CN109120138A - 用于监测半导体开关的方法和装置 - Google Patents

用于监测半导体开关的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109120138A
CN109120138A CN201810664016.0A CN201810664016A CN109120138A CN 109120138 A CN109120138 A CN 109120138A CN 201810664016 A CN201810664016 A CN 201810664016A CN 109120138 A CN109120138 A CN 109120138A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
diode
switch
semiconductor switch
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810664016.0A
Other languages
English (en)
Inventor
迪莱什·阿尔温德·劳特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Control Techniques Ltd
Original Assignee
Nidec Control Techniques Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Control Techniques Ltd filed Critical Nidec Control Techniques Ltd
Publication of CN109120138A publication Critical patent/CN109120138A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2608—Circuits therefor for testing bipolar transistors
    • G01R31/2617—Circuits therefor for testing bipolar transistors for measuring switching properties thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2608—Circuits therefor for testing bipolar transistors
    • G01R31/2619—Circuits therefor for testing bipolar transistors for measuring thermal properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

提供了在电路系统中执行的方法。该电路系统包括半导体开关，该半导体开关具有第一端子、第二端子和第三端子并且被配置成使得施加在第一端子处的信号控制第二端子与第三端子之间的电流。该电路系统还包括监测电路，该监测电路包括第一二极管和电荷确定电路，半导体开关的第三端子连接到监测电路和供电电路。该方法包括由电荷确定电路确定由于半导体开关处的开关事件而引起的在反向恢复条件下已流过第一二极管的电荷量的指示。

Description

用于监测半导体开关的方法和装置
技术领域
本公开内容总体上涉及用于监测半导体开关的方法和装置。
背景技术
半导体开关通常与电力电子器件结合使用，所述电力电子器件包括：开关模式电源；逆变器；直流电(DC)；交流电(AC)或伺服驱动器；以及DC-DC转换器。
当半导体开关工作时，会发生开关损耗和传导损耗。由于这些损耗，半导体开关的结温升高。这种温度升高可能会影响半导体开关操作的可靠性。
发明内容
在所附独立权利要求中限定了本公开内容的各方面。
附图说明
现在将参照附图说明本公开内容的示例，在附图中：
图1示出了当开关被关断时，半导体开关的集电极端子和发射极端子之间的电压随时间的变化；
图2示出了本文中所描述的电路系统的电路图；
图3示出了本文中所描述的电路系统的示例；
图4示出了本文中所描述的电路系统的电容器两端的峰值电压随半导体开关的上升时间的变化；
图5示出了当开关关断时，半导体开关的集电极端子和发射极端子之间的电压随时间的变化，以及电容器两端的电压随时间的变化；以及
图6至图8示出了本文中所描述的电路系统的另外的示例。
在说明书和附图通篇中，相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
