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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolationsgate-Bipolartransistor (IGBT) Temperatursensor-Korrekturvorrichtung und ein Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung von dieser, und insbesondere eine IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung mit einer Korrekturschaltung, die in der Lage ist Fehler zu korrigieren, die durch Halbleitercharakteristiken auf Grundlage der Temperatur hervorgerufen werden, und ein Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung von dieser.
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DISKUSSION DES VERWANDTEN SACHSTANDES
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Ein herkömmlicher Temperatursensor kann als Temperatursensor eines Typs mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), angeordnet auf einem direkt gebondeten Kupfer (Direct Bonded Copper; DBC) eines IGBT Moduls, implementiert werden. Eine DBC Temperatur ist fast identisch zu einer Temperatur eines Kühlers, der gegen den DBC Boden steht. Der herkömmliche Temperatursensor soll eine Übergangstemperatur eines Halbleiterchips, welcher tatsächlich erwärmt werden soll, messen, so dass eine Kühltemperatur überwacht wird, was zum Auftreten von unerwarteten Fehlern führt.
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Deshalb ist eine verbesserte Technik zum direkten Erfassen einer IGBT Übergangstemperatur jüngst entwickelt worden, die auf einem IGBT Chip eine Polysiliziumdiode integriert und somit eine IGBT Temperatur unter Verwendung von Spannungs-Temperatur-Charakteristiken der Polysiliziumdiode direkt erfasst. Jedoch kann eine Halbleiterprozessvariation (d. h. eine Abweichung bei der Halbleiterherstellung) des IGBT Chips häufig auftreten, so dass die verbesserte Technik Schwierigkeiten aufweist die richtige Temperatur abzuschätzen, und unerwartete Fehler bei jeder Probe auftreten.
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Infolgedessen kann eine Abweichung eines Temperaturerfassungswerts für jede Phase eines Dreiphasen-Umrichters auftreten und eine Abweichung für jedes Produkt kann ebenfalls auftreten. Demzufolge sollte ein maximaler Strom des Temperatursensors in Übereinstimmung mit dem IGBT thermischen Modell und der Temperaturerfassungsabweichung beschränkt werden, und der maximale Ausgang von Motoren von elektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen sollte in ähnlicher Weise beschränkt werden. Unter der Annahme, dass die Temperaturabschätzung am Ende der Lebensdauer (EOL) unrichtig ausgeführt wird, kann als Folge der thermischen Zerstörung eines Leistungsmoduls ein Risiko für die Sicherheit des Fahrers zusätzlich hervorgerufen werden.
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1 ist eine Ansicht, die EIN-Spannungs-Charakteristiken auf Grundlage einer herkömmlichen Diodenübergangstemperatur (Tj) darstellt. Wie in 1 gezeigt kann eine EIN-Spannung (nachstehend als V_f bezeichnet) eines Diodentemperatursensors (nachstehend als ein Temperatursensor bezeichnet), der in den IGBT eingebettet ist, umgekehrt proportional zu der IGBT Übergangstemperatur (TJ) des Diodentemperatursensors (nachstehend als ein Temperatursensor bezeichnet), der in dem IGBT eingebettet ist, sein. Deshalb wird die EIN-Spannung (V_f) in Übereinstimmung mit einer Änderung der Temperatur überwacht, so dass die Temperatur (TJ) des IGBT abgeschätzt werden kann.
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2 ist ein Schaltbild, das eine herkömmliche Temperaturerfassungs-Schutzschaltung darstellt.
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Wie in 2 gezeigt kann eine Temperaturerfassungs-Schutzschaltung 200 einen Mikroprozessor 210, einen Vergleicher 220, eine Konstantstromquelle 230, eine Temperaturerfassungsdiode 240, einen IGBT 250 und eine DC Energiequelle 260 umfassen. Die Temperaturerfassungsdiode 240 kann ein Erfassungselement zum Erfassen oder zum Detektieren einer Temperatur eines IGBT 250 sein, und der IGBT 250 kann eine einzelne Diode oder wenigstens zwei Dioden, die in Reihe geschaltet sind, umfassen, so dass die Temperaturerfassungs-Schutzschaltung 200 in einer Weise konfiguriert sein kann, dass ein Strom von der Konstantstromquelle zu der Diode, die als der Temperatursensor dient, fließen kann.
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In der voranstehend erwähnten Temperaturerfassungs-Schutzschaltung kann die Temperaturerfassungsdiode 240 mit einem Erwärmungsteil (zum Beispiel einer spezifischen Position, die nahe zu dem Halbleiterchip angeordnet ist), das in dem IGBT 250 enthalten ist, in einer derartigen Weise integriert werden, dass die Temperaturerfassungsdiode 240 als ein Erfassungselement zum Detektieren der IGBT Temperatur verwendet werden kann. Eine Energiequelle und ein Widerstand können mit einem Eingangsanschluss der Diode verbunden sein, so dass ein vorgegebener Strom in dem Eingangsanschluss der Diode fließen kann.
