KR102388147B1 - Igbt 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법 - Google Patents

Igbt 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 온도 센서 보정 장치는 공정 편차를 센싱하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 칩, 상기 IGBT의 공정 편차에 대응하여 상기 IGBT에 부과되는 전류값을 결정하는 외부 저항 및 상기 전류값 결정에 대응하여 상기 온도 센서의 센싱 전압을 보정하는 Driver IC를 포함하는 IGBT 온도 센서 보정 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법은 공정 편차를 센싱하는 단계, 상기 공정 편차에 대응하여 IGBT 칩에 부과되는 전류값을 결정하는 단계, 상기 전류값 결정에 대응하여 상기 온도 센서의 센싱 전압을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

IGBT 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법{IGBT temperature sensor correction device and temperature sensing correction method using the same}
본 발명은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 온도 센서 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도에 따른 반도체 소자 특성에 의한 오차를 최소화할 수 있는 보정회로를 포함하는 IGBT 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법에 관한 것이다.
종래의 기술의 온도 센서의 경우, IGBT 모듈의 DBC(Direct Bonded Copper) 위에 NTC(negative temperature coefficient) 타입으로 온도 센서가 배치될 수 있다. DBC 온도는 DBC 바닥 면과 맞붙어있는 냉각기의 온도와 거의 동일할 수 있다. 실제 발열이 되는 반도체 칩의 정션 온도를 측정해야 하는데, 이 경우 냉각수 온도를 모니터링 하는 게 되므로 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 최근에는 IGBT의 정션 온도(Junction Temperature)를 직접 센싱하기 위하여 IGBT 칩 위에 폴리 실리콘 다이오드(poly silicon diode)를 직접화 하여 다이오드의 전압-온도 특성을 이용해 IGBT의 온도를 직접 센싱하는 방식이 개발되었다. 하지만, IGBT 칩의 반도체 공정 편차(Process-Variation)가 존재하므로 정확한 온도추정이 어렵고 샘플마다 큰 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 3상 인버터의 각 상 별 온도 센싱값의 편차를 야기할 뿐만 아니라 제품별로 편차가 발생하게 된다. 따라서 IGBT의 열모델과 온도 센싱 편차를 감안하여 최대 전류 사양을 제한하여 설계할 수밖에 없으며, 이는 전기차 및 하이브리드 자동차의 모터 최대 출력을 제한한다. 또한, EOL(End Of Life)에서 온도추정이 잘못될 경우 파워모듈의 열 파괴로 인한 운전자의 안전에 문제점이 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 다이오드의 정션 온도(Tj)에 따른 온전압 전압 특성을 나타내는 도면이다. IGBT 내장된 다이오드 온도 센서(이하 온도 센서)의 온전압(이하 V_F)은 IGBT의 Tj(정션온도, Junction-Temperature, 이하 Tj)와 반비례 관계일 수 있다. 따라서 온도가 변화함에 따른 V_F의 전압을 모니터링 함으로써 IGBT의 Tj를 추정할 수 있다.
도 2는 종래의 기술에 따른 온도 센싱 보호 회로를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 온도 센싱 보호 회로(200)는 마이컴(210), 비교기(220), 정전류원(230), 온도센싱 다이오드(240), IGBT(250). DC 전원(260)을 포함할 수 있다.
온도센싱 다이오드(240)는 IGBT(250)의 온도를 센싱하는 센싱 소자로서 IGBT(250)에 하나 또는 직렬 연결된 둘 이상의 다이오드가 배치되고, 정전원으로부터 온도 센서인 다이오드에 전류가 흐를 수 있도록 회로가 구성될 수 있다.
상기한 온도 센싱 보호 회로에서 온도센싱 다이오드(240)는 IGBT의 온도를 센싱하는 센싱 소자로 이용될 수 있도록 IGBT(250) 내 열 발생 부위, 예를 들어 반도체 칩 인접 위치 등에 집적시키고, 다이오드의 입력단에 일정 전류를 흘려주기 위한 전원 및 저항을 연결한다.