总的来说，在本文中提供了一种监测由于半导体开关被关断而引起的半导体开关的结温和/或半导体开关的集电极/漏极端子和发射极/源极端子之间的电压的上升时间的方法。该方法使用监测电路，该监测电路包括直接或间接耦接至开关的集电极/漏极端子的二极管，并且该方法包括确定由于开关被关断而引起的已流过二极管的电荷量。相比于二极管的阳极，二极管的阴极电气上更靠近集电极/漏极端子。当开关被关断时，由于二极管仅在反向方向上导通有限的时间段，即反向恢复时间，因此电流仅在反向恢复时间内流过第一二极管。因此，集电极/漏极端子和发射极/源极端子之间的电压升高越快，则流过二极管的电荷将越多。因此，由于开关被关断而引起的已流过二极管的电荷量指示半导体开关的集电极/漏极端子和发射极/源极端子之间的电压的上升时间，而该上升时间又指示半导体开关的结温。
当响应于在诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的半导体开关的第一端子(例如其栅极端子)处施加的信号，半导体开关关断时，该半导体开关的第二端子和第三端子(例如其发射极端子和集电极端子)之间的电压vCE需要有限的时间量来改变至其峰值，该时间量被称为上升时间。上升时间可以是电压vCE从指定的低值变为指定的高值所用的时间，例如电压vCE从其峰值的10％上升到90％所用的时间。
开关的第二端子和第三端子之间的电压vCE的上升时间trise将随着开关的结温而增大，即随着开关的结温升高，开关反应更慢。图1针对IKQ75N120IGBT示出了这种现象，并且示出了电压vCE(以伏特为单位)随时间(以纳秒为单位)的变化。在以下三种不同的结温下示出了电压vCE：25摄氏度、125摄氏度和150摄氏度。可以看出，电压vCE的上升时间trise随着温度而增大；换言之，电压vCE的上升时间trise是指示开关的结温的指标。
图2示出了可用于监测、确定或估计开关的结温和/或电压vCE的上升时间trise的电路系统100。该电路系统包括半导体开关(或“晶体管”或“电子开关”，或简称为“开关”)S1和监测电路(或“确定电路”或“跟踪电路”)200。
半导体开关S1具有第一端子T1、第二端子T2和第三端子T3，其被配置成使得施加在第一端子T1处的信号控制第二端子T2和第三端子T3之间的电流。在一个示例中，可以在第一端子T1和第二端子T2之间施加电压，以控制第二端子T2和第三端子T3之间的电流。在另一示例中，可以在第一端子T1处施加电流，以控制第二端子T2和第三端子T3之间的电流。
半导体开关可以是晶体管。特别地，半导体开关可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在这种情况下，第一端子T1、第二端子T2和第三端子T3分别被称为栅极端子、发射极端子和集电极端子。
第三端子T3被配置成连接至供电电路150。供电电路150用于向开关S1供应电能。供电电路150可以包括电压源(例如电池)和/或电流源，并且还可以包括电阻和/或电容。
第三端子T3还连接(或直接地或间接地耦接)至监测电路200。监测电路200用于监测半导体开关S1。监测电路200包括第一二极管D1和电荷确定电路250。第一二极管D1被配置成使得：相比于其阳极，其阴极更靠近第三端子T3。在图2的示例中，第一二极管D1直接连接至开关S1的第三端子T3，然而下面将示出，情况不必如此。
监测电路200和/或电荷确定电路250被配置成确定由于在半导体开关S1处发生的开关事件(例如开关S1被关断)而引起的在反向恢复条件下已流过第一二极管的电荷量的指示。如下面将看到的，电荷确定电路250实际上不需要确定电荷量，而是可以仅仅确定其指示。
监测电路200操作如下。由于开关事件，例如开关S1被关断，电压vCE升高，导致电流从供电电路150流过监测电路200。虽然理想情况下二极管在一个方向即正向方向上具有零电阻电流，而在另一方向即反向方向上具有无限电阻，但是实际上，在正向导通结束之后，反向电流可以在通常以纳秒计的短时间流过，该时间称为反向恢复时间trr。这样的电流被称为“反向恢复电流”，并在“反向恢复条件”下发生。因此，由于开关事件，电流从第一二极管D1的阴极流向其阳极。
对于给定的反向恢复时间trr，电压vCE升高的越快，则在有限时间段trr中流过第一二极管D1的电荷越多。因此，通过确定由于开关事件而引起的已流过第一二极管D1的电荷量，可以确定电压vCE的上升时间trise的指示(或指标)。
所选择的二极管的反向恢复时间trr可能影响监测电路200的性能。如果反向恢复时间trr过长，例如明显长于上升时间trise，则不管上升时间trise如何，在反向恢复时间trr期间，相同的电荷量会流过第一二极管D1。另一方面，如果反向恢复时间trr过短，则即使上升时间trise变化，在反向恢复时间trr期间流过第一二极管D1的电荷量也可能几乎没有差别。
