CN111541438A - 智能半导体开关 - Google Patents

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Abstract

本公开描述一种智能半导体开关以及一种用于运行集成在芯片封装中的智能半导体开关的方法。根据一个实施例，该方法包括在芯片封装的控制端子上接收的状态控制信号具有第一逻辑电平的第一模式中，根据在芯片封装的输入端子上接收的输入信号来驱动半桥的第一半导体开关和第二半导体开关。该方法包括在芯片封装的控制端子上接收的该状态控制信号具有第二逻辑电平的第二模式中，根据在输入端子上接收的输入信号的脉冲模式来设置运行参数。

Description

智能半导体开关
技术领域
本发明涉及具有用于驱动半导体开关的集成驱动器电路的半导体开关的领域。这种半导体产品通常也被称为智能半导体开关。
背景技术
存在通常被称为智能半导体开关的许多半导体产品。智能半导体开关通常包括晶体管(例如，MOSFET)和用于驱动芯片封装(chip package)中的晶体管的合适的驱动器开关。通常，外部产生的二进制控制信号(逻辑信号)通过引脚出传输到驱动器电路，该控制信号向驱动器电路发信号：一个或多个晶体管是否应当被开通或关断。在多个晶体管的情况下，还可以使用多个控制信号。
智能半导体开关中的驱动器电路还可以具有用于测量运行参数(例如，负载电流、温度等)的各种传感器以及用于检测运行状态(例如低电压检测、过热等)的电路。此外，智能半导体开关的驱动器电路可以提供设置某些参数(诸如开关速度(Slew-Rate))的可能性。一些智能半导体开关提供了例如将电阻器连接到智能半导体开关的引脚的可能性，其中电阻器的电阻值设定由驱动器电路使用的一个或多个参数。备选地，由驱动器电路使用的多个参数中的一个参数可以由传输到引脚的信号的电平来设定。在需要设置多个参数的情况下，对于每个参数都需要一个单独的引脚，这会提高总成本。特别地，具有许多引脚的芯片封装比具有少量引脚的芯片封装贵。
发明内容
以下将描述一种半导体器件以及一种用于运行集成在芯片封装中的智能半导体开关的方法。根据一个实施例，该方法包括在芯片封装的控制端子上接收的状态控制信号具有第一逻辑电平的第一模式中，根据在芯片封装的输入端子上接收的输入信号来驱动半桥的第一半导体开关和第二半导体开关。该方法包括在芯片封装的控制端子上接收的该状态控制信号具有第二逻辑电平的第二模式中，根据在输入端子上接收的输入信号的脉冲模式来设置运行参数。
根据一个实施例，该半导体器件具有：半桥，该半桥具有第一半导体开关和第二半导体开关，这两个半导体开关连接到半桥输出节点；逻辑电路，该逻辑电路被设计为提供用于第一半导体开关和第二半导体开关的控制信号；输出端子，该输出端子连接到半桥输出节点；控制端子，该控制端子用于接收状态控制信号；以及输入端子，该输入端子用于接收输入信号。逻辑电路被设计为：在状态控制信号具有第一逻辑电平的第一模式中，根据输入信号产生用于第一半导体开关和第二半导体开关的控制信号，并且在状态控制信号具有第二逻辑电平的第二模式中，根据在输入端子上所接收的输入信号的脉冲模式来设置半导体器件的运行参数。
附图说明
下面借助于附图更详细地说明实施例。这些附图不一定按比例绘制，并且实施例并非限于所示出的方面。相反，重要的是展现实施例所基于的原理。在附图中示出了：
图1图示了一个示例性应用，在该应用中智能半导体开关用于驱动电动机。
图2图示了图1的智能半导体开关的一个示例性实施方式。
图3图示了智能半导体开关的一个实施例，在该实施例中所需的引脚与图2的示例相比少一个。
图4是表示图3的示例中所包括的逻辑电路的功能的有限状态机(Finite StateMachine，FSM)的状态图。
图5包括用于进一步说明图3的智能半导体开关的功能的时序图。
图6是表示根据另一个实施例的逻辑电路的功能的有限状态机(FSM)的状态图。
图7和图8包括用于进一步说明具有根据图6的有限状态机(FSM)的智能半导体开关的时序图。