온도센싱 다이오드(240)는 상기 회로에 내장된 정전류원(230)에 의하여 턴온되어 전압값 VF가 결정된다. 이때, 온도에 따른 전압값은 비교기의(+) 입력단에 인가된다. 또한 비교기(220)의(-) 입력단에는 DC 전압값이 입력되며, 상기 DC 전압값은 IGBT의 과온 보호 레벨에 의하여 산정 될 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, DC값이 약 2.2V로 산정되어 있다고 가정한다. Tj가 상온일 경우 VF값은 약 2.7V이므로 과온 보호 레벨보다 높기 때문에 FLT_TEMP는 HIGH를 출력한다. Tj가 150도로 올라갈 때 VF는 약 2.2V가 되며 DC 전압값과 비교하여 낮은 전압을 갖게 되면 FLT_TEMP 값은 LOW를 출력한다.
상기 FLT_TEMP 신호는 마이컴(210)에서 모니터링하여 출력 전류를 제한하거나 IGBT를 턴-오프 시킴으로써 파워모듈의 열 파괴를 보호할 수 있다.
도 3은 종래의 기술에 따른 온도 센서를 도시한 도면이다.
도 3(a)을 참조하면, 온도 센서(310)가 내장된 IGBT의 레이아웃이다.
이때, TEMP+와 TEMP-는 각각 다이오드의 cathode 와 anode를 의미한다.
도 3(b)은 상기 온도 센서의 일 영역의 단면도이다.
상기 온도 센서(310)는 실리콘(321), 절연막(322), 폴리 실리콘(323), TEMP+ 메탈(324), TEMP- 메탈(325), 보호막 층(326)을 포함할 수 있다.
이를 형성하기 위해서는 이하와 같은 반도체 공정을 거친다. 온도 센서(310)를 형성할 부분에 절연막(Passivation, 322)을 증착할 수 있다. 이는 IGBT의 대전류 path를 형성하여 다이오드의 소손을 방지하기 위함이다.
상기 절연막 위에 폴리실리콘 (Poly Silicon, 323)을 증착할 수 있다. 상기 증착한 폴리실리콘(323)을 포토 공정을 통해 온도 센서(310)의 패턴을 형성할 수 있다.
상기 Cathode와 anode 영역을 P+ N+ 각각 도펀트로 도핑하여 다이오드 구조를 형성할 수 있다. 이때, 상기 반도체 공정에서는 포토 공정에서 오차가 크게 발생할 수 있다. 이에 따라 폴리실리콘 층을 형상할 때 발생하는 반도체 공정 편차에 의하여 샘플 별로 상기 온도 센서의 센싱 전압이 크게 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 IGBT 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법을 제공하는 것이다.
더욱 상세하게, 본 발명은 공정 편차에 따라 다이오드 전류 값의 조절이 가능하여 온도 센싱 전압을 보정하는 IGBT 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 IGBT 온도 센서 보정 장치는 공정 편차를 센싱하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 칩, 상기 IGBT의 공정 편차에 대응하여 상기 IGBT에 부과되는 전류값을 결정하는 외부 저항 및 상기 전류값 결정에 대응하여 상기 온도 센서의 센싱 전압을 보정하는 Driver IC를 포함하는 IGBT 온도 센서 보정 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법은 공정 편차를 센싱하는 단계, 상기 공정 편차에 대응하여 IGBT 칩에 부과되는 전류값을 결정하는 단계, 상기 전류값 결정에 대응하여 상기 온도 센서의 센싱 전압을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 IGBT 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 반도체 공정 변차에 의한 온도 센싱 샘플별 편차인 오프셋을 보정함으로써 정확한 온도 센싱이 가능해지는 장점이 있다.
둘째, 파워모듈의 안정적인 과온 보호를 통하여 파워모듈 열 파괴를 방지함으로써 운전자의 안전성을 확보하는 장점이 있다.