因此，可以基于开关S1的上升时间trise来选择反向恢复时间trr。特别地，在一个示例中，第一二极管D1可以被选择成具有与开关S1的上升时间trise，优选地在正常操作条件下开关S1的上升时间trise相等或基本相等的反向恢复时间trr。在另一示例中，第一二极管D1可以被选择成具有足以允许电荷在反向恢复条件下流过第一二极管，直到至少开关事件结束，优选地在正常操作条件下开关事件结束为止的反向恢复时间trr。开关事件的结束可被定义为电压vCE达到稳定状态，或电压vCE达到其峰值的给定比例(例如50％或90％)。
正常操作条件可以被定义为开关S1在与环境温度相等或基本相等的结温下操作(例如，开关S1在等于或基本等于25摄氏度的结温下操作)。这样，在正常操作条件下，当上升时间trise相对短时，反向恢复时间trr足以使电荷流动，直到开关事件结束为止。随着开关S1的结温升高，上升时间trise增大，并且反向恢复时间trr变得不足以允许电荷流动，直到开关事件结束为止，并且因此较小的电荷量流过第一二极管D1。
电荷确定电路250可以包括电容。在如图3所示的一个示例中，通过将例如电容器C1的第一电容与第一二极管D1串联并且相比于第一二极管D1电气上远离第三端子T3来提供已流过第一二极管D1的电荷的指示。假设在开关事件之前电容已经至少部分地放电，那么可以通过确定电容两端的电压来确定流过第一二极管D1的电荷。
图4示出了电容器C1两端的峰值电压vC1max(以伏特为单位)随电压vCE的上升时间trise(以纳秒为单位)的变化。可以看出，上升时间trise越长，则电容器C1两端的峰值电压vC1max越低。电容器C1两端的峰值电压vc1max可以使用多项式表示为上升时间trise的函数。在图4所示的示例中，该式给出如下
vC1max＝9·10-6·trise 2-0.0341·trise+61.443.
在开关事件期间，借助于从供电电路150流到第一二极管D1的阴极然后到第一二极管D1的阳极的电流对电容充电，在开关事件之后，电容可以借助于沿相反方向，即第一二极管D1的正向，也即从电容到第一二极管D1的阳极然后到第一二极管D1的阴极流动的电流被放电。然后电容至少部分放电，准备用于另一开关事件。
从电容朝向半导体开关S1的第三端子T3的电流流动可以被完全或部分地阻止、阻碍、限制、抑制或防止。因此，可以减小或控制当开关S1接通时电容的放电。
在例如图3所示的示例的一个示例中，通过在电容和开关S1的第三端子T3之间并且与第一二极管D1串联的第二二极管D2来执行该阻止。第二二极管D2的阳极比其阴极在电气上更靠近第三端子T3，即其配置方向与第一二极管D1相反。在图3的示例中，第二二极管D2直接连接在电容器C1和第一二极管D1之间，但是情况不必如此。
当通过第二二极管D2执行阻止时，第二二极管D2可以暴露于比第一二极管D1更低的电压，并且因此可以具有比第一二极管D1更低的额定电压，从而降低第二二极管D2的成本。
在例如图3所示的示例的另一示例中，还(或替代地)通过在电容和半导体开关的第三端子T3之间并且与第一二极管D1串联的例如电阻器R1的电阻来执行阻止。
在例如图3所示的通过第二二极管D2和第一电阻二者执行阻止的示例的一个示例中，第二二极管和第一电阻彼此并联。
从第一二极管D1到电容的电流流动也可以至少部分地被阻止、阻碍、限制或抑制。因此，可以控制电容充电的速率。
在例如图3中所示的示例的一个示例中，通过诸如电阻器R2的第二电阻来执行阻止。第二电阻可以与电容并联。第二电阻可以由测量电容两端的电压的器件的内阻来提供。
一旦确定已经流过第一二极管D1的电荷量的指示，则可以确定指示由于开关事件而引起的电压vCE的上升时间trise的参数和/或指示开关S1的结温度的参数。可以由处理器执行该确定。例如，能够使用可以以查找表形式存储的校准数据来执行该确定。如下所述，可以在制造电路系统100期间确定校准数据。监测电路200例如处理器可以监测开关S1，以确定开关事件何时发生。作为一种可能，监测电路200可以监测施加在开关S1的第一端子T1和第二端子T2之间的电压。
一旦确定了这些参数，则可以根据它们的值来采取动作。可以采取的动作的示例包括关闭其中容纳电路系统100的设备，激活冷却部件以降低开关S1的环境温度和/或结温，或者将开关S1关断一段时间。可以在确定至少一个参数已经超过相应的阈值之后采取动作。
指示开关S1的结温的参数可以直接根据流过第一二极管D1的电荷量的指示来确定，或者可以基于指示由于开关事件而引起的电压vCE的上升时间trise的参数来确定，而指示上升时间trise的参数又基于已流过第一二极管D1的电荷量来确定。
图5示出了当开关S1被关断时，开关S1的集电极端子和发射极端子之间的电压vCE(以伏特为单位)随时间(以秒为单位)的变化，以及电容器C1两端的电压(以伏特为单位)随时间(以秒为单位)的变化。针对在495纳秒和541纳秒之间的不同上升时间trise示出了一系列曲线。可以看出，电容器C1两端的峰值电压随着上升时间trise的增大而降低。
图6至图8示出了本文所描述的电路系统的另外的示例。在图6中，通过二极管D2来阻止从电容朝向半导体开关S1的第三端子T3的电流流动，但是图3中所呈现的第一电阻器R1被移除。电阻器R2控制电容器C1的充电速率，并且使得电容器C1能够放电。
