KR20080002843A - 집적된 스마트 파워 스위치 - Google Patents

집적된 스마트 파워 스위치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080002843A
KR20080002843A KR1020077023966A KR20077023966A KR20080002843A KR 20080002843 A KR20080002843 A KR 20080002843A KR 1020077023966 A KR1020077023966 A KR 1020077023966A KR 20077023966 A KR20077023966 A KR 20077023966A KR 20080002843 A KR20080002843 A KR 20080002843A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
controllable semiconductor
current
power
temperature
die
Prior art date
Application number
KR1020077023966A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101262919B1 (ko
Inventor
보리스 에스. 자콥슨
Original Assignee
레이티언 캄파니
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 레이티언 캄파니 filed Critical 레이티언 캄파니
Publication of KR20080002843A publication Critical patent/KR20080002843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101262919B1 publication Critical patent/KR101262919B1/ko

Links

Images

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
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor 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
    • G01K7/42—Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/70—Testing of connections between components and printed circuit boards
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • 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

Abstract

제어 가능한 반도체와 센서와 제어기를 포함하는 디바이스가 개시된다. 제어 가능한 반도체는 제1 동작 파라미터와 제2 동작 파라미터와 관련된다. 제1 동작 파라미터는 제어 가능하다. 센서는 제어 가능한 반도체 디바이스와 통신하여 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 획득한다. 제어기는 제어 가능한 반도체 및 센서와 통신한다. 제어기는 제어 가능한 반도체와 관련된 디바이스 데이터를 액세스하고, 제1 동작 파라미터를 제어하여 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 제1 센서로부터 수신한다. 제어기는 디바이스 데이터에 의존하는 제1 예측값을 결정하고 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 제1 예측값과 비교하여 그 결과에 기초하여 제1 조건이 감지되면 제1 동작 파라미터를 동적으로 수정한다.