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Die Temperaturerfassungsdiode 240 kann durch die in der voranstehend erwähnten Schaltung eingebetteten Konstantstromquelle 230 eingeschaltet werden, so dass ein Wert der Spannung (V_F) bestimmt werden kann. In diesem Fall kann ein Spannungswert auf Grundlage der Temperatur an einen positiven (+) Eingangsanschluss des Vergleichers 220 angelegt werden. Ein DC Eingangswert kann an ein negativen (-) Eingangsanschluss des Vergleichers 220 angelegt werden, und der DC Spannungswert kann durch einen Überhitzungsschutzpegel des IGBT berechnet und bestimmt werden.
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Bezugnehmend nochmals auf 1 sei angenommen, dass die DC Spannung auf ungefähr 2,2 V eingestellt sein kann. Wenn die Temperatur (Tj) der Raumtemperatur entspricht, dann ist der Wert der Spannung (V_F) ungefähr 2,7 V, so dass der V_F Wert höher als der Überhitzungsschutzpegel ist. Infolgedessen wird eine Temperatur (FLT_TEMP) bei einem hohen Pegel (HIGH bzw. HOCH) ausgegeben. Wenn die Temperatur (Tj) allmählich auf 150 °C ansteigt, dann ist die Spannung (V_F) ungefähr 2,2 V. Wenn die V_F Spannung niedriger als die DC Spannung ist, dann wird die Temperatur (FLT_TEMP) als ein niedriger Pegel (LOW bzw. NIEDRIG) ausgegeben.
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Das voranstehend erwähnte FLR_TEMP Signal kann durch den Mikroprozessor 210 so überwacht werden, dass der Ausgangsstrom begrenzt wird oder der IGBT abgeschaltet wird, was zu einem Schutz gegenüber einer thermischen Zerstörung des Leistungsmoduls führt.
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3A und 3B umfassen Ansichten, die einen herkömmlichen Temperatursensor darstellen.
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3A zeigt ein Layout des IGBT mit dem Temperatursensor 310 darin. In diesem Fall kann TEMP (+) eine Kathode der Diode bezeichnen, und TEMP (-) kann eine Anode der Diode bezeichnen.
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3B ist eine Querschnittsansicht, die einen Bereich des Temperatursensors darstellt. Wie in 3B gezeigt kann der Temperatursensor 310 ein Silizium 321, einen Passivierungsfilm 322, ein Polysilizium 323, ein TEMP (+) Metall 325, ein TEMP (-) Metall 325 und eine Schutzschicht 326 umfassen.
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Um die voranstehend erwähnten einzelnen Elemente zu bilden werden die folgenden Halbleiterherstellungsprozesse benötigt. Der Passivierungsfilm 322 muss über einem spezifischen Teil aufgebracht werden, in dem der Temperatursensor 310 gebildet werden soll. Infolgedessen wird ein Pfad mit hohem Strom des IGBT gebildet, was zu einer Verhinderung der Diodenbeschädigung führt.
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Das Polysilizium 323 kann über dem Passivierungsfilm 322 angebracht werden. Ein Muster des Temperatursensors 310 kann über einen Fotoprozess (zum Beispiel einen Fotolithographie-Prozess) gebildet werden. Der Kathoden-Bereich kann mit einem P+ Dotierstoff dotiert werden, und der Anoden-Bereich kann mit einem N+ Dotierstoff dotiert werden, was zu der Ausbildung einer Diodenstruktur führt.
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In diesem Fall können signifikante Fehler in dem Fotoprozess bei dem voranstehend erwähnten Halbleiterherstellungsprozess auftreten. Infolgedessen kann als Folge der Halbleiterprozessvariation (d. h. einer Abweichung bei der Halbleiterherstellung), die auftritt, wenn die Polysiliziumschicht gebildet wird, eine hohe Erfassungsspannung des voranstehend erwähnten Temperatursensors für jede Probe auftreten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Demzufolge ist die vorliegende Offenbarung auf eine IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung und ein Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung von dieser, die ein oder mehrere Probleme als Folge von Beschränkungen und Nachteile des verwandten Sachstandes im Wesentlichen vermeiden, gerichtet.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin eine IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung zum Korrigieren einer Temperaturerfassungsspannung durch Einstellung eines Diodenstroms in Übereinstimmung mit der Prozessvariation bereitzustellen.
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Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Offenbarung sind teilweise in der Beschreibung, die folgt, aufgeführt und ergeben sich teilweise für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet als Folge eines Studiums der vorliegenden Offenbarung oder können aus einer praktischen Umsetzung der Offenbarung gelernt werden. Die Aufgaben und andere Vorteile der Offenbarung können durch die Struktur, die insbesondere in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen hier, sowie in den beigefügten Zeichnungen, ausgewiesen ist, realisiert und erreicht werden.
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In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Isolationsgate-Bipolartransistor (IGBT) Temperatursensor-Korrekturvorrichtung: einen Isolationsgate-Bipolartransistor (IGBT); einen Temperatursensor mit einer Erfassungsdiode; und einen Prozessvariationssensor mit einem internen Widerstand.
