TWI392230B - 積體化智慧型功率切換器 - Google Patents

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TWI392230B TW095110714A TW95110714A TWI392230B TW I392230 B TWI392230 B TW I392230B TW 095110714 A TW095110714 A TW 095110714A TW 95110714 A TW95110714 A TW 95110714A TW I392230 B TWI392230 B TW I392230B
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Description

積體化智慧型功率切換器
本發明的實施例係相關於半導體和系統。尤其是，本發明係相關於操作、控制、及監視功率半導體和系統之系統、方法、和裝置。
功率半導體裝置是精於本技藝之人士所眾所皆知並且通常用於電子功率轉換、調整、和控制。當建立功率系統的方塊時，以切換模式和線性模式操作功率半導體裝置。功率半導體滿足諸如重量輕體積小、電路等級可靠度高、故障隔離、診斷能力等此種互相衝突的要求。
功率電晶體是從瓦特到百萬瓦特的功率範圍之各種應用中所使用的功率半導體類型。儘管大部分的應用以切換模式使用功率半導體，但是仍有其他應用需要裝置在線性區中操作。此種應用包括定流電容器充電和放電、在負載中建立逐次電壓(“軟啟動”)、和有感負載的切換。
例如，可在2004,5,20的U.S.2004/0095023所發表、發明人Boris S.Jacobson等人於2003,10,24在Attorney Docket No.RTN－183AUS所提出的序號10/692,580“智慧型功率系統”可發現用於控制模式功率系統的應用。併入此專利申請案內容做為參考。
例如，圖1為藉由從電壓源Vi n 充電電容器組C1 －Cn 之以線性模式運作的電晶體Q之例子圖，及圖2為用於圖1之電晶體電路的參數圖。在t0 之前，電晶體阻隔源電壓。在t0 時，電晶體逐漸導通並且開始充電電容器組。在時間間隔t0 －t1 其間，施加線性衰減電壓到引導定流的電晶體。電晶體所耗損的功率是P＝1/(t1－t0)∫IV(t)dt，其中v(t)是電晶體各處的電壓，積體間隔從t0 到t1 ，及I是經過電晶體的定流。
有關已知當作金氧半導體場效電晶體(MOSFET)的功率半導體電晶體類型及有關絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)之相關問題係可最佳化它們作為切換器，但是無法承受以線性模式操作有關的連續功率耗損。其中一理由是被稱做過熱點效應和電流穿隧的現象。就一理想裝置而言，晶粒各處的電流密度和溫度概況通常是一致的。然而，晶粒裝附材料中的非一致摻雜和空隙會產生裝置各處的電流密度和溫度變化。結果，當晶粒的某些位置(尤其是接近晶粒的中央)開始執行在較高溫度中時，這些位置的Vt h 下降，並且電晶體增益Gm 迫使電流密度局部增加。較高的電流使增益進一步增加，最後導致裝置的熱散逸和災難性故障。如此，電流穿隧實際上防止在線性應用中使用目前可利用得到的MOSFET和IGBT。
例如，圖3為就諸如圖1的電晶體Q等電晶體而言之當作溫度的函數之電晶體閘極臨限電壓圖。如圖3所示，電晶體閘極臨限電壓Vt h 具有負溫度係數。結果，當晶粒的某些位置(尤其是接近中央)開始執行在較高溫度中時，這些位置的Vt h 下降，並且電晶體增益Gm 迫使電流密度局部增加。較高的電流使增益進一步增加，最後導致裝置的熱散逸和災難性故障。
