CN112398087A

CN112398087A - 智能半导体开关

Info

Publication number: CN112398087A
Application number: CN202010805535.1A
Authority: CN
Inventors: M·贝尔纳多尼; C·德耶拉希-切克
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-02-23
Also published as: DE102019121726A1; US20210050851A1; US11018664B2

Abstract

本申请的各实施例涉及智能半导体开关。根据一个实施例，一种可以用作智能开关的集成电路包括半导体开关的第一部分，该第一部分耦合在供电节点与输出节点之间，并且被配置为根据第一驱动信号在供电节点与输出节点之间提供第一电流路径。该集成电路还包括半导体开关的第二部分，该第二部分耦合在供电节点与输出节点之间，并且被配置为根据第二驱动信号在供电节点与输出节点之间提供第二电流路径。此外，该集成电路包括驱动电路，该驱动电路被配置为响应于接通命令而生成第一驱动信号和第二驱动信号，使得交替地接通和关断半导体开关的第一部分和半导体开关的第二部分，其中，在重叠时段期间，半导体开关的第一部分和第二部分均处于导通状态。

Description

智能半导体开关

技术领域

本发明涉及智能半导体开关领域。

背景技术

在许多应用中，使用半导体开关来接通和关断电气负载。除电子开关(诸如功率晶体管)之外还包括补充电路装置的半导体开关通常被称为智能电子开关或简称为智能开关。补充电路装置的示例是：用于检测过温的温度传感器、测量通过开关的负载电流的负载电流传感器、根据输入信号和所测量的参数(诸如所测量的电流和温度)生成触发接通或关断的控制信号的控制逻辑电路、以及用于输出所测量的参数的接口电路等。

使用智能开关的应用的一个示例是照明。虽然几年前在照明应用(例如，在车辆中)主要使用灯泡，但是现在灯泡正越来越多地被发光二极管(LED)所取代。然而，LED通常需要被提供有规定的电流，这可以使用开关转换器(例如，DC/DC转换器)来有效地进行。包括多个LED和开关转换器的LED模块可以具有显著的输入电容，而对于传统灯泡而言并非如此。应当理解，在各种应用领域中的许多其它电子系统/模块/设备可以显示出与LED模块类似的输入电容。

然而，当使用(智能)半导体开关来切换具有电容特性的电气负载时，通过半导体开关的浪涌电流可能会相当高。高的浪涌电流可能会导致高温，并且在半导体裸片中产生热应力。存在用于保护半导体开关免受可能会损坏器件的过温影响的几种构思。尽管如此，仍然存在改进的余地，特别是在待切换的电气负载汲取相当高的浪涌电流(例如，25安培)但在正常操作期间只汲取相当低的标称电流(例如，0.3安培)的情况下。

发明内容

本文描述了一种可以用作智能开关的集成电路。根据一个实施例，该集成电路包括半导体开关的第一部分，该第一部分耦合在供电节点与输出节点之间，并且被配置为根据第一驱动信号在供电节点与输出节点之间提供第一电流路径。该集成电路还包括半导体开关的第二部分，该第二部分耦合在供电节点与输出节点之间，并且被配置为根据第二驱动信号在供电节点与输出节点之间提供第二电流路径。此外，该集成电路包括驱动电路，该驱动电路被配置为响应于接通命令而生成第一驱动信号和第二驱动信号，使得交替地接通和关断半导体开关的第一部分和半导体开关的第二部分，其中，在重叠时段期间，半导体开关的第一部分和第二部分均处于导通状态。

此外，本文描述了一种用于通过半导体开关切换负载的方法。根据一个实施例，该方法包括：接收接通命令，并且响应于接收到接通命令而生成用于半导体开关的第一部分的第一驱动信号和用于半导体开关的第二部分的第二驱动信号，其中，半导体开关的两个部分在被接通时在供电节点与输出节点之间提供电流路径。生成第一驱动信号和第二驱动信号，使得交替地接通和关断第一半导体开关和第二半导体开关，其中，在重叠时段期间，半导体开关的第一部分和第二部分均处于导通状态。

附图说明

参照以下附图和说明可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例缩放；相反，重点在于说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记指定相应的部分。其中：