셋째, 설계 마진을 최소화하여 모터 구동 인버터의 최대 출력 전류 범위를 확대함으로써 모터 최대 출력을 증가시키는 장점이 있다.
넷째, 칩 내에 설계한 패턴을 이용하여 매우 간단한 외부 회로로 보정이 가능한 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 3은 종래 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 온도 센서 보정 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 칩의 개요를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 편차센서의 패턴을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 편차센서와 온도 센서의 연계성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 IGBT 온도 센서 보정 장치의 흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 오프셋 보정에 따른 특성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 별 온도 센싱을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및"전(앞) 또는 후(뒤)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B,(a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예들은 온도에 따른 반도체 소자 특성에 의한 오차를 최소화 할 수 있는 보정회로를 통해, 더욱 정밀한 센싱이 가능할 뿐만 아니라 IGBT의 출력 최대 마진을 완화할 수 있는 IGBT 온도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 온도센싱 보정 방법에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 온도 센서 보정 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, IGBT 온도 센서 보정 장치(400)는 Driver IC(410), 외부 저항(420), IGBT 칩(430)을 포함할 수 있다.
Driver IC(410)는 온도 센서를 구동하기 위한 정전압원 "Vref"을 출력할 수 있다.
Driver IC(410)는 상기 외부 저항(420)의 저항값에 대응하여, 온도 센서의 부과되는 전류값을 조절할 수 있다.
Driver IC(410)는 상기 외부 저항(420)에 대응하여 상기 온도 센서의 센싱 전압을 보정할 수 있다.
Driver IC(410)는 다이오드 전압인 "Vtemp"을 온도 정보로 변환할 수 있다. Driver IC(410)는 상기 온도 정보를 변환하여 보호 기능 등에 처리할 수 있다.
외부 저항(External R, 420)은 상기 Driver IC(410)와 상기 IGBT 칩(430) 사이에 배치될 수 있다. 외부 저항(420)는 IGBT 온도 센서 보정 장치(400)의 동작 전류값을 결정하는 외부 저항값을 가질 수 있다. 외부 저항(420)의 저항값은 사용자의 선택에 따라 자유롭게 선택할 수 있다. 외부 저항(420)의 저항값을 최적으로 설계할 경우, 공정 편차에 따라 다이오드 전류 값을 조절할 수 있다.
외부 저항(420)의 저항값을 조정하여, 온도 센서의 전압값을 보정할 수 있다.
IGBT 칩(430)은 내부 저항(440) 및 센싱 다이오드(450)를 포함할 수 있다. IGBT 칩(430)은 공정 편차를 센싱할 수 있다.
내부 저항(Internal R, 440)은 IGBT 칩에 위치하고, 상기 외부 저항 및 온도 센서 사이에 배치될 수 있다.
내부 저항(440)은 IGBT 칩(430) 내에 설계한 공정 편차에 의하여 결정될 수 있다.
상기 공정 편차는 Photo lithography, Etch 등의 공정에서 발생한 편차를 대변하는 저항값을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 내부 저항(440)의 정상적인 저항 설계값이 R’일 경우, 상기 내부 저항(440)의 공정 편차에 따라 R’±△R 값을 가질 수 있다. 상기 △R 은 공정 편차에 의해 변동되는 저항값일 수 있다.
센싱 다이오드(450, Sensing Diode)는 IGBT 칩(430)에 위치하고, 상기 내부 저항(440)과 직렬로 배치될 수 있다. 상기 센싱 다이오드(450)는 복수개의 다이오드로 구성될 수 있다.
상기 센싱 다이오드(450)에는 전류가 흐를 수 있다. 상기 전류 IF는 옴의 법칙에 의하여 V=IR 이므로, 외부 저항(420), 내부 저항(440)을 고려하여. 수학식 1에 의하여 하기와 같이 표현될 수 있다.