Description

집적된 스마트 파워 스위치{INTEGRATED SMART POWER SWITCH}
본 발명은 반도체와 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 파워 반도체와 시스템을 동작시키고 제어하며 모니터링 하는 시스템, 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
전력 반도체 디바이스는 해당 분야의 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 전자 전력 변환(electronic power conversion), 조정(regulating), 제어(controlling) 등의 목적으로 통상적으로 사용된다. 전력 반도체 장치들은 전력 시스템을 구성하는 빌딩 블록으로서, 스위칭 모드와 선형 모드 모두에서 동작한다. 전력 반도체들은 경량, 부피의 작음 및 고 회로-레벨의 신뢰도, 장애 격리, 진단 능력과 같은 서로 상충되는 요구조건들을 만족시킨다.
전력 트랜지스터들은 수 와트에서 수 메가와트에 이르는 전력 범위의 많은 애플리케이션에 사용되는 전력 반도체의 일종이다. 대다수의 애플리케이션들에서 전력 반도체들을 스위치 모드에서 사용하지만, 다른 애플리케이션들에서는 전력 반도체를 선형 모드에서 사용할 필요가 있다. 전력 반도체를 선형 모드에서 사용하는 애플리케이션들에는, 충전과 방전을 반복하는 정전류 커패시터, 부하에 점진적으로 전압을 인가하는 "소프트 스타트(soft start)" 및 유도성 부하들을 스위칭 하는 것 이 있다.
예를 들어, 제어 모드 전력 시스템에 대한 애플리케이션은 미국출원 제10/692,580호(Attorney Docket No. RTN-183AUS, 2003년 10월 24일 출원, 발명자: Boris S. Jacobson et al.)로서 2004년 5월 20일 제2004/0095023호 공개공보로 발행된 "지능형 전력 시스템(Intelligent Power System)"에서 찾아볼 수 있다.
예를 들어, 도 1은 전압원(Vin)으로부터 커패시터 뱅크(C1-Cn)를 충전하여 선형 모드에서 동작하는 트랜지스터(Q)의 예를 나타내고, 도 2는 도 1의 트랜지스터 회로의 파라미터들을 나타내는 그래프이다. 시간(t0) 전에 트랜지스터(Q)는 전압원을 차단한다. 시간(t0)에 트랜지스터는 점진적으로 턴 온되고, 커패시터 뱅크를 충전하기 시작한다. 시간 구간(t0~t1) 동안에 선형적으로 감소하는 전압이 정전류가 흐르는 트랜지스터에 인가된다. 시간 구간(t0~t1) 동안에 트랜지스터에서 소모되는 전력을 P라 하면
P =
Figure 112007074627041-PCT00001
로 주어진다. 여기서 V(t)는 트랜지스터에 유기되는 전압이고, I는 트랜지스터에 흐르는 정전류를 나타낸다.
모스전계효과 트랜지스터(MOSFET)와 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistors: IGBTs) 타입의 전력 트랜지스터들은 스위치로서 최적으로 동작하지만, 선형 모드 동작과 관련된 연속적인 전력 소모를 견뎌낼 수 없다는 데에 문제점이 있다. 이러한 현상이 발생하는 이유는 "핫 스팟(hot spotting)" 또는 "전류 터널링(current tunneling)"이라 불리는 현상 때문이다. 이상적인 디바이스로 동작하기 위하여 다이(die) 상의 전류 밀도와 온도 구배가 전체적으로 일정하여야 한다. 하지만, 비균일한 도핑이나 다이에 부착된 물질에 있는 보이드들 때문에 디바이스 상에 전류 밀도와 온도 구배에 변화가 생길 수 있다. 트랜지스터의 게이트의 문턱 전압(Vth)은 전형적으로 음의 온도 계수를 갖는다. 따라서, 다이의 일정 부분들(특히 다이의 중심주변의 부분들)이 높은 온도에 도달하기 시작하면, 이 부분들의 문턱 전압과 트랜지스터의 이득(Gm)에 의하여 전류 밀도가 국부적으로 증가하게 된다. 전류가 높으면 높을수록, 문턱 전압은 더 낮아지고 이득이 더 증가하게 되어 열폭주(thermal runway) 현상이 발생하게 되고, 디바이스는 파괴되게 된다. 따라서 전류 터널링 현상 때문에 현재는 MOSFET와 IGBT를 선형 모드의 애플리케이션에서 사용할 수 없다.
예를 들어, 도 3은 도 1의 트랜지스터(Q)와 같은 트랜지스터에서 온도에 따른 트랜지스터의 게이트의 문턱 전압의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이 트랜지스터의 게이트의 문턱 전압(Vth)은 음의 온도 계수를 갖는다. 따라서 다이의 일정 부분들(특히 다이의 중심 주변의 부분들)이 높은 온도에 도달하기 시작하면, 이 부분들의 문턱 전압은 떨어지고, 이득은 증가하게 되어 전류 밀도가 국부적으로 증가하게 된다. 전류가 높으면 높을수록, 문턱 전압은 더 낮아지고 이득이 더 증가하게 되어 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 되고, 디바이스는 파괴되게 된다.
또 다른 예로서, 도 4는 도 1의 트랜지스터(Q)와 같은 트랜지스터에서 여러 가지 드레인 전류에 대하여 접합(junction) 온도에 대한 트랜지스터의 게이트와 소스 간 전압을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 기울기가 0인 수평 방향의 드레인 전류값은 크로스오버 전류(Icrc)라 불린다. 선형 모드에서 동작하는 트랜지스터의 성능을 향상시키는 가장 확실한 방법 중의 하나는 그 트랜지스터의 크로스오버 전류를 감소시키는 것이다.
최근의 공정 기술을 사용하여 제조되는 MOSFET 디바이스들은 이전 세대의 디바이스들에 비하여 더 낮은 게이트 차지, 더 낮은 게이트-드레인 차지 및 더 낮은 온 저항(RDSon)을 갖는다. 예를 들어 [표 1]은 APT(Advanced Power Technology) 사에 의하여 개발된 APT5010 MOSFET 중 3가지 세대의 크로스오버전류를 나타낸다. 가장 최근의 MOS VI공정을 사용하여 제조된 APT5010LLC 제품이 이전 세대의 디바이스들에 비하여 더 낮은 게이트 차지, 더 낮은 게이트-드레인 차지 및 더 낮은 온 저항(RDSon)을 갖는다. 불행하게도, 이 디바이스의 스위칭 성능이 향상됨에 따라, 크로스오버 전류는 증가하고, 디바이스의 선형 동작은 열화된다. 따라서 전류 터널링 효과에 의하여 선형 애플리케이션에서는 현재의 MOSFET와 IGBT를 사용할 수 없음을 알 수 있다.
Figure 112007074627041-PCT00002
종래의 전력 반도체들과 관련된 또 다른 문제점은 안전 동작 영역에 관련된 것이다. 일반적으로 순방향 바이어스의 안전 동작 영역(Forward Biased Safe Operating Areas; FBSOA) 곡선은 순방향 바이어스 조건에서 턴 온 시 전력 디바이스가 견딜 수 있는 최대 드레인 전압과 전류를 정의한다. 역방향 바이어스의 안전 동작 영역(Reverse Biased Safe Operating Areas; RBSOA) 곡선은 트랜지스터의 드레인 전압이 정격화된 드레인과 소스 사이의 브레이크다운 전압(BVDSS)으로 고정될 때 유도성 부하가 턴 오프된 조건하에서 피크 드레인 전류와 전압을 정의한다. 도 5는 순방향 바이어스의 안전 동작 영역 곡선을 나타내고, 도 6은 역방향 바이어스의 안전 동작 영역 곡선을 나타낸다.
트랜지스터는 모든 조건에서 상기 FBSOA 곡선과 RBSOA 곡선의 고정된 경계값 내에서 동작해야 한다. 그러나 상기 FBSOA 곡선과 RBSOA 곡선은 드레인과 소스 간 정격 전압의 최대값을 나타내줄 뿐이다. 그렇지 않으면, 디바이스에 대한 최대 한계치를 나타내는 것 대신에, 상기 곡선들은 종종 평균 고장 간격 시간(Mean Time Between Failures; MTBF)이라고 표현되는 수용 가능한 신뢰 영역을 나타낸다. 또한, 상기 FBSOA 곡선은 25℃에서 단일 전류 펄스와 여러 개의 펄스폭들에 대한 데이터를 정상적으로 나타낸다. 대부분의 애플리케이션들에서는 연속적인 작동과 더 높은 온도 조건을 필요로 하기 때문에, 각 경우에 따라 상기 FBSOA는 다시 계산해야 한다.
그 결과로, 많은 설계에서는 냉각제가 감소하거나 정지한 모터에 더 많은 전 류를 공급하는 등의 위급 상황에서 발생하는 높은 졍션 온도에서 동작하는 환경적 조건이나 회로적 조건이 변화하면 이에 대처할 수 없게 된다. 환경이 변화에 대처할 수 있는 전력용 디바이스의 한 가지 방법은 그 애플리케이션에 대하여 매우 큰 디바이스를 만드는 것이다. 하지만 이런 매우 큰 디바이스에서도 특정 모드에서 잘 사용되지 않고, 다른 모드에서는 너무 많이 사용되는 것을 방지할 수는 없다.
현재, 전력용 트랜지스터들에서 동작하는 트랜지스터들에서 어떤 것이 잘못되고 있을 때, 이를 진단하거나 예측하는 부분이 부족하다. 고장난 디바이스들은 일어날 수 있는 고장의 원인들이 밝혀진 후에야 검사할 수 있다. 전력용 트랜지스터의 신뢰도를 예측할 수 있는 공통된 방법은 디바이스의 졍션 온도에 달려 있다. 상기 예측 방법은 이론적 모델을 기초로 하고 있고, 제조상의 결함이나 실제 동작 조건을 고려하지 않는다. 예를 들어, 현존하는 전력용 트랜지스터의 신뢰도를 예측하는 방법은 스트레스를 심하게 받은 다이와 기판의 접촉 부분이나 열 싱크에 잘못 실장되어 발생되는 디바이스의 고장을 고려하지 않는다. 가용할 수 있는 전력에 따라서 설치되는 트랜지스터를 검사하고 조정하는 방법이 제시되어 있지 않다.
일 실시예에서, 본 발명은 제어 가능한 반도체 디바이스, 제1 센서 및 제어기를 포함하는 디바이스를 제공한다. 상기 제어 가능한 반도체 디바이스(예를 들어 전력용 트랜지스터, 정전 유도 트랜지스터(Static Induction Transistor: SIT), 사이리스터(thyristor), 모스 제어 사이리스터(MOS Controlled Thyrister: MCT), 게이트 턴 오프(Gate Turnoff: GTO) 사이리스터 및 에미터 턴 오프(Emitter Turnoff: ETO) 사이리스터 중에서 적어도 하나)는 제1 동작 파라미터 및 제2 동작 파라미터와 관련되고 적어도 상기 제1 동작 파라미터는 제어 가능하다.
상기 제1 동작 파라미터는, 예를 들어, 드레인-소스 전압, 컬렉터-에미터 전압, 애노드-캐소드 전압, 게이트 전압, 게이트 전류, 베이스 전류, 평균 드레인 디바이스 전류, 평균 컬렉터 디바이스 전류, 평균 애노드 디바이스 전류, 피크 드레인 전류, 피크 컬렉터 전류, 피크 애노드 전류, 알엠에스(Root Mean Square: RMS) 드레인 전류, 알엠에스 컬렉터 전류, 알엠에스 애노드 전류, 다이(die) 온도, 케이스(case) 온도, 졍션(junction) 온도(Tj), 스위칭 빈도 및 듀티 사이클 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2 동작 파라미터는, 예를 들어, 게이트 드라이브, 베이스 드라이브, 트랜지스터 바이어스, 안전 동작 영역(Safe Operating Area: SOA) 조건, 문턱 드레인-소스 전압(VDS), 문턱 알엠에스 드레인 전류(IDRMS), 문턱 순방향 및 역방향 SOA 펄스 전류(IDM), 드레인-소스 온 저항(RDS(on))에 의해 한정되는 순방향 바이어스 SOA 드레인 전류(ID) 경계 및 상기 전력용 디바이스의 동작 영역 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1 센서(예를 들어 온도 센서, 전압 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나)는 상기 제어 가능한 반도체 디바이스와 통신하고, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스의 상기 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 획득할 수 있다. 상기 제1 센서는 하나 이상의 위치에서 상기 제어 가능한 반도체를 모니터링 할 수 있다. 추가적인 센서들이 제공될 수 있고, 상기 추가적인 센서들은 상기 제어 가능한 반도체에 영향을 미치는 환경 조건(예를 들어, 온도, 냉각제의 흐름 및 습도 레벨 중 적어도 하나)과 기계적인 조건(스트레스, 스트레인, 힘(force), 움직임(movement), 진동(vibration), 가속(acceleration) 및 충격(shock) 중 적어도 하나) 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제어 가능한 반도체 디바이스 및 상기 센서와 통신한다. 상기 제어기는 상기 제어 가능한 반도체 디바이스와 관련된 디바이스 데이터를 액세스하고, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스의 제1 동작 파라미터들 제어하고, 상기 제2 동작 파라미터와 관련된 상기 제1 센서로부터 데이터를 수신한다. 상기 제어기는 상기 디바이스 데이터에 의존하는 제1 예측값을 결정하고, 상기 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 상기 제1 예측값과 비교하여, 비교 결과에 기초하여 제1 조건 (초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크(heat sink) 문제, 다이의 결함, 다이 인터커넥트(interconnect) 본딩 결함, 다이 부착(attachment) 결함 및 디바이스 패키지 실장 결함 중 적어도 하나)이 감지되면, 상기 제1 동작 파라미터를 동적으로 수정한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 제1 센서와 통신하는 제어 가능한 반도체의 동작 방법을 제공한다. 상기 제어 가능한 반도체가 활성화되고, 제1 동작 파라미터(예를 들어, 드레인-소스 전압, 컬렉터-에미터 전압, 애노드-캐소드 전압, 게이트 전압, 게이트 전류, 베이스 전류, 평균 드레인 디바이스 전류, 평균 컬렉터 디바이스 전류, 평균 애노드 디바이스 전류, 피크 드레인 전류, 피크 컬렉터 전류, 피크 애노드 전류, 알엠에스 드레인 전류, 알엠에스 컬렉터 전류, 알엠에스 애노드 전류, 다이(die) 온도, 케이스 온도, 졍션 온도(Tj), 스위칭 빈도 및 듀티 사이클 중 적어도 하나)가 제어된다.
제2 동작 파라미터(예를 들어, 게이트 드라이브, 베이스 드라이브, 트랜지스터 바이어스, 안전 동작 영역 조건, 문턱 드레인-소스 전압(VDS), 문턱 알엠에스 드레인 전류(IDRMS), 문턱 순방향 및 역방향 SOA 펄스 전류(IDM), 드레인-소스 온 저항(RDS(on))에 의해 한정되는 순방향 바이어스 SOA 드레인 전류(ID) 경계, 및 상기 전력용 디바이스의 동작 영역 중 적어도 하나)가 모니터링 된다.
상기 제어 가능한 반도체와 연관되는 디바이스 데이터 정보(예를 들어, 항복(breakdown) 드레인-소스 전압(BVDSS), 항복 드레인-소스 전압 보호 문턱값, 정격(rated) 드레인-소스 전압(VDSS), 정격 드레인-소스 전압 보호 문턱값, 최대 단일 펄스 전류(IDM), 최대 단일 펄스 전류 보호 문턱값, 연속 드레인 전류(ID), 연속 드레인 전류 보호 문턱값, 애벌런치(avalanche) 전류(IAR), 애벌런치 전류 보호 문턱값, 정해진 졍션 온도(Tj)에서의 단일 펄스에 대한 디폴트 순방향 바이어스 안전 동작 영역(이하 FBSOA), 정해진 졍션 온도(Tj)에서의 단일 펄스에 대한 디폴트 역방향 바이어스 안전 동작 영역(이하 RBSOA), 정상 모드 및 애벌런치 모드 중 적어도 하나에 대한 졍션-케이스 과도 열 임피던스, 케이스 임피던스(Zthhc)에 대한 히트 싱크, 졍션-케이스 열 임피던스(Zthjc), 정해진 졍션 온도에서의 온 상태 저항(T(RDS(on)(at temp T)), 표준화된 온도에 따른 온 상태 저항(RDS(ON)), 소모 전력(THS(PM)) 함수로써 표현된 히트 싱크 온도(THS), 졍션 온도(Tj) 문턱값, 전체 바디 다이오드의 역방향 회복 전하(Qrr) 및 전체 바디 다이오드의 역방향 회복 시간(trr) 중 적어도 하나)가 액세스된다.
상기 디바이스 데이터 정보와 상기 제2 동작 파라미터에 기초하여 제1 조건(예를 들어, 초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크 문제, 다이의 결함, 다이 인터커넥트 본딩 결함, 다이 부착 결함 및 디바이스 패키지 실장 결함 중 적어도 하나)이 존재하는지 여부에 대한 결정이 내려진다.
상기 제1 조건이 존재하면, 제1 조취가 수행된다. 상기 제1 조치는 적어도 다음의 하나일 수 있다:
(a) 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 수정하는 것;
(b) 상기 제어 가능한 반도체를 정지시키는 것;
(c) 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 인터럽트 하는 것;
(d) 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드를 스위칭 하는 것;
