在圖10所示的實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙囟刃盘?hào)St2與第三溫度信號(hào)St3之間的差增大時(shí)，放大器輸出信號(hào)S49增大。與圖8的實(shí)施例中一樣，在第二溫度傳感器6與第三電流源45之間的電路節(jié)點(diǎn)處第二溫度信號(hào)St2是可用的?？蛇x地，電阻器49被連接在第二溫度傳感器6與第三電流源45之間，其中在這種情況下在所述另一電阻器49與第三電流源45之間第二溫度信號(hào)St2是可用的。該電阻器49用來(lái)生成第二溫度信號(hào)的偏移?，F(xiàn)在解釋溫度保護(hù)電路的操作原理。出于解釋的目的，假設(shè)在負(fù)載Z中存在短路(參見(jiàn)圖7)，這導(dǎo)致經(jīng)過(guò)晶體管I的負(fù)載電流增大，并且因此導(dǎo)致半導(dǎo)體本體100中的溫度升高。還假設(shè)第一比較器43是滯后比較器，其在第一溫度Tl達(dá)到溫度閾值時(shí)使得晶體管I被關(guān)斷，并且在第一溫度Tl下降到對(duì)應(yīng)于溫度閾值減去滯后值的溫度時(shí)(并且當(dāng)輸入信號(hào)Sin仍然具有導(dǎo)通電平時(shí))使得晶體管I被再次接通。出于解釋的目的，還假設(shè)在負(fù)載Z中發(fā)生短路(參見(jiàn)圖7)，并且輸入信號(hào)Sin在所述短路的周期期間具有導(dǎo)通電平。緊接在發(fā)生短路之后，在第一位置Pl處的溫度升高，同時(shí)在第二和第三位置P2、P3處沒(méi)有顯著的溫度升高。因此，由參考信號(hào)Skefi所代表的溫度閾值具有起始值。當(dāng)?shù)谝粶囟萒l達(dá)到溫度閾值時(shí)，晶體管I被關(guān)斷。在所述斷開(kāi)周期期間，第一溫度Tl可能降低，并且在第一位置處的熱可能在第二和第三位置P2、P3的方向上在半導(dǎo)體本體100中傳播。當(dāng)?shù)谝粶囟萒l下降到低于溫度閾值減去滯后時(shí)，晶體管I被再次接通。在關(guān)斷及接通晶體管I的幾個(gè)周期之后，在第二位置P2處的溫度可能由于半導(dǎo)體本體10中的熱傳播而升高，同時(shí)在被布置成更加遠(yuǎn)離第一位置Pl的第三位置P3處的溫度尚未受到半導(dǎo)體本體100中的熱傳播的影響。當(dāng)?shù)诙囟萒2升高并且第三溫度T3可能沒(méi)有改變時(shí)，第二和第三溫度T2、T3之間的溫度差增大，這導(dǎo)致溫度閾值減小。減小溫度閾值具有晶體管I在較低溫度被關(guān)斷的效果，這減小了半導(dǎo)體本體100的溫度誘發(fā)的應(yīng)力，并且因此提高晶體管的魯棒性。減小溫度閾值需要從熱被耗散的第一位置Pl到第二位置Ρ2的熱傳播，使得只有當(dāng)短路存在的時(shí)間長(zhǎng)得足以使得溫度從第一位置Pl傳播到第二位置Ρ2時(shí)才有溫度閾值的減小?？蛇x地，控制器10 (圖7中用虛線示出)監(jiān)測(cè)晶體管I的與溫度相關(guān)的關(guān)斷和接通，并且在已經(jīng)達(dá)到給定次數(shù)的開(kāi)關(guān)周期時(shí)或者在溫度誘發(fā)的關(guān)斷和接通所存在的時(shí)間長(zhǎng)于給定的時(shí)間周期時(shí)(例如在200ms與300ms之間)通過(guò)把輸入信號(hào)Sin設(shè)置為斷開(kāi)電平來(lái)關(guān)斷晶體管I。圖11示出溫度保護(hù)電路的另一實(shí)施例。根據(jù)圖11的電路是基于根據(jù)圖10的電路，并且還包括第二比較器48，所述第二比較器48在非反相輸入處接收第三溫度信號(hào)ST3， 并且在反相輸入處接收代表第一溫度信號(hào)Sn減去溫度差閾值信號(hào)的信號(hào)St1_aKEF。該溫度差閾值信號(hào)由連接在第一溫度傳感器5與第二電流源44之間的電阻器46兩端的電壓V46代表。在第一溫度傳感器5與電阻器46之間的電路節(jié)點(diǎn)處第一溫度信號(hào)Sn是可用的，同時(shí)在電阻器46與第二電流源44之間的電路節(jié)點(diǎn)處信號(hào)ST1_,KEF是可用的。第二比較器48的輸出信號(hào)S48可以采取兩個(gè)不同信號(hào)電平之一，即當(dāng)信號(hào)ST1_,KEF低于第三溫度信號(hào)St3時(shí)米取第一信號(hào)電平，并且在信號(hào)St1_aKEF高于第三溫度信號(hào)St3時(shí)米取第二信號(hào)電平。在第一種情況下，第一和第三溫度信號(hào)ST1、ST3之間的差Sti-St3低于電壓V46所代表的差閾值信號(hào)，以及在第二種情況下，第一和第三溫度信號(hào)ST1、St3之間的差Sti-St3高于所述溫度差閾值信號(hào)。在第一種情況下，第一和第三溫度Tl、T3之間的溫度差T1-T3低于電壓V46所定義的閾值，而在第二種情況下，該溫度差T1-T3高于所述溫度差閾值。