[수학식1]
IF =(Vref - Vtemp) /(외부 저항 + 내부 저항)
여기서 Vref 는 내부 구동 전압, Vtemp는 다이오드 양단전압, 외부 저항은 동작 전류값을 결정하는 외부 저항값, 내부 저항은 공정 편차를 대변하는 저항값일 수 있다.
또한, 상기 전류 IF는 쇼클리 다이오드 방정식에 의하여, 수학식 2에 의하여, 하기와 같이 표현될 수 있다.
[수학식2]
IF=Is[e^(Vtemp/VT)-1)],
여기서, Is=포화전류, Vtemp, VT=kT/q, Is,k,q는 상수일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 칩의 개요를 나타내는 도면이다.
도 5(a)는 IGBT 칩의 레이아웃을 표시한 도면이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, IGBT 칩(430)은 공정 편차센서(510), 온도 센서(520)를 포함할 수 있다.
공정 편차센서(510)는 내부 저항(440)을 포함할 수 있다. 즉, 공정 편차센서의 ‘ㄹ’자 라인은 저도핑의 실리콘으로 형성된 저항 라인일 수 있다.
상기 공정 편차센서(510)의 패턴은 다른 형태가 가능하며, 이에 한정하지 않는다.
이 공정 편차센서의 저항은 상기 다이오드 온도 센서 layer와 동일 마스크로 photo-lithography(이하 포토 공정)으로 형성될 수 있다.
상기 공정 편차센서(510)는 온도 센서를 형성하기 위한 포토 공정에서 공차가 발생하는 경우, 상기 포토 공정에 의해 어긋난 정도를 센싱할 수 있다.
온도 센서(520)는 상기 공정 편차센서(510)와 연결되어 상기 IGBT 칩 하단의 중앙에 형성될 수 있다. 온도 센서(520)는 센싱 다이오드(450)를 포함할 수 있다.
도 5(b)는 도시된 바와 같이, 상기 온도 센서 및 공정 편차센서(510)의 수직 단면도를 표시한 도면이다.
온도 센서(520)는 실리콘 층(531), 절연막(532), 폴리 실리콘 층(533), TEMP+ 메탈(534), TEMP- 메탈(535), 보호막 층(536)을 포함할 수 있다.
온도 센서(520)를 형성할 부분에 절연막(532, Passivation)이 형성될 수 있다. 상기 절연막(532) 상에 폴리실리콘(Poly Silicon) 층이 형성될 수 있다. 상기 폴리실리콘을 포토 공정을 통해 온도 센서(520) 및 공정 편차센서(510)의 패턴으로 형성할 수 있다.
이후, 상기 폴리실리콘 층(533)은 Cathode 영역을 P+ 형 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 폴리실리콘 층(533)은 Anode 영역을 N+ 형 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 폴리실리콘 층(533)은 도핑에 의하여 다이오드 구조를 형성할 수 있다.
상기 TEMP+ 메탈(534)은 다이오드의 Cathode 일 수 있다. 상기 TEMP- 메탈은(535) 다이오드의 anode일 수 있다.
공정 편차센서(510)는 별도의 고도핑이 아닌 저도핑(P-, N-)로 형성될 수 있다. 상기 공정 편차센서(510)는 저항 패턴과 유사한 형태를 가질 수 있다. 따라서, 공정 편차센서(510)는 저도핑의 실리콘(543)으로 형성된 저항 라인을 포함할 수 있다.
상기 공정 편차센서(510)는 게이트 패드로부터 기설정된 거리만큼 이격되어 수평 방향으로 배치되는 제1 수평 저항라인, 상기 제1 수평 저항라인 일단으로부터 수직 방향으로 배치되는 제1 수직 저항라인, 상기 제1 수직 저항라인의 일단으로부터 수평방향으로 배치되고, 상기 제1 수평라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제2 수평 저항라인, 상기 제2 수평저항라인 일단으로부터 수직 방향으로 배치되고, 상기 제1 수직라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제2 수직 저항라인; 및 상기 제2 수직 저항라인의 일단으로부터 수평방향으로 배치되고, 상기 제2 수평라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제3 수평 저항라인을 포함할 수 있다.