图1图示了智能开关的一般示例。

图2图示了智能开关的一个实施例，其中交替接通和关断半导体开关的第一部分和半导体开关的第二部分。

图3图示了半导体裸片的示例性的示意性俯视图，该示意性俯视图示出了图2的半导体开关的第一部分和第二部分。

图4示出了说明用于图2的智能开关的开关方案的第一示例的时序图。

图5示出了说明用于图2的智能开关的开关方案的第二示例的时序图。

图6图示了用于图2的智能开关的又一开关方案。

图7图示了智能开关的另一实施例，其中交替接通和关断半导体开关的第一部分、半导体开关的第二部分以及半导体开关的第三部分。

图8示出了半导体裸片的示例性的示意性俯视图，该示意性俯视图示出了图7的半导体开关的第一部分、第二部分和第三部分。

图9图示了用于图7的智能开关的开关方案。

图10是说明用于图7的智能开关的开关方案的流程图。

具体实施方式

在以下详细说明中，参考了附图。附图构成说明书的一部分，并且为了说明的目的，附图示出了可以如何使用和实施本发明的示例。图1图示了集成智能开关电路(以下称为智能开关1)的一个一般示例。智能开关1可以集成在布置在芯片封装中的单个半导体裸片中。然而，在一些实施例中，智能开关1可以包括布置在一个芯片封装中的两个或更多个半导体裸片。

根据图1，智能开关1包括电子开关M₀，该电子开关M₀可以是功率晶体管，例如MOS晶体管。DMOS晶体管也可以用作功率晶体管。尽管本文讨论的示例使用MOS晶体管作为功率晶体管，但是应当理解，可以使用双极性晶体管来代替MOS晶体管。本领域技术人员将完全可以将本文所述的构思应用于双极性晶体管。此外，本文描述的实施例涉及高侧开关。然而，应当理解，本文描述的构思可以容易地应用于低侧开关。功率晶体管M₀耦合在智能开关1的供电引脚SUP和输出引脚OUT之间。因此，功率晶体管M₀在被接通时可以将输出引脚OUT连接至供电引脚SUP。类似地，功率晶体管M₀在被关断时可以将输出引脚OUT与供电引脚SUP断开连接。换句话说，功率晶体管M₀可以根据施加到晶体管的栅电极的栅极信号V_G来启用和禁用供电引脚SUP与输出引脚OUT之间的负载电流路径。可以理解，如果双极性晶体管被用作功率晶体管，则根据基极电流而不是栅极电压来接通和关断晶体管。

在图1的示例中，栅极信号V_G由栅极驱动电路12提供，该栅极驱动电路12被配置为根据控制信号ON₀输出栅极信号V_G0，该控制信号ON₀是可以仅采取高电平(例如，指示接通)或低电平(例如，指示关断)的二进制信号。控制信号ON₀由逻辑电路11(也称为控制逻辑11)提供。控制逻辑11可以包括组合和时序逻辑电路以及同步和异步电路。控制逻辑11被配置为基于在智能开关的输入引脚IN处接收的输入信号S_IN以及其它参数来触发晶体管M₀的接通和关断(通过生成具有适当的逻辑电平的控制信号ON₀)。输入信号S_IN可以由诸如微控制器(图1中未示出)的外部(与智能开关1分离的)电路生成。控制逻辑11和栅极驱动器12可以被视为驱动电路10的部分，该驱动电路10被配置为根据输入信号S_IN和其它参数来驱动晶体管M₀导通和截止，这将在后面进行讨论。在本实施例中，输入信号S_IN是可以采取高电平或低电平的二进制信号，其中从低电平到高电平的转换可以被看作是接通命令(即，高电平指示触发智能开关的接通)，而从高电平到低电平的转换可被看作是关断命令(即，低电平指示触发智能开关的关断)。应当理解，高电平和低电平的含义可以互换，这主要是一种设计选择。

应当注意，并不是必须在智能开关的输入引脚处接收输入信号S_IN。在一些实施例中，智能开关可以具有数字通信接口，诸如串行外围接口(SPI)等，该数字通信接口允许(例如，从微控制器)接收包括接通和关断命令的数据。在这些实施例中，智能开关可以包括生成输入信号S_IN并根据经由数字通信接口接收的接通和关断命令来设置输入信号S_IN的逻辑电平的电路装置。