在图7中，第一二极管D1和第二二极管D2的位置相对于图3进行交换。第一二极管D1和第二二极管D2仍然在开关S1的第三端子T3与电容之间，但是在两个二极管D1和D2中，第二二极管D2而不是第一二极管D1(如图3所示)在电气上更接近第三端子T3。
在图8中，电路系统100包括多个附加部件。这些部件可以辅助模拟监测电路200的性能。特别地，电路系统100包括用于向开关S1供应电能并且用于控制施加在开关S1的第一端子T1与第二端子T2之间的电压的部件。电路系统100还包括用于控制电容器C1充电的速率的第三二极管D4和第三电阻器R7。由于第二电阻器R2也执行该功能，所以在一些示例中，可以从电路系统100中省去电阻器R2。
本领域技术人员将获知可以用作第一二极管D1和/或第二二极管D2的多种类型的二极管。作为一个示例，可以使用由意法半导体公司(ST Microelectronics)制造的BYT30P-1000二极管。
该电路系统可以使用本领域技术人员已知的技术来制造。该电路系统可以通过将电路系统100组装在例如印刷电路板上来制造。
可以在电路系统100的制造期间确定校准数据。特别地，电路系统100还可以包括存储器，并且该方法还可以包括：在电路的多个操作条件下确定以下中的至少两者：
●均指示由于开关事件而引起的开关S1的第二端子T2与第三端子T3之间的电压vCE的上升时间trise的相应的多个参数，或者
●均指示由于开关事件而引起的已流过第一二极管D1的电荷量的相应的多个参数，或者
●均指示半导体开关S1的结温的相应的多个参数；以及
基于该确定，将校准数据存储在存储器中。
确定均指示半导体开关S1的结温的相应的多个参数可以包括使用热敏电阻或热电偶来测量半导体开关S1的壳体温度或者测量半导体开关S1的结温。确定均指示半导体开关S1的结温的相应的多个参数可以替选地包括例如当开关S1的管芯暴露时使用红外相机来测量半导体开关S1的结温。
一旦电路系统100已被制造，基于该校准数据，该电路系统可以在使用中确定指示由于开关事件而引起的电压vCE的上升时间trise的参数和/或指示开关S1的结温的参数。
虽然主要针对IGBT阐述了本公开内容，但本公开内容同样适用于其他类型的半导体开关。
本公开内容可以应用于在开关模式电源、不间断电源、逆变器、变频驱动器、功率转换产品、AC、DC或伺服电机驱动器、DC-DC转换器和电子开关系统中使用的开关。
本公开内容的效果是二极管的以下创新使用：通常被认为是期望尽可能减少(理想地为零)的性质的二极管的反向恢复时间被有利地用于对电容器充电。该二极管还用于保护电容以及确定其两端的电压的任何器件免受开关S1的第三端子T3处的高电压的影响。
本公开内容的效果是准确估计开关S1的结温。
本公开内容的效果是提供用于实时测量开关S1的结温的方法。
本公开内容的效果是无需开关S1的制造商修改开关S1以便能够监测结温，即，可以使用现成的开关S1。
本公开内容的效果是使得开关S1能够更可靠地工作。
本文中描述的监测电路200的替选方案是使用外部热敏电阻或热电偶来感测IGBT的温度。然而，本公开内容的效果是无需将监测电路200放置在紧邻开关S1的位置。本公开内容的另一效果是无需将用于冷却开关S1的散热器的空气与热敏电阻或热电偶隔离以防止空气冷却热敏电阻或热电偶。本公开内容的另一效果是无需热敏电阻或热电偶与高压节点(例如，开关S1的第三端子T3)电隔离并且与开关S1附近的任何其他热生成源热隔离，这可能需要承载电路系统100的印刷电路板中的槽。本公开内容的另一效果是无需在热敏电阻或热电偶被安装在开关S1的散热器上的情况下需要并入特定的安装配置。本公开内容的另一效果是能够更准确地估计开关S1的结温，这是因为热敏电阻或热电偶实际测量开关S1的壳体温度，这可能与结温不同。本公开内容的另一效果是避免由于使用热敏电阻而引起的热生成并且避免所测量的温度的相关联的误差：当电流流过热敏电阻时，热敏电阻将生成热(自发热)，这将使热敏电阻的温度升高到其环境的温度以上，并且由此引起测量的温度的显著误差，除非进行校正。
在本公开内容中，术语“开关事件”可以指开关S1改变状态，例如被关断或接通。开关事件可以被定义为在施加到开关的第一端子T1的信号的改变足够大到改变在开关S1的第二端子T2与第三端子T3之间流动的电流时开始。开关事件可以被定义为在开关S1的第二端子T2与第三端子T3之间的电压达到稳定状态时结束，或者可以被定义为在开关S1的第二端子T2与第三端子T3之间的电压达到其峰值的给定比例(例如，50％、90％或100％)时结束。
如本领域技术人员会知悉的那样，电流可以由正电荷和/或负电荷的流动产生。然而，应理解的是，在本公开内容中，当电流或电荷被称为在特定方向上流动时，如本领域中常见的那样，该方向是正电荷流动的方向，而不是电荷载流子必然流动的方向。因此电流的方向被定义为与作为负电荷载流子的电子流动的方向相反的方向。