공정 편차센서(510)는 온도 센서(520)와 동일한 포토 공정으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 공정 편차센서(510)의 저항값은 온도 센서(520)의 공정 편차의 정도를 대변해주는 역할을 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 편차센서의 패턴을 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 공정 편차센서(510)는 포토 공정에 의하여 발생할 수 있는 어긋남의 경우는 매우 다양할 수 있다. 상기 어긋남에 의해, 공정 편차센서(510)의 총 길이와 폭은 달라질 수 있다. 따라서, 공정 편차센서(510)의 총 길이와 폭에 대응하여 저항값도 달라질 수 있다.
도 6(a)을 참조하면, 공정 편차센서(510)가 기설정된 패턴으로 형성되는 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 공정 편차센서(510)의 저항값은 기설정된 값을 가질 수 있다. 상기 기설정된 저항값을 정상 상태라 할 수 있다.
도 6(b)은 공정 편차센서(510)의 저항 패턴이 상기 정상 상태와 비교하여, 수직 방향으로 축소되는 경우, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 증가할 수 있다.
도 6(c)은 공정 편차센서(510)가 정상 상태와 비교하여 공정 편차센서(510)의 저항 패턴이 수직으로 방향으로 확대되는 경우, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 감소할 수 있다.
도 6(d)은 공정 편차센서(510)가 정상 상태와 비교하여 공정 편차센서(510)가 수평 방향으로 축소되는 경우, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 감소할 수 있다.
도 6(e)은 공정 편차센서(510)가 정상 상태와 비교하여 공정 편차센서(510)가 패턴이 상기 도 6(a)의 공정 편차센서(510)와 다른 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 패턴에 대응하여, 저항값이 증가하는 경우, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 증가할 수 있다.
또한, 상기 패턴에 대응하여, 저항값이 감소하는 경우, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 감소할 수 있다.
도 6(f)은 공정 편차센서(510)가 정상 상태와 비교하여 공정 편차센서(510)의 폭이 축소되는 경우, 저항값이 증가하고, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 증가할 수 있다.
도 6(g)은 공정 편차센서(510)가 정상 상태와 비교하여 공정 편차센서(510)가 수평 방향 확대되는 경우, 저항값이 증가하고, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 증가할 수 있다.
도 6(h)은 공정 편차센서(510)가 정상 상태와 비교하여 공정 편차센서(510)의 폭이 확대되는 경우, 저항값이 감소하고, 상기 온도 센서(520)의 저항값이 감소하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전류 값은 증가하고, 상기 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 감소할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 편차센서와 온도 센서의 연계성을 도시한 도면이다.
도 7(a)은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 편차센서의 패턴과 온도 센서의 패턴을 도시한 도표이다.
도 7(a)을 참조하면, 제 1실시예는 공정 편차센서(510)의 패턴이 정상인 경우, 상기 공정 편차센서(510)는 기설정된 저항값을 가질 수 있다. 상기 저항의 정상인 경우 저항에 부과되는 전류 값은 기설정된 전류값을 가질 수 있다. 온도 센서(520)에 부과되는 전압값은 기설정된 전압값을 가질 수 있다.
제 2실시예는 공정 편차센서(510)의 패턴이 정상 패턴보다 폭이 증가된 상태이다. 상기 제 2실시예의 공정 편차센서(510)의 저항값은 정상인 경우보다 증가될 수 있다. 상기 저항 패턴의 폭이 증가된 상태인 경우, 다이오드의 폭이 증가할 수 있다. 상기 다이오드의 폭이 증가하는 경우, 상기 다이오드의 센싱 전압값은 감소할 수 있다. 이는 정상 상태의 다이오드에 비해 오프셋이 감소된 상태일 수 있다.