例如，为了生成具有特定逻辑电平的控制信号ON₀的目的而可以由驱动电路10(例如，由控制逻辑11)处理的上述其它参数可以是表示晶体管M₀的有源区中的芯片温度T₀的测量值、表示通过晶体管M₀的负载电流的测量值、可配置阈值(例如，过温阈值)等。温度感测(例如，使用嵌入在晶体管的有源区中的pn结或布置在晶体管的有源区附近的pn结的温度感测)是众所周知的，因此在这里不再进一步详细讨论。在输出引脚OUT处输出到负载Z的负载电流i_L可以通过电流感测电路(图1中未示出)来测量。例如，电流感测电路可以包括耦合至功率晶体管M₀并操作在相同操作点的感测晶体管。使用感测晶体管的电流感测对于本领域技术人员而言是众所周知的，因此本文不再详细讨论。

例如，功率晶体管可以由单元阵列的多个晶体管单元构成，其中单元阵列的一个或几个晶体管单元可以用于形成感测晶体管。在一个简单的实施例中，电流感测电路可以包括连接在晶体管M₀的负载端子(例如，源极端子)与输出引脚OUT之间的电流感测电阻器。在这种情况下，电流感测电阻器两端的电压降指示负载电流，并且可以用作电流感测信号。上述参数的又一示例是电流阈值，该电流阈值可以用于实施过电流关断功能。例如，当由电流感测电路提供的电流感测信号达到或超过由阈值表示的临界电流值时，控制逻辑11触发晶体管M₀的关断，直到例如通过输入信号S_IN再次触发接通为止。

在图1的示例中，智能开关1被配置为高侧开关，即，智能开关1连接在(在供电引脚SUP处)提供供电电压V_B的供电线与负载Z之间，该负载Z连接到输出引脚OUT。智能开关1还具有接地引脚GND以接收参考电位V_GND，该参考电位V_GND可以被定义为零伏并且用作包括在智能开关1中的电路装置的恒定参考电位。如上所述，本文所述的构思可以容易地应用于低侧开关。

图2图示了智能开关的一个实施例，其中交替接通和关断半导体开关的第一部分和半导体开关的第二部分。半导体开关的第一部分和第二部分可以被视为具有负载电流路径(例如，在MOS晶体管的情况下为漏极-源极电流路径，或者在(绝缘栅极)双极性晶体管的情况下为集电极-发射极电流路径)的单独的晶体管。因此，在图2的示例中，半导体开关的第一部分由晶体管M₁表示，并且半导体开关的第二部分由晶体管M₂表示。如前所述，晶体管M₁和M₂具有公共的漏电极和公共的源电极，但是具有单独的栅电极，因此可以分别根据驱动信号V_G1和V_G2(在MOS晶体管的情况下为栅极电压或电流)来单独地接通和关断晶体管M₁和M₂。

在所示示例中，栅极信号V_G1和V_G2分别由栅极驱动器12和13生成。栅极驱动器12和13被配置为分别根据控制信号ON₁和ON₂来生成栅极信号V_G1和V_G2，其中控制信号ON₁和ON₂是指示相应的晶体管M₁和M₂是待被接通还是待被关断的二进制信号。控制逻辑11基于输入信号S_IN以及其它参数(诸如表示晶体管M₁和M₂的有源区中的温度的所测量到的温度值T₁和T₂)来生成控制信号ON₁和ON₂。温度传感器24被配置为提供关于晶体管M₁的有源区的温度T₁的信息，并且温度传感器25被配置为提供关于晶体管M₂的有源区的温度T₂的信息。温度传感器24和25被嵌入在相应的晶体管M₁和M₂的有源区中，或者被布置为接近相应的晶体管M₁和M₂的有源区。具有集成温度传感器的晶体管在半导体技术领域是众所周知的(例如，参见US6,144,085)，因此本文不再进一步讨论。

