DE4401956A1

DE4401956A1 - Leistungs-Halbleiterbauelement mit Temperatursensor

Info

Publication number: DE4401956A1
Application number: DE4401956A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Kaifler; Jenoe Dr Tihanyi
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1995-07-27
Also published as: JPH07221261A; US5638021A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungs-Halbleiter bauelement mit einem Temperatursensor, der das Leistungs- Halbleiterbauelement durch Einschalten eines steuerbaren Schalters aus dem leitenden Zustand in einen Bereich höhe ren Widerstandes steuert, wenn die Temperatur im Halblei terkörper des Leistungs-Halbleiterbauelementes einen kri tischen Wert erreicht.

Ein solches Leistungs-Halbleiterbauelement ist z. B. in der EP 0 208 970 beschrieben worden. Der Temperatursensor besteht hier aus einem Thyristor, dessen Anoden-Katoden- Strecke zwischen den Gate-Anschluß und den Source-Anschluß bzw. Katoden-Anschluß des Leistungs-Halbleiterbauelements geschaltet ist. Das Leistungs-Halbleiterbauelement kann ein Leistungs-MOSFET oder ein IGBT sein.

Steigt die Temperatur des Leistungs-Halbleiterbauelements durch Kurzschluß der Last oder Überlast über einen kriti schen Wert von z. B. 160°C, so schließt der Temperatursen sor den Steuereingang des Leistungs-Halbleiterbauelements kurz, so daß dieses abgeschaltet wird. Es sind auch Lösun gen bekannt, bei denen das Leistungs-Halbleiterbauelement nicht ganz abgeschaltet wird, sondern die Gate-Source- Spannung nur soweit verringert wird, daß der Source-Strom (Katoden-Strom) verringert wird. Fällt die Temperatur un ter den kritischen Wert, so wird der Temperatursensor zu rückgesetzt und das Leistungs-Halbleiterbauelement wird wieder leitend bzw. voll leitend gesteuert. Ist der Kurz schluß oder die Überlast nicht beseitigt, so steigt die Temperatur des Leistungs-Halbleiterbauelements erneut an, bis die kritische Temperatur erreicht wird. Die Einschalt temperatur liegt bedingt durch die Hysterese des Tempera tursensors im allgemeinen nur wenig unter der Ausschalt temperatur.

Mit einem solchen Ausschaltverhalten des Temperatursensors stellt sich eine mittlere Gehäusetemperatur ein, die z. B. für SMD-Bauelemente zu hoch sein kann, da die Platinen ma ximal eine Temperatur von 125°C vertragen. Bei niedrigeren Temperaturen als 150 bis 160°C schaltende Temperatursenso ren sind aber nur technologisch aufwendig zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungs- Halbleiterbauelement der erwähnten Gattung so weiterzubil den, daß das Gehäuse im Überlast- oder Kurzschlußfall auf einer Temperatur gehalten werden, die beträchtlich unter dem kritischen Wert liegt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verzögerungsglied, das beim Ansprechen des Temperatursensors eingeschaltet wird, dessen Verzögerungszeit größer ist als diejenige Zeit, nach der der Temperatursensor wieder zurückgesetzt wird und das ein Sperren des steuerbaren Schalters während der Verzögerungszeit verhindert.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Figur näher erläutert.

In der Figur ist ein Leistungs-MOSFET 1 dargestellt, dem sourceseitig eine Last 4 in Reihe geschaltet ist. Die Rei henschaltung aus Leistungs-MOSFET und Last liegt über zwei Anschlüsse 2, 3 an einer Betriebsspannung V_bb. Ein Tempe ratursensor 8 steht mit dem Leistungs-MOSFET 1 in thermi schem Kontakt, vorzugsweise ist er im gleichen Gehäuse un tergebracht. Der Temperatursensor kann wie im eingangs er wähnten Dokument einen Thyristor enthalten. Der Tempera tursensor 8 hat einen Ausgang, der einerseits mit dem Ein gang 14 eines steuerbaren Schalters 5 und andererseits mit einem Verzögerungsglied 9 verbunden ist. Das Leistungs- Halbleiterbauelement 1 wird durch eine Steuer-IC 6 ange steuert, an dessen Eingang 7 ein Eingangssignal angelegt wird.