图9是用于说明运行智能半导体开关的方法的流程图。
具体实施方式
图1图示了智能半导体开关100的在电动机控制领域中的一个示例性应用。根据图1，智能半导体开关100被集成在具有七个引脚(VS、OUT、GND、INH、IN、IS和SR)的芯片封装中。引脚OUT用作智能半导体开关100的输出端子，该输出端子连接到负载(电动机M)的第一端子。负载的另一个端子可以连接到参考电势，该参考电势可以例如由第一供电电势VSS(例如，地电势)限定。第一(低的)供电电势Vss和第二(高的)供电电势VDD在供电引脚GND和VS(供电端子)上被传输到智能半导体开关100。
此外，智能半导体开关100具有多个控制引脚。输入引脚IN(输入端子)被设计为接收(例如，二进制的)控制信号VIN。控制信号VIN指示智能半导体开关100在输出引脚OUT上应输出第一供电电势Vss或者输出第二供电电势VDD(忽略很小的内部电压降)。例如，控制信号VIN可以是脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号使智能半导体开关100以脉冲宽度调制电压VOUT驱动电动机M。基本上，引脚VS、OUT和GND可以是晶体管半桥的三个端子，其中引脚OUT是半桥输出(参见图2或图3)。
在所示的示例中，智能半导体开关100具有禁止引脚INH(Inhibit-Pin)，该禁止引脚INH被设计为接收另一个控制信号(禁止信号，Inhibit-Signal)，该控制信号的电平(低电平或高电平)指示智能半导体开关100以防止在输出引脚OUT上输出电压VOUT。在该“禁止”状态下，输出引脚OUT可以通过高阻的电压路径连接到供电电势VDD、Vss，并且输出OUT上的电压VOUT基本上由负载确定。
引脚IS主要用于输出所测量的信息，诸如表示负载电流的测量信号或温度测量信号。所测量的信息可以例如由外部控制器电路接收并且在产生控制信号VIN时被考虑在内。在许多应用中，期望设置特定的运行参数，诸如转换速率，并且从而设置输出电压VOUT切换时的上升时间和下降时间。在本示例中，可以根据施加在另一个引脚上SR的选择信号来设置智能半导体开关的运行参数，诸如转换速率。例如，可以通过将被限定的电阻器RSR连接到引脚SR来产生施加在SR上的选择信号。智能半导体开关可以将被限定的电流iSR馈入电阻器(参见图2)，从而在引脚SR上产生电压电平VSR＝iSR×RSR。在该示例中，电压电平VSR确定转换速率。在目前常见的智能半导体开关中，需要单独的引脚用于设置运行参数。在图1的示例中，用于设置转换速率的是引脚SR。智能半导体开关的运行参数的其他示例是过电流限度(用于在短路情况下关断智能半导体开关)或温度阈值(用于在过热情况下关断智能半导体开关)。
已知的智能半导体开关的一个示例是英飞凌的BTN8962TA模块(大电流PN半桥NovalithICTM)，该模块主要包括(除了一些外围组件之外)晶体管半桥和集成驱动电路。图2是用于说明智能半导体开关的一个示例的简化框图，其中为了简单起见，省略了对于进一步的讨论不是必需的组件。
根据图2，智能半导体开关包括由晶体管M1和M2构成的晶体管半桥，其中M1表示半桥的高侧晶体管，并且M2表示半桥的低侧晶体管。高侧晶体管M1连接在供电引脚VS和输出引脚OUT之间，低侧晶体管M2连接在输出引脚OUT和供电引脚GND(接地引脚)之间。晶体管M1和M2可以是具有本征体二极管(图2中未示出)的MOSFET。用于驱动晶体管M1和M2的栅极的控制信号VG1、VG2(栅极电压)由上述驱动电路产生。为此，在所示的示例中，驱动电路具有栅极驱动器11和12，栅极驱动器11和12根据逻辑信号S1和S2产生用于晶体管M1和M2的控制信号VG1、VG2。驱动电路具有逻辑电路20以用于产生逻辑信号S1和S2。在所示的示例中，低侧晶体管M2是n沟道类型的，并且高侧晶体管M1是p沟道类型的。但是，并不一定都是这种情况，并且根据具体的实施方式，晶体管M1和M2都可以是n沟道类型的。