本领域技术人员将认识到，电容可以包括单个电容器(例如，C1)或者可以由并联和/或串联连接的多个电容器形成。类似地，本领域技术人员将认识到，电阻(例如，R1和R2)均可以包括单个电阻器，或者均可以由并联和/或串联连接的多个电阻器形成。
本领域技术人员将理解，术语“连接”在本文中用于说明不同电路部件的电连接。
本领域技术人员还将认识到，本发明的范围不受本文中描述的示例的限制，而是由所附权利要求书限定。
提供了可以在本文中描述的任何示例的电路系统中执行的方法。该方法可以包括：由电荷确定电路确定由于半导体开关处的开关事件而引起的在反向恢复条件下已流过第一二极管的电荷量的指示。
提供了制造本文中描述的任何示例的电路系统的方法。
提供了操作用于监测开关两端的电压的变化率的电路系统的方法。该电路系统包括：具有输入端子、第一输出端子和第二输出端子的开关；具有第一端子和第二端子的电容；第一二极管；以及第二二极管。第一二极管和第二二极管位于开关的第一输出端子与电容的第一端子之间，并且第一二极管和第二二极管被配置成在相反的方向上偏置。该方法包括：引起开关的第一输出端子与第二输出端子之间的电压变化；以及响应于该操作，确定电容两端之间的电压。
提供了一种方法。该方法包括：使电荷从开关的集电极端子流过反向偏置二极管；以及确定已流过反向偏置二极管的电荷量。
在以下编号的各项中阐述示例。
1.一种在电路系统中执行的方法，
所述电路系统包括：
半导体开关，其具有第一端子、第二端子和第三端子，并且被配置成使得施加在所述第一端子处的信号控制所述第二端子与所述第三端子之间的电流；以及
监测电路，所述监测电路包括第一二极管和电荷确定电路，
所述半导体开关的第三端子连接到所述监测电路和供电电路，
所述方法包括：
由所述电荷确定电路确定由于所述半导体开关处的开关事件而引起的在反向恢复条件下流过所述第一二极管的电荷量的指示。
2.根据任一前项所述的方法，其中，通过确定与所述第一二极管串联连接的电容两端的电压来确定已流过所述第一二极管的电荷量的指示。
3.根据项2所述的方法，还包括：
阻止电流从所述电容向所述半导体开关的第三端子流动。
4.根据项3所述的方法，其中，所述阻止由以下之一或两者来执行：
第二二极管，所述第二二极管位于所述电容与所述半导体开关的第三端子之间并且与所述第一二极管串联，以及
第一电阻，所述第一电阻位于所述电容与所述半导体开关的第三端子之间并且与所述第一二极管串联。
5.根据项4所述的方法，其中，所述阻止由所述第二二极管执行，以及其中，所述第二二极管具有比所述第一二极管低的额定电压。
6.根据项4-5中任一项所述的方法，其中，所述阻止由所述第二二极管和所述第一电阻二者执行，所述第二二极管和所述第一电阻彼此并联。
7.根据项2-6中任一项所述的方法，还包括：
阻止电流从所述第一二极管流进所述电容。
8.根据项7所述的方法，其中，阻止电流从所述第一二极管流进所述电容由与所述电容并联的第二电阻执行。
9.根据任一前项所述的方法，还包括：
基于已流过所述第一二极管的电荷量的指示，确定以下中的至少一个参数：
指示由于所述开关事件而引起的所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压的上升时间的参数，或者
指示所述半导体开关的结温的参数。
10.根据项9所述的方法，还包括：
确定所述至少一个参数中的至少一个已经超过相应的阈值。
11.根据项9-10中任一项所述的方法，包括：确定指示所述上升时间的参数和指示所述结温的参数，其中，对指示所述结温的参数的确定基于指示所述上升时间的参数。
12.根据任一前项所述的方法，其中，所述半导体开关是绝缘栅双极型晶体管。
13.根据项12所述的方法，其中，所述半导体开关的第三端子是所述晶体管的集电极端子。
14.根据任一前项所述的方法，其中，所述开关事件包括所述半导体开关被关断。
15.根据任一前项所述的方法，其中，所述第一二极管的反向恢复时间足以允许电荷在反向恢复条件下流过所述第一二极管，直到至少所述开关事件结束为止。
16.根据项15所述的方法，其中，所述反向恢复时间基本上等于当所述半导体开关在25摄氏度的结温下操作时由于所述开关事件而引起的所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压的上升时间。
17.根据项15-16中任一项所述的方法，其中，所述开关事件的结束包括所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压达到稳定状态。
18.一种电路，被配置成执行任一前项所述的方法。
19.一种电路系统，包括：
半导体开关，其具有第一端子、第二端子和第三端子，并且被配置成使得施加在所述第一端子处的信号控制所述第二端子与所述第三端子之间的电流；以及
监测电路，所述监测电路包括：
第一二极管；以及
电荷确定电路，其被配置成确定由于所述半导体开关处的开关事件而引起的在反向恢复条件下流过所述第一二极管的电荷量的指示，
其中，所述半导体开关的第三端子连接到所述监测电路并且被配置成连接到供电电路。