제 3실시예는 공정 편차센서(510)의 패턴이 정상 패턴보다 폭이 감소된 상태이다. 상기 제3실시예의 저항 패턴의 저항값은 정상인 경우보다 감소될 수 있다. 상기 저항 패턴이 폭이 감소된 상태인 경우, 다이오드의 폭이 감소할 수 있다. 상기 다이오드의 폭이 감소하는 경우, 상기 다이오드의 센싱 전압값은 증가할 수 있다. 이는 정상 상태의 다이오드에 비해 오프셋이 증가된 상태일 수 있다.
도 7(b)은 도 7(a)에 도시한 실시예에 따른 다이오드의 특성을 도시한 도면이다.
도 7(b)을 참조하면, 실시예에 따른 공정 편차에 의하여, 온도 센서가 다른 저항값을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예는 동일 전류로 구동 시, 서로 다른 전압값을 가질 수 있다.
온도 센서(520)의 전압은 공정 편차의 저항값이 증가하는 경우, 온도 센서(520)의 센싱 전압값도 증가될 수 있다 온도 센서(520)의 전압은 공정 편차의 저항값이 감소하는 경우, 온도 센서(520)의 센싱 전압값도 감소될 수 있다.
따라서, 온도 센서(520)의 전압은 공정 편차의 저항값과 비례 관계를 갖는다. 상기와 같은 공정편차 센서(510)의 저항값과 온도 센서(520)의 전압 관계를 통하여 공정 편차에 의한 전압 오프셋 값을 조정할 수 있다.
도 7(C)은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 센서의 설계를 도시한 도면이다.
도 7(c)을 참조하면, 온도 센서는 센싱 해상도(resolution)을 고려하여 3~4개의 다이오드가 직렬 패턴으로 설계될 수 있다. 상기 다이오드는 상온인 경우, 0.8 V의 전압값을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 온도 센서는 2.4 V ~ 3.2V의 전압값을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 IGBT 온도 센서 보정 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, IGBT 온도 센서 보정 방법은, Driver IC가 공정 편차센서의 내부 저항값에 대응하여 온도 센서에 부과되는 전류값을 변경하는 단계 (S810), 상기 Driver IC가 상기 변경된 전류값에 의해 온도 센서에 부과되는 전압 값을 보정하는 단계(S820)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 실시예에 따른 미 보정 시의 IGBT 온도 센서 회로(500)에서 공정 편차센서(520)는 패턴의 폭 증가에 따른 공정 편차를 센싱할 수 있다.
상기 공정 편차가 발생하는 경우, 온도 센서(520)의 다이오드 폭이 증가할 수 있다. 상기 다이오드 폭이 증가한 경우, 상기 다이오드의 저항은 작아 질 수 있다. 상기 다이오드의 저항이 작아진 경우, 상기 다이오드의 센싱 전압은 감소하게 되어, (-) 오프셋 상태가 될 수 있다. 상기 (-) 오프셋 되는 경우, 온도 센서(520)는 현재 온도를 실제 온도에 비해 높은 온도로 센싱할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제2 실시예 따른 보정 시의 IGBT 온도 센서 회로(500)에서 공정 편차센서(520)는 패턴의 폭 증가에 따른 공정 편차를 센싱할 수 있다. 상기 공정 편차가 발생하는 경우, 온도 센서(520)의 다이오드 폭이 증가할 수 있다.
상기 다이오드 폭이 증가한 경우, 상기 다이오드의 저항은 작아 질 수 있다. 상기 다이오드의 저항이 작아진 경우, 상기 다이오드의 센싱 전압은 감소하게 되어, (-) 오프셋 상태가 될 수 있다.
상기 고정 편차가 발생하는 경우, 공정 편차센서의 내부 저항의 패턴 폭이 증가할 수 있다. 상기 내부 저항의 패턴의 폭이 증가하는 경우, 내부 저항이 작아질 수 있다.