所提到的输入信号S_IN也是指示供电引脚SUP和输出引脚OUT之间的负载电流路径是待被启用还是待被禁用的二进制信号。如上所述，输入信号S_IN不一定是在专用输入引脚IN处接收的二进制信号。一些智能开关包括数字通信接口，诸如串行外围接口(SPI)，该数字通信接口允许经由(例如，串行的)数据总线接收数字接通和关断命令。在这种情况下，(例如，控制逻辑11)可以基于所接收的接通和关断命令来生成输入信号S_IN。在这种情况下，输入信号可以由包括在控制逻辑11中的数字寄存器的逻辑状态来表示。

图3图示了半导体裸片100的示例性的示意性俯视图，该示意性俯视图示出了半导体开关的第一部分和第二部分，即，上面讨论的晶体管M₁和M₂。集成了智能开关1的半导体裸片100的大部分区域被晶体管M₁和M₂占据。在图3的示例中，包括多个晶体管单元的单元阵列20集成在半导体裸片100中，其中单元阵列被划分为两个相邻的部分。在所示示例中，晶体管M₁由单元阵列20的左侧部分中的晶体管单元构成，并且晶体管M₂由单元阵列20右侧部分中的晶体管单元构成。每个部分(即，晶体管M₁和M₂中的每个晶体管)都包括温度传感器(温度传感器24和25)和电流传感器(电流传感器21和22)。如前所述，在晶体管单元阵列中嵌入电流传感器和温度传感器同样是已知的，并且本文不再进一步讨论。

如上所述，控制逻辑11被配置为交替地接通和关断第一晶体管M₁和第二晶体管M₂，其中——至少在短时间段(重叠时段)内——晶体管M₁和M₂均被接通。在一个晶体管导通的同时关断另一个晶体管有助于保持较小的开关损耗。承载负载电流i_L(该负载电流i_L在输出引脚OUT处输出)的第一晶体管M₁和承载负载电流i_L的第二晶体管M₂之间的交替导致热量的、改善的且较均匀的分布，并且防止局部过热点的形成。

图4和图5中的时序图示出了可以如何根据本文所述的实施例来实施开关方案的两个示例性构思。图4的第一/顶部时序图示出了输入信号S_IN，该输入信号S_IN在时刻t₀从低电平变为高电平，指示供电引脚SUP与输出引脚OUT之间的负载电流路径待被启用。通常，可以通过接通第一晶体管M₁、第二晶体管M₂或两个晶体管M₁和M₂来实现对负载电流路径的启用。根据图4的开关方案，第一晶体管M₁在时刻t₀接通(控制信号ON₁从低电平变为高电平)。随后，在时刻t₁，第二晶体管M₂接通(控制信号ON₂从低电平变为高电平)。此后，第一晶体管M₁在时刻t₂关断，并且在时刻t₃再次接通。随后，第二晶体管M₂在时刻t₄关断，并且在时刻t₅再次接通。

从图4中可以看出，分别触发晶体管M₁和M₂的接通和关断的控制信号ON₁和ON₂是具有恒定周期时间T_CYCLE和恒定占空比T_ON/T_CYCLE的脉冲宽度调制(PWM)信号，其中，导通时间T_ON表示控制信号处于高电平的时间段，并且截止时间T_OFF表示控制信号处于低电平的时间段(T_CYCLE＝T_ON+T_OFF)。从图4中可以进一步看出，PWM信号ON₁和ON₂相对于彼此具有时间偏移Δt，并且具有大于50％(例如，约70％)的占空比。时间偏移Δt被选择为使得控制信号ON₁的截止时间段位于控制信号ON₂的导通时间段内(例如，Δt≈T_CYCLE/2)，反之亦然。通过这种开关方案，只要输入信号S_IN处于高电平，则晶体管M₁和M₂中的至少一个晶体管将处于导通状态。将输入信号S_IN的电平重置为低电平将触发晶体管M₁和M₂的关断，并且因此触发输出引脚OUT与供电引脚SUP断开连接。与使用单个晶体管进行操作的智能开关(诸如图1的示例中的智能开关，当所测量到的温度超过温度限制时，该智能开关临时关断晶体管)相比，通过图4所示的开关方案可以降低半导体裸片100中的热应力。