20.一种制造根据项18-19中任一项所述的电路系统的方法。
21.根据项20所述的方法，其中，所述电路系统还包括存储器，所述方法还包括：
在所述电路系统的多个操作条件下，确定以下中的至少两者：
均指示由于所述开关事件而引起的所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压的上升时间的相应的多个参数，或者
均指示已流过所述第一二极管的电荷量的相应的多个参数，或者
均指示所述半导体开关的结温的相应的多个参数；以及
基于所述确定，将校准数据存储在所述存储器中。
22.一种基本上如本文中参照附图所描述的电路或方法。

Claims (20)

1.一种在电路系统中执行的方法，
所述电路系统包括：
半导体开关，其具有第一端子、第二端子和第三端子，并且被配置成使得施加在所述第一端子处的信号控制所述第二端子与所述第三端子之间的电流；以及
监测电路，所述监测电路包括第一二极管和电荷确定电路，
所述半导体开关的第三端子连接到所述监测电路和供电电路，
所述方法包括：
由所述电荷确定电路确定由于所述半导体开关处的开关事件而引起的在反向恢复条件下流过所述第一二极管的电荷量的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过确定与所述第一二极管串联连接的电容两端的电压来确定已流过所述第一二极管的电荷量的指示。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
阻止电流从所述电容向所述半导体开关的第三端子流动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阻止由以下之一或两者来执行：
第二二极管，所述第二二极管位于所述电容与所述半导体开关的第三端子之间并且与所述第一二极管串联，以及
第一电阻，所述第一电阻位于所述电容与所述半导体开关的第三端子之间并且与所述第一二极管串联。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阻止由所述第二二极管执行，以及其中，所述第二二极管具有比所述第一二极管低的额定电压。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阻止由所述第二二极管和所述第一电阻二者执行，所述第二二极管和所述第一电阻彼此并联。
7.根据权利要求2所述的方法，还包括：
阻止电流从所述第一二极管流进所述电容。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，阻止电流从所述第一二极管流进所述电容由与所述电容并联的第二电阻执行。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于已流过所述第一二极管的电荷量的指示，确定以下中的至少一个参数：
指示由于所述开关事件而引起的所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压的上升时间的参数，或者
指示所述半导体开关的结温的参数。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
确定所述至少一个参数中的至少一个已经超过相应的阈值。
11.根据权利要求9所述的方法，包括：确定指示所述上升时间的参数和指示所述结温的参数，其中，对指示所述结温的参数的确定基于指示所述上升时间的参数。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半导体开关是绝缘栅双极型晶体管。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述半导体开关的第三端子是所述晶体管的集电极端子。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开关事件包括所述半导体开关被关断。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一二极管的反向恢复时间足以允许电荷在反向恢复条件下流过所述第一二极管，直到至少所述开关事件结束为止。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述反向恢复时间基本上等于当所述半导体开关在25摄氏度的结温下操作时由于所述开关事件而引起的所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压的上升时间。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述开关事件的结束包括所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压达到稳定状态。
18.一种电路系统，包括：