逻辑电路20被设计为根据逻辑信号SIN和SINH的指示产生用于栅极驱动器11和12的逻辑信号S1和S2，逻辑信号SIN和SINH分别表示施加在引脚IN和INH上的控制信号VIN和VINH的逻辑电平。在引脚IN上所接收的控制信号VIN被传输到比较器31，逻辑信号SIN在比较器31的输出处被输出到逻辑电路。例如，比较器31可以是一种具有两个开关阈值的施密特触发器，以便将超过1.6V的输入电压VIN识别为高电平(逻辑电平SIN＝1)，并且将小于1.4V的输入电压VIN识别为低电平(逻辑电平SIN＝0)，其中对于输入电压VIN的允许的电压范围可以在-0.3V和+5.3V之间。比较器11的输入可以连接到下拉电流源33或备选地连接到下拉电阻器，以便如果未被主动地施加另一个输入电压电平(例如通过外部微控制器)，就将输入电压VIN的电平拉至零。比较器32和下拉电流源34具有与比较器31和电流源33基本相同的功能；比较器32从在引脚INH上所接收的电压VINH产生逻辑信号SINH。容易理解的是电流源33和34在其他的实施例中还可以被省略，或者可以由外部地连接到智能半导体开关100的下拉电阻器代替。对于电压VIN的上面所提到的数值应当仅被理解为说明性示例，并且在其他实施方式中可以不同。
根据一个实施例，逻辑电路20可以被涉及为根据以下等式产生用于栅极驱动器11的逻辑信号S1和S2：S1＝SIN∧SINH，并且
Figure BDA0002380083220000051
运算符“∧”表示逻辑与，运算符
Figure BDA0002380083220000052
表示逻辑非(取反)。容易理解的是所提到的逻辑等式必须视为简化表示，该简化表示不考虑诸如过电流关断和过热关断的功能。在许多实施例中，逻辑电路20会更复杂。
在图2所示的实施例中，智能半导体开关100包括温度传感器电路22，该温度传感器电路22被设计为当所测量的芯片温度超过温度阈值时，产生过热信号OT。智能半导体开关100进一步包括电流传感器电路21，该电流传感器电路21被设计为，当通过高侧晶体管M1的负载电流i1超过电流阈值时，产生过电流信号OC。信号OT和OC被传输到逻辑电路20，并且逻辑电路20可以被设计为，当信号OT指示过热时或当信号OC指示过电流时，去激活(关断)或阻止激活(开通)半桥的晶体管M1和M2。根据一个实施例，在检测到过热或检测到过电流的情况下，半桥保持被检测，直到禁止信号VIN(再次)从低电平变为高电平为止。但是，容易理解的是在其他实施例中，以与图2的示例中的方式不同的方式处理过热和过电流事件。
此外，根据图2的实施例提供了(在一定限度内)设置晶体管的开关速度(Slew-Rate)的可能性。如上面已经提到的，在图1和图2的示例中，开关速度基于施加在引脚SR上的电压信号VSR来设置，其中信号VSR的电平由连接在引脚SR和参考电势VSS(地)之间的外部电阻器RSR确定。为此，智能半导体开关可以具有转换速率调整电路23，该转换速率调整电路23在引脚SR上输出恒定电流iSR，从而在引脚上施加电压VSR＝iSR×RSR。转换速率调整电路23进一步被设计为基于电压电平VSR驱动栅极驱动器(参见图2，转换速率控制信号SSR)，使得实现期望的开关速度或期望的转换速率。合适的转换速率调整电路23本身是已知的，并且例如被包括在上面所提到的模块BTN8962TA中。
在图2的示例中，电流传感器电路21被设计为在引脚IS上输出测量信号(例如，电流信号iS)，该测量信号表示通过高侧晶体管M1的负载电流i1。例如，可以通过借助于比较器将电流信号iS(或对应的电压信号)与阈值比较来产生图2所示的过电流信号OC。电流传感器电路21可以以各种方式实现。例如，对于电流测量可以使用所谓的Sense-FET，Sense-FET以类似于电流镜的方式耦合到高侧晶体管M1，并且被设计为输出与负载电流i1基本成正比的电流。电流测量的其他可能方式(诸如使用电流测量电阻器)也是可以的。
