電流或者電壓的感測(cè)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例涉及電流或者電壓的感測(cè)，尤其涉及寬溫度范圍內(nèi)的改進(jìn)型感測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]第一實(shí)施例涉及一種電路，該電路包括電子開(kāi)關(guān)元件溫度補(bǔ)償元件，該溫度補(bǔ)償元件布置在該電子開(kāi)關(guān)元件的附近。
[0003]第二實(shí)施例涉及一種用于感測(cè)電流或者電壓的方法，該方法包括以下步驟:
[0004]—經(jīng)由在本文中描述的電路，確定電壓或者電流是否達(dá)到或者超過(guò)預(yù)定閾值；
[0005]—如果該電壓或者該電流達(dá)到或者超過(guò)了預(yù)定閾值，那么進(jìn)行預(yù)定動(dòng)作。
[0006]第三實(shí)施例涉及一種用于電壓或者電流的感測(cè)的電路，該電路包括:
[0007]—電子開(kāi)關(guān)元件和溫度補(bǔ)償元件，該溫度補(bǔ)償元件布置在該電子開(kāi)關(guān)元件的附近，
[0008]—用于基于經(jīng)由該溫度補(bǔ)償元件感測(cè)到的電壓或者電流來(lái)確定電壓或者電流是否達(dá)到或者超過(guò)預(yù)定閾值的裝置，
[0009]—用于如果該電壓或者該電流達(dá)到或者超過(guò)了預(yù)定閾值那么進(jìn)行預(yù)定動(dòng)作的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0010]參考附圖對(duì)各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行示出和圖示。附圖用于圖示基本原理，因而僅僅對(duì)理解基本原理所需的各個(gè)方面進(jìn)行了圖示。附圖未按比例繪制。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示類似的特征。
[0011]圖1示出了在單元101中包括了與作為溫度依賴器件的電阻器組合的兩個(gè)晶體管的示例性電路圖；
[0012]圖2示出了基于圖1的示例性電路圖，其中與圖1形成對(duì)照的是，使用了具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器；
[0013]圖3示出了包括具有兩個(gè)晶體管和作為溫度依賴器件的電阻器的單元的示意圖，具有用于確定溫度補(bǔ)償型電流或者電壓并且因此采取行動(dòng)的附接電路系統(tǒng)；
[0014]圖4示出了包括高側(cè)單元和低側(cè)單元的IGBT半橋布置的電路系統(tǒng)，這兩個(gè)單元均經(jīng)由微控制器以隔離的方式控制；
[0015]圖5示出了在圖4中采用的驅(qū)動(dòng)器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在許多功率電子電路(例如，DA/AC逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器等)中，需要對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。例如，電流信息可以用于過(guò)電流保護(hù)、短路檢測(cè)和/或任何其他控制功能(例如，電流模式控制)。
[0017]為了獲得該電流信息，可以在MOSFET、JFET或者IGBT內(nèi)部集成電流感測(cè)場(chǎng)。該電流感測(cè)場(chǎng)生成與負(fù)載電流成正比但是小于負(fù)載電流的電流。感測(cè)電流的大小可以取決于感測(cè)單元比(例如，面積比)并且取決于溫度。這類溫度依賴性導(dǎo)致感測(cè)電流的明顯變化，尤其是在MOSFET、JFET或者IGBT的溫度通常不可知的情況下。
[0018]然后可以進(jìn)一步處理感測(cè)到的電流，以獲得實(shí)際電流信息，例如，經(jīng)由感測(cè)電阻器、運(yùn)算放大器、施密特(Schmitt)觸發(fā)器等。