半导体开关，其具有第一端子、第二端子和第三端子，并且被配置成使得施加在所述第一端子处的信号控制所述第二端子与所述第三端子之间的电流；以及
监测电路，所述监测电路包括：
第一二极管；以及
电荷确定电路，其被配置成确定由于所述半导体开关处的开关事件而引起的在反向恢复条件下流过所述第一二极管的电荷量的指示，
其中，所述半导体开关的第三端子连接到所述监测电路并且被配置成连接到供电电路。
19.一种制造根据权利要求18所述的电路系统的方法。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述电路系统还包括存储器，所述方法还包括：
在所述电路系统的多个操作条件下，确定以下中的至少两者：
均指示由于所述开关事件而引起的所述半导体开关的第二端子与第三端子之间的电压的上升时间的相应的多个参数，或者
均指示已流过所述第一二极管的电荷量的相应的多个参数，或者
均指示所述半导体开关的结温的相应的多个参数；以及
基于所述确定，将校准数据存储在所述存储器中。
CN201810664016.0A 2017-06-23 2018-06-25 用于监测半导体开关的方法和装置 Pending CN109120138A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN201721022140 2017-06-23
IN201721022140 2017-06-23
GB1713661.5A GB2563686A (en) 2017-06-23 2017-08-25 Method and apparatus for monitoring a semiconductor switch
GB1713661.5 2017-08-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109120138A true CN109120138A (zh) 2019-01-01

Family

ID=60037272

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810664016.0A Pending CN109120138A (zh) 2017-06-23 2018-06-25 用于监测半导体开关的方法和装置
CN201820988596.4U Expired - Fee Related CN208833885U (zh) 2017-06-23 2018-06-25 电路系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201820988596.4U Expired - Fee Related CN208833885U (zh) 2017-06-23 2018-06-25 电路系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180372552A1 (zh)
EP (1) EP3419171A1 (zh)
CN (2) CN109120138A (zh)
GB (1) GB2563686A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110824347A (zh) * 2019-11-15 2020-02-21 南京宏泰半导体科技有限公司 一种射频开关的开关启动时间测量方法
CN113454475A (zh) * 2019-02-15 2021-09-28 西门子股份公司 用于自动检验开关器件的方法和设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10215795B1 (en) * 2018-04-13 2019-02-26 Infineon Technologies Ag Three level gate monitoring

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2448759A (en) * 2007-04-27 2008-10-29 Cambridge Semiconductor Ltd Turn-off control for a bipolar transistor
JP5290354B2 (ja) * 2011-05-06 2013-09-18 シャープ株式会社 半導体装置および電子機器
DE102012006009A1 (de) * 2012-03-24 2013-09-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Sperrschichttemperatur eines Halbleiterbauelements
