用于过电流保护的装置以及用于操作功率晶体管的方法制造方法及图纸

公开了一种用于过电流保护的装置和用于操作功率晶体管的方法。该装置包括功率晶体管和过电流检测逻辑。过电流检测逻辑具有在状态输出端子上提供第一信号电平的第一稳定状态以及在状态输出端子上提供第二信号电平的第二稳定状态。响应于检测到通过功率晶体管的电流超过电流限制，过电流检测逻辑从第一稳定状态改变为第二稳定状态。在通过晶体管的电流在超过电流限制之后下降到该限制以下的情况下，过电流检测逻辑保持处于第二稳定状态。过电流检测逻辑保持处于第二稳定状态。过电流检测逻辑保持处于第二稳定状态。

Device for overcurrent protection and method for operating power transistor

【技术实现步骤摘要】
用于过电流保护的装置以及用于操作功率晶体管的方法


[0001]本申请涉及包括功率晶体管和过电流检测逻辑的装置，并且涉及用于操作功率晶体管的相应方法。

技术介绍

[0002]如今，功率晶体管在许多应用中被用于切换高电压或高电流，例如以用于选择性地向负载提供电力。除非另有说明，否则如本文中所使用的电力(power)指电力(electrical power)。这样的功率晶体管被设计成能够承载相对大的电流，从而能够切换高电压，或者上述两者。
[0003]在一些应用中，使用基于宽带隙材料例如碳化硅的晶体管代替基于硅的功率晶体管如金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。这样的基于宽带隙材料的功率晶体管展现出比基于硅的功率晶体管低的导通电阻。
[0004]当通过功率晶体管的电流超过针对该功率晶体管所设计的指定电流范围时，可能导致功率晶体管损坏或者甚至毁坏。这样的超过指定电流范围的电流也被称为过电流。当通过导通的功率晶体管仅向非常小的负载(例如仅导线)供电时，可能例如由于短路引起过电流。
[0005]这对于基于宽带隙材料的功率晶体管尤其重要，这是因为在短路的情况下，由于导通电阻较低，电流可能上升得非常快并且可能例如在5μs内超过所指定的电流范围。
[0006]通常，当检测到过电流时，将相应的功率晶体管关断以用于过电流保护。为了检测过电流连接，已经采用了各种常规方法。
[0007]一种常规方法被称为去饱和(DESAT)检测。这种方法需要特定的外部电路系统，该外部电路系统可能使栅极驱动器的实现和使用复杂化，并且可能使面积需求和成本增加。
[0008]在其他方法中，使用芯片上的感测结构，例如感测晶体管。在这些方法的一些方法中，一旦短路状况结束，保护就可以被释放，并且栅极驱动器将再次驱动功率晶体管。如果在这种情况下，用于过电流检测的检测阈值高于所指定的电流范围，则功率晶体管可能以过高的电流继续工作。这可能导致功率晶体管损坏或毁坏。
[0009]其他方法实现固态断路器或监测通过晶体管、例如晶体管的源极端子处的电流的斜率。这些方法还可能需要功率晶体管外部的附加电路系统并且可能使成本增加、可能需要模块上的附加引脚，或者对于基于宽带隙的功率晶体管来说可能太慢。