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Ferner umfasst ein Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung des Isolationsgate-Bipolartransistor (Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT) Temperatursensors: Ändern, durch eine integrierte Treiberschaltung (IC), eines Werts eines Stroms, der einem Temperatursensor zugewiesen ist, in Übereinstimmung mit einem Widerstandswert eines internen Widerstands eines Prozessvariationssensors; Korrigieren eines Spannungswerts im Ansprechen auf den geänderten Stromwert, der dem Temperatursensor zugewiesen ist; und Erfassen, durch den Temperatursensor, der korrigierten Spannung.
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Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die voranstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Offenbarung beispielhaft und erläuternd sind und der weiteren Erläuterung der Offenbarung, so wie sie beansprucht wird, dienen soll.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis der Offenbarung bereitzustellen, und die in die Anmeldung eingebaut sind und einen Teil davon bilden, illustrieren eine Ausführungsform (Ausführungsformen) der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung des Prinzips der Offenbarung. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 bis 3B Ansichten, die einen herkömmlichen Temperatursensor darstellen.
- 4 ein Schaltbild, welches eine IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 5A und 5B Konzeptdiagramme, die den IGBT Chip gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen;
- 6 ein Konzeptdiagramm, das Muster des Prozessvariationssensors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 7A bis 7C Konzeptdiagramme, die eine Korrelation zwischen dem Prozessvariationssensor und dem Temperatursensor darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
- 8 ein zusätzliches Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern einer IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 9 eine Ansicht, die Charakteristiken darstellt, die durch eine Spannungsoffset-Korrektur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hervorgerufen werden; und
- 10A bis 10D Ansichten, die ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur für jede Probe gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die voranstehend angegebenen Zeichnungen nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen, die für die Grundprinzipien der Offenbarung illustrativen sind, darbieten. Die speziellen Enwurfsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, einschließlich zum Beispiel spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden teilweise durch die bestimmte beabsichtigte Anwendung und die Verwendungsumgebung bestimmt werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Endungen „Modul“ und „Einheit“, die im Hinblick auf einzelne Elemente enthalten sind, die beschrieben werden sollen, zusammen im Hinblick nur auf das einfachere Abfassen der folgenden Beschreibung gewählt oder verwendet, und die Endungen „Modul“ und „Einheit“ haben nicht notwendigerweise unterschiedliche Bedeutungen oder Rollen.
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Unter der Annahme, dass ein bestimmtes Objekt oberhalb (über) oder unterhalb (unter) den jeweiligen einzelnen Elementen gebildet ist, bedeutet dies in der folgenden Beschreibung, dass die zwei einzelnen Elemente miteinander in einen direkten Kontakt gebracht werden, oder ein oder mehrere einzelne Elemente zwischen zwei einzelnen Elementen angeordnet und gebildet sind. Unter der Annahme, dass ein bestimmtes Objekt über oder unter den jeweiligen einzelnen Elementen gebildet ist, bedeutet dies zusätzlich, dass das Objekt auch in Aufwärts- oder Abwärts-Richtungen auf Grundlage der Position von einem einzelnen Element angeordnet werden kann.
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Obwohl die Begriffe erster, zweiter, A, B, (a), (b) usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben, sei darauf hingewiesen, dass diese Begriffe nur verwendet werden, um ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden und eine essenzielle Reihenfolge oder eine Sequenz von entsprechenden Elementen durch diese Begriffe nicht beschränkt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn von einem Element ausgesagt wird, dass es mit einem anderen Element „verbunden“, „gekoppelt“ oder auf es von einem anderen Element „zugegriffen“ wird, ein Element mit einem anderen Element über ein weiteres Element „verbunden“, „gekoppelt“ oder auf es von einem anderen Element „zugegriffen“ werden kann, obwohl ein Element direkt mit einem anderen Element verbunden sein kann oder auf es direkt von einem anderen Element zugegriffen werden kann.
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Der Begriff „umfasst“, „schließt ein“, oder „weist auf“, die hier beschrieben werden, sollten so interpretiert werden, dass sie andere Elemente nicht ausschließen, sondern derartige andere Elemente weiter enthalten, da die entsprechenden Elemente, außer wenn dies anders erwähnt ist, inhärent sein können. Sämtliche Begriffe, einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen, weisen die gleichen Bedeutungen auf, so wie sie von einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet allgemein verstanden werden, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, außer wenn dies anders angegeben ist. Allgemein verwendete Begriffe, wie beispielsweise Begriffe, die in einem Wörterbuch definiert sind, sollten interpretiert werden, um mit Bedeutungen des verwandten Sachstandes aus dem Kontext übereinzustimmen. Außer wenn dies offensichtlich in der vorliegenden Offenbarung definiert ist, sollten derartige Begriffe nicht so interpretiert werden, dass sie ideale oder übermäßig formale Bedeutungen aufweisen.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung mit einer Korrekturschaltung, die in der Lage ist Fehler zu minimieren, die durch Halbleitercharakteristiken auf Grundlage einer Temperatur hervorgerufen werden, und auf ein Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung von dieser, so dass die IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung und das Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung von dieser die Temperatur genauer erfassen können und den maximalen Ausgangsspielraum des IGBT mildern bzw. minimieren können.