상기 내부 저항이 작아지는 경우, 상기 내부 저항에 흐르는 전류는 증가하게 된다. 상기 전류가 증가하는 경우, 다이오드 센싱 전압이 증가하여 상기 오프셋의 전압을 (+) 보정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압 오프셋 보정에 따른 특성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 실시예는 초기 전류 값에 대응하여, 제1 실시예에 비해 (-)오프셋 상태가 될 수 있다. 상기 (-) 오프셋 상태를 보정하기 위하여, 보정 전류 값으로 전류값을 증가하는 경우, 제2 실시예의 전압 오프셋 보정에 의해서 다이오드의 전류가 증가하게 되고, 상기 증가된 전류에 대응하여, 전압이 증가할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 별 온도 센싱을 나타낸 도면이다.
도 10(a)에 도시된 바와 같이 보정 회로 적용 전에는 온도 센싱 값과 실제 값 그래프에서 IGBT1~IGBT6의 샘플 간의 편차가 클 수 있다.
예를 들어, 상기 IGBT2는 실제 온도가 40도인 경우, 센싱 온도 값을 약 48로 센싱할 수 있다. 상기 IGBT6은 실제 온도가 40도인 경우, 센싱 온도 값을 약 30도로 센싱할 수 있다.
이처럼 각 샘플간의 편차가 큰 경우, Motor Drive 동작 영역이 마진을 포함할 경우 상당이 작아질 수 있다.
도 10(b)에 도시된 바와 같이 보정 회로를 적용하는 경우 샘플간 편차를 최소화할 수 있다.
예를 들어, 상기 IGBT2는 실제 온도가 40도인 경우, 센싱 온도 값을 약 36도로 센싱할 수 있다. 상기 IGBT6은 실제 온도가 40도인 경우, 센싱 온도 값을 약 42도로 센싱할 수 있다.
이처럼 각 샘플간의 편차가 작은 경우, 마진을 최소화 함으로써 모터드라이브(Motor Drive) 동작 영역을 크게 가져갈 수 있다.
상술한 일 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 입력 데이터 저장시스템 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function)프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
400 : IGBT 온도 센서 보정 장치
410 : Driver IC
420 : 외부 저항
430 : IGBT 칩
440 : 내부 저항
450 : 센싱 다이오드
460 : IGBT
510 : 공정 편차센서
520 : 온도 센서

Claims (19)

  1. 게이트 신호를 출력하는 제1 출력 단자와 정전압인 Vref를 출력하는 제2 출력단자를 포함하는 Driver IC;
    상기 게이트 신호를 수신하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 내부 저항 그리고 상기 내부 저항의 일단과 연결되는 센싱 다이오드를 포함하는 IGBT 칩; 및
    상기 제2 출력 단자와 상기 내부 저항의 타단을 연결하는 외부 저항;를 포함하고,
    상기 Driver IC는,
    상기 센싱 다이오드에 인가되는 센싱 전압을 센싱하고, 센싱된 상기 센싱 전압에 기초하여 온도 정보를 변환하고,
    외부 저항값, 내부 저항값 및 상기 온도 정보에 기초하여 상기 센싱 다이오드에 인가되는 전류 값을 획득하고, 상기 센싱 다이오드에서 센싱된 상기 센싱 전압과 기설정된 기준 전압에 기초하여 오프셋 전압을 획득하고,
    상기 오프셋 전압에 기초하여 상기 외부 저항의 저항을 제어하는 것을 포함하는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 저항은,
    저도핑의 실리콘으로 형성된 저항 패턴을 포함하는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 내부 저항은,
    상기 센싱 다이오드와 동일 마스크의 포토리소그래피(photo-lithography) 공정으로 형성되는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 내부 저항은,
    게이트 패드로부터 기설정된 거리만큼 이격되어 수평 방향으로 배치되는 제 1 수평 저항라인;
    상기 제1 수평 저항라인 일단으로부터 수직 방향으로 배치되는 제1 수직 저항라인;
    상기 제1 수직 저항라인의 일단으로부터 수평방향으로 배치되고, 상기 제1 수평 저항라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제2 수평 저항라인;
    상기 제2 수평 저항라인 일단으로부터 수직 방향으로 배치되고, 상기 제1 수직 저항라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제2 수직 저항라인; 및