技术实现思路

[0010]根据实施方式，提供一种装置，包括：
[0011]功率晶体管；
[0012]过电流检测逻辑，其具有在状态输出端子上提供第一信号电平的第一稳定状态和在状态输出端子上提供第二信号电平的第二稳定状态，其中，过电流检测逻辑被配置成：
[0013]响应于检测到通过晶体管的电流超过电流限制，从第一稳定状态改变为第二稳定
状态，以及
[0014]在通过功率晶体管的电流在超过电流限制之后下降至低于电流限制的情况下保持处于第二稳定状态。
[0015]根据另一实施方式，提供一种用于操作功率晶体管的方法，包括：
[0016]检测过电流状况，以及
[0017]响应于检测到过电流状况，将状态输出端子处的信号电平从第一稳定状态信号电平切换至第二稳定状态信号电平，其中，状态输出端子处的信号电平在经过过电流状况之后保持处于第二稳定状态信号电平。
[0018]以上
技术实现思路
仅旨在给出对一些实施方式的简要概述，并且不应被解释为以任何方式进行限制。
附图说明
[0019]图1是根据实施方式的装置的框图。
[0020]图2是示出根据一些实施方式的方法的流程图。
[0021]图3A至图3C是示出根据各种实施方式的装置的示意图。
[0022]图4是示出根据实施方式的装置的电路图。
[0023]图5示出了图4的实施方式的示例信号。
[0024]图6至图9是示出根据各种实施方式的装置的电路图。
具体实施方式
[0025]在下文中，将参照附图详细讨论各种实施方式。应当理解的是，这些实施方式仅通过示例的方式给出并且不应被解释为限制性的。
[0026]描述具有多个特征(例如部件、装置、元件、动作或事件)的实施方式不应被解释为指示所有这些特征对于实施方式的实现是必需的。而是，在其他实施方式中，这些特征中的一些特征可以被省略，或者可以由替选特征代替。此外，除了明确地示出和描述的特征之外，还可以提供另外的特征，例如在包括功率晶体管的常规装置中使用的特征。例如，尽管在本文中描述了根据各种实施方式的关于过电流保护逻辑的示例，但是在其他实施方式中，除了这样的过电流保护逻辑之外，还可以实施常规过电流保护方案以提供冗余。
[0027]除非另有说明，否则本文中描述的连接或耦接指电连接或电耦接。可以例如通过移除电路元件或通过增加电路元件对这样的连接或耦接进行修改，只要基本上维持连接或耦接的通用目的例如提供某一信号、提供某种控制、提供电压等即可。换言之，只要基本上保持连接或耦接的功能，就可以对其进行修改。
[0028]本文中描述的各种实施方式使用一个或更多个晶体管。一般地，晶体管被描述为包括两个负载端子和一个控制端子。通过向控制端子施加信号(电压和/或电流)，可以使晶体管在导通状态与关断状态之间切换。在导通状态下，晶体管在其负载端子之间提供低欧姆连接。负载端子之间的剩余电阻被称为导通电阻。在关断状态下，晶体管基本上提供电隔离(除了可能的小的泄漏电流之外，如果该小的泄露电流存在，则该小的泄露电流比在导通状态下流动的电流低若干数量级)。
[0029]虽然以下描述的实施方式使用场效应晶体管(FET)例如金属氧化物半导体场效应
晶体管(MOSFET)，但是在其他实施方式中也可以使用其他类型的晶体管，例如双极结型晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在场效应晶体管的情况下，以上提及的负载端子是场效应晶体管的源极端子和漏极端子，并且控制端子是场效应晶体管的栅极端子。在双极结型晶体管的情况下，负载端子是集电极端子和发射极端子，并且控制端子是基极端子。在绝缘栅双极晶体管的情况下，负载端子是集电极端子和发射极端子，并且控制端子是栅极端子。
[0030]晶体管可以基于各种材料例如硅、碳化硅(SiC)或III
‑
V化合物如砷化镓或氮化镓。本文中讨论的实施方式可以特别地适用于基于宽带隙材料如碳化硅或氮化镓的晶体管，其在许多实现方式中如基于硅的对应晶体管那样具有较低的导通电阻。如本文中所使用的，宽带隙材料是指在300开尔文下基本带隙大于1.5eV(例如大于3eV)的材料。例如，在300K下，碳化硅的基本带隙为3.03eV，并且氮化镓的基本带隙为3.37eV。
[0031]实施方式涉及功率晶体管的过电流检测。如
技术介绍
部分中提到的，功率晶体管是被设计用于切换高电流或高电压例如若干安培的电流和/或高达1000V的高电压的晶体管。特别地，如本文中所使用的，功率晶体管具有至少450V的阻断电压，该阻断电压例如在650V与1200V之间，例如高达3.3kV。阻断电压是在功率晶体管的关断状态下可以被施加在其负载端子之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于过电流保护的装置(30A，30B，30C)，包括：功率晶体管(10；35；Q_MAIN)，过电流检测逻辑(11；34A，34B)，其具有在状态输出端子(15；OC)上提供第一信号电平的第一稳定状态和在所述状态输出端子(15；OC)上提供第二信号电平的第二稳定状态，其中，所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)被配置成：响应于检测到通过所述功率晶体管(10；35；Q_MAIN)的电流超过电流限制，从所述第一稳定状态改变为所述第二稳定状态，以及在通过所述功率晶体管(10；35；Q_MAIN)的电流在超过所述电流限制之后下降到所述电流限制以下的情况下，保持处于所述第二稳定状态。2.根据权利要求1所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述装置(30A，30B，30C)以单个封装或模块(32A，32B，32C；40)来被提供。3.根据权利要求1或2中任一项所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)被配置成通过所述装置(30A，30B，30C)的外部端子从所述第二稳定状态被重置为所述第一稳定状态。4.根据权利要求3所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述外部端子是所述状态输出端子(15；OC)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)被配置成通过停止向所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)供应电力而从所述第二稳定状态被重置为所述第一稳定状态。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)被配置成通过所述状态输出端子(15；OC)被供电。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)包括被配置成锁存所述第二稳定状态的锁存晶闸管(Q1，Q2；62)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置(30A，30B，30C)，其中，所述过电流检测逻辑(11；34A，34B)包括比较器(61)和锁存器(80)，其中，所述比较器(61)的输出被配置成触发所述锁存器(80)。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：