图3所示的实施例与图2的先前示例非常类似。下面主要讨论图2和图3的示例之间的区别。在图3的实施例中，所需的引脚少一个。与先前的示例相比，在图3中不存在用于设置诸如转换速率的运行参数的引脚SR。相反，输入引脚IN可以用于读取一个或多个运行参数，其中(一个或多个)运行参数的读取可以例如在如下的时间间隔中进行，在这样的时间间隔期间，由于引脚INH上的控制电压VINH的电平(例如，低电平)(禁止信号，Inhibit-Signal)，智能半导体开关的输出不活跃。智能半导体开关100包括包含逻辑电路20的驱动电路101，该逻辑电路20被设计为识别通过引脚IN输入的运行参数，并且在转换速率的情况下，将所检测的参数以合适的形式(参数SR)输出到转换速率调整电路23′。然后，电路23(如先前示例中的电路23)根据所接收的参数SR驱动栅极驱动器11和12，使得栅极驱动器11、12的开关沿具有期望的(与参数SR相应的)转换速率。之后将参照图4和图5描述如何读取参数SR的示例。
与图2的先前示例不同，图3的智能半导体开关100的驱动电路101具有多路复用器24，该多路复用器24实现除了由电流测量电路21提供的电流测量信号之外，还在引脚IS上输出其他值。在本示例中，逻辑电路20可以被设计为(例如，借助于具有电流输出的数模转换器)提供电流，该电流例如表示所测量的温度(电流信号iT)或表示当前设置的运行参数(例如转换速率)(电流信号iSR)。逻辑电路20可以通过控制信号驱动多路复用器，以便在引脚IS上输出期望的测量信号。在一些实施例中，在引脚IS上输出的电流总是被叠加偏移电流iOS。容易理解的是这取决于具体的实施方式，并且不一定必须如此。
逻辑电路20可以实施有限状态机，有限状态机也被称为Finite State Machine(FSM)。FSM的功能可以由状态图表示。图4以简化形式示出了表示逻辑电路20和整个智能半导体开关的功能的状态图。在图5中在时序图中示例性地示出了所属的信号波形(signalwaveforms)。
根据图3，区分状态“正常运行”(状态S1)、“SR选择/温度测量”(状态S2)和“待机”(状态S3)。容易理解的是这是简化表示，并且在较详细的研究中，各个状态可以被进一步细分。但是，根据图4的简化表示对于以下讨论是足够的。通过以下方式限定状态S1(正常运行)：逻辑电路20通过控制电压VINH在引脚INH上发出逻辑值“1”(在图4中由“INH＝1”表示)。在该状态中，当输入电压VIN在输入引脚IN上呈现逻辑值“1”(例如，高电平)时，高侧晶体管M1导通，并且当输入电压VIN在输入引脚IN上呈现逻辑值“0”(例如，低电平)时，低侧晶体管M2导通。容易理解的是当高侧晶体管M1导通时，低侧晶体管M2关断，反之亦然，使得半桥的两个晶体管永远不会同时导通。在状态S1(正常运行)中，在引脚IS上输出的电流表示通过高侧晶体管的负载电流i1。在其他实施例中，测量在输出引脚OUT上输出的电流而不是电流i1。
当控制电压VINH(禁止信号)改变其电平并且呈现逻辑值“0”(例如，高电平)时，如果输入电压VIN也呈现逻辑“0”(VIN到低电平，在图4中由“IN＝0”表示)，则FSM变为状态S3，或者如果输入电压VIN呈现逻辑“1”(VIN到高电平，在图4中由“IN＝1”表示)，则FSM变为状态S2。在状态S3(待机)中，半桥的输出是高阻的，并且在IS引脚上仅输出偏移电流iOS(iS＝iOS)，其中偏移电流还可以为零。在状态S2中，在引脚IS上输出电流iS，该电流iS指示当前所选择的转换速率值(iS＝iSR)或所测量的芯片温度(iS＝iT)。电流iS的实际值取决于从离开状态S1(正常运行)以来变为状态S2的频率。一般而言，电流iS的实际值取决于输入电压VIN的脉冲模式(参见图5)。