图5图示了产生与图4所示的PWM开关方案类似的结果的开关方案。然而，分别表示晶体管M₁和M₂的有源区中的温度的温度感测信号T₁和T₂被处理以确定接通和关断晶体管的时刻。图5的第一/顶部示图示出了输入信号，与图4的示例类似地，该输入信号在时刻t₀从低电平变为高电平。该方案首先在时刻t₀接通晶体管T₁(参见图5的第二示图，控制信号ON₁的高电平指示晶体管M₁待被接通)。因此，第一晶体管M₁的温度T₁开始升高(参见图5，第三示图)，直到温度T₁在时刻t₁达到上阈值T_HIGH。温度T₁超过阈值T_HIGH在时刻t₁触发第二晶体管M₂的接通(参见图5，第四示图)，并且在延迟时间t_OL之后(在时刻t₁+t_OL)触发第一晶体管M₁的关断。延迟时间t_OL可以设置为恒定值。从时刻t₁开始，第二晶体管M₂的温度T₂开始升高(参见图5，第五示图)，直到温度T₂在时刻t₂达到上阈值T_HIGH。从时刻t₁+t_OL开始，第一晶体管M₁的温度T₁开始下降，并且下降到略低于阈值T_HIGH的另一阈值T_LOW。温度T₂超过阈值T_HIGH在时刻t₂触发第一晶体管M₁的接通，并且在延迟时间t_OL之后(在时刻t₂+t_OL)触发第二晶体管M₂的关断，并且循环再次开始。从图5中可以看出，延迟时间t_OL还确定重叠时段，在该重叠时段期间，第一晶体管M₁和第二晶体管M₂都处于导通状态。

从图5中可以看出，温度触发的开关导致与图4的PWM调制类似的结果。然而，在图5的方案中，周期时间不一定是恒定的。应当注意，图5的开关方案提供了附加的安全特征。在半导体裸片100变热使得第一晶体管M₁的温度T₁在时刻t₂没有降至低于另一阈值T_LOW的情况下，将阻止晶体管M₁的接通。因此，至少在短时间内，晶体管M₁和M₂都将截止，并且供电引脚SUP与输出引脚OUT之间的电流路径将被中断，直到温度信号T₁或T₂中的一个温度信号降至低于阈值T_LOW。如果温度信号T₁或T₂中的一个温度信号降至低于阈值T_LOW，则可以继续开关方案。

在图6的示例中进一步图示了上述构思。图6图示了具有两个相邻的晶体管M₁和M₂的晶体管单元阵列20(参见图3)，其中灰色阴影表示相应的晶体管被接通。假设在图6左上方所示的情况下开始开关方案，晶体管M₁导通(即，温度T₁升高)，并且晶体管M₂截止(即，温度T₂降低)。当条件T₁>T_HIGH和T₂<T_LOW都满足时，晶体管M₂将被接通(即，温度T₂开始升高)，并且随后晶体管M₁将被关断(即，温度T₁开始下降)。这种情况在图6的右上方示出。当条件T₂>T_HIGH和T₁<T_LOW都满足时，晶体管M₁将再次被接通，并且晶体管M₂将再次被关断。只要当前处于截止的晶体管的温度可以降至低于阈值T_LOW，智能开关将在图6的左上方所示的情况和图6的右上方所示的情况之间切换。

然而，如果晶体管M₁的温度T₁在关断期间没有降至低于阈值T_LOW(即T₁≥T_LOW)，则当晶体管M₂的温度T₂超过阈值T_HIGH(T₂>T_HIGH)时，晶体管M₁将不会被接通，这导致图6底部所示的情况，其中两个晶体管均被关断并且可以冷却。只要晶体管M₁的温度T₁降至低于阈值T_LOW，晶体管M₁就再次被接通，这导致图6左上方所示的情况，并且该过程继续。