當作另一例子，圖4為就諸如圖1的電晶體等電晶體而言之各種汲極電流的電晶體閘極對源極電壓對上接面溫度曲線圖。對應於圖4的零斜率曲線之Id 的值被稱做交越電流Ic r c 。在線性模式中提高電晶體性能之這些最有效方法的其中之一係減少其交越電流。
使用最新處理技術所製造的MOSFET裝置具有比上一代裝置較低的閘極電荷、較低的閘極到汲極電荷、和較低的導通電阻RD S o n 。例如，表1圖示增強型功率技術(APT)所製造的APT5010 MOSFET之三代產品的交越電流。使用最新MOS VI處理所製造的APT5010LLC具有比上一代裝置較低的閘極電荷、較低的閘極對汲極電荷、和較低的導通電阻RD S o n 。不好的是，當此裝置的切換性能提高時，交越電流增加且其線性操作退化。如此，可見到電流穿隧實際上防止在線性應用中使用目前的MOSFET和IGBT。
習知功率半導體裝置可能有問題的另一區域是在其安全操作區。通常，正向偏壓安全操作區(FBSOA)曲線定義在功率裝置的導通期間或在正向偏壓狀況之下功率裝置能夠承受的最大汲極電壓和電流。反向偏壓安全操作區(RBSOA)曲線定義當電晶體汲極電壓被箝位成其額定的汲極對源極崩潰電壓BVD S S 時之有感負載關閉之下的尖峰源極電流和電壓。圖5為正向偏壓安全操作區(FBSOA)曲線圖，而圖6為反向偏壓安全操作區(RBSOA)曲線圖。
可預見電晶體必須在所有狀況之下的FBSOA和RBSOA之固定邊界內操作。然而，FBSOA和RBSOA曲線只限制最大的汲極對源極電壓定額。不然，與指示裝置的絕對限制相反，曲線表示“可接受的”可靠度之區域通常被表示成失誤之間的平均時間(MTBF)。再者，FBSOA曲線一般表示在殼體溫度25℃時的單一電流脈衝和幾個不同脈衝寬度之資料。因為大部分的應用需要連續操作和較高的殼體溫度，所以必須為每一特定殼體重新計算FBSOA。
結果，許多設計無法承受變化的環境或電路狀況，諸如在冷卻劑流減少的非常時刻於較高溫度中操作或提供較高電流給失速的電動機。設置能夠承受變化的環境條件之功率半導體裝置的其中一方法係為應用設置一超大尺寸的裝置。然而，此種超大尺寸仍無法防止裝置免於在其中一操作模式中為充分利用而在另一操作模式中過於加壓。
目前，功率電晶體的問題在於缺乏診斷和預報(prognostic)，難以決定運作中的功率半導體出現什麼問題。在決定故障的可能成因之後可檢視故障的裝置。功率放大器可靠度的常見預測方法有賴於裝置接面溫度。預測方法係依據理論性模型但是並不將製造缺陷和實際操作狀況列入考量。例如，預測功率電晶體可靠度的現存方法無法說明由接觸到基底的過度加壓晶粒或安裝到散熱器的缺點所引起之裝置故障。另外，目前沒有根據安裝的電晶體功率處理能力檢查或校準安裝的電晶體之方法。
在一實施例中，本發明提供包含一可控制半導體裝置、一第一感測器、以及一控制器的裝置。可控制半導體裝置(如、功率電晶體、靜電感應電晶體(SIT)、閘流體、MOS控制閘流體(MCT)、閘極關閉(GTO)閘流體、和射極關閉(ETO)閘流體的至少其中之一)係與第一操作參數和第二操作參數相關連，其中至少第一操作參數是可控制的。
第一操作參數例如可包含汲極對源極電壓、集極對射極電壓、陽極對陰極電壓、閘極電壓、閘極電流、基極電流、平均汲極裝置電流、平均集極裝置電流、平均陽極裝置電流、尖峰汲極電流、尖峰集極電流、尖峰陽極電流、RMS汲極電流、RMS集極電流、RMS陽極電流、晶粒溫度、殼體溫度、接面溫度(TJ )、切換頻率、和工作循環的至少其中之一。