(e) 상기 감지된 제1 조건에 기초하여 상기 제어 가능한 반도체의 SOA를 결정하고, 상기 제1 파리미터를 조정하여 상기 SOA를 유지하는 것;
(f) 다른 제2 동작 파라미터를 체크하는 것;
(g) 상기 제1 조건을 진단하는 것;
(h) 상기 제1 조건에 기초하여, 초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크 문제, 다이의 결함, 다이 인터커넥트 본딩 결함, 다이 부착 결함, 디바이스 패키지 실장 결함, 상기 전력용 디바이스에 대한 열 인터페이스 문제, 상기 전력용 디바이스의 감소된 신뢰도 문제, 높은 전류 부하에서의 상기 전력용 디바이의 정지, 높은 전력 부하에서 상기 전력용 디바이스의 정지 중 적어도 하나를 포함하는 제2 조건의 발생가능성을 결정하는 것; 및
(i) 통보를 제공하는 것
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 졍션과 케이스를 구비하는 제어 가능한 반도체의 동작 조건을 결정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 제어 가능한 반도체와 관련되는, 평균 고장 간격 시간(Mean Time Between Failures; MTBF)을 포함하는 디바이스 데이터를 액세스하는 단계; 상기 제어 가능한 반도체의 졍션과 케이스 사이의 열 임피던스(Zthjc)를 계산하는 단계; 적어도 주기적으로 상기 제어 가능한 반도체의 졍션 온도(Tj)와 케이스 온도(Tc)를 특정하는 단계; 상기 졍션 온도(Tj)와 케이스 온도(Tc) 및 열 임피던스(Zthjc)에 적어도 부분적으로 기초하여 허용 가능한 소비 전력을 계산하는 단계; 및 상기 허용 가능한 소비 전력과 상기 MTBF에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 졍션 온도(Tj)와 케이스 온도(Tc)를 주기적으로 측정하여 적어도 주기적으로 조정되는 적어도 하나의 동적 안전 동작 영역(SOA)을 정의하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 스위칭 모드와 선형 모드에서 동작할 수 있는, 다이를 포함하는 제어 가능한 반도체 디바이스에서 전류 터널링을 감지하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 (a) 상기 다이의 중심 근처 위치의 중심 다이 온도를 모니터링 하는 단계; (b) 상기 다이의 주변 근처 위치의 주변 다이 온도를 모니터링 하는 단계; (c) 상기 다이의 중심 다이 온도가 상기 다이의 주변 다이 온도보다 높고, 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드가 스위칭 모드인 경우 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 정지시키는 단계; 및 (d) 상기 다이의 중심 다이 온도가 상기 다이의 주변 다이 온도보다 높고, 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드가 선형 모드인 경우 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 인터럽트하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 제어 가능한 반도체의 동작에서 실제적 및 잠재적 에러를 결정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 (a) 디바이스, 동작 및 온도 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 제어 가능한 반도체의 일 세트의 파라미터들을 모니터링 하는 단계; (b) 상기 제어 가능한 반도체의 일 세트의 디바이스 데이터를 액세스하는 단계; (c) 상기 일 세트의 파라미터들 및 상기 일 세트의 디바이스 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제어 가능한 반도체의 예측되는 소비 전력 및 예측되는 졍션 온도를 결정하는 단계; (d) 상기 제어 가능한 반도체의 실제 소비 전력 및 실제 졍션 온도를 측정하는 단계; (e) 상기 실제 소비 전력과 상기 예측되는 소비 전력을 비교하는 단계; (f) 상기 실제 졍션 온도와 상기 예측되는 졍션 온도를 비교하는 단계; (g) 상기 (e)와 (f)단계에 적어도 부분적으로 의존하여 상기 제어 가능한 반도체에서 실제적 에러가 발생했는지와 잠재적 에러가 발생할 수 있는지의 여부를 결정하는 단계; 및 (h) 상기 제어 가능한 반도체의 동작 중에 적어도 주기적으로 상기 (a) 내지 (g)단계를 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 설치된 디바이스의 전력 관리 능력을 결정하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 설치된 디바이스의 온도를 측정하는 단계; 테스트 펄스의 결과로 기대되는, 상기 설치된 디바이스에 대한 예측되는 온도 변화를 결정하는 단계; 상기 테스트 펄스를 상기 설치된 디바이스에 전송하는 단계; 상기 테스트 펄스의 결과로서 상기 설치된 디바이스의 실제 온도 변화를 측정하는 단계; 및 상기 실제 온도 변화를 상기 예측되는 온도 변화와 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들에 대한 자세한 내용은 수반하는 도면들 및 하기 상세한 설명에서 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 특징들, 대상들 및 장점들은 상세한 설명, 도면들 및 청구항들을 통하여 명백하게 될 것이다.
본 발명의 이점과 측면들이 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 선형 모드에서 동작하는 트랜지스터 회로의 개략도이다.
도 2는 도 1의 트랜지스터 회로에 대한 파라미터들을 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1의 트랜지스터에 대한 온도의 함수로서 트랜지스터 게이트 문턱 전압을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1의 트랜지스터에서 여러 가지 드레인 전류에 대한 졍션 온도 커브 대 게이트-소스 문턱 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5는 FBSOA를 나타내는 그래프이다.
도 6은 RBSOA를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS의 제1 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS의 제2 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 디바이스를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 디바이스를 보호하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 FBSOA의 경계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 SOA의 개념을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOA의 동적 제어 방법을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 디바이스에서 에러를 진단하고 예측하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 제어 기능과 ISPS를 구비하는 설치된 전력용 디바이스를 포함하는 지능형 전력 시스템을 나타내는 제1 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 전력 시스템을 나타내는 제2 블 록도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 전력 시스템의 애플리케이션을 나타낸다.
하기의 상세한 설명은 MOSFET 디바이스, 속성 및 특성을 이용하는 예를 제공하여 본 발명의 특징을 설명한다. 하지만, 본 발명의 개념 및 실시예들은 제어 가능한 반도체뿐만 아니라, 양극성 접합 트랜지스터(BJT), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 게이트 턴 오프(GTO) 사이리스터(thyristor) 및 에미터 턴 오프(ETO) 사이리스터와 같은 3단자 반도체 등 많은 다른 종류의 반도체들에 적용될 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 기존의 전력용 반도체들의 기능의 레벨을 향상시키는 새로운 특징을 제공하고, 새로운 종류의 재구성 가능한 전력 시스템을 활성화한다. 새로운 종류의 재구성 가능한 전력 시스템을 집적된 스마트 파워 스위치(Integrated Smart Power Switch; 이하 ISPS)라 칭하는 디바이스를 포함한다. 상기 ISPS의 몇 가지 구현예들은 전류 터널링, 정적 안전 동작 영역(Static Safe Operating Area: SOA), 예측 정보의 부족, 진단 방법의 부족, 보상 기법의 부족, 설치된 디바이스에 대한 부정확한 검사와 같은 전력용 반도체의 공통되는 문제점을 해결하는 데 도움이 될 수 있다.
적어도 본 발명의 실시예들은 다음과 같은 도움이 되는 특징들을 제공한다:
(1) 여러 위치에서 다이 온도를 모니터링 하여 전류 터널링의 감지 및/또는 방지;
(2) 디바이스에 대한 허용된 다이 온도, 디바이스 전압 및/또는 전류 및 디바이스에 대한 요구 신뢰도 중 하나 이상에 따라서 SOA의 동적 제어;
(3) 자가 진단 및 예측으로 다이, 다이 본딩, 다이 연결 및 디바이스 실장 결함과 같은 결함들에 대한 경고를 미리 제공하여 디바이스의 정지를 방지하고 신뢰도를 증가;
(4) 설치 디바이스의 펄스 로딩 및 케이스 온도를 모니터링 하여 설치 디바이스의 보상 및 검사;
(5) 케이스 온도의 상승 및/또는 전력 관리 능력에 따른 디바이스의 매핑(mapping); 및
(6) 잠재적 정지에 대하여 미리 경고
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS(100)의 제1 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS의 제2 블록도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, ISPS(100)는 제어 가능한 반도체 디바이스(102, 도 8에서는 MOSFET 전력 디바이스), 적어도 하나의 센서(106) 및 제어기(104)를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이 ISPS(100)는 추가적인 센서들((제2 센서(106') 및 제3 센서(106''))을 포함할 수 있고, ISPS(100)는 외부 로드에 전력을 공급할 수 있다. 도 7의 블록도에서는 구성 요소들의 연결 관계를 간단하게 나타내기 위하여 단선(single line)으로 나타내었다. 예를 들어, 제1 센서(106)는 제어 가능한 반도체(102)를 하나 이상의 위치에서 모니터링 하여 하나 이상의 신호를 제어 기(104)에 제공할 수 있지만, 도 7에서는 하나의 선으로 나타내었다.
ISPS(100)가 동작하는 중에, 제어기(104)는 센서(106, 예를 들어 피드백 루프로서)로부터의 입력들에 따라 제어 가능한 반도체(102)를 제어한다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)에 대하여 게이트 구동(Gate Drive)을 제어하고 센서(106)(선택적으로는 ISPS(100) 내의 다른 센서들)로부터 감지된 여러 입력들을 수신하여(선택적으로 디바이스 데이터(125)와 같은 추가적인 정보와 함께) 제어기(104)가 알맞은 게이트 구동을 결정하도록 돕는다. 제어기(104)는 적어도 주기적으로 센서(106)로부터 데이터를 수신한다. 유리하게는, 제어기(104)는 실질적으로 연속적으로 센서(106)로부터 데이터를 수신하여, 제어 가능한 반도체(102)에 제공하는 제어 신호를 통하여 빠르고 동적으로 제어 가능한 반도체(102)의 동작을 수정할 수 있다.
도 8에서, 제어 가능한 반도체(102)는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)로서 도시되었지만 특정 타입의 반도체에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들에 사용할 수 있는 MOSFET의 예는 1000V, 37A 0.21옴의 부품 번호 APT10021JFLL의 MOSFET으로서, 오레곤 주 벤드(Bend)에 위치하는 어드밴스트 파워 테크놀로지(Advanced Power Technology)사로부터 구입가능하다. 제어 가능한 반도체(102)는 모든 타입의 제어 가능한 반도체 디바이스일 수 있다. 이러한 제어 가능한 반도체 디바이스에는 대부분의 3단자 반도체, 전력용 반도체, 접합 FET(JFET)와 MOSFET를 포함하는 FET, BJT, IGBT, 정전 유도 트랜지스터(Static Induction Transistor; SIT), 모스 제어 사이리스터(MOS Controlled Thyrister: MCT), 게이트 턴 오프(Gate Turnoff: GTO) 사이리스터 및 에미터 턴 오프 (Emitter Turnoff: ETO) 사이리스터가 포함될 수 있다.
도 8에서와 같이 제어 가능한 반도체(102)가 MOSFET인 경우에, 제어 가능한 반도체(102)는 여러 가지의 동작 파라미터들과 관련된다. 이 동작 파라미터들의 일부는 외부에서 제어할 수 있으며, 일부는 특정 가능하고(센서에 의하여), 일부는 제어 가능한 반도체(102) 자체와 관련된다. 예를 들어, 제어 가능한 반도체(102)의 측정 가능한 동작 파라미터들에는 드레인-소스 전압, 컬렉터-에미터 전압, 애노드-캐소드 전압, 게이트 전압, 게이트 전류, 베이스 전류, 평균 드레인 디바이스 전류, 평균 컬렉터 디바이스 전류, 평균 애노드 디바이스 전류, 피크 드레인 전류, 피크 컬렉터 전류, 피크 애노드 전류, 알엠에스(RMS; Root Mean Square) 드레인 전류, 알엠에스 컬렉터 전류, 알엠에스 애노드 전류, 다이(die) 온도, 케이스(case) 온도, 졍션(junction) 온도(Tj), 스위칭 빈도 및 듀티 사이클을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어 제어기(104)나 다른 외부 제어에 의하여 제어 가능한 반도체(102)의 제어 가능한 동작 파라미터들에는 게이트 드라이브, 베이스 드라이브, 트랜지스터 바이어스, 안전 동작 영역(Safe Operating Area; 이하 SOA) 조건, 문턱 드레인-소스 전압(VDS), 문턱 알엠에스 드레인 전류(IDRMS), 문턱 순방향 및 역방향 SOA 펄스 전류(IDM), 드레인-소스 온 저항(RDS(on))에 의해 한정되는 순방향 바이어스 SOA 드레 인 전류(ID) 경계, 및 상기 전력용 디바이스의 동작 영역이 포함될 수 있다.
제어 가능한 반도체(102) 자체와 관련되는 동작 파라미터들에는 항복(breakdown) 드레인-소스 전압(BVDSS), 항복 드레인-소스 전압 보호 문턱값, 정격(rated) 드레인-소스 전압(VDSS), 정격 드레인-소스 전압 보호 문턱값, 최대 단일 펄스 전류(IDM), 최대 단일 펄스 전류 보호 문턱값, 연속 드레인 전류(ID), 연속 드레인 전류 보호 문턱값, 애벌런치(avalanche) 전류(IAR), 애벌런치 전류 보호 문턱값, 정해진 졍션 온도(Tj)에서의 단일 펄스에 대한 디폴트 순방향 바이어스 안전 동작 영역(이하 FBSOA), 정해진 졍션 온도(Tj)에서의 단일 펄스에 대한 디폴트 역방향 바이어스 안전 동작 영역(이하 RBSOA), 정상 모드 및 애벌런치 모드 중 적어도 하나에 대한 졍션-케이스 과도 열 임피던스, 케이스 임피던스(Zthhc)에 대한 히트 싱크, 졍션-케이스 열 임피던스(Zthjc), 정해진 졍션 온도에서의 온 상태 저항 (T(RDS(on)(at temp T)), 표준화된 온도에 따른 온 상태 저항(RDS(ON)), 소모 전력(THS(PM)) 함수로써 표현된 히트 싱크 온도(THS), 졍션 온도(Tj) 문턱값, 전체 바디 다이오드의 역방향 회복 전하(Qrr) 및 전체 바디 다이오드의 역방향 회복 시간(trr)과 같은 디바이스 데이터(125)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
기술된 디바이스 데이터(125)는 예를 들어 제조자의 데이터 시트의 일부로서 제공되어 제어기(104)에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(104)는 필요한 디바이스 데이터(125)를 액세스하는데, 이 경우에 디바이스 데이터(125)는 ISPS(100) 외부에 위치한다. 다른 실시예에서, 제어기(104)는 도 8의 비휘발성 메모리와 같이 내장 메모리로부터 디바이스 데이터를 수신하여 저장한다.