JP6131084B2 (ja) * 2013-03-29 2017-05-17 ローム株式会社 昇圧ｄｃ／ｄｃコンバータの制御回路、制御方法ならびにそれを用いたｄｃ／ｄｃコンバータおよび電子機器、車両
JP6171599B2 (ja) * 2013-06-11 2017-08-02 サンケン電気株式会社 半導体装置及びその制御方法
IN2013MU02485A (zh) * 2013-07-26 2015-09-25 Tektronix Inc
US10191021B2 (en) * 2015-02-27 2019-01-29 Deere & Company Method for estimating a temperature of a transistor
JP2017055255A (ja) * 2015-09-09 2017-03-16 株式会社東芝 パワー半導体装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113454475A (zh) * 2019-02-15 2021-09-28 西门子股份公司 用于自动检验开关器件的方法和设备
US11879929B2 (en) 2019-02-15 2024-01-23 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for automatically testing a switching member
CN110824347A (zh) * 2019-11-15 2020-02-21 南京宏泰半导体科技有限公司 一种射频开关的开关启动时间测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3419171A1 (en) 2018-12-26
CN208833885U (zh) 2019-05-07
US20180372552A1 (en) 2018-12-27
GB2563686A (en) 2018-12-26
GB201713661D0 (en) 2017-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK177863B1 (en) Intelligent gate drive unit
US9935577B2 (en) Semiconductor device and fault detecting method
CN208833885U (zh) 电路系统
US7969227B2 (en) Temperature detection circuit
KR101655533B1 (ko) 스위칭 소자의 온도 센싱 장치
CN106953503B (zh) 半导体集成电路器件和电子器件
JP7061060B2 (ja) 制御回路、駆動システムおよびインバータの制御方法
WO2017006949A1 (ja) 駆動装置
CN106410760A (zh) 半导体集成电路装置及电子装置
US9035689B2 (en) Thermal controller for semiconductor switching power devices
CN101142737A (zh) 电动机控制装置的过热检测方式
US10132693B2 (en) Solder degradation information generation apparatus
JP2008295291A (ja) 電源装置及び電動車輌
US9484927B2 (en) Semiconductor device and automobile
Ma et al. Method of junction temperature estimation and over temperature protection used for electric vehicle's IGBT power modules
WO2020108172A1 (zh) 一种功率模块温度估算方法
CN105471294B (zh) 运行功率半导体的方法
KR20200007295A (ko) 전기 자동차의 인버터 장치
CN111919373A (zh) 诊断装置以及诊断系统
US11133667B2 (en) Protection circuit, corresponding system and method
JP2014239576A (ja) 電力変換装置
KR102056156B1 (ko) 전기 차량의 인버터 보호 방법
WO2020250445A1 (ja) 電力変換装置、半導体チップの寿命診断装置、及び半導体チップの寿命診断方法
CN106482859B (zh) 用于获取控制器的开关装置的多个开关单元的温度的方法和装置以及控制器的开关装置
JP2020141457A (ja) 電力変換装置および電力変換装置の温度検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190101