[0019]嵌入式電流感測(cè)場(chǎng)的精確度隨溫度而變化。特別是在從例如_40°C到150°C范圍內(nèi)的寬溫度范圍應(yīng)用中，精確度變化可以是明顯的，這可以降低可靠性，并且因此降低該電流感測(cè)機(jī)構(gòu)針對(duì)檢測(cè)、保護(hù)和/或控制目的的可用性。
[0020]例如，短路檢測(cè)電路在溫度150°C下通?？梢栽?20A下觸發(fā)，與在溫度_40°C下通?？梢栽?50A下觸發(fā)形成對(duì)照。因此，溫度漂移可以引起130A的電流差。顯而易見(jiàn)的是，短路電流達(dá)到420A比其達(dá)到550A更早。這轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的短路脈沖、更大的電流幅度、更多的功率損耗、以及更多的短路能量，這可以使晶體管和整個(gè)電路暴露于大量的附加的由于溫度變化所造成的電應(yīng)力和熱應(yīng)力。
[0021]在本文中提供的各個(gè)示例尤其具有對(duì)感測(cè)電流或者感測(cè)電壓的自身固有溫度補(bǔ)償，優(yōu)選地在半導(dǎo)體內(nèi)部連同電流感測(cè)場(chǎng)。因此，不要求附加的補(bǔ)償和進(jìn)一步的復(fù)雜信號(hào)處理。
[0022]在本文中展示的各個(gè)示例具有的優(yōu)點(diǎn)在于可以在短時(shí)間內(nèi)感測(cè)到電流，例如，在微秒內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)快速(例如，實(shí)時(shí))響應(yīng)。這類快速電流感測(cè)可能針對(duì)短路檢測(cè)目的尤其有利。而且，針對(duì)成本、要求的空間和添加的功率損耗，該方案也是有效的。
[0023]在本文中建議的各個(gè)方案尤其可以用于短路檢測(cè)、過(guò)載保護(hù)和/或電流模式控制。各個(gè)應(yīng)用可以是(但不限于)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、空調(diào)壓縮機(jī)、栗等。這類應(yīng)用可以針對(duì)明顯溫度變化而設(shè)計(jì)，例如，在從25 °C至175 °C的范圍內(nèi)。
[0024]根據(jù)一個(gè)示例，可以經(jīng)由附加元件(例如，電阻器)對(duì)晶體管(例如，IGBT或者M(jìn)OSFET)的溫度依賴性進(jìn)行至少部分地補(bǔ)償。該附加元件可以嵌入在晶體管中，并且其可以暴露于與該晶體管基本上相同的溫度。附加元件可以與電流傳感器(例如，電流感測(cè)電阻器)串聯(lián)連接。
[0025]這允許補(bǔ)償或者至少降低，包括晶體管的電路系統(tǒng)的溫度依賴性。附加元件可以是溫度依賴器件，也稱為溫度補(bǔ)償元件。該溫度補(bǔ)償元件可以至少部分地補(bǔ)償基于溫度變化的電流波動(dòng)。
[0026]示例性實(shí)施例:具有IE溫度系數(shù)的附加元件
[0027]根據(jù)一個(gè)示例，溫度依賴器件可以具有正溫度系數(shù)，即，當(dāng)溫度增加時(shí)，溫度依賴器件的特性參數(shù)也增加。如果溫度依賴器件是電阻器，那么電阻隨著溫度的增加而升高，并且電阻隨著溫度的降低而下降。
[0028]優(yōu)選地，溫度依賴器件，例如，具有正溫度系數(shù)的電阻器，可以布置為非常接近電流傳感器。
[0029]圖1示出了在單元101中包括了與作為溫度依賴器件的電阻器R3組合的兩個(gè)晶體管Ql和Q2的示例性電路圖。電阻器R3可以具有正溫度系數(shù)并且其可以與晶體管Ql和Q2嵌入在一起。晶體管Ql和Q2可以是部署在相同硅片上的IGBT或者M(jìn)0SFET。晶體管Ql和Q2可以共用功能單元，該功能單元可以布置在公共(例如，發(fā)射極)區(qū)域上。功能單元可以包括眾多的功能元件，這些功能元件可以根據(jù)預(yù)定比例(例如，1:10000)分開(kāi)。因此，晶體管Ql可以用作與晶體管Q2相比承載明顯更小電流量的電流傳感器。晶體管Ql和Q2可以是分立式晶體管，其中每一個(gè)晶體管都可以具有分開(kāi)的發(fā)射極焊盤(pán)或者分開(kāi)的源極焊盤(pán)。晶體管Ql和Q2尤其可以部署在單個(gè)芯片或者裸片上。