도 7에 환경 정보(107) 및 기계적 정보(108)로 나타나 있는 것처럼, 동작 파라미터들은 제어 가능한 반도체(102)에 영향을 미치는 환경 및/또는 기계적 파라미터들을 포함할 수 있다. 환경 파라미터들은 온도, 냉각제의 흐름, 습도 레벨 및 외부 로드에 의한 전류를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 기계적 파라미터들은 스트레스, 스트레인, 힘(force), 움직임(movement), 진동(vibration), 가속(acceleration) 및 충격(shock)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 분야에 속하는 당업자들은 환경 파라미터들, 특히 온도와 습도 레벨이 반도체 디바이스의 성능에 중요한 영향을 끼친다는 것을 알 것이다. 또한 이와 유사하게, 특히 기계적 파라미터가 반도체 디바이스의 일부 또는 전체에 물리적 손실을 입히는 경우에 기계적 파라미터들이 반도체 디바이스의 성능에 영향을 미칠 수 있다.
센서(106)는 전술한 하나 이상의 동작 파라미터들을 감지할 수 있는 디바이스라면 어떤 형태라도 가능하다. 유리하게는, 적어도 본 발명의 몇몇 실시예들에서는 도 7에 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3 센서들(106, 106', 106'')의 예와 같이 복수의 센서들을 사용한다. 예를 들어 센서(106)는 전압 센서, 전류 센서, 온도 센서, 기계 센서 등일 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 센서(106)는 온도 센서일 수 있다. 도 8의 ISPS(100)는 센스 저항(110)을 포함하여 전류 센서(108) 형태의 제2 센서를 포함할 수 있다. 센서(106), 전류 센서(108) 및 센스 저항(110)은 모두 제어기(104)에 동작 파라미터 데이터를 제공한다. 도 8에서는 일 실시예로서, 제어기(104)에 입력되는 동작 파라미터들이 "온도 센스", "드레인 전압 센스", "게이트 전압 센스", "게이트 전류 센스" 및 "전류 센스"로 표기된다.
적어도 하나 이상의 실시예에서, 센서(106)는 ISPS(100) 상의 하나 이상의 위치에서 동일한 파라미터를 감지하여 일정한 형태의 에러들과 문제들을 감지하는데 도움이 된다. 예를 들어, 센서(106)는 제어 가능한 반도체(102) 상의 하나 이상의 위치에서 온도를 감지한다, 예를 들어, 제어 가능한 반도체(102)의 다이의 중심 온도와 제어 가능한 반도체(102)의 다이의 주변 온도를 감지한다. 제어 가능한 반도체(102)에서 전류 터널링과 같은 문제점이 발생할 경우, 상기 다이의 중심에서의 온도는 주변에서의 온도보다 높다.
센서(106)를 구현하는 방법에는 여러 가지 방법이 있다. 예를 들어, 센서(106)는 개별적인 복수의 센서들로 구현될 수 있고, 여러 지점에 복수의 입력을 구비하는 단일 센서로 구현될 수 있다. 또한 응용 분야에 따라 여러 가지 구성이 가능하다. 센서(106)는 또한 제어 가능한 반도체(102) 및/또는 제어기(104)의 일부일수도 있다.
제어기(104)는 다음의 사항들이 가능한 프로그램 가능한 디바이스이다: (a) 하나 이상의 센서(106)로부터 입력들을 수신; (b) 제어 가능한 반도체(102)를 구동 하는 입력으로서 바이어스 파워(122)를 수신; (c) 커맨드/컨트롤 신호들(128)을 수신; (d) 제어 가능한 반도체(102)와 관련된 디바이스 데이터(125)를 액세스 및/또는 저장; (e) 상기 (a) 내지 (d) 중 하나 이상을 프로세싱 하여 반도체 디바이스를 제어; 및 (f) 상태/통보 신호들(124)을 제공
도 8에 도시된 실시예에서 제어기(104)는 온-보드 레귤레이터 및 필터(112), (격리된 바이어스 파워와 같은) 바이어스 파워(122)를 수신하는 입력, 상태, 예측 및 진단 정보(124)를 제공하는 제1 인터페이스(118)와 디바이스 데이터 및 커맨드 신호들(126)을 수신하는 제2 인터페이스(120)를 포함하는 입력 및 출력 신호 인터페이스, 텍사스 인스트루먼트 사로부터 구입 가능한 UCD7100과 같은 게이트 구동 회로(114), 선택적으로 디바이스 데이터를 저장하기 위한 비휘발성 메모리를 구비하는 디지털 신호 처리기 또는 마이크로컨트롤러(114), 아날로그/디지털 변환기 및 디지털/아날로그 변환기를 포함한다.
컨트롤러(104)는 유리하게는 하기에 설명되는 도 9, 10, 13, 14 및 15의 방법들 중 하나 이상을 구현하도록 프로그램 될 수 있다. 이러한 방법들은 본 발명의 전류 터널링 보호, 동적 SOA, 진단, 예측 및 설치된 디바이스의 보상을 포함하는 적어도 새로운 몇 가지 특성들을 구현하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 비록 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 MOSFET로 구현되는 제어 가능한 반도체(102)를 이용하여 하나의 예로서 설명되지만, 본 발명의 당업자들에게 자명하듯이, 도 9, 10, 13, 14 및 15의 방법들은 실제적으로 모든 형태의 전력용 디바이스에 적용될 수 있고, 또한 개조될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 7 및 8의 ISPS(100)와 같은 전력용 디바이스를 제어하는 방법으로서 하나 이상의 위치에서 제어 가능한 반도체(102)의 다이 온도를 연속적으로 모니터링 하여 핫 스팟(hot spotting) 현상을 감지하고, 제어 가능한 반도체(102)에 손상이 발생하는 것을 방지한다. 제어 가능한 반도체(102)에서 전류 터널링 현상이 발생하면, 다이의 중심부의 온도가 다이의 주변부의 온도보다 높아진다. 따라서 다이의 중심부의 온도와 다이의 주변부의 온도 차이로 전류 터널링 현상이 발생한 것을 알 수 있다.
온도 센서와 같은 센서(106)가 제어 가능한 반도체(102)가 스위칭 모드에서 동작할 때, 핫 스팟 현상이 감지되면, 제어 가능한 반도체(102)는 정지하도록 명령을 받는다. 대신에 제어 가능한 반도체(102)가 선형 모드에서 동작할 때, 정지하는 것 대신에, 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(104)의 동작을 인터럽트하고, 기 제어 가능한 반도체(104)의 모드를 스위칭 모드로 변환하여 등가의 평균 전류를 공급하거나 감소시키는 동작을 재개한다. 전류 터널링을 방지하는 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 도 9의 흐름도는 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS(100)와 같은 전력용 디바이스를 제어하는 방법을 나타낸다.
도 7 내지 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법(200)에서는, 디바이스 데이터(125)가 제어기(104)에서 수신된다(블록 210). 제어기(104)는 여러 가지 다른 방법으로 디바이스 데이터(125)를 수신할 수 있다. 예를 들어 디바이스 데이터(125)는 사용자 등에 의하여 수동으로 제어기(104)에 입력될 수 있다; 제어기(104)는 원격지와 같은 다른 곳에 저장된 디바이스 데이터를 액세스 할 수도 있 다; 제어기(104)는 파워를 공급받아 초기화되면서 디바이스 데이터(125)를 로드받을 수 있다. 도 9의 방법에서 제어기(104)는 다른 블록들보다 훨씬 먼저 디바이스 데이터를 수신할 수 있다. 또한 제어기(104)가 온 보드 메모리를 구비하고 있다면, 블록(210)에서 디바이스 데이터(125)는 선택적으로 제어기(104)의 메모리와 같이 ISPS(100) 내에 저장될 수 있다. 또한 제어기는 저장된 디바이스 데이터(125)를 외부에서 액세스할 수도 있고, 또한 제어기(104)가 필요로 할 때마다 디바이스 데이터(125)를 요청할 수 있다.
적용 가능한 경우라면, 상태 또는 통지 메시지가 생성되어(블록 215), 외부의 사용자에게 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 상태 메시지는 디바이스 데이터(125)에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 도 9의 제어 방법이 진행됨에 따라, 상기 상태 메시지는 ISPS(100)에 대하여 SOA에 대한 통지를 포함할 수 있고, 이미 감지된 ISPS(100) 내의 실제적 또는 잠재적 결함에 대한 통지를 포함할 수 있다.
ISPS(100)가 활성화된다(블록 220). 예를 들어 도 1의 ISPS에서는 제어기(104)가 제어 가능한 반도체(102)를 활성화하기에 충분한 신호를 전력용 디바이스에 공급하여 ISPS가 활성화된다. 예를 들어, 제어 가능한 반도체(102)가 MOSFET이면, 제어기(104)가 상기 MOSFET을 선형 모드 또는 스위칭 모드(주어진 애플리케이션에 따라 어느 것이나 적용 가능)로 구동하기에 충분한 게이트 구동 신호를 공급하여 ISPS가 활성화 될 수 있다.
ISPS(100)의 동작이 모니터링 된다(블록 230). ISPS(100)의 동작에 대한 모니터링은 적어도 주기적으로 이루어지고, 유리하게는 실질적으로 연속적으로 이루 어진다. 모니터링 동작은 다음의 디바이스 및/또는 동작 파라미터들 중 하나 이상에 대하여 이루어진다: 다이(die) 온도, 케이스(case) 온도, 드레인 전압, 게이트 전압, 피크 드레인 전류, 알엠에스 드레인 전류, 평균 드레인 전류, 게이트 전류, 졍션 온도(Tj), 스위칭 빈도 및 듀티 사이클
추가적인 동작 파라미터들이 블록(230)에서 모니터링 될 수 있다. 예를 들어 모니터링 될 수 있는 환경적 정보(109)와 같은 환경적 파라미터들이나 조건들을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 환경적 정보(109)는 온도, 냉각제의 흐름, 습도 레벨 및 외부 로드에 의한 전류를 포함할 수 있다. 예를 들어 모니터링 될 수 있는 기계적 정보(109)와 같은 기계적 파라미터들이나 조건들을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 기계적 정보(109)는 스트레스, 스트레인, 힘(force), 움직임(movement), 진동(vibration), 가속(acceleration) 및 충격(shock)을 포함할 수 있다.
블록(230) 후에, 본 발명의 제어 방법은 세 가지로 나뉜다, 이 세 가지 방법은 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 하지만 이 세 가지 방법이 동시에 수행되는 것이 필요한 것은 아니다. 블록(400)은 도 13을 참조하여 설명될 SOA 방법에 관한 것이다. 블록(300)은 도 10을 참조하여 설명될 보호 방법에 관한 것이다. 블록(500)은 도 14를 참조하여 설명될 진단 및 예측 방법에 관한 것이다.
보호 방법(블록 300)의 하나의 출력은 정지 및 고장을 보고하는 것인데 (블록 314)인데, 만일 ISPS(100)가 정지하면 정지 및 고장의 보고에 의하여 ISPS(100)의 동작이 멈추게 된다(이에 의하여 제어 방법도 끝나게 된다).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS(100)와 같은 전력용 디바이스의 보호 방법(300)을 나타내는 흐름도이다. 보호 방법(300)은 본 발명 분야의 당업자에게 자명하듯이 거의 모든 종류의 전력용 디바이스에 적용될 수 있다. 보호 방법(300)은 도 9의 제어 방법(200)의 일부로서 구현될 수도 있고, 또는 독립된 방법으로서도 구현될 수 있다. 도 10의 보호 방법(200)이 도 9의 제어 방법(200)의 일부로서 구현되는 경우에, 블록(310)의 부분들인 블록들(302, 304, 306)은 도 9의 블록들(210 내지 230)을 통하여 수행될 수 있고, 도 10에서 보호 방법(300)은 블록(306) 후에 시작된다.
만일 보호 방법(300)이 독립된 방법으로서 구현되면 블록들(302, 304, 306)이 수행된다. 도 10의 블록(302)에서 수행되는 "데이터 입력 및 저장" 기능은 실질적으로 도 9의 블록(210)의 "디바이스 데이터 수신(및 선택적으로 저장)"기능과 실질적으로 동일하고, 블록(220)에 대하여 위에서 설명된 내용들은 블록(302)에도 적용될 수 있다. 도 10의 블록(304)에서 수행되는 "ISPS 활성화" 기능은 도 9의 블록(220)의 "ISPS 활성화" 기능과 실질적으로 동일하므로 블록(220)에 대한 설명은 블록(304)에도 적용될 수 있다. 마찬가지로 도 10의 블록(306)의 "디바이스 및 동작 파라미터들 및 케이스 온도 모니터링" 기능은 도 10의 블록(230)의 "디바이스 및 동작 파라미터들 모니터링" 기능과 실질적으로 동일하므로 블록(230)에 대한 설명은 블록(306)에도 적용될 수 있다.
다시 도 7, 8 및 10을 참조하면, 디바이스와 동작 파라미터들이 모니터링 된 후에, 보호 방법(300)은 초과-온도 및 전류 터널링 보호(309), 초과 전력 보호(310), 과전류 보호(311) 및 과전압 보호(312)의 네 가지 서브그룹으로 나누어지는데, 상기 서브그룹들은 동시에 수행될 수 있지만, 동시에 수행되는 것이 요구되는 것은 아니다: 과도-온도 및 전류 터널링 보호(309), 과도 전력 보호(310), 과전류 보호(311) 및 과전압 보호(312)
초과-온도 및 전류 터널링 보호(309) 하위 그룹(315 내지 320)에서, 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)에서의 졍션 온도(Tj)가 블록(302)의 디바이스 데이터에 의하여 결정되는 Tj가 문턱값 이상인지를 체크한다(블록 315). 졍션 온도(Tj)가 문턱값 이상이면, 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)를 정지시키고, 제어 가능한 반도체(102)가 고장타입이라는 통지를 한다(블록 314).
만일 졍션 온도(Tj)가 문턱값 미만이면, 제어기는 제어 가능한 반도체(102)에서 핫 스팟(또는 전류 터널링이라고도 함) 현상이 감지되었는지를 체크한다. 당업자들에게는 자명하듯이 핫 스팟 현상의 체크는 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, (a) 제어기(104)는 디바이스의 전류 밀도와 온도 구배를 체크할 수 있다. (b) 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)의 다이의 위치들, 특히 다이의 중심 부분이 더 낮은 트랜지스터 게이트 문턱전압으로부터 온도가 올라가기 시작하는지를 체크할 수 있다. (c) 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)의 소정의 위치에서 발생하는, 높은 순방향 트랜스컨덕던스에 의하여 생기는 국부적 전류 밀도의 증가를 체크할 수 있다. 바람직한 실시예에 따른 방법에서는 다이의 온도 변 화를 모니터링 한다.
만일 핫 스팟/전류 터널링 현상이 감지되지 않으면, 상기 보호 방법은 블록(306)으로 이동한다. 하지만 블록(306)에서 핫 스팟/전류 터널링 현상이 감지되었다고 나타나고 ISPS(100)가 스위칭 모드이면(블록 318), 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)를 정지시키고, 고장 타입임을 보고한다. 블록(316)에서 핫 스팟/전류 터널링 현상이 감지되었다고 나타나면, 동작 모드를 체크한다(블록 319). 예를 들어, ISPS(100)가 선형 모드에 있으면(블록 318), ISPS(100)를 턴 오프 하지 않고(예를 들어 게이트 구동 신호를 바꾸어 제어 가능한 반도체(102)를 바이어스 오프하고) 제어 가능한 반도체(102)의 동작이 인터럽트 된다(블록 320). 로드의 특성이 펄스 형태의 전류로 동작 가능한 경우에는, 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)의 모드를 스위칭 모드로 바꾸고(블록 302), 등가의 평균 전류 또는 전력(애플리케이션에 따라 달라짐)을 공급하거나 빼내는 동작을 재개하고 블록(306)으로 이동한다. 블록(219)에서 동작 모드가 바뀌지 않으면(로드 특성이 펄스 형태의 전류로 동작할 수 없는 경우), 제어기(104)는 제어 가능한 반도체(102)를 정지시키고, 제어 가능한 반도체(102)가 고장 타입이라는 통지를 한다(블록 314).