借助于图5的时序图进一步说明具有根据图4的FSM(逻辑电路20)的根据图3的智能半导体开关的功能。(从上方的)第一幅时序图示出了引脚INH上的电压VINH(禁止信号)的示例性波形。首先，FSM处于状态S1(正常运行)，并且在时刻tA变为状态S3(待机)。之后，在时刻tB，FSM重新变到状态S1(正常运行)。第二幅时序图图示了引脚IN上的输入电压VIN(输入信号)的示例性波形。随着输入电压VIN中的每个上升沿(即从低电平变为高电平)，FSM从状态S3(待机)变为状态S2(SR选择/温度测量)，并且随着输入电压VIN中的每个下降沿(即从高电平变为低电平)，FSM变回到状态S3。在状态S3中，在引脚IS上仅输出偏移电流iS＝iOS。在状态S2中，在引脚IS上输出电流，该电流表示当前设置的运行参数值(即本示例中的转换速率)或所测量的芯片温度。对于引脚IS上输出的电流的一个示例在图5的第三幅时序图中。在第四幅时序图中可以看到表示期望的转换速率的当前设置的参数。在本示例中，对于参数SR(转换速率)可以设置八个不同的值(从SR＝0到SR＝7)。
根据图5，输入电压VIN在时刻t0、t2、t4、t6、t8具有上升沿(转变到状态S2)。状态S2中在引脚IS上输出的电流取决于从状态S1(正常运行)结束开始(即从时刻tA开始)输入电压VIN变为状态S2的频率。在第一次转变到状态S2(时刻t0)时，在引脚IS上输出电流iS＝iSR(SR＝0)，该电流表示当前设置的参数值(在本示例中SR＝0)。在随后的到状态S2的每个转变(时刻t1到t8)时，参数值递增1。在参数值SR＝7时，“递增1”意味着从SR＝7变为SR＝0，即从最高值溢出到最低值。从第三次转变到状态S2(时刻t2)起，(可以说是作为“反馈”)输出当前设置的参数值SR，其中电流iS＝iSR的高度指示当前所选择的参数值。在第二次转变到状态S2(时刻t1)时，如果智能半导体开关测量芯片温度，则输出表示所测量的温度的电流iS＝iT而不是表示参数值的电流。因此，所设置的参数值SR取决于输入电压VIN的脉冲模式。在最简单的情况下，可以(例如，由外部的控制器)通过在引脚IN上施加输入电压VIN(在时刻t0和t1)仅用两个脉冲来查询当前设置的参数值SR以及测量当前所测量的芯片温度。一旦电压VINH重新变到高电平，FSM就会变为状态S1(正常运行)，在该状态S1中电压VIN设定半桥的开关状态。
图6图示了FSM的另一个实施例，该实施例实现智能半导体开关的附加功能。与图4的先前示例不同，温度测量和参数选择被实现为单独的状态S2和S4，这对于一些应用可以是有利的。与图4类似，图6示出了简化状态图，该简化状态图表示逻辑电路20的功能，并且因此表示整个智能半导体开关的功能。在图7和图8中示例性地示出了对于不同应用情况的所属的信号波形(signal waveforms)。
根据图6，区分状态“正常运行”(状态S1)、“温度测量”(状态S2)、“待机”(状态S3)以及“SR选择”(状态S4)。如所提到的，该状态图是简化表示，并且在较详细的研究中，各个状态可以被进一步细分。但是，根据图6的简化表示对于以下讨论是足够的。通过以下方式限定状态S1(正常运行)：逻辑电路20通过控制电压VINH在引脚INH上发出逻辑值“1”(在图6中由“INH＝1”表示)。在该状态中，当输入电压VIN在输入引脚IN上呈现逻辑值“1”(例如，高电平)时，高侧晶体管M1导通，并且当输入电压VIN在输入引脚IN上呈现逻辑值“0”(例如，低电平)时，低侧晶体管M2导通。容易理解的是当高侧晶体管M1导通时，低侧晶体管M2关断，反之亦然，使得半桥的两个晶体管永远不会同时导通。在状态S1(正常运行)中，在引脚IS上输出的电流表示通过高侧晶体管的负载电流i1。在其他实施例中，测量在输出引脚OUT上输出的电流而不是电流i1。
当控制电压VINH(禁止信号)改变其电平并且呈现逻辑值“0”(例如，高电平)时，如果输入电压VIN也呈现逻辑“0”(VIN到低电平，在图6中由“IN＝0”表示)，则FSM变为状态S3，或者如果输入电压VIN呈现逻辑“1”(VIN到高电平，在图6中由“IN＝1”表示)，则FSM变为状态S2。在状态S3(待机)中，半桥的输出是高阻的，并且在IS引脚上仅输出偏移电流iOS(iS＝iOS)，其中偏移电流还可以为零。在状态S2中，在引脚IS上输出电流is，该电流iS指示所测量的芯片温度(iS＝iT)(参见图3，温度传感器22)。在状态S2中，输入电压VIN的逻辑电平的从“1”到“0”的变化引起到待机模式S3的转变，在该待机模式S3中，如图4的示例，在输出IS上仅输出偏移电流iS＝iOS，该偏移电流还可以为零。