Der Leistungs-MOSFET wird durch Anlegen eines Steuersig nals an den Eingang 7 des Steuer-IC 6 leitend gesteuert. Dann fließt ein Strom von Anschluß 2 durch den MOSFET 1 und die Last 4 zum Anschluß 3. Steigt die Temperatur des MOSFET 1 durch einen vollständigen oder teilweisen Kurz schluß der Last 4 auf 150-160°C an, so spricht der Tem peratursensor 8 an. An seinem Ausgang tritt damit ein Signal auf, das einerseits den steuerbaren Schalter 5 über den Eingang 14 leitend steuert und andererseits das Verzö gerungsglied 9 ansteuert. Am Ausgang des Verzögerungs glieds 9 tritt dann ebenfalls ein Signal auf, das am Ein gang 15 des steuerbaren Schalters 5 liegt. Der steuerbare Schalter erfüllt eine ODER-Funktion und verhindert ein Einschalten des MOSFET 1 so lange, wie an einem der beiden Eingänge 14, 15 oder an beiden ein Signal anliegt.

Die Verzögerungszeit des Verzögerungsglieds 9 ist größer als diejenige Zeit, nach der der Temperatursensor 8 wieder zurückgesetzt wird. Sie ist so bemessen, daß der MOSFET 1 solange gesperrt bleibt, bis sich eine mittlere Temperatur in seinem Halbleiterkörper und damit an seinem Gehäuse einstellt, die beträchtlich unter der kritischen Tempera tur liegt, bei der der Temperatursensor 8 anspricht. "Beträchtlich" heißt in diesem Fall, daß die mittlere Ge häusetemperatur um mindestens 20%, z. B. 30 bis 40°C unter der kritischen Temperatur liegen soll. Durch Wahl der Größe der Zeitverzögerung Δt kann die Temperatur einge stellt werden. Eine Messung der kritischen Gehäusetempera tur findet nicht statt. Nach Ablauf der Zeitverzögerung Δt wird der steuerbare Schalter 5 gesperrt und das Leistungs- Halbleiterbauelement 1 kann wieder eingeschaltet werden.

Der steuerbare Schalter kann wie in der Figur dargestellt zwei MOSFET 10, 12 enthalten, deren Drain-Source-Strecken (Laststrecken) einander parallel geschaltet sind. Beide Laststrecken sind zwischen den Gate-Anschluß und den Source-Anschluß des MOSFET 1 geschaltet. Der Gate-Anschluß des MOSFET 10 ist über den Eingang 14 direkt mit dem Aus gang des Temperatursensors 8 verbunden, der Gate-Anschluß des MOSFET 12 über den Eingang 15 mit dem Ausgang des Ver zögerungsglieds 9.

Claims

1. Leistungs-Halbleiterbauelement mit einem Temperatur sensor, der das Leistungs-Halbleiterbauelement durch Ein schalten eines steuerbaren Schalters aus dem leitenden Zu stand in einen Bereich höheren Widerstands steuert, wenn die Temperatur im Halbleiterkörper des Leistungs-Halblei terbauelements einen kritischen Wert erreicht, gekenn zeichnet durch ein beim Ansprechen des Temperatursensors (8) angesteuertes Verzögerungsglied (9), dessen Verzöge rungszeit größer ist als diejenige Zeit, nach der der Tem peratursensor wieder zurückgesetzt wird und das ein Sper ren des steuerbaren Schalters (5) während der Verzöge rungszeit verhindert.

2. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (5) einen ersten (10) und einen zweiten Transistor (12) enthält, daß die Laststrecken beider Transistoren einander parallel ge schaltet sind und parallel zum Steuereingang des Lei stungs-Halbleiterbauelements (1) liegen und daß der Steu eranschluß des ersten Transistors (10) mit dem Ausgang des Temperatursensors (8) und der Steueranschluß des zweiten Transistors (12) mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes (9) verbunden ist.

3. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit derart bemessen ist, daß die mittlere Gehäusetemperatur um min destens 20% unter dem kritischen Wert liegt.