과도 전력 보호 서브그룹(310)에서는 제어기(104)는 드레인-소스 전압(VDS)과 드레인 전류(ID)의 두 가지 동작 파라미터로부터 측정된 총 트랜지스터 손실 전력(PM)을 찾아낸다(블록 322). 총 트랜지스터 손실 전력(PM)은 시간 간격(T) 동안에 순시 전압과 순시 전류의 곱을 적분하는 등의 여러 가지 방법으로 찾을 수 있다. 만일 제어 가능한 반도체(102)가 고정된 주파수로 스위칭 하는 경우에 시간 간격(T)은 상기 스위칭 주파수의 주기이다. 만일 제어 가능한 반도체(102)가 선형 모드에서 동작하거나 가변 주기의 스위칭 모드에서 동작하는 경우에, 제어 가능한 반도체(102)에서 소모되는 전력은 턴 온과 턴 오프되는 수를 포함하는 시간 간격 동안의 손실을 평균하여 얻을 수 있다. 손실 전력이 계산되면(블록 322), 그에 대한 정보가 도 14를 참조하여 설명되는 진단 및 예측 방법(블록 322)에 제공된다. 총 손실 전력(PM)이 문턱값을 초과하면(블록 324), 제어기(104)는 ISPS(100)를 정지시키고, 고장/결함 타입이라는 통지를 한다(블록 314). 하지만 총 손실 전력(PM)이 문턱값을 초과하지 않으면, 보호 방법(300)은 블록(306)으로 이동한다.
다시 도 10을 참조하면, 과도 전류 보호 서브 그룹(311)에서 제어기(104)는 펄스 전류(IDM)가 문턱값을 초과하는지 여부를 체크한다(블록 326). 만일 펄스 전류(IDM)가 문턱값을 초과하면, 제어기(104)는 ISPS(100)를 정지시키고, 고장/결함 타입이라는 통지를 한다(블록 314). 하지만 만일 펄스 전류(IDM)가 문턱값을 초과하지 않으면, 보호 방법은 블록(306)으로 이동한다.
과도 전압 보호에 있어서는 본 발명의 적어도 몇몇 실시예들은 ISPS(100)가 ISPS(100)에 대한 주 전력을 제거할 수 있는 추가적인 수단을 구비하거나, ISPS(100)가 반도체, 금속 산화막 배리스터(MOV) 스파크 갭, 또는 다른 알맞은 디바이스와 같은 순시 전압을 억제할 수 있는 외부 회로를 포함하는 경우에만 과도 전압을 보호할 수 있다.
과도-전압 보호 서브 그룹(312)에서 제어기(104)는 드레인-소스 사이의 과도 전압(VDS)이 제어 가능한 반도체(102)의 항복 전압(VDSS) 미만인지를 체크한다(블록 328). 예를 들어, 제어기(104)는 전류 센서(108)를 통하여 누설 전류를 측정하여 이를 체크할 수 있다. 만일 드레인-소스 전압(VDS)이 항복 전압(VDSS) 미만이면, 보호 방법은 블록(306)으로 돌아간다. 만일 드레인-소스 전압(VDS)이 항복 전압(VDSS) 이상이면, 제어기(104)는 애벌런치 조건에 대하여 체크한다(블록 330). 애벌런치 조건을 체크하는 방법 중의 하나는 드레인 전류가 제어 가능한 반도체(102)를 통해 흐르는 동안 드레인-소스 전압(VDS)이 일정한지 여부를 체크하는 것이다. 만일 드레인-소스 전압(VDS)이 일정하지 않으면(그리고 블록(328)의 조건이 만족되면), 애벌런치 조건은 만족되지 않고, 제어 가능한 반도체(102)는 십중팔구 고장일 것이다. 따라서 만일 블록(330)에서 애벌런치 조건이 감지되지 않으면, 제어기(104)는 ISPS(100)를 정지시키고, 고장/결함 타입이라는 통지를 한다(블록 314).
하지만, 만일 제어기(104)에 의하여 드레인-소스 전압(VDS)이 일정하다고 판단되고, 즉 실질적으로 제어 가능한 반도체(102)를 통해 흐르는 드레인 전류가 점차적으로 감소하고, 블록(328)의 조건이 만족되는 경우에, 제어 가능한 반도체(102)는 애벌런치 조건에 있게 된다. 그러면 제어기(104)는 드레인 전류(ID)가 애벌런치 전류(IAR) 이상(블록 312)인지 또는 졍션 온도(Tj)가 최대 졍션 온도(Tjmax) 이상인지 여부를 판단한다(블록 332). 이 두 가지 조건 중 하나가 만족되면, 제어 가능한 반도체(102)는 고장났거나 고장에 가까워졌으므로 제어기(104)는 ISPS(100)를 정지시키고, 고장/결함 타입이라는 통지를 한다(블록 314). 블록(332)의 조건 중 어느 것도 만족되지 않으면, 상기 방법은 블록(306)으로 돌아간다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도 7 및 8의 제어 가능한 반도체(102)의 SOA를 동적으로 제어하기 위한 방법이 제공된다. SOA를 동적으로 제어하기 위한 방법에 의하면 트랜지스터의 다이와 같은 제어 가능한 반도체(102)의 다이를 모두 사용할 수 있고, 제어 가능한 반도체(102)에서 요구되는 신뢰도와 졍션 온도를 제어하여 전류를 안정적으로 증가시킬 수 있다.
도 11은 제어 가능한 반도체(102), 여기서는 MOSFET에 대한 FBSOA의 경계를 나타내는 그래프이다. 이러한 경계들은 제어 가능한 반도체(102)에 대하여 제공되는 디바이스 데이터(예를 들어 디바이스 데이터 시트)를 기초로 제공된다(또는 계산될 수 있다). 예를 들어, MOSFET의 드레인-소스 저항(RDS)을 알면, 드레인-소스에 유기되는 전압을 점점 증가시키고, 흐르는 전류를 측정하여 도 11에 나타난 드레인-소스 온 저항(RDS(on))에 의해 한정되는 전류 경계를 결정할 수 있다. 증가하는 전압과 관계없이 최대로 흐를 수 있는 전류의 양은 제한되고(예를 들어 피크 전류 경계), 도 11의 FBSOA 경계를 따라서, 제어 가능한 반도체(102)는 도 11의 전압 경계에 의해 도달되는 한계치인 전력 경계에 예속적이 된다. 도 11의 이러한 경계 밖에서는, 요구되는 평균 고장 간격 시간(Mean Time Between Failures: MTBF)에서 제어 가능한 반도체(102)는 동작하지 않을 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 SOA의 개념을 나타내는 그래프이다. 고정된 졍션 온도에 대하여 전압 및 전류를 입력으로 하는 MTBF 함수를 나타내는 커브들은 3차원 표면을 형성한다. 도 12에서 3차원 표면의 단면은 음영 영역으로 나타나 있고 "평행 평면(454)"으로 표기되어 있다. 명확하게 나타내기 위하여 도 11의 드레인-소스 온 저항(RDS(on))에 의해 한정되는 전류 경계는 도 12에 도시하지 않았다. 도 12에서 점선으로 경계 지어진 평면의 넓이는 최소("감소된" 이라고도 함) MTBF에 해당하는 최대 SOA(MSOA, 452)를 나타낸다. 평행 평면(454) 위의 영역은 증가된 MTBF와 감소된 SOA(456)를 나타낸다. 동적 SOA의 개념을 이해하기 위하여, 곧 설명되는 도 13의 방법은 MTBF 축상(458)에서 효과적으로 SOA를 위로 밀어 올리거나 아래로 끌어내려 원하는 성능을 얻을 수 있다.
도 13의 방법에 의하면 졍션 온도와 케이스 온도와 로드 특성에 따라서 트랜지스터 전압 및 전류를 조정하여 SOA를 실시간으로 제어할 수 있다. 도 13의 동작 방법은 다음의 사항들을 확실히 할 수 있게 해준다: (a) 실질적으로 모든 동작 조건하에서 ISPS(100)의 자가-보호(즉, ISPS(100)는 컨트롤러(104)와 센서들(108)의 측정 결과에 의하여 SOA를 자가-수정하고 유지할 수 있다); (b) 다이 크기의 최적화 및 비용 감소; 및 (c) 배틀 쇼트(battle short) 상태(온도가 갑자기 증가하여도 장치가 동작되는 상태)에서 펄스 형태 전류의 안전한 증가, 즉 위급이나 긴급 상황 발생시에 ISPS(100)가 매우 중요한 타임에 스스로 정지되는 것을 방지한다. ISPS(100)는 커맨드/컨트롤 신호(128)를 통하여 배틀 쇼트 상태에 진입할 수 있다.
예를 들어, 소모 전력의 증가가 예상되는 경우(시동 시나 스위칭 손실이 증가하여 더 높은 스위칭 주파수로 동작하는 동안) 및 ISPS(100)가 출력을 내리거나 혹은 "중간-레벨"의 SOA(456)에서만 동작할 것으로 예상되는 경우에는 소정의 저출력 레벨에서의 더 높은 전력을 감당할 수 있는 더 큰 다이를 사용하는 것이 한 가지 해결책이 될 수 있다. 도 13의 방법을 사용하면, 순시 조건이 계속되는 동안에 상기 평행 평면을 고전력 쪽으로 끌어내려서 더 작고 비싸지 않은 다이를 사용할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISPS(100)와 같은 전력용 디바이스에 대한 SOA를 동적으로 제어하는 방법(400)을 나타내는 흐름도이다. 도 13의 방법을 SOA 방법이라고도 한다. SOA 방법(400)은, 당업자들에게는 자명하듯이, 실제로 모든 타입의 전력용 디바이스들의 동작 파라미터들을 동적으로 조정하는 데 적용될 수 있다. 또한 도 13의 SOA 방법(400)은 도 9의 제어 방법(200)의 일부로서 구현될 수도 있고, 혹은 독립적인 방법으로서 구현될 수도 있다. 도 13의 SOA 방법(400)이 도 9의 제어 방법(200)의 일부로서 구현되는 경우에, 블록(401)에 포함되는 블록들(402, 404, 406)은 도 9의 블록들(210 내지 230)을 통하여 실현될 수 있고, 도 13의 SOA 방법(400)은 도 13의 블록(406) 다음부터 시작된다.
또한 도 13의 SOA 방법(400)이 독립된 방법으로서 구현되는 경우에는, 블록들(402, 404, 406)이 수행된다. 도 13의 블록(402)에서 수행되는 "데이터 입력 및 저장" 기능은 실질적으로 도 9의 블록(210)의 "디바이스 데이터 수신(및 선택적으 로 저장)"기능과 실질적으로 동일하고, 블록(210)에 대하여 위에서 설명된 내용들은 블록(402)에도 적용될 수 있다. 도 13의 블록(404)에서 수행되는 "ISPS 활성화" 기능은 도 9의 블록(220)의 "ISPS 활성화" 기능과 실질적으로 동일하므로 블록(220)에 대한 설명은 블록(404)에도 적용될 수 있다. 마찬가지로 도 13의 블록(406)의 "디바이스 및 동작 파라미터들 및 케이스 온도 모니터링" 기능은 도 10의 블록(230)의 "디바이스 및 동작 파라미터들 모니터링" 기능과 실질적으로 동일하므로 블록(230)에 대한 설명은 블록(406)에도 적용될 수 있다.
도 7, 8 및 13을 참조하면, 제어기(104)는 TJ, ID, MTBF 및 다른 적용 가능한 팩터들의 함수로서 전압 계수(k)를 계산한다(블록 410). 아래의 [수학식 1]에 나타난 바와 같이 계산된 전압 계수(k)는 FBSOA 및 RBSOA 전압 경계(VB)를 계산하는데 이용된다(블록 402).
VB = kBVDSS
전압 계수(k) 및 전압 경계(VB)는 블록(402)에 제공되어 블록(402)에서 액세스된 디바이스 데이터의 일부인 단일 펄스, 25℃ 의 SOA 곡선에서 도출되는 디폴트 경계를 조정하는 데 사용된다.
블록(414)에서, 제어기는 아래의 [수학식 2]에 나타난 바와 같이, 펄스 폭(TP), 주파수 및 듀티 사이클(D)을 이용하여 졍션-케이스 열 임피던스(Zthjc(t))를 계산한다.
Zthjc = ZthD + (1 - D)Zth(TP + T) - Zth(T) + Zth(TP)
블록(416)에서 제어기(104)는 아래의 [수학식 3]에 나타난 바와 같이 Zthjc를 사용하여 FBSOA 전력 경계(PB)를 계산한다.
PB = (Tj - Tcase)/Zthjc
블록(418)에서, 제어기(104)는 아래의 [수학식 4]에 나타난 바와 같이 전력 경계(PB)로부터 알엠에스 드레인-소스 전류(IDSRMS)를 계산하여 블록(402)에서 다시 디폴트 RMS 전류 문턱값을 조정한다(블록 420). 즉, 상기 디폴트 RMS 전류 문턱값은 조정되어 블록(402)에서 액세스되는 디바이스 데이터로 제공되어 SOA를 동적으로 조정하는 데 사용된다.
IDSRMS = √(PB/RDS(on))
블록(422)에서 제어기(104)는 아래의 [수학식 5]에 나타난 바와 같이 듀티 사이클(D), 스위칭 주파수(f), 졍션 온도(Tj) 및 신뢰도(즉, MTBF 혹은 다른 적당한 신뢰도 특성)의 함수로서 FBSOA 및 RBSOA 펄스 전류 경계(IDM)를 계산하고, 블 록(402)에서 다시 디폴트 전류 문턱값(IDM)을 조정한다(블록 420).
IDM = IDM(D, f, Tj, MTBF)
블록(426)에서 제어기(104)는 아래의 [수학식 6]에 나타난 바와 같이 졍션 온도의 함수로서 규준화된 온 상태 저항(RDS(ON))을 이용하여 FBSOA 드레인-소스 온-상태 저항(RDS(ON)) 제한 경계를 계산하고, 이 데이터를 이용하여(블록 428) 다시 RDS(ON)에 의하여 제한되는 FBSOA 경계를 조정한다(블록 402).
ID = VD/(RDS(ON)RDS(ON))
본 발명은 ISPS(100)와 같은 전력용 디바이스에서 에러의 자가 진단 및/또는 예측하는 데 도움이 되는 진단 및 예측 방법을 제공한다. 예를 들어 이러한 자가 진단 및 예측 방법에 의하여 ISPS(100)에서의 다이의 결함, 다이 인터커넥트(interconnect) 본딩 결함, 다이 부착(attachment) 결함, 디바이스 패키지 실장 결함을 포함하는 결함들을 감지 및/또는 예측할 수 있다. 본 발명의 자가 진단 및 예측 방법에 따라서 전력용 디바이스 자체와 전력용 디바이스가 설치되는 시스템의 신뢰도를 증가시키고 큰 결함이 일어나는 것을 방지할 수 있도록 사전에 경고를 할 수 있다. 도 14에 자가 진단 및 예측 방법(500)의 실시예가 도시되어 있다.
도 14의 자가 진단 및 예측 방법(500)이 도 9의 제어 방법(200)의 일부로서 구현되는 경우에, 블록(501)에 포함되는 블록들(402, 404, 406)은 도 9의 블록들(210 내지 230)을 통하여 실현될 수 있고, 도 14의 자가 진단 및 예측 방법(500) 도 14의 블록(506) 다음부터 시작된다.
또한 도 14의 자가 진단 및 예측 방법(500)이 독립된 방법으로서 구현되는 경우에는, 블록들(502, 504, 506)이 수행된다. 도 14의 블록(502)에서 수행되는 "데이터 입력 및 저장" 기능은 실질적으로 도 9의 블록(210)의 "디바이스 데이터 수신(및 선택적으로 저장)" 기능과 실질적으로 동일하고, 블록(210)에 대하여 위에서 설명된 내용들은 블록(502)에도 적용될 수 있다. 도 14의 블록(504)에서 수행되는 "ISPS 활성화" 기능은 도 9의 블록(220)의 "ISPS 활성화" 기능과 실질적으로 동일하므로 블록(220)에 대한 설명은 블록(504)에도 적용될 수 있다. 마찬가지로 도 14의 블록(506)의"디바이스 및 동작 파라미터들 및 케이스 온도 모니터링" 기능은 도 10의 블록(230)의 "디바이스 및 동작 파라미터들 모니터링" 기능과 실질적으로 동일하므로 블록(230)에 대한 설명은 블록(506)에도 적용될 수 있다.
도 7, 8 및 14를 참조하면, 제어기(104)는 ISPS(100)가 스위칭 모드에 있는지 여부를 체크한다(블록 510). 만일 제어 가능한 반도체(102)가 선형 모드에서 동작하고 있으면, 상기 방법은 블록(514)으로 건너뛴다. 하지만, 만일 제어 가능한 반도체(102)가 스위칭 모드에서 동작하고 있으면 제어기(104)는 게이트 손실 전력(PGT), 스위칭 손실 전력(PSW), 전체 바디 다이오드 손실 전력(PD) 및 트랜지스터 누설 손실 전력(PLK)을 포함하는 손실 전력을 계산한다. 이러한 손실 전력들에 대하 여는 아래에서 상세히 설명될 것이다. 아래의 [수학식 7]은 게이트 손실 전력(PGT)을 계산하는 데 사용된다.
PGT = 1/T ∫|VGS(t)||IG(t)|dt (적분 구간 0에서 T까지)
[수학식 7]내지 [수학식 12]에서 시간 구간(T)은 다음과 같이 정의된다: 만일 제어 가능한 반도체(102)가 고정된 주파수로 스위칭하고 있는 경우에, 시간 구간(T)은 스위칭 주파수의 주기이다. 만일 제어 가능한 반도체(102)가 변동하는 주파수로 동작하고 있는 경우에는, 제어 가능한 반도체(102)의 손실 전력은 [수학식 7]내지 [수학식 12]에서 정의되는 손실 전력을 많은 턴 온과 턴 오프를 포함하는 동작 시간 동안 평균하여 얻을 수 있다. 아래의 [수학식 7]은 스위칭 손실 전력(PSW)을 계산하는 데 사용된다.
PSW = 1/T ∫VDS(t)ID(t)dt (적분 구간 t1에서 t2까지, VDS(t)>0, ID(t)>0)
여기서 t1은 ig>0인 동안 ig > 0.1Igpk 및 VDS < 0.1VDSS 인 시간이고,
t2는 ig < 0인 동안 ig < 0.1Igpk 및 VDS < 0.1VDSS 인 시간으로 정의된다.
적분구간을 정의하는 다른 기준들도 본 발명에 영향을 미치지 않고 사용될 수 있다.
[수학식 9]내지 [수학식 11]은 전체 바디 다이오드 손실 전력(PD)을 계산하 는 데 사용된다.
PD = PD COND + PD SW(t)
PD COND = 1/T ∫VDS(t)ID(t)dt (적분 구간 0에서 T까지, VDS(t)<0, ID(t)<0)
PD SW = Qrr/T ∫VDS(t))dt (적분 구간 0에서 trr까지, Qrr은 역방향 회복 전하, trr은 역방향 회복 시간)
[수학식 12]는 누설 손실 전력(PLK)을 계산하는 데 사용된다.
PLK = 1/T ∫VDS(t)ID(t)dt (적분 구간 0에서 T까지, VDS = VDD ID > 0)