应当注意，上面参照图5和图6描述的构思还可以只使用一个温度阈值来实施，即，T_LOW＝T_HIGH。在该示例中，在半导体裸片中引起的热应力可能会较高一些。

上述实施例使用两个晶体管M₁和M₂，这两个晶体管M₁和M₂的负载电流路径并联连接。换言之，半导体开关被划分为两个部分，这两个部分中的每个部分可以单独地被接通和关断。应当理解，本文所述的构思并不限于两个晶体管，而是还可以扩展到三个或更多个晶体管。图7是图示与图2的示例类似但具有并联的三个晶体管M₁、M₂和M₃的智能开关的电路图。在这种情况下，电子开关被划分为三个部分，这三个部分中的每个部分都可以单独地被接通和关断。与图2的示例类似地，温度传感器与每个晶体管相关联，其中温度传感器24测量晶体管M₁的温度，温度传感器25测量晶体管M₂的温度，并且温度传感器26测量晶体管M₃的温度。为第三晶体管M₃提供了第三栅极驱动器14，并且图7的剩余元件与图2中相同，参考上面的相应描述以避免赘述。栅极驱动器12、13和14基于相应的控制信号ON₁、ON₂和ON₃分别生成用于晶体管M₁、M₂和M₃的驱动信号V_G1、V_G2、V_G3。

图8图示了半导体裸片100的示例性的示意性俯视图，该示意性俯视图示出了半导体开关的第一部分、第二部分以及第三部分，即，上面所讨论的晶体管M₁、M₂和M₃。与图3的示例类似地，集成了智能开关1的半导体裸片100的大部分区域被形成晶体管M₁、M₂和M₃的单元阵列20所占据。不同于图3，单元阵列被划分为对应于三个晶体管M₁、M₂和M₃的三个部分。在所示示例中，晶体管M₁由单元阵列20的左侧部分中的晶体管单元构成，晶体管M₂由单元阵列20的中间部分中的晶体管单元构成，并且晶体管M₃由单元阵列20的右侧部分中的晶体管单元构成。每个部分(即，晶体管M₁、M₂和M₃中的每个晶体管)都包括温度传感器(温度传感器24、25和26)以及电流传感器(电流传感器21、22和23)。如前所述，在晶体管单元阵列中嵌入电流传感器和温度传感器是已知的，并且本文不再进一步讨论。

与上面描述的先前示例类似地，控制逻辑11被配置为交替地接通和关断第一晶体管M₁、第二晶体管M₂和第三晶体管M₃，其中——至少在短时间段内——晶体管M₁、M₂和M₃中的至少两个晶体管被接通以保持低的开关损耗。如前所述，分别使用第一晶体管M₁、第二晶体管M₂和第三晶体管M₃来交替地承载负载电流导致热量的、改善的且较均匀的分布，并且避免了局部过热点的形成。

图9图示了用于图7和图8的智能开关的示例性开关方案。图9图示了具有三个相邻的晶体管M₁、M₂和M₃的晶体管单元阵列20(参见图3)，其中灰色阴影指示相应的晶体管被接通。假设在图9左上方所示的情况下开始开关方案，晶体管M₁导通(即，温度T₁升高)，并且晶体管M₂和M₃截止(即，温度T₂和温度T₃下降)。当条件T₁>T_HIGH和T₂<T_LOW都满足时，晶体管M₂将被接通(即，温度T₂开始升高)，并且随后晶体管M₁将被关断(即，温度T₁开始下降)。这种情况在图9的顶部中间的示图中示出。当条件T₂>T_HIGH和T₃<T_LOW都满足时，晶体管M₃将被接通(即，温度T₃开始升高)，并且晶体管M₂将再次被关断(即，温度T₁开始下降)。在图9的右上方的示图中示出了这种情况。当条件T₃>T_HIGH和T₁<T_LOW都满足时，晶体管M₁将再次被接通，并且随后晶体管M₃将再次被关断。只要当前处于截止的晶体管的温度可以降至低于阈值T_LOW，智能开关将在图9的顶部的三个示图所示的情况之间交替。

然而，如果晶体管M₁的温度T₁在关断期间没有降至低于阈值T_LOW(即，T₁≥T_LOW)，则当晶体管M₃的温度T₃超过阈值T_HIGH(T₃>T_HIGH)时，晶体管M₁将不会被接通，这导致图9底部所示的情况，其中所有晶体管均被关断并且可以冷却。只要晶体管M₁的温度T₁降至低于阈值T_LOW，晶体管M₁就再次被接通，这导致图9的左上方的示图所示的情况，并且该过程继续。