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4 ist ein Schaltbild, das eine IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Wie in 4 gezeigt kann die IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung 400 eine integrierte Treiberschaltung (IC) 410, einen externen Widerstand 420 und einen IGBT Chip 430 umfassen.
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Die Treiber-IC 410 kann eine Konstantspannungsquelle (Vref) ausgeben, die benötigt wird, um einen Temperatursensor anzusteuern bzw. anzutreiben.
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Die Treiber-IC 410 kann einem Widerstandswert des externen Widerstand 420 entsprechen und kann den Wert eines Stroms, der dem Temperatursensor zugewiesen ist, einstellen.
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Die Treiber-IC 410 kann eine Diodenspannung (Vtemp) in eine Temperaturinformation umwandeln. Die Treiber-IC 410 kann eine Umwandlung der Temperaturinformation ausführen und kann das Umwandlungsergebnis an einer Schutzfunktion oder dergleichen anlegen.
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Der externe Widerstand 420 kann zwischen der Treiber-IC 410 und dem IGBT Chip 430 angeordnet sein.
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Der externe Widerstand 420 kann einen Wert des externen Widerstands aufweisen, der benötigt wird, um den Wert eines Betriebsstroms der IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung 400 zu bestimmen. Der Widerstandswert des externen Widerstands 420 kann durch eine Benutzerauswahl zufällig ausgewählt werden. Wenn der Widerstandswert des externen Widerstands 420 optimiert ist, dann kann der Diodenstromwert in Übereinstimmung mit der Prozessvariation eingestellt sein.
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Über eine Einstellung des Widerstandswert des externen Widerstands 420 kann der Spannungswert des Temperatursensors korrigiert werden.
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Der IGBT Chip 430 kann einen internen Widerstand 440 und eine Erfassungsdiode 450 umfassen. Der IGBT Chip 430 kann die Prozessvariation erfassen und detektieren.
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Der interne Widerstand 440 kann an dem IGBT Chip angeordnet sein und kann zwischen dem externen Widerstand und dem Temperatursensor angeordnet sein.
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Der interne Widerstand 440 kann durch die Prozessvariation, die in dem IGBT Chip 430 entworfen ist, bestimmt werden.
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Die obige Prozessvariation kann eine Widerstandswert umfassen, der eine Variation (oder Abweichung) anzeigt, die in einem Fotolithographie-Prozess, einem Ätzprozess etc. angetroffen wird.
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Wenn beispielsweise ein normaler Widerstands-Entwurfswert des internen Widerstands 440 mit R' bezeichnet wird, dann kann der innere bzw. innere Widerstand 440 in Übereinstimmung mit der Prozessvariation davon R' ± ΔR aufweisen, wobei ΔR ein Widerstandswert ist, der gemäß der Prozessvariation verändert wird.
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Die Erfassungsdiode 450 kann an dem IGBT Chip 430 angeordnet sein und kann zu dem inneren Widerstand 440 in Reihe geschaltet sein. Die Erfassungsdiode 450 kann eine Vielzahl von Dioden umfassen.
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Ein Strom kann in die Erfassungsdiode
450 fließen. Der Strom (IF) wird durch die folgende Gleichung 1 im Hinblick auf den externen Widerstand
420 und den internen Widerstand
440 aufgrund des Ohm'schen Gesetzes (V = IR) dargestellt.
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In der Gleichung 1 kann Vref eine interne Ansteuerspannung bezeichnen, Vtemp kann eine Spannung zwischen beiden Enden der Diode bezeichnen, der Externe Widerstand kann einen Wert des externen Widerstands bezeichnen, der benötigt wird, um den Betriebsstromswert zu bestimmen, und der Interne Widerstand kann einen Widerstandswert bezeichnen, der die Prozessvariation anzeigt.
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Zusätzlich kann der Strom (IF) durch die folgende Gleichung 2 gemäß der Shockley Diodengleichung dargestellt werden.
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In der Gleichung 2 kann Is einen Sättigungsstrom bezeichnen und Vtemp, VT = kT/q und Is, k, q können jeweils ein konstanter Wert (d. h. eine invariante Zahl) sein.
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5A an 5B sind konzeptionelle Diagramme, die den IGBT Chip gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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5A ist ein Layoutdiagramm des IGBT Chips.
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Wie in 5A gezeigt kann der IGBT Chip 430 einen Prozessvariationssensor 510 und einen Temperatursensor 520 umfassen.
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Der Prozessvariationssensor
510 kann den internen Widerstand
440 umfassen. D. h., die '
'-förmiges Linie des Prozessvariationssensors kann eine Widerstandslinie (bzw. Widerstandsleitung) sein, die aus einem niedrigdotierten Silizium gebildet ist.
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Die Muster des Prozessvariationssensors 510 können je nach Notwendigkeit auf andere Muster geändert werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Widerstand, der in dem obigen Prozessvariationssensor enthalten ist, kann durch den Fotolithographie-Prozess (nachstehend als der „Fotoprozess“ bezeichnet) unter Verwendung der gleichen Maske wie in der obigen Diodentemperatursensor-Schicht gebildet werden.