블록(514)에서, 제어기(104)는 Siliconix Inc.의 MOSPOWER Applications(편집: R. Severns 4-17, 4-24 페이지, 1984)에 기술되어 있는 내용과 유사한 방정식으로 손실 전력(PCALC)과 졍션 온도(TJCALC)에 대한 두 개의 비선형 방정식([수학식 13] 및 [수학식 14])을 계산한다.
PCALC = PG + PSW + PD + PLK + IRMS 2 + RDS ( on )(25℃)RDSN
TJCALC = THS + PCALC(Zthhc + Zthjc)
측정된 트랜지스터 손실 전력(PM, PM은 여러 가지 방법으로 얻을 수 있다) 보호 방법(300)의 보호 알고리즘(블록 313)을 포함하여 액세스된다. 계산되고 측정된 손실 전력과 졍션 온도는 블록들(518, 522, 526, 530)에서 비교된다. 블록들(518, 522, 526, 530)은 도시된 순서에 상관없이 어떤 순서로도 실시가능하다.
만일 PCALC >= PM 이고 TJCALC >=TJM (블록 518)인 경우에 블록(520)의 조건이 존재한다고 판단된다(즉, 온 상태 저항(RDS( ON ))과 열 임피던스들 (Zthhc과 Zthjc)이 한계치 안에 있다고 판단된다). ISPS(100)에는 아무런 문제가 없다고 판단되고 방법은 블록(506)으로 돌아간다. 선택적으로는, 예측 및 진단 정보가 피드백의 일부로서 블록(502)에 보고될 수 있다.
만일 PCALC >= PM 이고 TJCALC < TJM (블록 522)인 경우는, 상기 온 상태 저항(RDS( ON ))은 한계치 내에 있지만, 열 임피던스들 (Zthhc과 Zthjc) 모두 혹은 둘 중의 하나가 한계치를 초과한 경우이다(블록 524). 열 임피던스가 높으면 높을수록 졍션 온도가 높아지기 때문에, 상기 온 상태 저항(RDS(ON))은 상기 디바이스가 열평형 상태에 도달할 때 까지 증가할 것이다. 따라서, 감지된 조건은 순시 특성을 나타내고, 턴 온 되어 있는 동안 펄스 형태의 로드나 고정된 로드에 대하여 열 인터페이스 문제가 발생하게 된다고 진단된다. 그러면 디바이스 신뢰도가 감소하게 되고, 전력 로드가 높은 상태에서 고장이 날 수 있다고 예측된다. 상기 예측 및 진단 정보는 피드백의 일부로서 블록(502)에 보고되고, 상기 방법은 스스로 블록(506)으로 돌아간다.
만일 PCLAC < PM 이고 TJCLAC >= TJM (블록 526)인 경우는, 블록(522)에 대한 설명과 반대의 상황이다. 이 경우는 열 임피던스들의 합 (Zthhc + Zthjc)은 한계치 내에 있지만 상기 온 상태 저항(RDS(ON))은 한계치를 초과한 경우이다. 이러한 조건에서는 제어 가능한 반도체(102)의 다이 결함이나 다이 연결 결함으로 진단되고, 디바이스 신뢰도가 감소되고 전력 로드가 높은 상태에서나 전류가 높은 상태에서 잠재적 고장이 발생할 것으로 예측된다. 상기 예측 및 진단 정보는 피드백의 일부로서 블록(502)에 보고된다.
블록(534)에서 히트 싱크 온도(THS)는 예상 온도(THS SET)와 비교된다. 예상 온도(THS SET)는 함수(THS(PM))로부터 결정된다. 만일 히트 싱크 온도(THS)가 측정된 손실 전력에 대하여 예상 온도보다 높은 경우에는, 히트 싱크나 히트 싱크 냉각제에 문제가 있다고 보고된다(블록 536). 그리고 상기 방법은 블록(506)으로 되돌아간다. 블록들(534, 536)은 블록(506) 다음에 언제라도 수행될 수 있다. 또한 블록들(534, 536)은 블록들(510 내지 532) 중 어느 블록의 전이나 블록들 사이에서 수행될 수 있다. 도 14에 도시된 블록들의 순서는 하나의 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 측면에서, 본 발명은 도 7 및 8의 ISPS(100)와 같은 설치된 전력용 디바이스를 조정하는 방법을 제공한다. 이 조정 방법은 ISPS(100)의 케이스-히트 싱크 열 임피던스의 전력 관리 능력에 적어도 부분적으로 의존한다. 즉, ISPS(100)의 설계와 동작에 의하여 실장과 전력 관리 능력에 기초하여 설치되었을 때, 조정될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른, 분산 제어 기능과 ISPS를 구비하는 설치된 전력용 디바이스를 포함하는 지능형 전력 시스템(600)을 나타내는 제1 블록도이다. 시스템(600)은 어떤 수의 로드에서도 동작할 수 있고, 계층적 제어에 반대되는 분산 제어 기능을 갖는 지능형 및 재구성 가능한 시스템이다.
세 가지 레벨의 분산 제어 기능을 갖는 도 15의 지능형 전력 시스템(600)은 주 에너지 원과 저장 장치를 포함하고, 하나 이상의 국부 전력 서브시스템들(614)을 제어하고 통신할 수 있다. 국부 전력 서브시스템들(614) 각각은 로드와 도 7 및 8의 ISPS(100)를 복수 개 포함한다. 각 전력 서브시스템들(614) 각각의 동작을 제어하고(전력 제어에 관한 결정을 하고, 다른 국부 제어기들과 통신하는 국부 제어기(626)를 통하여) 관리 시스템(612)과 상태와 동작 결정에 대하여 통신하고(국부 제어기(626)를 통하여), 또 필요에 따라 시스템(612)으로부터 제어를 받는다. 관리 시스템(612)은 필요에 따라 서브시스템(614) 사이의 전력 공유를 가능하게 한다.
관리 시스템(612)은 관리 제어기(616), 하나 이상의 모니터링 센서들(618) 및 공통 전력(620)을 제어할 수 있는 복수의 ISPS들을 포함한다. 공통 전력(620)은 실질적으로 모든 국부 전력 서브시스템들(614)의 수요를 만족시킬 수 있는 하나 이 상의 전력 소스들의 세트를 나타낸다. 각 국부 전력 서브시스템(614)은 하나 이상의 국부 모니터링 센서들에 데이터를 제공하는 하나 이상의 국부 전력용 디바이스들(623, 상기에서 설명한 제어 가능한 반도체(102)와 유사하게)을 포함하고, 이 국부 전력용 디바이스들은 국부 제어기(626)와 데이터를 통신한다. 관리 시스템(612)에서는 모니터링 센서들(614)은 공통 전력(620)으로부터 데이터를 획득하고, 그 데이터를 관리 제어기(616)와 통신한다.
국부 전력 서브시스템들(614)이 로드들(625)과 연결되면, 관리 케어기(616)는 소정의 폭을 가지는 턴-온(인에이블) 펄스를 모든 국부 전력 서브시스템들(6140에 보낸다. 전력용 디바이스들(623)은 펄스의 듀레이션 동안에 로드되고, 국부 모니터링 센서들(619)을 통하여 각각의 케이스의 온도 상승을 모니터링 하여 국부 제어기(626)에 보고한다. 국부 제어기(626)는 이 정보를 관리 제어기(616)에 보고한다. 예상되는 케이스의 온도 상승은 관리 제어기(616)에 의하여 액세스 되는 특정한 케이스-히트 싱크 열 임피던스에 기초하고, 국부 제어기(626)의 메모리에 저장되며, 또한 각 국부 전력 서브시스템(614)의 손실 전력에 기초한다. 따라서 모든 국부 전력 시스템들(614)은 각각의 케이스 온도 상승, 궁극적으로, 전력 관리 능력에 따라 매핑된다. 여기서 매핑이란, 예를 들어, 전체 전력 시스템의 연결 관계를 나타내는 다이어그램에서, 각각의 ISPS가 각각의 전력 관리 능력을 나타내는 상응하는 숫자(예를 들어, 통계적으로 평균, 평균 이상, 및 평균 이하와 같이)를 가지고 있다는 것이다. 매핑에 의하여 관리 제어기(616)는 각 국부 전력 서브시스템(614) 사이에서 전력을 어떻게 공유할지를 결정하게 된다. 예상되는 케이스의 온 도 상승보다 높은 디바이스들은 실장 결함을 가지고 있을 수 있으므로, 상기 국부 전력 서브시스템들을 매핑하여 올바른 동작유지를 위한 기회를 가질 수 있게 된다.
따라서, 일 실시예에서, 본 발명은 설치된 디바이스의 온도를 측정하여 전력용 디바이스와 같은 설치된 디바이스의 전력 관리 능력을 결정하는 방법을 제공한다. 상기 설치된 디바이스에 대하여 예측되는 온도 변화(예를 들어, 온도 상승)가 결정된다. 여기서 예측되는 온도 변화는 테스트 펄스의 결과로서 나타난다. 테스트 펄스는 상기 설치된 디바이스에 전송된다. 상기 테스트 펄스의 결과로서 상기 설치된 디바이스의 실제 온도 변화가 특정된다. 상기 실제 온도 변화는 상기 예측되는 온도 변화와 비교된다. 상기 실제 온도 변화와 상기 예측되는 온도 변화를 비교하여 상기 설치된 디바이스의 전력 관리 능력을 결정할 수 있다.
상기 설치된 디바이스의 전력 관리 능력을 알게 되면, 전력 관리 능력에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 설치된 디바이스에 로드를 할당하고, 상기 설치된 디바이스에 연결된 로드를 조정하고 상기 설치된 디바이스에 로드를 재비치하는 등의 조치를 취할 수 있다.
매핑 후에, 각 국부 제어기(626)가 다른 국부 제어기들과 통신하고 SOA 결정들을 계속하는 ISPS들을 관리하면서 두 레벨의 제어로 동작하는 각각의 국부 서브시스템(614)은 자가 진단 등을 한다. 하지만 예를 들어 세 가지 레벨의 제어를 구비하는 시스템(600)에서는 관리 제어기(616)가 전체 전력 흐름에 관한 결정, 각 국부 서브시스템으로부터 제공되는 상태 정보의 처리를 수행하는데, 이러한 처리는 예를 들어, 국부 서브시스템(614)의 전력 용량의 일부 또는 전부를 다른 국부 서브 시스템에 스위칭하거나, 국부 서브시스템(614)이 정지하는 것에 대하여 최종적으로 결정하거나, 보고되거나 예측되는 에러에 대하여 외부 사용자(628)에게 피드백을 제공하는 것에 의하여 이루어진다.
도 16은 도 15의 지능형 전력 시스템을 보다 상세히 나타내는 2단계 제어를 하는 캐스케이드 연결된 전력 시스템(700)을 나타내고, 복수의 ISPS 디바이스들이 캐스케이드 형태로 어떻게 연결될 수 있는가를 나타낸다. 도 16에서 제어기(616)는 네 개의 ISPS 디바이스들(614A, 614B, 614C, 614D)을 관리한다. ISPS(614A)는 전력원(617A)으로부터 전력을 공급받고 전원 공급 장치(619A)에 전력을 공급하는 데 사용된다. 유사하게 ISPS(614B)는 전력원(617B)으로부터 전력을 공급받고 전원 공급 장치(619B)에 전력을 공급하는 데 사용된다. 전원 공급 장치(619A)는 ISPS(614C)에 전력을 공급하고, 전원 공급 장치(619B)는 ISPS(614C)에 전력을 공급한다. ISPS들(614C, 614D)은 각각이 로드들(625A, 625B, 625C, 625D)에 전력을 공급할 수 있다. 제어기(616)는 상기 캐스케이드 연결된 전력 시스템(700) 내의 구성 요소들 사이의 전력 공유를 포함하는 전력 흐름을 제공하고 각 ISPS(614)를 모니터링 하여 어느 한 지점에서라도 고장이 발생하는 것을 방지하거나 감소시킨다. 하지만 이러한 모니터링과 제어의 대부분은 각 시스템에 대하여 특화된 알고리즘의 일부이다.
도 17은 본 발명에서 설명되어 온 ISPS의 다른 애플리케이션을 나타낸다. 도 17은 에너지 저장 유닛을 구비하는 직류(DC) 버스에 사용될 수 있는 ISPS-기반 스위치와 방전 회로(800)를 단일 레벨로 제어하는 예를 나타낸다. 이 애플리케이션에서, ISPS는 인터커넥트 신호들의 수를 줄이고, 성능(안전성, 응답 속도, 시스템-레 벨 신뢰도)을 향상시키고, 여러 가지 기능들(도 9, 10, 13 및 15의 방법들을 사용하여)을 수행한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들은 "지능형 전력 시스템(미국출원 제10/692,580호, 발명자: Boris S. Jacobson 등, 출원일: 2003년 10월 24일, 미국공개특허 제2004/0095023호로서 2004년 5월 20일 공개)"을 포함하는 여러 가지 다른 종류의 전력 시스템에 적용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 도면을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명은 고장을 자가 진단하고, 잠재적 고장을 예측하고, 설치된 디바이스를 조정하고, 동작 파라미터들을 동적으로 조정하는 실제 동작 조건을 고려하는 시스템 방법 및 디바이스를 제공한다. 본 발명의 적어도 몇몇 실시예들은 전력용 디바이스에서 나타날 수 있는 잘못된 사항을 결정할 수 있다. 또한 본 발명의 적어도 몇몇 실시예들은 전력 관리 능력에 따라 설치된 트랜지스터들을 검사하고 조정하는 방법을 제공한다.
본 발명에 대하여 구체적으로 설명하는 중에 사용된 도면들에서 복수의 시스템 엘리먼트들(elements)과 방법 블록들은 특정한 단일의 시스템 엘리먼트들과 단일의 방법 블록을 나타낼 수 있고 또한 복수의 시스템 엘리먼트들과 방법 블록들을 나타낼 수도 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 엘리먼트들과 블록들이 복수의 구성요소들만을 포함하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한 엘리먼트들과 블록들의 숫자가 본 발명을 그 숫자에 한정시키는 것으로 이해되어서도 안 된다. 당업자들에게 자명하듯이 특정 시스템 엘리먼트 혹은 블록의 수는 때로는 사용자의 목적에 따라 달리 채택될 수 있는 것이다.
본 발명의 방법이나 프로세스들을 구체적으로 설명하기 위한 도면들, 차트나 흐름도에서 사각형의 블록들은 컴퓨터 소프트웨어 인스트럭션과 같은 하나 이상의 인스트럭션(지시), 혹은 지시들의 그룹을 나타내는 "프로세싱 블록들"이다. 다이아몬드 형태의 블록은 컴퓨터 소프트웨어 인스트럭션과 같은 하나 이상의 인스트럭션(지시), 혹은 지시들의 그룹을 나타내는 "결정 블록들"로서 그 블록이 나타내는 컴퓨터 소프트웨어 인스트럭션의 실행에 영향을 미치는 블록이다. 또는 상기 프로세싱 및 결정 블록들은 디지털 신호 처리 회로, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC)와 같이 동일한 기능을 하는 회로들이 수행하는 동작을 나타낸다. 또한 상기 동작들과 블록들은 소프트웨어와 하드웨어를 결합하여 구현할 수 있다.
상기 도면들, 플로우차트, 블록도 및 흐름도들은 어느 특정한 프로그램언어의 문장을 나타내지는 않는다. 도리어 상기 도면들, 플로우차트, 블록도 및 흐름도들은 당업자들이 본 발명의 실시예들에서 필요로 하는 프로세싱을 수행하는 회로를 설계하거나 컴퓨터 소프트웨어를 개발할 때 필요한 기능적 정보를 제공한다. 본 발명에서는 루프의 초기화, 변수, 임시 변수와 사용과 같은 전형적인 프로그램 엘리먼트들을 사용하지 않았다. 당업자들은 본 발명에서 구체적으로 명시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예들에 따른 단계들이 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 하나의 실시예라는 것을 잘 알 것이다. 따라서 달리 언급하지 않더라도 본 발명의 실시예들에 따른 단계들이 순서를 달리하여도 구현될 수 있다는 것은 자명하다.
또한 본 발명의 일부 또는 전부를 구현하는 데 사용되는 프로그램들은 컴퓨터가 사용가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 구현될 수 있다. 예를 들어, 이러한 컴퓨터가 사용가능한 매체에는 하드 드라이브 장치, CD-ROM, DVD-ROM, 컴퓨터 디스켓과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장하는 매체들, 즉 판독 가능한 메모리 장치가 포함될 수 있다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체에는 또한 커뮤니케이션 링크, 광 링크 유선 혹은 무선과 같은 디지털 혹은 아날로그 신호로서 프로그램 코드가 전송되는 매체들이 포함될 수 있다.
도면에 예시되어 있는 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 사용한 용어들(예를 들어, 언어, 구절, 제품명 등)은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명은 이러한 명칭들에 한정되는 것은 아니고, 사용된 명칭들은 문법적, 해석적, 과학적, 기술적 및 기능적으로 동일한 것뿐만 아니라 유사한 목적을 달성하는 유사하게 동작하는 것들까지도 포함한다. 더욱이 예시 사항이나, 도면, 문장 및 특정한 명칭들은 특정한 특징, 요소, 회로, 모듈, 표, 소프트웨어 모듈 및 시스템 등에 부여될 수 있다. 하지만 본 발명에 사용된 이러한 명칭들은 설명을 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
본 발명이 상당히 상세하게 기술되고 도면에 나타났지만, 본 발명의 실시예들은 예시를 위한 것일 뿐 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 변화나 수정이 가능함을 이해하여야 한다.
본 발명의 특정한 실시예들을 참조하여 설명되고 예시되었지만, 본 발명의 기술은 다른 여러 환경에도 적용 가능할 것이다. 여기에 상세히 설명된 기술은 다른 기술들과 결합될 수 있다. 이에 따라, 본원 발명은 전술한 실시예들에 의해 한 정되어서는 안 되며, 단지 하기의 특허청구범위의 사상과 범위에 의하여서만 한정될 수 있다.