第二操作參數例如可包含閘極驅動、基極驅動、電晶體偏壓、安全操作區(SOA)條件、汲極對源極電壓臨限(VD S )、RMS汲極電流臨限(ID R M S )、正向和反向偏壓安全操作區(SOA)脈衝電流臨限(ID M )、由汲極對源極導通電阻(RD S ( O N ) )所限制之正向偏壓SOA汲極電流(ID )邊界、和功率裝置操作區的至少其中之一。
第一感測器(如、溫度感測器、電壓感測器、和電流感測器的至少其中之一)與可控制半導體裝置通訊，且第一感測器取得有關可控制半導體裝置的第二操作參數之資料。第一感測器可在多於一個的位置監視可控制半導體。也可設置額外的感測器，諸如取得影響可控制半導體的環境條件(如、溫度、冷卻劑的流動、及濕度位準的至少其中之一)和力學條件(如、應力、應變、力、移動、振動、加速、和衝擊的至少其中之一)的至少其中之一的感測器等。
控制器與可控制半導體裝置和感測器通訊。控制器被組配成存取與可控制半導體有關的裝置資料，控制可控制半導體的第一操作參數，及從第一感測器接收有關第二操作參數的資料。控制器依據裝置資料決定第一預測值，比較有關第二操作參數的資料與第一預測值，及若依據此比較偵測到第一狀況(如、超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、冷卻劑問題、散熱器問題、晶粒缺陷、晶粒互連接合缺陷、晶粒裝附缺陷、及裝置封裝安裝缺陷的至少其中之一)，則控制器動態修正第一操作參數。
在另一實施例中，本發明提供操作可控制半導體之方法，該可控制半導體與第一感測器通訊。使可控制半導體生效，且控制第一操作參數(如、汲極對源極電壓、集極對射極電壓、陽極對陰極電壓、閘極電壓、閘極電流、基極電流、平均汲極裝置電流、平均集極裝置電流、平均陽極裝置電流、尖峰汲極電流、尖峰集極電流、尖峰陽極電流、RMS汲極電流、RMS集極電流、RMS陽極電流、晶粒溫度、殼體溫度、接面溫度(TJ )、切換頻率、和工作循環的至少其中之一)。
監視第二操作參數(如、閘極驅動、基極驅動、電晶體偏壓(SOA)條件、汲極對源極電壓臨限(VD S )、RMS汲極電流臨限(ID R M S )、正向和反向偏壓安全操作區(SOA)脈衝電流臨限(ID M )、由汲極對源極導通電阻(RD S ( O N ) )所限制之正向偏壓SOA汲極電流(ID )邊界、和功率裝置操作區的至少其中之一)。
存取有關可控制半導體的裝置資料資訊(如、以下至少其中之一：崩潰汲極對源極電壓BVD S S 、崩潰汲極對源極電壓BVD S S p 保護臨限、額定汲極對源極電壓VD S S 、額定汲極對源極電壓VD S S 保護臨限、最大單一脈衝電流ID M 、最大單一脈衝電流ID M 保護臨限、連續汲極電流ID 、連續汲極電流ID 保護臨限、突崩電流IA R 、突崩電流IA R 保護臨限、預定接面溫度Tj下的單一脈衝之預設正向偏壓安全操作區(FBSOA)、預定接面溫度Tj下的單一脈衝之預設反向偏壓安全操作區(RBSOA)、一般和突崩模式的至少其中之一的接面對殼體瞬時熱阻抗曲線、散熱器對殼體熱阻抗Zt h h c 、接面對殼體熱阻抗Zt h j c 、預定溫度T的導通狀態電阻RD S ( o n ) ( a t t e m p T ) 、正常化導通狀態電阻RD S (ON)對上溫度、當作散逸功率的函數TH S (PM )之散熱器溫度TH S 、接面溫度Tj 臨限、積體二極體Qr r 的反向回復電荷和積體二極體Qr r 的反向回復時間tr r )。