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Der Prozessvariationssensor 510 kann das Ausmaß bzw. den Grad einer Abweichung, die in dem Fotoprozess angetroffen wird, wenn eine Toleranz in dem Fotoprozess zum Bilden des Temperatursensors auftritt, detektieren.
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Der Temperatursensor 520 kann mit dem Prozessvariationssensor 510 verbunden sein und kann in der Mitte des unteren Endes des IGBT Chips gebildet werden. Der Temperatursensor 520 kann die Erfassungsdiode 450 umfassen.
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5B ist eine vertikale Querschnittsansicht, die den Temperatursensor und den Prozessvariationssensor 510 darstellt.
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Der Temperatursensor 520 kann eine Siliziumschicht 531, einen Passivierungsfilm 532, eine Polysiliziumschicht 533, ein TEMP (+) Metall 534, ein TEMP (-) Metall 535, und eine Schutzschicht 536 umfassen.
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Der Passivierungsfilm 532 kann an dem Teil gebildet sein, an dem der Temperatursensor 520 gebildet werden soll. Die Polysiliziumschicht kann über dem Passivierungsfilm 532 gebildet sein. Das Polysilizium kann ausgebildet sein, um ein Muster des Temperatursensors 520 und des Prozessvariationssensors 510 durch den Fotoprozess aufzuweisen.
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Danach kann die Polysiliziumschicht 533 ermöglichen, dass der Kathoden-Bereich mit einem P+ Dotierstoff dotiert wird. Die Polysiliziumschicht 533 kann ermöglichen, dass der Anoden-Bereich mit einem N+ Dotierstoff dotiert wird. Die Polysiliziumschicht 533 kann den Diodenaufbau über eine derartige Dotierung konstruieren.
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Das TEMP (+) Metall 534 kann eine Katode der Diode sein, und das TEMP (-) Metall 535 kann eine Anode der Diode sein.
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Der Prozessvariationssensor 510 kann aus einem niedrigdotierten Material (P- oder N-) anstelle eines stark dotiertem Materials gebildet sein. Der Prozessvariationssensor 510 kann ein ähnliches Muster wie das Widerstandsmuster aufweisen. Entsprechend kann der Prozessvariationssensor 510 eine Widerstandslinie, die aus einem niedrigdotierten Siliziummaterial 543 gebildet ist, umfassen.
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Der Prozessvariationssensor 510 kann umfassen: 1) eine erste horizontale Widerstandslinie, die zu einem Gate-Pad in einem vorgegebenen Abstand liegt und in einer horizontalen Richtung angeordnet ist; 2) eine erste vertikale Widerstandslinie, die senkrecht zu einem Ende der ersten horizontalen Widerstandslinie angeordnet ist; 3) eine zweite horizontale Widerstandslinie, die horizontal zu einem Ende der ersten vertikalen Widerstandslinie angeordnet und zu der ersten horizontalen Linie in einem vorgegebenen Abstand liegt; 4) eine zweite vertikale Widerstandslinie, die senkrecht zu einem Ende der zweiten horizontalen Widerstandslinie angeordnet ist und zu der ersten vertikalen Widerstandslinie in einem vorgegebenen Abstand liegt; und 5) eine dritte horizontale Widerstandslinie, die horizontal zu einem Ende der zweiten vertikalen Widerstandslinie angeordnet ist und zu der zweiten horizontalen Linie in einem vorgegebenen Abstand liegt.
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Der Prozessvariationssensor 510 kann durch den gleichen Fotoprozess wie in dem Temperatursensor 520 ausgebildet werden. Deshalb kann der Widerstandswert des Prozessvariationssensors 510 das Ausmaß bzw. den Grad der Prozessvariation, verursacht durch den Temperatursensor 520, darstellen. Demzufolge zeigt ein Wert der Widerstandslinie den Grad bzw. das Ausmaß einer Prozessvariation des Temperatursensors 520 an.
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6 ist ein Konzeptdiagramm, welches Muster des Prozessvariationssensors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Wie in 6 gezeigt kann ein Prozessvariationssensor 510 eine Vielfalt von Abweichungen, die durch den Fotoprozess hervorgerufen werden, je nach Notwendigkeit aufweisen. Als Folge des Auftritts von derartigen Abweichungen kann eine Gesamtlänge und eine Gesamtbreite des Prozessvariationssensors 510 in vielerlei Weise verändert werden. Deshalb kann auch der Widerstandswert im Ansprechen auf die Gesamtlänge und die Gesamtbreite des Prozessvariationssensors 510 verändert werden.
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Der Abschnitt (a) der 6 zeigt ein beispielhaften Fall, bei dem der Prozessvariationssensor 510 so ausgebildet ist, dass er ein vorgegebenes Muster aufweist. In diesem Fall kann der Widerstandswert des Prozessvariationssensors 510 einen vorgegebenen Widerstandswert aufweisen. Der vorgegebene Widerstandswert kann einen normalen Zustand (oder einen Ruhezustand) bezeichnen.