[0030]功能單元可以基于結(jié)構(gòu)，尤其是基于器件的區(qū)域。該區(qū)域可以包括下列各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):柵極-源極區(qū)域、基極-發(fā)射極區(qū)域、IGBT單元、IGBT條紋等。而且，也可以使用上述的組合作為區(qū)域。
[0031]根據(jù)圖1，IGBT Ql的柵極與IGBT Q2的柵極連接。IGBT Ql和Q2的集電極相連接，并且進(jìn)一步連接至負(fù)載R2。IGBT Ql的發(fā)射極經(jīng)由電阻器R4(感測(cè)電阻器)連接至接地。IGBT Q2的發(fā)射極連接至接地。IGBT Ql的柵極經(jīng)由電壓源Vl和電阻器Rl而被控制，并且負(fù)載R2經(jīng)由電感器L進(jìn)一步連接至電壓源V2。電壓源Vl和V2、以及與電感器L組合的負(fù)載R2，僅僅是可以其中可以采用單元101的電路系統(tǒng)的示例性元件。負(fù)載R2和電感器L的組合也稱為R-L-負(fù)載。
[0032]電阻器R3可以實(shí)現(xiàn)為溫度補(bǔ)償元件，電阻器R3顯示出電阻隨著溫度的增加而增加。因此，可以在電阻器R3與R4之間的節(jié)點(diǎn)處確定的電壓(S卩，作為跨電阻器R4的電壓，該電壓與流經(jīng)電流感測(cè)電阻器R4的電流成正比)大體上不被溫度變化所偏置。
[0033]電阻器R4尤其可以與單元101分開(kāi)部署，尤其是部署在包括單元101的芯片之外。
[0034]電阻器R3可以與IGBT Ql和Q2 —起集成在單元101中。電阻器R3的溫度系數(shù)可以為正，基本上是線性的(尤其對(duì)應(yīng)于在IGBT Ql的集電極與發(fā)射極之間的電壓的溫度系數(shù))，并且優(yōu)選地是大的。
[0035]有利地，電阻器的溫度系數(shù)可以超過(guò)100K至少+60%。例如，電阻器R3可以包括例如鎳(超過(guò)100K 67%)。它在溫度25°C下可以具有介于1hm到10hm范圍內(nèi)的電阻值。電阻器R3的精確度可以盡可能高，尤其是優(yōu)于5%。電阻器R3可以包括:例如，鋁、摻雜多晶硅、鍺(超過(guò)100K 100% )、鈦、氮化鈦、鎢、鎢化鈦、鉭、氮化鉭和/或銅。注意，電阻器R3尤其可以包括可以用作阻擋層的材料。
[0036]當(dāng)IGBT的溫度增加時(shí)，集電極-發(fā)射極飽和電壓Vffisat增加。當(dāng)MOSFET的溫度增加時(shí)，由于不斷增加的電阻Rdsm的影響，漏極-源極電壓增加。
[0037]該電阻器R3可以承載感測(cè)電流(例如，高達(dá)10mA)。因此，可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)電阻器R3。另外，可以例如經(jīng)由晶體管Ql和Q2的功能單元，來(lái)調(diào)節(jié)電流感測(cè)比，以減小感測(cè)電流量，并且因此避免在電阻器R3處的任何過(guò)載情況。例如，晶體管Ql和Q2的功能單元可以按1:10000(其中晶體管Ql具有更少量的功能單元)的比例不同，以便允許與流經(jīng)負(fù)載和晶體管Q2的電流相比的小感測(cè)電流。
[0038]作為一個(gè)示例，電阻器R3可以實(shí)施為電阻性(resistive)元件，例如，在芯片上的電阻性層。電阻性元件可以包括鋁、鎳、鎢、鐵等。電阻性元件優(yōu)選地非常接近晶體管Q1。電阻性元件可以是局部集中的元件或者在某種程度上遍布電路系統(tǒng)。
[0039]圖3示出了包括具有兩個(gè)晶體管Ql和Q2和作為溫度依賴器件的電阻器R6的單元310(其可以與在圖1中示出的單元101相似或者相同)的示意圖。電阻器R6可以具有正溫