    상기 제2 수직 저항라인의 일단으로부터 수평방향으로 배치되고, 상기 제2 수평 저항라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제3 수평 저항라인;
    을 포함하는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 수평 저항라인, 상기 제1 수직 저항라인, 상기 제2 수평 저항라인, 상기 제2 수직 저항라인 및 상기 제3 수평 저항라인은,
    상기 센싱 다이오드의 공정 편차의 정도를 대변하는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 Driver IC는,
    상기 센싱 다이오드의 센싱 전압이 기설정된 설계값보다 낮은 경우,
    상기 센싱 다이오드에 부과되는 전류값을 증가시켜, 상기 센싱 전압을 증가시키는 오프셋 전압 보정을 수행하는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 Driver IC는,
    상기 센싱 다이오드의 센싱 전압이 기설정된 설계값보다 높은 경우,
    상기 센싱 다이오드에 부과되는 전류값을 감소시켜, 상기 센싱 전압을 감소시키는 오프셋 전압 보정을 수행하는 IGBT 온도 센서 보정 장치.
  11. Driver IC를 통해 게이트 신호와 정전압인 Vref를 출력하는 단계;
    센싱 다이오드에 인가되는 센싱 전압을 센싱하고, 상기 센싱 전압에 기초하여 온도 정보를 획득하는 단계;
    외부 저항값, 내부 저항값 및 상기 온도 정보에 기초하여 상기 센싱 다이오드에 인가되는 전류 값을 획득하는 단계;
    상기 센싱 다이오드에서 센싱된 상기 센싱 전압과 기설정된 기준 전압에 기초하여 오프셋 전압을 획득하는 단계; 및
    상기 오프셋 전압에 기초하여 상기 외부 저항의 저항을 제어하는 단계;
    를 포함하는 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 내부 저항은,
    저도핑의 실리콘으로 형성된 저항 패턴을 포함하는 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 내부 저항은,
    상기 센싱 다이오드와 동일 마스크의 포토리소그래피 공정으로 형성되는 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 내부 저항은,
    게이트 패드로부터 기설정된 거리만큼 이격되어 수평 방향으로 배치되는 제 1 수평 저항라인;
    상기 제1 수평 저항라인 일단으로부터 수직 방향으로 배치되는 제1 수직 저항라인;
    상기 제1 수직 저항라인의 일단으로부터 수평방향으로 배치되고, 상기 제1 수평 저항라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제2 수평 저항라인;
    상기 제2 수평 저항라인 일단으로부터 수직 방향으로 배치되고, 상기 제1 수직 저항라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제2 수직 저항라인; 및
    상기 제2 수직 저항라인의 일단으로부터 수평방향으로 배치되고, 상기 제2 수평 저항라인으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 제3 수평 저항라인;
    을 포함하는 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 센싱 다이오드의 전류에 대응하여 센싱 다이오드의 센싱 전압을 보정하는 단계는,
    상기 센싱 다이오드의 센싱 전압이 기설정된 설계값보다 낮은 경우,
    상기 센싱 다이오드에 부과되는 전류값을 증가시켜, 상기 센싱 전압을 증가시키는 오프셋 보정 단계를 더 포함하는 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 센싱 다이오드의 전류에 대응하여 센싱 다이오드의 센싱 전압을 보정하는 단계는,
    상기 센싱 다이오드의 센싱 전압이 기설정된 설계값보다 높은 경우,
    상기 센싱 다이오드에 부과되는 전류값을 감소시켜, 상기 센싱 전압을 감소시키는 오프셋 보정 단계를 더 포함하는 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법.
  19. 제 11항, 제 14항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 따른 IGBT 온도 센서를 이용한 온도 센싱 보정 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.

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