依據裝置資料資訊和第二操作參數，決定有關第一狀況(如、超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、冷卻劑問題、散熱器問題、晶粒缺陷、晶粒互連接合缺陷、晶粒裝附缺陷、及裝置封裝安裝缺陷的至少其中之一)是否存在。
若第一狀況存在，則採取第一動作。第一動作例如可以是以下至少其中之一：(a)修正可控制半導體的操作；(b)關閉可控制半導體；(c)中斷可控制半導體的操作；(d)切換可控制半導體的操作模式；(e)依據偵測到的第一狀況決定可控制半導體的安全操作區(SOA)條件，並且調整第一參數以維持SOA；(f)檢查不同的第二操作參數；(g)診斷第一狀況；(h)依據第一狀況決定是否可能發生第二狀況，第二狀況包含超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、冷卻劑問題、散熱器問題、晶粒缺陷、晶粒接合缺陷、晶粒裝附缺陷、裝置封裝安裝缺陷、功率裝置的熱介面問題、功率裝置的可靠度降低、在高電流負載之下的功率裝置故障、和在高功率負載之下的功率裝置故障的至少其中之一；及(i)提供通知。
在另一實施例中，本發明提供決定可控制半導體的操作狀況之方法，該可控制半導體具有接面和殼體，該方法包含：存取與可控制半導體有關的裝置資料，裝置資料包含故障之間的預定平均時間(MTBF)；計算可控制半導體的接面和殼體之間的熱阻抗Zt h j c ；至少週期性地量測可控制半導體的接面溫度Tj 和殼體溫度Tc ；至少部分依據Tj 、Tc 、及Zt h j c 以計算可允許的散逸功率；及至少部分依據可允許的散逸功率和MTBF以定義可控制半導體的至少一動態、安全操作區(SOA)邊界，動態SOA係依據Tj 和Tc 的週期性量測而至少週期性地被調整。
在另一實施例中，本發明為能夠在切換和線性模式中操作並且包含晶粒之可控制半導體裝置提供偵測可控制半導體裝置中的電流穿隧之方法，該方法包含以下非按順序的步驟：(a)在大致接近晶粒中央的位置監視中央晶粒溫度；(b)在大致接近晶粒周邊的位置監視周邊晶粒溫度；(c)若晶粒的中央晶粒溫度大於周邊溫度並且可控制半導體的操作模式是切換模式，則關閉可控制半導體的操作；及(d)若晶粒的中央晶粒溫度大於周邊溫度並且可控制半導體的操作模式是線性模式，則中斷可控制半導體的操作並且將其操作模式改變成切換模式。
在另一實施例中，本發明提供決定可控制半導體操作中的實際和潛在錯誤之方法，該方法包含以下非按順序的步驟：(a)監視可控制半導體的一組參數，該組參數包含裝置、操作、和溫度參數的至少其中之一；(b)為該可控制半導體存取一組裝置資料；(c)至少部分依據該組參數和該組裝置資料以決定可控制半導體的預測功率散逸和預測接面溫度；(d)量測可控制半導體的實際功率散逸和實際接面溫度；(e)比較實際功率散逸與預測功率散逸；(f)比較實際接面溫度與預測接面溫度；(g)至少部分依據(e)和(f)的比較，決定可控制半導體中是否已發生實際錯誤或可能發生潛在錯誤；且(h)在可控制半導體操作期間至少週期性地重複步驟(a)到(g)。
在另一實施例中，本發明提供決定被安裝裝置之功率處理能力之方法，包含：量測被安裝裝置之溫度；決定被安裝裝置的預測溫度變化以預期當作測試脈衝的結果；發送測試脈衝到被安裝裝置；量測被安裝裝置之實際溫度變化以當作測試脈衝的結果；且比較實際溫度變化與預測溫度變化。
本文將更完整說明有關本發明的這些和其他實施例之細節。