在圖11的實(shí)施例中，第二比較器48的輸出信號(hào)S48的第一信號(hào)電平是低電平(邏輯“0”)，而第二信號(hào)電平是高電平(邏輯“I”)。第一比較器43的輸出信號(hào)S43和第二比較器48的輸出信號(hào)S48被邏輯電路50接收，其根據(jù)這些比較器信號(hào)S43、S48生成熱保護(hù)信號(hào)STP。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，邏輯電路50被實(shí)施成使得當(dāng)滿足下列條件中的至少一個(gè)時(shí)，熱保護(hù)信號(hào)Stp關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I :第一溫度Tl高于溫度閾值；第一和第三溫度T1、T3之間的溫度差Τ1-Τ3高于溫度差閾值。根據(jù)另一實(shí)施例，邏輯電路5包括與門或者被實(shí)施為與門。在這種情況下，只有當(dāng)前面解釋的兩個(gè)條件都被滿足時(shí)才通過(guò)熱保護(hù)信號(hào)Stp關(guān)斷電子開(kāi)關(guān)I。在圖11的電路中，電流源412限定溫度閾值，并且電流源44限定溫度差閾值。這些電流源412、44中的至少一個(gè)接收放大器信號(hào)S49，以便根據(jù)半導(dǎo)體本體中的溫度傳播來(lái)調(diào)節(jié)溫度閾值和差溫度閾值中的至少一個(gè)，其中第二和第三溫度Τ2、Τ3之間的溫度差是對(duì)于溫度傳播的量度。參考信號(hào)發(fā)生器41的電流源412例如被實(shí)施成使得由該電流源412提供的電流1412在放大器信號(hào)S49增大時(shí)增大，以便減小閾值SKEF1。電流源44例如被實(shí)施成使得由該電流源44提供的電流144在放大器輸出信號(hào)S49增大時(shí)減小。當(dāng)電流144減小時(shí)，電阻器46兩端的電壓降V46減小，使得所述差溫度閾值(其由電壓降V46代表)減小。可以像常規(guī)可控電流源一樣實(shí)施電流源412、44。應(yīng)當(dāng)注意，雖然前面公開(kāi)的實(shí)施例包括諸如電流源之類的模擬器件，但是本發(fā)明的實(shí)施例不限于利用模擬器件來(lái)實(shí)施。代之以，本發(fā)明的實(shí)施例也可以利用數(shù)字器件或者利用具有模擬和數(shù)字器件的混合技術(shù)來(lái)實(shí)施。雖然已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例，但是下述對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，即在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出將實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的其中一些優(yōu)點(diǎn)的各種改變和修改。下述對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯然的，即可以用執(zhí)行相同功能的其他部件來(lái)合適地替代。應(yīng)當(dāng)提到的是，參照特定圖解釋的特征可以與其他圖的特征相組合，甚至是在還沒(méi)有明確地提到這一點(diǎn)的那些情況下。此外，本發(fā)明的方法可以利用適當(dāng)?shù)奶幚砥髦噶钔ㄟ^(guò)全軟件實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者可以通過(guò)利用了硬件邏輯與軟件邏輯的組合以獲得相同結(jié)果的混合實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于本發(fā)明的構(gòu)思的這種修改意圖由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)覆蓋。諸如“在…下”、“以下”、“下方”、“在…上”、“上方”等等之類的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)是為
了易于描述而使用的，以解釋一個(gè)元件相對(duì)于第二元件的定位。這些術(shù)語(yǔ)意圖除了與附圖中所描繪的那些不同的取向之外還包含器件的不同取向。此外，諸如“第一”、“第二”等等 之類的術(shù)語(yǔ)還被用來(lái)描述各種元件、區(qū)域、部分等等，并且也不意圖進(jìn)行限制。相同的術(shù)語(yǔ)在整個(gè)描述中指代相同的元件。如在這里所使用的術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“包括”、“包括”等等是開(kāi)放式術(shù)語(yǔ)，其表明所述元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠詞“一個(gè)”、“一”、“所述”意圖包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有清楚地指示。