在状态S3中，可以使用到状态S4的一次或多次变化来设置运行参数SR(例如，转换速率)，其中所选择的参数取决于输入引脚IN上的脉冲模式。例如，所选择的运行参数取决于输入电压VIN的电平变化的频率。之后将参照图8更详细地说明对于期望的运行参数SR的选择的示例。在这里所描述的实施例中，在从状态S3到状态S4的每次变化时，运行参数SR递增1，其中在最高的参数值(例如，SR＝7)递增时会发生溢出，从而得到最小的参数值(例如，SR＝0)。在状态S4中，在引脚IS上输出电流iS，该电流iS表示当前所选择的参数值。在该状态中，电流iS可以被看作为反馈信号，该反馈信号向外部控制器反馈当前所选择的运行参数。在状态S2、S3和S4中，控制电压VINH(禁止信号)的逻辑电平的变化引起到状态S1(正常运行)的转变。
以下借助于图7和图8的时序图示例性地进一步说明两个不同的应用情况。时序图示例性地图示了具有根据图6的FSM(逻辑电路20)的根据图3的智能半导体开关的功能。在图7中，(从上方的)第一幅时序图示出了引脚INH上的电压VINH(禁止信号)的示例性波形。第二幅时序图示出了引脚IN上的输入电压VIN的示例性波形。第三幅时序图示出了高侧开关M1(在该示例中，其为n沟道MOSFET)的栅极电压VG1的所属的波形，并且第四幅时序图示出了引脚IS上的所属的输出电流iS。
首先，FSM处于状态S3(待机)。在时刻tA，输入电压VIN从“0”变到“1”(逻辑电平)，并且因此FSM转变到状态S4，并且引脚IS上的输出电流iS表示当前所选择的运行参数SR。在该示例中，从时刻tA起，输入电压VIN保持在逻辑电平“1”。从时刻t1起，引脚INH上的电压VINH(禁止信号)周期性地从“0”变到“1”，并且重新从“1”变到“0”(逻辑电平)。上升沿出现在时刻t1，随后的下降沿出现在时刻t2。下一个周期随着下一个上升沿在时刻t3开始(对应的下降沿在时刻t4)。
随着禁止信号VINH(或SINH，参见图3)中的每个电平变化，FSM(在上升沿时，在时刻t1、t3、...)变到状态S1或(在下降沿时，在时刻t2、t4、...)变到状态S2。在状态S1(正常运行)中，高侧晶体管M1主动地被接通(栅极电压VG1处于高电平，高于晶体管的阈值电压)，反之在状态S2(待机)中，半桥是被动的，即晶体管M1和M2都被关断，但是可以通过低侧晶体管M2的本征体二极管(图3中未示出)进行续流。同时，在状态S2中在引脚IS上输出电流iS＝iT，该电流表示所测量的芯片温度。因此，在图7所示的示例中，可以准连续地测量温度；可以在每个开关周期中获得温度测量值。在图7的最下方的图中，如下的时刻用“x”标记，在这样的时刻例如外部控制器可以采样电流iS(并且因此可以采样温度信息)。在FSM处于状态S1期间，电流iS表示通过高侧晶体管M1的负载电流，该负载电流也是可被测量的(例如，通过外部控制器)。在图7的示例中，在芯片温度升高期间，负载电流保持基本恒定。
图8涉及另一种应用情况，在该请用情况中在正常运行开始之前，选择并且设置智能半导体开关的运行参数SR(例如，在开关过程期间的转换速率)。在图8中，(从上方的)第一幅时序图示出了引脚INH上的电压VINH(禁止信号)的示例性波形。第二幅时序图示出了引脚IN上的输入电压VIN的示例性波形，并且第三幅时序图示出了引脚IS上的所述的输出电流iS。所示的示例在正常运行中开始(图6的FSM的状态S1)，并且在时刻tA，电压VINH的逻辑电平从“1”变到“0”，并且FSM变到状态S3(待机)，而在引脚IS上输出偏移电流iS＝iOS。从状态S3开始，可以通过在引脚IN上施加具有一定脉冲模式(即一定顺序的逻辑电平或一定顺序的电平变化)的输入信号VIN来设置运行参数S3。