下面說明藉由提供使用MOSFET裝置、特性、和特徵的例子解釋本發明的某些特點。然而，應明白的是本文所說明的本發明之實施例和概念應用於許多其他半導體裝置類型，包括可控制半導體、三終端半導體、和諸如雙極接面電晶體(BJT)、絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)、閘極關閉(GTO)閘流體、和射極關閉(ETO)閘流體等此種功率半導體等等，但並不侷限於此。
在一觀點中，本發明提供新特點，添加功能位準到習知功率半導體並且定義和使新的可重新組配功率系統等級生效。新的可重新組配功率系統等級包括下文稱做積體化智慧型功率切換器(ISPS)的裝置。ISPS的至少一些實施能夠幫助解決常見的各種功率半導體問題，諸如電流穿隧、靜電安全操作區(SOA)、預報資訊的缺乏、診斷的缺乏、校準的缺乏、及被安裝裝置的不適當檢查方法等。
本發明的至少一些實施又提供下列有利的特點：(1)藉由在複數位置監視晶粒溫度以偵測及/或防止電流穿隧；(2)根據裝置容許的晶粒溫度、裝置電壓及/或電流、及裝置需要之可靠度的一或多個以動態控制安全操作區(SOA)；(3)自我診斷和預報以偵測和提供諸如晶粒、晶粒接合、晶粒裝附等缺陷和裝置安裝缺陷的提前警告以幫助防止災難失誤並且增加可靠度；(4)根據裝置的殼體溫度上升及/或功率處理能力規劃裝置；及(5)提前警告潛在失誤。
圖7為根據本發明的一實施例之積體化智慧型功率切換器(ISPS)100的第一方塊圖，及圖8為根據本發明的一實施例之積體化智慧型功率切換器(ISPS)的第二方塊圖。
參照圖7及8，ISPS 100包括一可控制半導體裝置(本文又稱做可控制半導體102，並且只在圖8圖示作MOSFET功率裝置)，至少一感測器106、及一控制器104。如圖7所示，ISPS 100可任意地包括附加感測器(被圖示作第二感測器106’和第三感測器106”)，並且ISPS 100可提供功率給外部負載150。需注意的是，在圖7的方塊圖中，為了簡化，以簡化形式圖示連接，以單一線表示各個連接。例如，第一感測器106可在多於一個的位置監視可控制半導體102，並且可提供多於一個的信號給控制器104，但是圖7仍圖解說明單一連接線。
在操作ISPS 100期間，控制器104依據來自感測器106的輸入(如、當作反饋迴路)控制可控制半導體102的操作。例如，如圖8所示，控制器104控制可控制半導體102的閘極驅動，並且從感測器106(和ISPS 100中的任意其他感測器)接收各種感應輸入以幫助控制器104(任意地連同其他資訊，諸如裝置資料125等)決定適當的閘極驅動。控制器104至少週期性地從感測器106接收資料。有利的是，控制器104大致連續地從感測器106接收資料，使得控制器能夠透過感測器106提供給可控制半導體102的控制信號快速且動態地修正可控制半導體的操作。
雖然在圖8中，可控制半導體102被圖解作金氧場效電晶體(MOSFET)，但是並不侷限於特定半導體類型。本發明的至少一些實施例可使用的圖解性MOSFET例子是從Oregon,Bend公司的增強型功率技術可得到之具有部件號碼APT10021JFLL的1000V,37A,0.21 ohms MOSFET。可控制半導體102可以是任一類型的可控制半導體裝置，包括大部分類型的三端半導體、功率半導體、包括接面FETS(JFETS)和MOSFETS、雙極接面電晶體(BJT)、絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)、靜電感應電晶體(SIT)、MOS控制閘流體(MCT)、閘極關閉(GTO)閘流體、和射極關閉(ETO)閘流體的場效電晶體(FETS)，但是並不侷限於此。