通过图10的流程图进一步说明了图9的开关方案。当输入信号S_IN指示启用供电引脚SUP与输出引脚OUT之间的电流路径时，该方案开始。在第一步骤S1中，晶体管M₁被接通。因此，第一晶体管M₁的温度T₁开始升高。当温度T₁超过温度阈值T_HIGH时，如果第二晶体管M₂的温度T₂低于第二阈值T_LOW，则第二晶体管M₂将被接通(图10，步骤S2)。随后，第一晶体管M₁被关断以避免过热。在第二晶体管M₂的温度T₂不低于第二阈值T_LOW的情况下，所有晶体管将被关断(图10，步骤S4)。

当第二晶体管M₂已经被接通时，温度T₂将升高，并且当温度T₂超过温度阈值T_HIGH时，如果第三晶体管M₃的温度T₃低于第二阈值T_LOW，则第三晶体管M₃将被接通(图10，步骤S3)。随后，第一晶体管M₂被关断以避免过热。在第三晶体管M₃的温度T₃不低于第二阈值T_LOW的情况下，所有晶体管将被关断(图10，步骤S4)。

当第三晶体管M₃已经被接通时，温度T₃将升高，并且当温度T₃超过温度阈值T_HIGH时，如果第一晶体管M₁的温度T₁低于第二阈值T_LOW，则第一晶体管M₁将再次被接通(图10，步骤S1)。随后，第三晶体管M₃被关断以避免过热。在第一晶体管M₁的温度T₁不低于第二阈值T_LOW的情况下，所有晶体管将被关断(图10，步骤S4)。在所有晶体管均被关断的情况下，温度监控继续，并且只要第一晶体管M₁的温度T₁已经降至低于阈值T_LOW，第一晶体管M₁就将再次被接通(图10，步骤S1)。

尽管已经参照一个或多个实施方式说明和描述了本发明，但是可以对所示的示例进行更改和/或修改，而不脱离所附权利要求的精神和范围。例如，与所示的示例相比，用于触发特定动作的逻辑电平可以反相。逻辑门可以由执行基本相同功能的其它逻辑电路代替。特别地，关于由上述部件或结构(单元、组件、装置、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些部件的术语旨在对应于执行所描述的部件的特定功能的任何部件或结构(例如，该部件或结构在功能上等效)，即使结构上不等同于所公开的、执行本文所说明的本发明的示例性实施例中的功能的结构。

Claims

1.一种集成电路，包括：

半导体开关的第一部分(M₁)，耦合在供电节点(SUP)与输出节点(OUT)之间，并且所述第一部分被配置为根据第一驱动信号(V_G1)在所述供电节点(SUP)与所述输出节点(OUT)之间提供第一电流路径；

所述半导体开关的第二部分(M₂)，耦合在所述供电节点(SUP)与所述输出节点(OUT)之间，并且所述第二部分被配置为根据第二驱动信号(V_G2)在所述供电节点(SUP)与所述输出节点(OUT)之间提供第二电流路径；

驱动电路(10)，被配置为响应于接通命令而生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，使得交替地接通和关断所述半导体开关的所述第一部分(M₁)和所述半导体开关的所述第二部分(M₂)，其中，在重叠时段期间，所述半导体开关的所述第一部分(M₁)和所述第二部分(M₂)均处于导通状态。

2.根据权利要求1所述的集成电路，

其中，响应于所述接通命令，所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)周期性地在导通时间(T_ON)内被接通并且在截止时间(T_OFF)内被关断。

3.根据权利要求2所述的集成电路，

其中所述第一驱动信号(V_G1)的导通时间(T_ON)与所述第二驱动信号(V_G2)的导通时间(T_ON)重叠，并且

其中所述第一驱动信号(V_G1)的截止时间(T_OFF)与所述第二驱动信号(V_G2)的截止时间(T_OFF)重叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的集成电路，

其中所述驱动电路(10)被配置为生成脉冲宽度调制信号作为所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，所述脉冲宽度调制信号具有周期时间和占空比。