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Unter der Annahme, dass das Widerstandsmuster des Prozessvariationssensors 510 im Vergleich mit dem obigen Ruhezustand in einer vertikalen Richtung verkleinert wird, kann, wie dem Abschnitt (b) der 6 entnommen werden kann, der Widerstandswert des Temperatursensors 520 ansteigen, der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Stromwert kann reduziert werden, und der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Spannungswert kann ansteigen.
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Unter der Annahme, dass das Widerstandsmuster des Prozessvariationssensors 510 im Vergleich mit dem normalen Zustand in einer vertikalen Richtung verlängert ist, kann, wie aus dem Abschnitt (c) der 6 ersichtlich, der Widerstandswert des Temperatursensors 520 reduziert werden, der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Stromwert kann ansteigen, und der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Spannungswert kann reduziert werden.
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Unter der Annahme, dass das Widerstandsmuster des Prozessvariationssensors 510 im Vergleich mit dem normalen Zustand in einer horizontalen Richtung verringert ist, wie sich dem Abschnitt (d) der 6 entnehmen lässt, kann der Widerstandswert des Temperatursensors 520 reduziert sein, der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Stromwert kann ansteigen, und der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Spannungswert kann reduziert werden.
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Wie sich dem Abschnitt (e) der 6 entnehmen lässt, kann das Muster des Prozessvariationssensors 510 im Vergleich mit demjenigen des Prozessvariationssensors 510 des Abschnitts (a) der 6 im Vergleich mit dem normalen Zustand unterschiedlich sein.
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Wenn der Widerstandswert im Ansprechen auf das obige Muster ansteigt, kann der Widerstandswert des Temperatursensors 520 zunehmen, der Stromwert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann reduziert werden und der Spannungswert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann ansteigen.
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Wenn der Widerstandswert im Ansprechen auf das obige Muster verringert wird, dann kann der Widerstandswert des Temperatursensors 520 reduziert werden, der Stromwert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann ansteigen, und der Spannungswert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann reduziert werden.
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Unter der Annahme, dass die Breite des Prozessvariationssensors 510 in der Breite im Vergleich mit dem Normalzustand verringert wird, wie aus dem Abschnitt (f) der 6 ersichtlich, dann kann der Widerstandswert ansteigen, der Widerstandswert des Temperatursensors kann ansteigen, der Stromwert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann reduziert werden und der Spannungswert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann ansteigen.
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Unter der Annahme, dass die Breite des Prozessvariationssensors 510 in einer horizontalen Richtung im Vergleich mit dem Normalzustand verlängert wird, wie sich dem Abschnitt (g) der 6 entnehmen lässt, kann der Widerstandswert ansteigen, der Widerstandswert des Temperatursensors 520 kann zunehmen, der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Stromwert kann verkleinert werden, und der dem Temperatursensor 520 zugewiesene Spannungswert kann ansteigen.
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Unter der Annahme, dass die Breite des Prozessvariationssensors 520 im Vergleich mit dem Normalzustand erweitert wird, wie sich dem Abschnitt (h) der 6 entnehmen lässt, kann der Widerstandswert verringert werden, der Widerstandswert des Temperatursensors 520 kann reduziert werden, der Stromwert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann ansteigen, und der Spannungswert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann reduziert werden.
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7A bis 7C umfassen Konzeptdiagramme, die eine Korrelation zwischen dem Prozessvariationssensor und dem Temperatursensor darstellen, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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7A illustriert Muster des Prozessvariationssensors und Muster des Temperatursensors in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Wie in 7A gezeigt, unter der Annahme, dass das Muster des Prozessvariationssensors 510 gemäß einem ersten Beispiel normal ist, kann der Prozessvariationssensor 510 einen vorgegebenen Widerstandswert aufweisen. Wenn der obige Widerstand normal ist, dann kann der Stromwert, der diesem Widerstand zugewiesen ist, auf einen vorgegebenen Stromwert gesetzt werden. Der Spannungswert, der dem Temperatursensor 520 zugewiesen ist, kann auf einen vorgegebenen Spannungswert gesetzt werden.
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Ein zweites Beispiel der vorliegenden Offenbarung offenbart, dass das Muster des Prozessvariationssensors 520 eine Breite aufweisen kann, die größer als derjenige des normalen Musters ist. Der Widerstandswert des Prozessvariationssensors 510 gemäß dem zweiten Beispiel kann höher als derjenige des normalen Fall sein. Wenn das Muster des Widerstandsmusters in der Breite vergrößert ist, dann kann die Diode ebenfalls in der Breite erhöht sein. Wenn die Breite der Diode ansteigt, dann kann der Erfassungsspannungswert der Diode verringert werden. Dies bedeutet, dass ein Offset (auch als Versatz bezeichnet) niedriger als derjenige der Diode, die einen Normalzustand aufweist, sein kann.