在可控制半導體102是MOSFET的例子中，如圖8所示，可控制半導體102與各種操作參數相關連，某些參數是有關能夠由外部控制的參數，某些參數是可量測的(如、藉由感測器)，及某些參數與可控制半導體102本身相關連。例如，能夠量測之可控制半導體102的操作參數包括(但並不侷限於此)汲極電壓、閘極電壓、閘極電流、平均汲極裝置電流、尖峰汲極電流、RMS汲極電流、晶粒溫度、殼體溫度、接面溫度(Tj )、切換頻率、和工作循環。
能夠控制(由控制器104或其他外部控制)之可控制半導體102的操作參數包括(但並不侷限於此)：閘極驅動、電晶體偏壓、安全操作區(SOA)條件、汲極對源極電壓臨限(VD S )、RMS汲極電流臨限(ID R M S )、正向和反向偏壓安全操作區(SOA)脈衝電流臨限(ID M )、由汲極對源極導通電阻(RD S ( o n ) )所限制之正向偏壓SOA汲極電流(ID )邊界、功率裝置的操作區。
與裝置本身相關連之可控制半導體的操作參數包括(但並不侷限於此)裝置資料125，諸如崩潰汲極對源極電壓BVD S S 、崩潰汲極對源極電壓BVD S S p 保護臨限、額定汲極對源極電壓VD S S 、額定汲極對源極電壓VD S S 保護臨限、最大單一脈衝電流ID M 、最大單一脈衝電流ID M 保護臨限、連續汲極電流ID 、連續汲極電流ID 保護臨限、突崩電流IA R 、突崩電流IA R 保護臨限、預定接面溫度Tj下的單一脈衝之預設正向偏壓安全操作區(FBSOA)、預定接面溫度Tj下的單一脈衝之預設反向偏壓安全操作區(RBSOA)、一般和突崩模式的至少其中之一的接面對殼體瞬時熱阻抗曲線、散熱器對殼體熱阻抗Zt h h c 、接面對殼體熱阻抗Zt h j c 、預定溫度T的導通狀態電阻RD S ( o n ) ( a t t e m p T ) 、正常化導通狀態電阻RD S (ON)對上溫度、當作散逸功率的函數之散熱器溫度TH S TH S (PM )、接面溫度Tj臨限、積體二極體Qr r 的反向回復電荷和積體二極體Qr r 的反向回復時間tr r 。
上述的裝置資料125例如可被設置成製造者資料表單的一部份並且可被設置成控制器104。在一實施例中，控制器104視需要存取裝置資料125，其中裝置資料被設置在ISPS 100的外部。在另一實施例中，控制器104接收和儲存裝置資料在其內建的記憶體中(如、圖8的非揮發性記憶體)。
操作參數又可包括能夠影響可控制半導體102的操作之環境及/或力學參數(在圖7又稱作環境資訊107及力學資訊109)。環境參數包括溫度、冷卻劑流動、濕度位準、和由外部負載所牽曳的電流，但並不侷限於此。力學參數包括應力、應變、力、移動、振動、加速、和衝擊，但並不侷限於此。如同精於本技藝之人士所明瞭一般，環境參數，尤其是溫度和濕度位準，對半導體裝置的性能有重大影響。同樣地，力學參數也可影響半導體裝置性能，尤其是若力學參數對所有或部分半導體裝置產生實體破壞。
感測器106可以是技藝中已知被設計用以感應上述的一或多個操作參數之任何裝置。有利的是，本發明的至少一些實施例使用複數感測器(如、如圖7所示的第一、第二、和第三感測器106、106’、及106”)。感測器106例如可以是電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、力學感測器等。如圖8所示，感測器106可以是溫度感測器，圖8的ISPS 100又包括電流感應108形式的第二感測器，包括感測電阻器110。同時，感測器106、電流感應108、和感測電阻器110提供操作參數資料給控制器104。在圖8，此操作參數資料經由例子被圖解當作到控制器104的輸入，被標示作“溫度感應”、“汲極電壓感應”、“閘極電壓感應”、“閘極電流感應”、和“電流感應”。