5.根据权利要求4所述的集成电路，

其中所述占空比大于50％。

6.根据权利要求5所述的集成电路，

其中，所述第一驱动信号(V_G1)相对于所述第二驱动信号(V_G2)偏移大约所述周期时间的一半。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的集成电路，

其中所述驱动电路(10)被配置为响应于关断命令而生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，使得所述第一半导体开关(M₁)和所述第二半导体开关(M₂)均被关断。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的集成电路，

其中所述驱动电路(10)被配置为响应于所检测到的过温或关断命令而触发所述半导体开关的关断。

9.根据权利要求1所述的集成电路，还包括：

第一温度传感器(24)，被配置为感测所述半导体开关的所述第一部分(M₁)的温度(T₁)，以及

第二温度传感器(25)，被配置为感测所述半导体开关的所述第二部分(M₂)的温度(T₂)，

其中所述驱动电路(10)被配置为根据所述半导体开关的所述第一部分(M₁)的所感测到的温度(T₁)和所述第二部分(M₂)的所感测到的温度(T₂)来生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)。

10.根据权利要求9所述的集成电路，

其中所述驱动电路(10)被配置为生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，使得——在所述半导体开关的所述第一部分(M₁)导通的同时——如果所述第二部分(M₂)的温度(T₂)低于第二温度阈值(T_LOW)，则响应于所述第一部分(M₁)的温度(T₁)达到或超过第一温度阈值(T_HIGH)而接通所述半导体开关的所述第二部分(M₂)，并且随后关断所述半导体开关的所述第一部分(M₁)。

11.根据权利要求10所述的集成电路，

其中所述驱动电路(10)被配置为生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，使得——在所述半导体开关的所述第一部分(M₁)导通的同时——如果所述第二部分(M₂)的温度(T₂)不低于所述第二温度阈值(T_LOW)，则响应于所述第一部分(M₁)的温度(T₁)达到或超过所述第一温度阈值(T_HIGH)而关断所述半导体开关的所述第一部分(M₁)，而不接通所述半导体开关的所述第二部分(M₂)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的集成电路，

其中所述半导体开关集成在包括单元阵列(20)的半导体主体(100)中，所述单元阵列包括多个晶体管单元，其中所述晶体管单元的第一部分形成所述半导体开关的第一部分(M₁)，并且所述晶体管单元的第二部分形成所述半导体开关的第二部分(M₂)。

13.一种方法，包括：

接收接通命令；

响应于接收到所述接通命令，生成用于半导体开关的第一部分(M₁)的第一驱动信号(V_G1)以及用于所述半导体开关的第二部分(M₂)的第二驱动信号(V_G2)，

其中所述半导体开关的两个部分(M₁、M₂)在被接通时在供电节点(SUP)与输出节点(OUT)之间提供电流路径，并且

其中生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，使得交替地接通和关断第一半导体开关(M₁)和第二半导体开关(M₂)，其中，在重叠时段期间，所述半导体开关的所述第一部分(M₁)和所述二部分(M₂)均处于导通状态。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中通过输入信号(S_IN)中的从低电平到高电平的转换或者从高电平到低电平的转换来表示所述接通命令。

15.一种方法，包括：

接收接通命令；

感测所述半导体开关的所述第一部分(M₁)的温度(T₁)以及所述半导体开关的所述第二部分(M₂)的温度(T₂)，

其中，响应于接通命令，根据开关方案生成所述第一驱动信号(V_G1)和所述第二驱动信号(V_G2)，所述开关方案包括响应于所述半导体开关的所述第一部分(M₁)的温度(T₁)达到第一阈值(T_HIGH)：

如果所述第二部分(M₂)的温度(T₂)低于第二阈值(T_LOW)，则接通所述半导体开关的所述第二部分(M₂)，并且

关断所述半导体开关的所述第一部分(M₁)。

16.根据权利要求15所述的方法，

其中所述开关方案还包括响应于所述半导体开关的所述第二部分(M₂)的温度(T₂)达到所述第一阈值(T_HIGH)：

如果所述第一部分(M₁)的温度(T₁)或另一部分的温度低于所述第二阈值(T_LOW)，则接通所述半导体开关的所述第一部分(M₂)或所述另一部分，并且

关断所述半导体开关的所述第二部分(M₂)。