Claims (42)

  1. 제1 동작 파라미터 및 제2 동작 파라미터와 관련되며, 적어도 상기 제1 동작 파라미터는 제어 가능한 특징을 갖는, 제어 가능한 반도체 디바이스;
    상기 제어 가능한 반도체 디바이스와 통신하며, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스의 상기 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 획득하는 제1 센서; 및
    상기 제어 가능한 반도체 디바이스 및 상기 제1 센서와 통신하며, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스와 관련된 디바이스 데이터를 액세스하고, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스의 제1 동작 파라미터를 제어하며, 상기 제1 센서로부터 상기 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 수신하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 디바이스 데이터에 의존하는 제1 예측값을 결정하고, 상기 제2 동작 파라미터와 관련된 데이터를 상기 제1 예측값과 비교하여, 상기 비교 결과에 기초하여 제1 조건이 감지되는 경우, 상기 제1 동작 파라미터를 동적으로 수정하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스는 전력용 트랜지스터, 정전 유도 트랜지스터(Static Induction Transistor: SIT), 사이리스터(thyristor), 모스 제어 사이리스터(MOS Controlled Thyrister: MCT), 게이트 턴 오프(Gate Turnoff: GTO) 사이리스터 및 에미터 턴 오프(Emitter Turnoff: ETO) 사이리스터 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는 온도 센서, 전압 센서 및 전류 센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 동작 파리미터는 드레인-소스 전압, 컬렉터-에미터 전압, 애노드-캐소드 전압, 게이트 전압, 게이트 전류, 베이스 전류, 평균 드레인 디바이스 전류, 평균 컬렉터 디바이스 전류, 평균 애노드 디바이스 전류, 피크 드레인 전류, 피크 컬렉터 전류, 피크 애노드 전류, 알엠에스(Root Mean Square: RMS) 드레인 전류, 알엠에스 컬렉터 전류, 알엠에스 애노드 전류, 다이(die) 온도, 케이스(case) 온도, 졍션(junction) 온도(Tj), 스위칭 빈도 및 듀티 사이클 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체 디바이스의 제3 동작 파라미터와 관련된 데이터를 획득하고, 상기 제어기와 통신하는 제2 센서를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제3 동작 파라미터와 관련된 데이터를 상기 제2 센서로부터 수신하며,
    상기 제어기는 상기 저장된 디바이스 데이터에 의존하는 예측되는 제3 동작 파라미터를 결정하고, 상기 예측되는 제3 동작 파라미터를 상기 제3 동작 파라미터와 연관되는 데이터와 비교하여 제1 조건이 감지되는 경우, 상기 제1 동작 파라미 터를 동적으로 수정하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서와 상기 제어기 중 적어도 하나는 주기적 또는 연속적인 방법 중 중 적어도 하나의 방법으로 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 동작 파라미터는 게이트 드라이브, 베이스 드라이브, 트랜지스터 바이어스, 안전 동작 영역(Safe Operating Area; SOA) 조건, 드레인-소스 전압(VDS) 문턱값, 알엠에스 드레인 전류(IDRMS) 문턱값, 순방향 및 역방향 SOA 펄스 전류(IDM) 문턱값, 드레인-소스 온 저항(RDS(on))에 의해 한정되는 순방향 바이어스 SOA 드레인 전류(ID) 경계 및 상기 전력용 디바이스의 동작 영역 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 조건은 초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크(heat sink) 문제, 다이의 결함, 다이 인터커넥트(interconnect) 본딩 결함, 다이 부착(attachment) 결함 및 디바이스 패키지 실장 결함 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 조건을 감지하면 그에 대한 조치를 수행하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 조치는
    (a) 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 수정하는 것;
    (b) 상기 제어 가능한 반도체를 정지시키는 것;
    (c) 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 인터럽트 하는 것;
    (d) 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드를 스위칭 하는 것;
    (e) 상기 감지된 제1 조건에 기초하여 상기 제어 가능한 반도체의 SOA를 결정하고, 상기 제1 파리미터를 조정하여 상기 SOA를 유지하는 것;
    (f) 다른 제2 동작 파라미터를 체크하는 것;
    (g) 상기 제1 조건을 진단하는 것;
    (h) 상기 제1 조건에 기초하여, 초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크 문제, 다이의 결함, 다이의 본딩 결함, 다이 부착 결함, 디바이스 패키지 실장 결함, 상기 전력용 디바이스의 열 인터페이스 문제, 상기 전력용 디바이스의 감소된 신뢰도 문제, 높은 전류 부하에서의 상기 전력용 디바이스의 정지, 높은 전력 부하에서 상기 전력용 디바이스의 정지 중 적어도 하나를 포함하는 제2 조건의 발생 가능성을 결정하는 것: 및
    통지(notification)를 제공하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는 하나 이상의 위치에서 상기 제어 가능한 반도체를 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 디바이스 데이터 정보는 항복(breakdown) 드레인-소스 전압(BVDSS), 항복 드레인-소스 전압 보호 문턱값, 정격(rated) 드레인-소스 전압(VDSS), 정격 드레인-소스 전압 보호 문턱값, 최대 단일 펄스 전류(IDM), 최대 단일 펄스 전류 보호 문턱값, 연속 드레인 전류(ID), 연속 드레인 전류 보호 문턱값, 애벌런치(avalanche) 전류(IAR), 애벌런치 전류 보호 문턱값, 정해진 졍션 온도(Tj)에서의 단일 펄스에 대한 디폴트 순방향 바이어스 안전 동작 영역(FBSOA), 정해진 졍션 온도(Tj)에서의 단일 펄스에 대한 디폴트 역방향 바이어스 안전 동작 영역(RBSOA), 정상 모드 및 애벌런치 모드 중 적어도 하나에 대한 졍션-케이스 과도 열 임피던스, 케이스 임피던스(Zthhc)에 대한 히트 싱크, 졍션-케이스 열 임피던스(Zthjc), 정해진 졍션 오도에서의 온 상태 저항 (T(RDS(on)(at temp T)), 표준화된 온도에 따른 온 상태 저항(RDS(ON)), 소모 전력(THS(PM)) 함수로써 표현된 히트 싱크 온도(THS), 졍션 온도(Tj) 문턱값, 전체 바디 다이오드의 역방향 회복 전하(Qrr) 및 전체 바디 다이오드의 역방향 회복 시간(trr) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어기와 통신하고, 상기 제어 가능한 반도체에 영향을 미치는 환경 조건 및 기계 조건 중 적어도 하나를 수득하는 제3 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 환경 조건은 온도, 냉각제의 흐름 및 습도 레벨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기계 조건은 스트레스, 스트레인, 힘(force), 움직임(movement), 진동(vibration), 가속(acceleration) 및 충격(shock) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체는 드레인 전극, 게이트 전극 및 소스 전극을 구비하는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제어 가능한 반도체의 상기 게이트 전극에 게이트 구동 신호를 제공하는 제1 출력과, 상기 제1 센서에 연결되어 상기 제어기가 상기 제2 동작 파라미터와 연관된 데이터를 수신하도록 하는 제1 입력을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 상기 게이트 구동 신호를 제공하는 소스가 되는 바이어스 전력을 수신하는 제2 입력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제어 가능한 반도체와 관련된 디바이스 데이터를 수신하는 제3 입력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제어기는 통지(notification) 신호로 구성되는 제2 출력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 통지 신호는 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드, 상기 제어 가능한 반도체의 상태, 상기 제1 조건, 폴트 통지 및 폴트 예측 중 적어도 하나와 연관되는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제1 센서와 통신하는 제어 가능한 반도체의 동작 방법에 있어서,
    상기 제어 가능한 반도체를 활성화시키는 단계;
    상기 제어 가능한 반도체의 제1 동작 파라미터를 제어하는 단계;
    상기 제어 가능한 반도체의 제2 동작 파라미터를 모니터링 하는 단계;
    상기 제어 가능한 반도체와 연관되는 디바이스 데이터 정보를 액세스하는 단계;
    상기 디바이스 데이터 정보와 상기 제2 동작 파라미터에 기초하여 제1 조건 의 존재를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 조건이 존재하는 경우 제1 조치를 취하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 디바이스 데이터 정보에 기초하여 제1 예측값을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 예측값을 상기 제2 동작 파라미터와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크 문제, 다이의 결함, 다이 인터커넥트 본딩 결함, 다이 부착 결함, 디바이스 패키지 실장 결함, 환경적 조건 및 기계적 조건 중 적어도 하나를 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제1 조치를 취하는 단계는,
    (a) 상기 제1 파라미터를 조정하는 단계;
    (b) 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 수정하는 단계;
    (c) 상기 제어 가능한 반도체를 정지시키는 단계;
    (d) 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 인터럽트 하는 단계;
    (e) 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드를 스위칭 하는 단계;
    (f) 다른 제2 동작 파라미터를 체크하는 단계;
    (g) 상기 감지된 제1 조건에 기초하여 상기 제어 가능한 반도체의 SOA를 결정하고, 상기 제1 파리미터를 조정하여 상기 SOA를 유지하는 단계;
    (h) 상기 제1 조건을 진단하는 단계;
    (i) 상기 제1 조건에 기초하여, 초과 온도, 전류 터널링, 초과 전력, 과전류, 과전압, 냉각제 문제, 히트 싱크 문제, 다이의 결함, 다이 인터커넥트 본딩 결함, 다이 부착 결함, 디바이스 패키지 실장 결함, 상기 전력용 디바이스에 대한 열 인터페이스 문제, 상기 전력용 디바이스의 감소된 신뢰도 문제, 높은 전류 부하에서의 상기 전력용 디바이스의 정지, 높은 전력 부하에서 상기 전력용 디바이스의 정지 중 적어도 하나를 포함하는 제2 조건의 발생 가능성을 결정하는 단계; 및
    (j) 통지를 제공하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 디바이스 데이터는 디폴트 드레인-소스 전압(VDS) 경계. 디폴트 전력 경계(PB), 디폴트 알엠에스 전류 경계(IDRMS) 및 디폴트 온 상태 저항(RDS(on)) 제한 전류 경계 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 SOA를 결정하는 단계는,
    상기 전력용 디바이스에 대한 SOA 드레인-소스 전압(VDS)을 결정하는 단계;
    상기 전력용 디바이스에 대한 SOA 전력 경계(PB)를 결정하는 단계;
    상기 전력용 디바이스에 대한 SOA 알엠에스 전류 경계(IDRMS)를 결정하는 단계;
    상기 전력용 디바이스에 대한 SOA 온 상태 저항(RDS(on)) 제한 전류 경계를 결정하는 단계; 및
    상기 SOA 드레인-소스 전압(VDS), 상기 SOA 전력 경계(PB), 상기 SOA 알엠에스 전류 경계(IDRMS), 및 상기 SOA 온 상태 저항(RDS(on)) 제한 전류 경계 각각에 기초하여 상기 디폴트 드레인-소스 전압(VDS) 경계, 상기 디폴트 전력 경계(PB), 상기 디폴트 알엠에스 전류 경계(IDRMS) 및 상기 디폴트 온 상태 저항(RDS(on)) 제한 전류 경계를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체의 제3 동작 파라미터를 모니터링 하는 단계; 및
    상기 디바이스 데이터 정보와 상기 제2 및 제3 동작 파라미터 중 적어도 하나를 기초로 제1 조건이 존재 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체에 영향을 미치는 환경 조건 및 기계 조건 중 적어도 하나를 모니터링 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 방법.
  28. 졍션(junction)과 케이스(case)를 구비하는 제어 가능한 반도체의 동작 조건을 결정하는 방법에 있어서,
    상기 제어 가능한 반도체와 관련되는, 평균 고장 간격 시간(Mean Time Between Failures; MTBF)을 포함하는 디바이스 데이터를 액세스하는 단계;
    상기 제어 가능한 반도체의 졍션과 케이스 사이의 열 임피던스(Zthjc)를 계산하는 단계;
    적어도 주기적으로 상기 제어 가능한 반도체의 졍션 온도(Tj)와 케이스 온도(Tc)를 측정하는 단계;
    상기 졍션 온도(Tj)와 케이스 온도(Tc) 및 열 임피던스(Zthjc)에 적어도 부분적으로 기초하여 허용 가능한 소비 전력을 계산하는 단계; 및
    상기 허용 가능한 소비 전력과 상기 MTBF에 적어도 부분적으로 기초하며, 상기 졍션 온도(Tj)와 케이스 온도(Tc)의 주기적인 측정에 기초하여 적어도 주기적으로 조정되는 적어도 하나의 동적 안전 동작 영역(SOA) 경계를 정의하는 단계를 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 동적 SOA에 따라서 상기 제어 가능한 반도체의 동작 을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 동작을 제어하는 단계는 상기 제어 가능한 반도체의 피크 전류, 알엠에스 전류 및 평균 전류 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 열 임피던스(Zthjc)는 펄스 폭, 주파수, 및 듀티 사이클에 적어도 부분적으로 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제28항에 있어서, 상기 디바이스 데이터는 순간 열 임피던스 및 단일 펄스 SOA 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 스위칭 모드와 선형 모드에서 동작할 수 있으며, 다이를 포함하는 제어 가능한 반도체 디바이스에서 전류 터널링(current tunneling)을 감지하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 다이의 중심 근처 위치의 중심 다이 온도를 모니터링 하는 단계;
    (b) 상기 다이의 주변 근처 위치의 주변 다이 온도를 모니터링 하는 단계;
    (c) 상기 다이의 상기 중심 다이 온도가 상기 다이의 상기 주변 다이 온도보다 높고, 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드가 스위칭 모드인 경우 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 정지시키는 단계; 및
    (d) 상기 다이의 상기 중심 다이 온도가 상기 다이의 상기 주변 다이 온도보다 높고, 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드가 선형 모드인 경우 상기 제어 가능한 반도체의 동작을 인터럽트 하는 단계를 포함하는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체가 정지되면 경보를 발하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체의 동작 모드가 변하면, 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제어 가능한 반도체의 동작에서 실제적 및 잠재적 에러를 결정하는 방법에 있어서,
    (a) 디바이스, 동작 및 온도 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 제어 가능한 반도체의 일 세트의 파라미터들을 모니터링 하는 단계;
    (b) 상기 제어 가능한 반도체의 일 세트의 디바이스 데이터를 액세스하는 단계;
    (c) 상기 일 세트의 파라미터들 및 상기 일 세트의 디바이스 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제어 가능한 반도체의 예측되는 전력 소비, 및 예측되는 졍션 온도를 결정하는 단계;
    (d) 상기 제어 가능한 반도체의 실제 전력 소비 및 실제 졍션 온도를 측정하는 단계;
    (e) 상기 실제 전력 소비와 상기 예측되는 전력 소비를 비교하는 단계;
    (f) 상기 실제 졍션 온도와 상기 예측되는 졍션 온도를 비교하는 단계;
    (g) 상기 (e)와 (f)단계에 적어도 부분적으로 의존하여 상기 제어 가능한 반도체에서 실제적 에러가 발생했는지와 잠재적 에러가 발생할 수 있는지의 여부를 결정하는 단계; 및
    (h) 상기 제어 가능한 반도체의 동작 중에 적어도 주기적으로 상기 (a) 내지 (g)단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 (g)단계에서 실제적 에러가 발생했거나 잠재적 에러가 발생할 수 있다고 결정되면 (i) 통지를 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 제어 가능한 반도체는 히트 싱크를 더 구비하고, 상기 방법은,
    상기 일 세트의 파라미터들과 상기 일 세트의 다비이스 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제어 가능한 반도체의 예측되는 싱크 온도를 결정하는 단계;
    상기 제어 가능한 반도체의 실제 싱크 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 실제 싱크 온도가 상기 예측되는 싱크 온도보다 높은 경우, 상기 히트 싱크와 히트 싱크 냉각제 중 적어도 하나에 문제가 발생한 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 설치된 디바이스의 전력 관리 능력을 결정하는 방법에 있어서,
    상기 설치된 디바이스의 온도를 측정하는 단계;
    테스트 펄스의 결과로 기대되는, 상기 설치된 디바이스에 대한 예측되는 온도 변화를 결정하는 단계;
    상기 테스트 펄스를 상기 설치된 디바이스에 전송하는 단계;
    상기 테스트 펄스의 결과로서 상기 설치된 디바이스의 실제 온도 변화를 측정하는 단계; 및
    상기 실제 온도 변화를 상기 예측되는 온도 변화와 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 예측되는 온도 변화에 대한 상기 실제 온도 변화를 이용하여 상기 설치된 디바이스의 상기 전력 관리 능력을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제39항에 있어서,
    (a) 상기 전력 관리 능력에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 설치된 디바이 스에 로드를 할당하는 단계;
    (b) 상기 전력 관리 능력에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 설치된 디바이스에 연결된 로드를 조정하는 단계; 및
    상기 전력 관리 능력에 부분적으로 기초하여 상기 설치된 디바이스에 연결된 로드를 재배치하는 단계 중 적어도 한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 (c)단계는 하나 이상의 설치된 다른 전력 디바이스들 중 적어도 부분에 대하여 알려진 전력 관리 능력에 기초하여 상기 하나 이상의 설치된 다른 전력 디바이스들에 상기 로드를 재배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020077023966A 2005-04-01 2006-03-21 집적된 스마트 파워 스위치 KR101262919B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/098,033 2005-04-01
US11/098,033 US7839201B2 (en) 2005-04-01 2005-04-01 Integrated smart power switch