應(yīng)當(dāng)理解，在這里所描述的各種實(shí)施例的特征可以彼此組合，除非另有專門地說(shuō)明。雖然在這里已經(jīng)示出并描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以用多種替換的和/或等同的實(shí)施來(lái)替代所示出并描述的特定實(shí)施例。本申請(qǐng)意圖覆蓋在這里所討論的特定實(shí)施例的任何適配或變化。因此，本發(fā)明意圖僅由權(quán)利要求書(shū)及其等同物來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種電子電路,包括 電子開(kāi)關(guān)，其被集成在半導(dǎo)體本體中并且具有控制端子；以及 驅(qū)動(dòng)電路，其被耦合到所述控制端子并且包括溫度保護(hù)電路，所述溫度保護(hù)電路包括: 第一溫度傳感器，其具有位于所述半導(dǎo)體本體上的第一位置的第一傳感器元件，第一溫度傳感器被配置成提供代表在第一位置處的溫度的第一溫度信號(hào)；以及 溫度傳播檢測(cè)電路，其被配置成檢測(cè)所述半導(dǎo)體本體中的溫度傳播并且被配置成提供溫度傳播信號(hào)； 其中所述溫度保護(hù)電路被配置成當(dāng)在第一位置處的溫度上升到第一閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)；以及 其中，第一閾值取決于所述溫度傳播信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，所述溫度傳播檢測(cè)電路還包括第二溫度傳感器，第二溫度傳感器具有位于遠(yuǎn)離第一位置的第二位置的第二傳感器元件，并且第二溫度傳感器被配置成提供代表在第二位置處的溫度的第二溫度信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其中，所述溫度傳播檢測(cè)電路被配置成根據(jù)第一溫度信號(hào)與第二溫度信號(hào)之間的差來(lái)生成所述溫度傳播信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路， 其中，所述半導(dǎo)體本體包括其中集成了所述電子開(kāi)關(guān)的第一有源區(qū)， 其中，第一溫度傳感器被布置在第一有源區(qū)內(nèi)，以及 其中，第二溫度傳感器被布置在第一有源區(qū)之外。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路， 其中，所述溫度保護(hù)電路還包括第三溫度傳感器，其具有位于遠(yuǎn)離第一位置和第二位置的第三位置的第三傳感器元件，第三溫度傳感器被配置成提供代表在第三位置處的溫度的第三溫度信號(hào)，以及 其中，所述溫度保護(hù)電路還被配置成當(dāng)在第一位置處的溫度與在第三位置處的溫度之間的溫度差上升到第二溫度閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子電路， 其中，所述半導(dǎo)體本體包括其中集成了所述電子開(kāi)關(guān)的第一有源區(qū)， 其中，第一溫度傳感器被布置在第一有源區(qū)內(nèi)，以及 其中，第二溫度傳感器被布置在第一有源區(qū)之外， 以及其中，第三溫度傳感器被布置在所述有源區(qū)之外并且被布置成比第二溫度傳感器更加遠(yuǎn)離所述有源區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子電路，其中，第二溫度閾值取決于所述溫度傳播信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子電路，其中，所述溫度傳播檢測(cè)電路被配置成根據(jù)第一溫度信號(hào)與第二溫度信號(hào)之間的差來(lái)生成所述溫度傳播信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子電路，其中，所述溫度保護(hù)電路被配置成當(dāng)在第一溫度信號(hào)與第二溫度信號(hào)之間的差增大時(shí)和/或當(dāng)在第一溫度信號(hào)與第二溫度信號(hào)之間的差上升到溫度差閾值以上時(shí)減小第一閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子電路，其中，所述溫度傳播檢測(cè)電路被配置成根據(jù)第二溫度信號(hào)與第三溫度信號(hào)之間的差來(lái)生成所述溫度傳播信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子電路，其中，所述溫度保護(hù)電路被配置成當(dāng)在第二溫度信號(hào)與第三溫度信號(hào)之間的差增大時(shí)和/或當(dāng)在第二溫度信號(hào)與第三溫度信號(hào)之間的差上升到溫度差閾值以上時(shí)減小第一閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，所述電子開(kāi)關(guān)包括MOSFET。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，第一傳感器元件被實(shí)施為二極管、電阻器、或雙極型晶體管。