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Ein drittes Beispiel der vorliegenden Offenbarung offenbart, dass das Muster des Prozessvariationssensors 510 eine kleinere Breite als dasjenige des normalen Musters aufweisen kann. Der Widerstandswert des Prozessvariationssensors 510 in Übereinstimmung mit dem dritten Beispiel kann niedriger als derjenige des normalen Zustands sein. Wenn das Muster des Widerstandsmusters in der Breite reduziert ist, dann kann auch die Diode in der Breite reduziert sein. Wenn die Breite der Diode reduziert ist, dann kann der Erfassungsspannungswert der Diode zunehmen. Dies bedeutet, dass ein Offset höher als derjenige der Diode, die einen normalen Zustand aufweist, sein kann.
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7B illustriert Diodencharakteristiken gemäß der Ausführungsform der 7A.
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Wie in 7B gezeigt, als Folge des Auftretens der Prozessvariation, kann der Temperatursensor unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Infolgedessen können das erste Beispiel, das zweite Beispiel und das dritte Beispiel unterschiedliche Spannungswerte aufweisen, wenn sie bei dem gleichen Strom angesteuert werden.
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Wenn der Widerstandswert, der durch die Prozessvariation verursacht wird, ansteigt, dann kann auch der Erfassungsspannungswert des Temperatursensors 520 ansteigen. Wenn der Widerstandswert, der durch die Prozessvariation hervorgerufen wird, reduziert wird, dann kann auch der Erfassungsspannungswert des Temperatursensors 520 reduziert sein.
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Deshalb kann eine Spannung des Temperatursensors 420 proportional zu dem Widerstandswert der Prozessvariation sein. Über die Beziehung zwischen dem Widerstandswert des Prozessvariationssensors 510 und dem Widerstandswert des Temperatursensors 520 kann ein Spannungsoffsetwert, der durch die Prozessvariation hervorgerufen wird, eingestellt werden.
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7C illustriert ein Layoutdiagramm des Temperatursensors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Wie in 7C gezeigt, kann der Temperatursensor 3 bis 4 Dioden umfassen, die im Hinblick auf die Erfassungsauflösung zueinander in Reihe geschaltet sind. Die obige Diode kann eine Spannung von ungefähr 0,8 V bei Raumtemperatur aufweisen. Deshalb kann der Temperatursensor einen Spannungsbereich von 2,4 V bis 3,2 V aufweisen.
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8 ist ein zusätzliches Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern einer IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Wie in 8 dargestellt, kann das IGBT Temperatursensor-Korrekturverfahren einen ersten Schritt S810 aufweisen, bei dem das Treiber-IC einen Stromwert, der dem Temperatursensor zugewiesen wird, im Ansprechen auf einen Widerstandswert des internen Widerstands des Prozessvariationssensors verändert; und einen zweiten Schritt S820, bei dem das Treiber-IC einen Spannungswert, der dem Temperatursensor zugewiesen ist, gemäß dem geänderten Stromwert korrigiert.
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Zum Beispiel kann der Prozessvariationssensor 520 der IGBT Temperatursensorschaltung 500 in einem Nicht-Korrektur-Offsetzustand die Prozessvariation, die durch die vergrößerte Musterbreite hervorgerufen wird, erfassen und detektieren.
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Wenn die Prozessvariation auftritt, dann kann die Diodenbreite des Temperatursensors 520 zunehmen. Wenn die Diodenbreite zunimmt, dann kann der Widerstandswert der Diode verringert werden. Wenn der Diodenwiderstand verringert wird, dann kann die Erfassungsspannung der Diode verringert werden, was zu einer Implementierung eines Zustands mit negativem (-) Offset führt. Wenn der negative (-) Offset-Zustand erreicht wird, dann kann der Temperatursensor 520 eine Temperatur des gegenwärtigen Zustands bei einer höheren Temperatur als die tatsächliche Temperatur detektieren.
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Der Prozessvariationssensor 25 der IGBT Temperatursensorschaltung 500 in einem Korrektur-Offset-Zustand gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Prozessvariation, die durch die ansteigende Musterbreite hervorgerufen wird, erfassen und detektieren. Wenn die Prozessvariation auftritt, dann kann die Diodenbreite des Temperatursensors 520 ansteigen.
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Wenn die Diodenbreite zunimmt, dann kann der Widerstandswert der Diode verringert werden. Wenn der Widerstandswert der Diode verringert wird, dann kann die Erfassungsspannung der Diode verringert werden, was zu einer Implementierung des Zustands mit negativem (-) Offset führt.
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Wenn eine feste Variation (oder Abweichung) auftritt, dann kann die Musterbreite des internen Widerstands des Prozessvvariationssensors zunehmen. Wenn die Musterbreite des internen Widerstands zunimmt, dann kann der interne Widerstandswert verringert werden.
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Wenn der interne Widerstandswert verringert wird, dann kann der Strom, der in dem internen Widerstand fließt, ansteigen. Wenn der Strom ansteigt, dann steigt die Diodenerfassungsspannung an, so dass die Offset-Spannung auf einen positiven (+) Spannungswert korrigiert werden kann.
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9 ist eine Ansicht, die Charakteristiken darstellt, die durch die Spannungsoffset-Korrektur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hervorgerufen werden.