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127002087A Division KR101236455B1 (ko) 2005-04-01 2006-03-21 집적된 스마트 파워 스위치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080002843A true KR20080002843A (ko) 2008-01-04
KR101262919B1 KR101262919B1 (ko) 2013-05-09

Family

ID=36808379

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077023966A KR101262919B1 (ko) 2005-04-01 2006-03-21 집적된 스마트 파워 스위치
KR1020127002087A KR101236455B1 (ko) 2005-04-01 2006-03-21 집적된 스마트 파워 스위치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127002087A KR101236455B1 (ko) 2005-04-01 2006-03-21 집적된 스마트 파워 스위치

Country Status (11)

Country Link
US (2) US7839201B2 (ko)
EP (2) EP2270983B1 (ko)
JP (2) JP2008535255A (ko)
KR (2) KR101262919B1 (ko)
CN (1) CN101167251B (ko)
AU (1) AU2006232963B2 (ko)
BR (1) BRPI0607705A8 (ko)
CA (1) CA2598485C (ko)
IL (1) IL184796A (ko)
TW (1) TWI392230B (ko)
WO (1) WO2006107579A2 (ko)

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005022747A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-10 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Failure prediction for parallel mosfets
US7839201B2 (en) * 2005-04-01 2010-11-23 Raytheon Company Integrated smart power switch
US20070001694A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Sanjeev Jahagirdar On-die real time leakage energy meter
US20070204106A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 James Donald Adjusting leakage power of caches
GB2457752B (en) * 2006-06-30 2010-05-05 Intel Corp Leakage power estimation
DE102006037633B4 (de) * 2006-08-10 2008-06-19 Infineon Technologies Ag Halbleiterchip mit Beschädigungs-Detektierschaltung und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterchips
US8299767B1 (en) * 2006-08-18 2012-10-30 Picor Corporation Dynamic safe operating area control
US8264211B2 (en) * 2007-06-28 2012-09-11 Texas Instruments Incorporated Programmable power limiting for power transistor system
JP4807352B2 (ja) * 2007-12-25 2011-11-02 三菱電機株式会社 温度検出システム
US8025437B2 (en) * 2008-07-08 2011-09-27 Eaton Corporation Temperature monitoring in uninterruptible power supply systems using synthetic loading
US8112469B1 (en) * 2009-03-02 2012-02-07 Lockheed Martin Corporation Emergency override system and method for network devices
AT509836A2 (de) * 2010-03-02 2011-11-15 Siemens Ag Elektronische sicherung
US9203489B2 (en) 2010-05-05 2015-12-01 Google Technology Holdings LLC Method and precoder information feedback in multi-antenna wireless communication systems
US8657489B2 (en) 2010-06-28 2014-02-25 Infineon Technologies Ag Power switch temperature control device and method
CN102343634A (zh) * 2010-08-02 2012-02-08 北京中电科电子装备有限公司 电主轴的过热保护装置、过热保护方法及切割机
US9071169B2 (en) * 2011-02-18 2015-06-30 Ge Hybrid Technologies, Llc Programmable gate controller system and method
CN102914389A (zh) * 2011-08-04 2013-02-06 沈阳理工大学 一种居民供暖无线热计量表
CN103137515B (zh) * 2011-11-23 2015-07-01 北京中电科电子装备有限公司 一种电主轴热漂移的控制装置、补偿方法及划片机
US9030054B2 (en) * 2012-03-27 2015-05-12 Raytheon Company Adaptive gate drive control method and circuit for composite power switch
CN102930346B (zh) * 2012-10-15 2016-05-04 庞善臣 一种soa服务平均故障间隔时间预测方法
US9813262B2 (en) 2012-12-03 2017-11-07 Google Technology Holdings LLC Method and apparatus for selectively transmitting data using spatial diversity
US9591508B2 (en) 2012-12-20 2017-03-07 Google Technology Holdings LLC Methods and apparatus for transmitting data between different peer-to-peer communication groups
US9979531B2 (en) 2013-01-03 2018-05-22 Google Technology Holdings LLC Method and apparatus for tuning a communication device for multi band operation
GB201302407D0 (en) * 2013-02-12 2013-03-27 Rolls Royce Plc A thermal controller
FI125501B (fi) * 2013-02-14 2015-10-30 Abb Technology Oy Ohjausjärjestelmä puolijohdekytkimiä varten
US10229697B2 (en) 2013-03-12 2019-03-12 Google Technology Holdings LLC Apparatus and method for beamforming to obtain voice and noise signals
CN104142632B (zh) * 2013-05-07 2016-08-31 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 半导体设备的工艺任务处理方法及系统
US20140340853A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 Infineon Technologies Ag Safety Device
US9671465B2 (en) 2013-07-12 2017-06-06 Linear Technology Corporation Detecting faults in hot-swap applications
US9386542B2 (en) 2013-09-19 2016-07-05 Google Technology Holdings, LLC Method and apparatus for estimating transmit power of a wireless device
US9301177B2 (en) 2013-12-18 2016-03-29 Google Technology Holdings LLC Method and system to improve antenna tuner reliability
US9549290B2 (en) 2013-12-19 2017-01-17 Google Technology Holdings LLC Method and apparatus for determining direction information for a wireless device
US9992916B2 (en) 2014-01-21 2018-06-05 Stmicroelectronics S.R.L. Thermal control process for a multi-junction electronic power device and corresponding electronic power device
US9491007B2 (en) 2014-04-28 2016-11-08 Google Technology Holdings LLC Apparatus and method for antenna matching
US9478847B2 (en) 2014-06-02 2016-10-25 Google Technology Holdings LLC Antenna system and method of assembly for a wearable electronic device
US9280188B2 (en) * 2014-06-03 2016-03-08 Mediatek Inc. Thermal control method and thermal control system
US9521246B2 (en) * 2014-06-03 2016-12-13 Mediatek Inc. Thermal control method and thermal control system
CN104022486A (zh) * 2014-06-25 2014-09-03 代青扩 一种家用多功能用电保护器
DE102014219474B4 (de) * 2014-09-25 2022-06-09 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Verfahren zum Betrieb von Leistungshalbleitern
EP3026801B1 (en) * 2014-11-26 2021-03-10 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Device for controlling the operation of a multi-die power module
US9806513B2 (en) 2015-02-26 2017-10-31 Raytheon Company Robust solid-state circuit protection apparatus
US10191021B2 (en) * 2015-02-27 2019-01-29 Deere & Company Method for estimating a temperature of a transistor
JP6486805B2 (ja) 2015-09-25 2019-03-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体パワーモジュール及び電動機用駆動システム
US9817454B2 (en) * 2015-10-15 2017-11-14 Mediatek Inc. Apparatus and method for dynamic thermal management of integrated circuit
JP6010204B1 (ja) * 2015-10-26 2016-10-19 ファナック株式会社 パワー素子の予測寿命を学習する機械学習装置及び方法並びに該機械学習装置を備えた寿命予測装置及びモータ駆動装置
US9874917B2 (en) 2016-01-04 2018-01-23 International Business Machines Corporation Adaptive power capping in a chip
US9590524B1 (en) 2016-01-15 2017-03-07 Raytheon Company Apparatus and method for a power converter and system having foldback current limit
EP3208921B1 (en) * 2016-02-16 2019-04-17 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. A system and a method for controlling the operation of a multi-die power module
DE102016207381A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Robert Bosch Gmbh Schaltelement mit einer Temperaturüberwachung und Verfahren zur Temperaturüberwachung
DE102016109137B3 (de) * 2016-05-18 2017-06-08 Lisa Dräxlmaier GmbH Überwachungsvorrichtung und Überwachungsverfahren
US10381823B2 (en) 2016-05-20 2019-08-13 Infineon Technologies Ag Device with power switch
US20180056428A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-01 Esab Ab Dynamic Power Limitation
WO2018140905A1 (en) 2017-01-27 2018-08-02 Franklin Electric Co., Inc. Motor drive system and method
US10547172B2 (en) 2017-04-25 2020-01-28 Raytheon Company Crowbar protection circuit with discharge rate control
JP6954775B2 (ja) 2017-06-29 2021-10-27 浜松ホトニクス株式会社 デバイス解析装置及びデバイス解析方法
US10393795B2 (en) * 2017-07-25 2019-08-27 Abb Schweiz Ag Semiconductor failure prognostication
US10845428B2 (en) * 2018-06-01 2020-11-24 Infineon Technologies Ag Method and circuit for detecting a loss of a bondwire in a power switch
CN109671689B (zh) * 2018-12-24 2020-09-11 阳光电源股份有限公司 一种功率半导体模块保护方法和保护系统
CN110736909B (zh) * 2019-10-18 2022-09-20 北京华峰测控技术股份有限公司 半导体器件封装检测方法、计算机设备及可读存储介质
DE102020103874B3 (de) 2020-02-14 2021-06-10 Infineon Technologies Ag Verfahren und schaltung zum überprüfen der funktionsfähigkeit eines transistorbauelements
US10979041B1 (en) * 2020-03-13 2021-04-13 Hamilton Sunstrand Corporation Method for monitoring gate drive signals for power module aging effects
DE102020204771A1 (de) * 2020-04-15 2021-10-21 Airbus S.A.S. System und Verfahren zum Schätzen von Sperrschichttemperaturen eines Leistungshalbleitermoduls
US20210396714A1 (en) * 2020-06-18 2021-12-23 The Curators Of The University Of Missouri Using ultrasound to detect bond-wire lift-off and estimation of dynamic safe operating area
DE102020116424A1 (de) 2020-06-22 2021-12-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und elektronische Einrichtung zur Temperaturüberwachung einer Leistungselektronik und Kraftfahrzeug
US20220140826A1 (en) * 2020-10-29 2022-05-05 Texas Instruments Incorporated Temperature control for power devices
CN114530829B (zh) * 2022-02-25 2023-08-08 苏州浪潮智能科技有限公司 一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置与方法
US11768237B2 (en) 2022-05-10 2023-09-26 Google Llc Leakage screening based on use-case power prediction
CN116088362B (zh) * 2022-11-01 2023-09-01 深圳市谷粒科技有限公司 一种器件微功耗智能控制装置、方法、系统及介质
CN115951192B (zh) * 2023-03-09 2023-06-23 长沙丹芬瑞电气技术有限公司 一种功率器件的结温检测装置、方法及介质
CN117544066B (zh) * 2024-01-09 2024-03-19 天津德星智能科技有限公司 Eps系统中转向电机的半堵转保护方法

Family Cites Families (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8426460D0 (en) 1984-10-19 1984-11-28 Technology Licence Co Ltd Monoclonal antibodies
US5197033A (en) 1986-07-18 1993-03-23 Hitachi, Ltd. Semiconductor device incorporating internal power supply for compensating for deviation in operating condition and fabrication process conditions
JPH0683042B2 (ja) * 1986-03-31 1994-10-19 株式会社東芝 出力ドライバ回路
JPH0795657B2 (ja) 1987-09-09 1995-10-11 日産自動車株式会社 保護機能内蔵型ｍｏｓｆｅｔ
DE3832273A1 (de) 1988-09-22 1990-03-29 Asea Brown Boveri Verfahren und anordnung zur bestimmung des waermewiderstandes von igbt-bauelementen
US4937697A (en) 1989-05-22 1990-06-26 Motorola, Inc. Semiconductor device protection circuit
GB2248151A (en) 1990-09-24 1992-03-25 Philips Electronic Associated Temperature sensing and protection circuit.
DE4122653C2 (de) * 1991-07-09 1996-04-11 Daimler Benz Ag Steuerbare Halbleiterschalteinrichtung mit integrierter Strombegrenzung und Übertemperaturabschaltung
JP2509028B2 (ja) * 1991-10-22 1996-06-19 株式会社ハーマン 温度判定装置
JPH05332848A (ja) * 1992-06-01 1993-12-17 Yamatake Honeywell Co Ltd 温度測定方法
US5397978A (en) 1992-08-03 1995-03-14 Silicon Systems, Inc. Current limit circuit for IGBT spark drive applications
JPH0674833A (ja) * 1992-08-27 1994-03-18 Fujitsu Ltd 温度検出回路
US5723915A (en) 1992-12-04 1998-03-03 Texas Instruments Incorporated Solid state power controller
US5444590A (en) 1992-12-04 1995-08-22 Texas Instruments Incorporated Solid state power controller with power switch protection apparatus
US6125024A (en) 1993-06-03 2000-09-26 Texas Instruments Incorporated Externally programmable solid state power controller with power switch protection apparatus and method for making
US6476667B1 (en) 1993-10-29 2002-11-05 Texas Instruments Incorporated Adjustable current limiting/sensing circuitry and method
JP2756228B2 (ja) * 1993-12-02 1998-05-25 株式会社ハーマン 温度判定装置
US5567993A (en) 1994-06-23 1996-10-22 Dallas Semiconductor Corporation Programmable power supply system and methods
US5684663A (en) 1995-09-29 1997-11-04 Motorola, Inc. Protection element and method for protecting a circuit
US5687049A (en) 1996-01-26 1997-11-11 International Rectifier Corporation Method and circuit for protecting power circuits against short circuit and over current faults
US6064093A (en) 1996-03-29 2000-05-16 Citizen Watch Co., Ltd. Protection circuit with clamping feature for semiconductor device
US5959926A (en) 1996-06-07 1999-09-28 Dallas Semiconductor Corp. Programmable power supply systems and methods providing a write protected memory having multiple interface capability
GB9614590D0 (en) 1996-07-11 1996-09-04 Smiths Industries Plc Electrical apparatus
JP3384522B2 (ja) * 1996-07-30 2003-03-10 矢崎総業株式会社 スイッチング装置
US6169439B1 (en) 1997-01-02 2001-01-02 Texas Instruments Incorporated Current limited power MOSFET device with improved safe operating area
US5946181A (en) 1997-04-30 1999-08-31 Burr-Brown Corporation Thermal shutdown circuit and method for sensing thermal gradients to extrapolate hot spot temperature
US6151681A (en) 1997-06-25 2000-11-21 Texas Instruments Incorporated Dynamic device power management
US6169309B1 (en) 1997-09-30 2001-01-02 Texas Instruments Incorporated High breakdown-voltage transistor with transient protection
JPH11112313A (ja) 1997-10-02 1999-04-23 Mitsubishi Electric Corp 半導体回路及びパワートランジスタ保護回路
JP3688448B2 (ja) * 1997-10-02 2005-08-31 富士通株式会社 スイッチング電源装置
US6667738B2 (en) 1998-01-07 2003-12-23 Vtech Communications, Ltd. Touch screen overlay apparatus
US6348744B1 (en) 1998-04-14 2002-02-19 Conexant Systems, Inc. Integrated power management module
GB2337121B (en) * 1998-05-09 2002-07-31 Motorola Ltd Temperature estimation arrangement and method
US5936181A (en) * 1998-05-13 1999-08-10 International Business Machines Corporation System and method for applying a role-and register-preserving harmonic transformation to musical pitches
US7035064B2 (en) * 1998-05-29 2006-04-25 Semikron Elektronik Gmbh Method and circuit arrangement with adaptive overload protection for power switching devices
US6307726B1 (en) 1998-10-02 2001-10-23 Texas Instruments Incorporated System to control the output current with temperature through a controllable current limiting circuit
US6222236B1 (en) 1999-04-30 2001-04-24 Motorola, Inc. Protection circuit and method for protecting a semiconductor device
US6137165A (en) 1999-06-25 2000-10-24 International Rectifier Corp. Hybrid package including a power MOSFET die and a control and protection circuit die with a smaller sense MOSFET
US6222745B1 (en) 1999-10-19 2001-04-24 Texas Instruments Incorporated Digitally synthesized multiple phase pulse width modulation
US6530064B1 (en) 1999-12-29 2003-03-04 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for predicting an operational lifetime of a transistor
DE10007209A1 (de) 2000-02-17 2001-09-06 Bosch Gmbh Robert Halbleiter-Leistungsbauelement mit Schmelzsicherung
AU7174700A (en) * 2000-05-04 2001-11-08 Vasu Tech Limited Configurable electronic controller
US6366153B1 (en) * 2000-05-09 2002-04-02 Delphi Technologies, Inc. Thermal management of an electronic switch
US6678829B1 (en) 2000-06-19 2004-01-13 Texas Instruments Incorporated System and method of regulating the distribution of power throughout a system through the use of uni-directional and bi-directional switches
JP2002280886A (ja) 2001-03-19 2002-09-27 Toshiba Microelectronics Corp 半導体装置
JP4620889B2 (ja) 2001-03-22 2011-01-26 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
US7164310B1 (en) * 2001-04-12 2007-01-16 Integration Associates Inc. Systems and apparatus for digital control of bias for transistors
US6816758B2 (en) * 2001-04-26 2004-11-09 The Boeing Company Programmable controller for remotely controlling input power through a switch to a load and an associated method of operation
US6637930B2 (en) 2001-10-02 2003-10-28 International Rectifier Corporation Method for calculating the temperature rise profile of a power MOSFET
JP3668708B2 (ja) * 2001-10-22 2005-07-06 株式会社日立製作所 故障検知システム
US6985343B2 (en) 2002-04-19 2006-01-10 Daimlerchrysler Corporation Programmable power management switch
WO2004042885A1 (en) 2002-11-04 2004-05-21 Raytheon Company Intelligent power system
JP4034173B2 (ja) * 2002-11-28 2008-01-16 株式会社日立製作所 半導体集積回路装置及びその半導体集積回路チップ
US6856283B2 (en) 2003-02-28 2005-02-15 Raytheon Company Method and apparatus for a power system for phased-array radar
JP2004273660A (ja) 2003-03-07 2004-09-30 Renesas Technology Corp 半導体集積回路
GB2405538B (en) * 2003-03-12 2005-11-30 Mitsubishi Electric Corp Electric motor control apparatus
US6873138B2 (en) 2003-03-20 2005-03-29 Raytheon Company Method and apparatus for converting power
DE10339939B4 (de) 2003-08-29 2010-02-11 Infineon Technologies Ag Intergierte Schaltungsanordnung und Verfahren zur Herstellung und Beurteilung derselben
WO2005022747A1 (en) 2003-09-03 2005-03-10 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Failure prediction for parallel mosfets
KR100546384B1 (ko) 2003-09-30 2006-01-26 삼성전자주식회사 현재의 온도를 감지하여 이에 상응하는 디지털 데이터를 출력하는 온도 감지기
JP3810411B2 (ja) 2004-01-23 2006-08-16 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 集積回路装置
US7839201B2 (en) * 2005-04-01 2010-11-23 Raytheon Company Integrated smart power switch

Also Published As

Publication number Publication date
CN101167251A (zh) 2008-04-23
WO2006107579A2 (en) 2006-10-12
IL184796A0 (en) 2007-12-03
JP6282169B2 (ja) 2018-02-21
JP2008535255A (ja) 2008-08-28
CN101167251B (zh) 2011-12-28
WO2006107579A3 (en) 2007-03-08
CA2598485C (en) 2015-08-11
KR101262919B1 (ko) 2013-05-09
TW200705809A (en) 2007-02-01
CA2598485A1 (en) 2006-10-12
AU2006232963B2 (en) 2009-12-03
EP2270983B1 (en) 2018-07-25
BRPI0607705A8 (pt) 2018-02-06
AU2006232963A1 (en) 2006-10-12
BRPI0607705A2 (pt) 2010-10-05
KR101236455B1 (ko) 2013-02-22
EP2270983A1 (en) 2011-01-05
TWI392230B (zh) 2013-04-01
KR20120034760A (ko) 2012-04-12
US20060221527A1 (en) 2006-10-05
IL184796A (en) 2011-09-27
JP2014197684A (ja) 2014-10-16
EP1867046A2 (en) 2007-12-19
US8076967B2 (en) 2011-12-13
US20110050324A1 (en) 2011-03-03
US7839201B2 (en) 2010-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101262919B1 (ko) 집적된 스마트 파워 스위치
US9030054B2 (en) Adaptive gate drive control method and circuit for composite power switch
US11217989B2 (en) Drive device, power supply system, and method of testing drive device
US9916940B2 (en) Power controller having adaptive control of a switching circuit
JP2019519182A (ja) 結合部の温度と電流の検知
JP5063124B2 (ja) 半導体装置
US8848330B2 (en) Circuit with a temperature protected electronic switch
CN103001611A (zh) 功率模块
US9337728B2 (en) Power supply protection system
US20170336475A1 (en) Monitoring device and monitoring method
US10809777B2 (en) Energy estimation for thermal management
CN107664742B (zh) 用于增大器件对过电压瞬变的鲁棒性的方法、系统和设备
CN109213297B (zh) 半导体装置以及半导体装置的控制方法
JP6299416B2 (ja) 駆動回路システム
JP2021048305A (ja) 保護回路、半導体装置及び方法
JP2006032393A (ja) 電力用半導体装置
KR102460421B1 (ko) 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전류 모니터링 방법
KR20210065761A (ko) 전력 반도체 소자의 쇼트 서킷 검출 장치 및 전력 반도체 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170330

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180328

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190328

Year of fee payment: 7