14.一種用于驅(qū)動(dòng)集成在半導(dǎo)體本體中的電子開(kāi)關(guān)的方法，所述方法包括 測(cè)量在所述半導(dǎo)體本體的第一位置處的第一溫度； 檢測(cè)所述半導(dǎo)體本體中的溫度傳播；以及 當(dāng)在第一位置處的溫度上升到第一閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)，其中第一閾值是根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播來(lái)設(shè)置的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括測(cè)量在所述半導(dǎo)體本體的遠(yuǎn)離第一位置的第二位置處的第二溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，檢測(cè)溫度傳播包括評(píng)估第一溫度與第二溫度之間的差。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法， 其中，所述半導(dǎo)體本體包括其中集成了所述電子開(kāi)關(guān)的第一有源區(qū)， 其中，第一位置處于第一有源區(qū)內(nèi)，以及 其中，第二位置處于第一有源區(qū)之外。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括 測(cè)量在遠(yuǎn)離第一位置和第二位置的第三位置處的第三溫度；以及 當(dāng)?shù)谝粶囟扰c第二溫度之間的溫度差上升到第二溫度閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法， 其中，所述半導(dǎo)體本體包括其中集成了所述電子開(kāi)關(guān)的第一有源區(qū)， 其中，第一位置處于第一有源區(qū)內(nèi)， 其中，第二位置處于第一有源區(qū)之外，以及 其中，第三位置處于第一有源區(qū)之外并且比第二位置更加遠(yuǎn)離第一有源區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，第二溫度閾值是根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播來(lái)設(shè)置的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，檢測(cè)溫度傳播包括評(píng)估第一溫度與第二溫度之間的差。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，當(dāng)?shù)谝粶囟扰c第二溫度之間的差增大時(shí)和/或當(dāng)?shù)谝粶囟扰c第二溫度之間的差上升到溫度差閾值以上時(shí)，增大第一閾值。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，檢測(cè)溫度傳播包括評(píng)估第二溫度與第三溫度之間的差。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，當(dāng)?shù)诙囟扰c第三溫度之間的差增大時(shí)和/或當(dāng)?shù)诙囟扰c第三溫度之間的差上升到溫度差閾值以上時(shí)，增大第一閾值。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述電子開(kāi)關(guān)是MOSFET。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了具有溫度保護(hù)電子開(kāi)關(guān)的電路?？梢允褂靡环N方法以用于驅(qū)動(dòng)集成在半導(dǎo)體本體中的電子開(kāi)關(guān)。測(cè)量在半導(dǎo)體本體的第一位置處的第一溫度。檢測(cè)半導(dǎo)體本體中的溫度傳播。當(dāng)在第一位置處的溫度上升到第一閾值以上時(shí)關(guān)斷所述電子開(kāi)關(guān)，第一閾值是根據(jù)所檢測(cè)到的溫度傳播來(lái)設(shè)置的。
文檔編號(hào)H03K17/08GK102904555SQ201210266728
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者R.伊林 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司