在输入信号VIN的逻辑电平的从“0”到“1”的每次变化(上升沿)时，FSM变到状态S4(SR选择)，并且在输入信号VIN的逻辑电平的从“1”到“0”的每次变化(下降沿)时，FSM变回到状态S3(待机)。在所示的示例中，所选择的运行参数SR取决于在输入信号VIN中识别出上升沿的频率，即FSM从状态S3变到状态S4的频率。在状态S4中，电流iS在引脚IS上被输出作为反馈信号，该电流iS表示当前所选择/所设置的运行参数SR。在时刻tB，禁止信号VINH的逻辑电平从“0”变到“1”，并且因此FSM转变到正常运行状态(主动运行模式，状态S1)，如已经说明的，在该正常运行状态中输入信号VON设定半桥的开关状态，并且在引脚IS上输出电流iS，该电流iS表示通过半桥的高侧晶体管M1的电流(参见图3)。
图7和图8示出了相同的智能半导体开关的两种明显不同的应用。在根据图7的示例中，仅半桥的高侧开关M1被主动地开通和关断，而低侧开关M2未被主动地开通，而是仅在高侧开关M1被关断时，承载低侧开关M2的本征体二极管电流。实际上通过禁止信号VINH来控制开关运行，该禁止信号VINH例如可以是脉冲宽度调制的。温度测量和电流测量几乎同时进行，并且在引脚IS上交替地输出电流信息和温度信息，使得在每个PWM周期中可以采样至少一个电流测量值以及至少一个温度测量值。在图8的示例中，在正常运行(正常模式，从时刻t起)中，半桥的两个晶体管M1和M2根据输入信号VIN被主动地驱动。在这种情况下，只有在正常模式中断时才可以进行温度测量。
在FSM的两个实施例中(参见图4和图6)，状态S1(正常运行)可以被分配给智能半导体开关的第一主动(运行)模式，在该模式中半桥被主动地驱动。其余状态可以被分配给智能半导体开关的第二被动模式。在该模式中，半桥不被主动地驱动，但是可以进行温度测量以及一个或多个运行参数的设置。
在这一点上，应当注意，所提到的逻辑电平(“0”和“1”)取决于实际的实施方式。根据智能半导体开关的实施方式，一个或多个信号可以使用反相的逻辑电平。在上面的描述中，信号不总是在信号VINH与SINH以及VIN与SIN之间(见图3)。该区别对于所描述的实施例并非必要的，因为信号VINH与SINH以及VIN与SIN表示相同的信息。
图9是用于说明运行智能半导体开关的方法的一个实施例以及用于进一步说明图3的示例的功能的流程图。根据图9，智能半导体开关可以在第一模式(主动模式)以及第二模式(被动模式)中运行。如果在芯片封装的控制端子(参见图3，引脚INH)上接收到具有第一逻辑电平(例如，高电平)的状态控制信号(参见图3，信号VINH或SINH)，则智能半导体开关工作在主动模式中。同样地，如果状态控制信号具有第二逻辑电平(例如，低电平)，则智能半导体开关工作在被动模式中(参见图9，步骤V1)。
在第一主动模式中，该方法包括根据输入信号来驱动半桥的第一半导体开关和第二半导体开关(参见图3，M1、M2)(参见图9，步骤V2)，该输入信号在芯片封装的输入端子(参见图3，引脚IN)上被接收(参见图8，在时刻tB之后)。在第二被动模式中，该方法包括根据在输入端子处所接收的输入信号的脉冲模式(参见图7和8，时间间隔tA至tB)来设置运行参数(参见图9，步骤V3)。第一活动模式基本对应于FSM的状态S1(正常运行、正常模式，参见图4和图6)。第二被动模式包括其余状态S2和S3，以及必要时S4。在该被动模式中，半桥的输出节点上的电势(参见图3，输出引脚OUT)取决于负载(及其状态)，并且如所提到的，通过晶体管M1和M2的本征体二极管的续流是可能的。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
半桥，具有第一半导体开关(M1)和第二半导体开关(M2)，所述第一半导体开关(M1)和所述第二半导体开关(M2)连接到半桥输出节点；
逻辑电路(20)，被设计为提供用于所述第一半导体开关(M1)和所述第二半导体开关(M2)的控制信号(S1、S2)；
输出端子(OUT)，连接到所述半桥输出节点；
控制端子(INH)，用于接收状态控制信号(VINH、SINH)；以及