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Wie in 9 gezeigt kann der Spannungsoffset gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Zustand mit negativem Offset (-) im Ansprechen auf den anfänglichen Stromwert aufweisen, im Vergleich mit der ersten Ausführungsform. Wenn der Stromwert auf einen korrigierten Stromwert erhöht wird, um so den Zustand mit negativem (-) Offset zu korrigieren, dann kann der Diodenstrom um die Spannungsoffset-Korrektur der zweiten Ausführungsform ansteigen, und auch die Spannung kann im Ansprechen auf den ansteigenden Strom ansteigen.
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10A bis 10D sind Ansichten, die ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur für jede Probe gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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Wie sich der 10A entnehmen lässt kann vor einer Anwendung der Korrekturschaltung eine hohe Variation (oder eine hohe Abweichung) zwischen einer Vielzahl von Proben IGBT1 bis IGBT6 auftreten, wie in der grafischen Darstellung gezeigt, die die Temperaturerfassungswerte und die tatsächlichen Werte umfasst.
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Wenn zum Beispiel die tatsächliche Temperatur auf 40 °C eingestellt ist, dann kann der IGBT2 den Erfassungstemperaturwert von ungefähr 48 °C erfassen und detektieren. Wenn die tatsächliche Temperatur auf 40 °C eingestellt ist, dann kann der IGBT2 den Erfassungstemperaturwert bei ungefähr 30 °C erfassen und detektieren. Wie voranstehend beschrieben, wenn eine hohe Variation (oder hohe Abweichung) unter den jeweiligen Proben auftritt, und wenn ein Motorantrieb-Betriebsbereich einen Spielraum umfasst, dann kann der Motorantrieb-Betriebsbereich beträchtlich in der Größe reduziert werden.
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Wenn die Korrekturschaltung verwendet wird, wie in 10B gezeigt, kann eine Variation (oder Abweichung) unter den jeweiligen Proben minimiert werden.
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Wenn zum Beispiel die tatsächliche Temperatur auf 40 °C eingestellt wird, dann kann der IGBT2 den Erfassungstemperaturwert von ungefähr 36 °C erfassen und detektieren. Wenn die tatsächliche Temperatur auf 40 °C eingestellt wird, dann kann der IGBT6 den Erfassungstemperaturwert von ungefähr 42 °C erfassen und detektieren.
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Wenn eine geringe Variation (oder geringe Abweichung) unter den jeweiligen Proben auftritt, dann kann der Spielraum minimiert werden, so dass der Motorantriebs-Betriebsbereich in der Größe vergrößert werden kann.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist kann die IGBT Temperatursensor-Korrekturvorrichtung und das Temperaturerfassungs-Korrekturverfahren unter Verwendung von dieser gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die folgenden Wirkungen aufweisen.
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Als erstes können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Offset, der eine Variation (d. h. Abweichung) für jede Temperaturerfassungsprobe gemäß der Halbleiterprozessvariation anzeigt, korrigieren, was zu einer Implementierung einer korrekten Temperaturerfassung führt.
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Als zweites kann eine Überhitzung des Leistungsmoduls stabil verhindert werden, so dass eine thermische Zerstörung des Leistungsmoduls ebenfalls verhindert werden kann, was zu einer Garantie der Fahrsicherheit führt.
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Als drittes wird der maximale Ausgangsstrombereich eines Umrichters, der benötigt wird, um den Motor anzusteuern bzw. anzutreiben, durch Minimierung des Entwurfsspielraums erweitert, was zu einem Anstieg des maximalen Ausgangsbereichs des Motors führt.
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Als viertes wird eine Temperaturkorrektur unter Verwendung einer externen Schaltung erreicht, die einen sehr einfachen Aufbau aufweist, gemäß der Muster, die in dem Halbleiterchip gebildet sind.
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Das Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann als ein Programm hergestellt werden, welches von einem Computer ausgeführt werden kann und welches in einem Aufzeichnungsmedium, welches von dem Computer lesbar ist, gespeichert sein kann. Beispiele der Aufzeichnungsmedium, die von dem Computer gelesen werden können, können einen Nur-Lese-Speicher (EROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Kompaktdisk-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), ein Magnetband, eine Floppydisk und eine optische Datenspeichereinrichtung umfassen. Die Aufzeichnungsmedien, die von dem Computer lesbar sind, können über Computersysteme, die miteinander über ein Netzwerk verbunden sind, verteilt sein, so dass der Code, der von dem Computer lesbar ist, in einer verteilten Weise gespeichert oder ausgeführt wird. Zusätzlich kann ein funktionales Programm, ein Code und Codesegmente zum Umsetzen des obigen Verfahrens von Programmierern in dem technischen Gebiet, auf das sich die Offenbarung bezieht, leicht erdacht werden.
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Für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet wird erkenntlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können, ohne von dem Grundgedanken oder dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Deshalb muss die voranstehend erwähnte ausführliche Beschreibung nur für illustrativen Zwecke anstelle für restriktive Zwecke betrachtet werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung muss durch eine rationale Analyse der Ansprüche bestimmt werden und sämtliche Modifikationen innerhalb von Äquivalenzbereichen der vorliegenden Offenbarung sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.