输入端子(IN)，用于接收输入信号(VIN)；
其中所述逻辑电路(20)被设计为：
在所述状态控制信号(VINH、SINH)具有第一逻辑电平(SINH＝1)的第一模式中，根据所述输入信号(VIN)产生用于所述第一半导体开关(M1)和所述第二半导体开关(M2)的所述控制信号(S1、S2)；并且
在所述状态控制信号(VINH、SINH)具有第二逻辑电平(SINH＝0)的第二模式中，根据在所述输入端子(IN)上所接收的输入信号(VIN)的脉冲模式来设置所述半导体器件的运行参数(SR)。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
驱动器电路(10、11)，被设计为基于所述输入信号(VIN)并且基于当前设置的所述运行参数(SR)产生驱动信号(VG1、VG2)，所述驱动信号(Ve1、VG2)被提供到所述第一半导体开关(M1)。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，
其中所述运行参数(SR)设定所述半桥的期望的开关速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体器件，还包括：
温度传感器电路(22)，被设计为产生温度测量信号，所述温度测量信号表示芯片温度；以及
电流传感器电路(21)，被设计为产生电流测量信号，所述电流测量信号表示通过所述半导体开关(M1、M2)中的一个半导体开关的电流；
另一个端子(IS)，通过选择电路(24)耦合到所述电流传感器电路(21)和所述温度传感器电路(22)；
其中所述逻辑电路(20)被设计为：在所述第一模式中，驱动所述选择电路(24)，使得所述电流测量信号在所述另一个端子(IS)上被输出，并且在所述第二模式中，所述温度测量信号或表示当前设置的所述运行参数(SR)的信号被输出。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，
其中在转换到所述第二模式之后，所述温度测量信号在所述另一个端子(IS)上被输出，并且随后根据所述输入信号(VIN)的逻辑电平的变化频率，表示当前设置的所述运行参数(SR)的所述信号被输出。
6.一种用于运行集成在芯片封装中的智能半导体开关的方法，包括：
在所述芯片封装的控制端子(INH)上接收的状态控制信号(VINH、SINH)具有第一逻辑电平(SINH＝1)的第一模式中，根据在所述芯片封装的输入端子(IN)上接收的输入信号(VIN)来驱动半桥的第一半导体开关(M1)和第二半导体开关(M2)；
在所述芯片封装的所述控制端子(INH)上接收的所述状态控制信号(VINH、SINH)具有第二逻辑电平(SINH＝0)的第二模式中，根据在所述输入端子(IN)上接收的所述输入信号(VIN)的脉冲模式来设置运行参数(SR)。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中所述运行参数设定所述半桥的开关速度、过热限度或温度阈值。
8.根据权利要求6或7所述的方法，
其中在所述第一模式中，电流测量信号在另一个端子(IS)上被输出，所述电流测量信号表示通过所述半导体开关(M1、M2)中的一个半导体开关的电流。
9.根据权利要求6或7所述的方法，
其中在所述第二模式中，根据在所述输入端子(IN)上接收的所述输入信号(VIN)的所述脉冲模式，温度测量信号或表示当前设置的所述运行参数(SR)的信号在所述另一个端子(IS)上被输出。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，在转换到所述第二运行模式之后，首先所述温度测量信号在所述另一个端子(IS)上被输出，并且随后在所述输入信号(VIN)中的一个边沿之后，表示当前设置的所述运行参数(SR)的所述信号被输出。
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