在至少一實施例中，感測器106被組配成在ISPS 100上的多於一個位置感應相同參數，有助於偵測某些錯誤和問題類型。例如，在一實施例中，感測器106被組配成在可控制半導體102上的多於一個位置感應溫度(如、可控制半導體102的晶粒中央之溫度、晶粒周邊上的一或多個點之溫度等)。當可控制半導體102逐漸產生諸如電流穿隧等問題時，晶粒中央的溫度超過其周邊的溫度。如此，晶粒中央和其周邊之間溫度差的偵測指出電流穿隧開始。
如同精於本技藝之人士所明白一般，有許多種實施感測器106的方式。例如，感測器106可被實施當作複數分離感測器，如具有依據特定應用用於各種分別點的複數輸入和許多其他配置之單一感測器。感測器106又可以是可控制半導體102及/或控制器104的一部份。
控制器104是一可程式化裝置，能夠：(a)從一或多個感測器106接收輸入；(b)接收偏壓功率122(當作驅動可控制半導體102的輸入)；(c)接收命令/控制信號128；(d)存取及/或儲存與可控制半導體102有關的裝置資料125；(e)處理(a)到(d)的一或多個此資訊以控制半導體裝置的操作；和(f)提供狀態/通知信號124。
如圖8所示，在一實施例中，控制器104包括電路板上調節器和濾波器112，接收偏壓功率122的輸入(諸如隔離偏壓功率等)，包括用以提供狀態、預報、及診斷資訊124的第一介面118利用以接收裝置資料和命令信號126之的第二介面120之輸入和輸出信號介面，閘極驅動電路114(諸如從美國德州之達拉斯的德州儀器可取得之UCD7100等)，選擇性具有非揮發性記憶體(如、用以儲存裝置資料)的數位信號處理器(DSP)或微控制器，和類比/數位(A/D)及數位/類比(D/A)轉換器116。
有利的是，控制器104可程式化以實施下面將說明之圖9、10、13、14及15中的一或多個方法。這些方法實施本發明的至少一些特性，包括電流穿隧保護、動態安全操作區、診斷和預報、和被安裝裝置的校準，但並不侷限於此。如同精於本技藝之人士明白一般，雖然藉由例子，特別使用被實施當作MOSFET的可控制半導體102圖解說明圖9、10、11、14及15中的方法，但是這些方法適用於並且可被構製用於幾乎任何功率裝置類型。
例如，在一實施例中，用以控制諸如圖7及8的ISPS 100等功率裝置的方法使用在多於一個位置連續監視可控制半導體102的晶粒溫度以偵測過熱點效應且防止對可控制半導體102的破壞。當可控制半導體102逐漸產生電流穿隧時，晶粒中央的溫度超過其周邊的溫度。因此，晶粒中央和其周邊之間的溫度差偵測指出電流穿隧開始。
若當以切換模式操作可控制半導體102時，諸如溫度感測器等感測器106偵測過熱點效應，則命令可控制半導體102關閉。抑或，若以線性模式操作可控制半導體102，則作為關閉的另一選擇，控制器104可中斷可控制半導體102的操作，將可控制半導體102的模式改變成切換，並且繼續操作供應或降低相同的平均電流。圖9圖示電流穿隧保護的其中一方法，圖9為根據本發明的一實施例之控制諸如ISPS 100等功率裝置的控制方法200之流程圖。
參照圖7、8及9，在控制方法200中，裝置資料125被接收在控制器104中(方塊210)。控制器104可以許多不同方式接收裝置資料125。例如，可以藉由使用者或其他實體人工輸入裝置資料125到控制器104；控制器可存取儲存在別處(諸如遠端裝置上)的裝置資料；可在控制器104開機時初始化控制器104以載入有裝置資料125等。在此方法中，遠在其他方塊之前就可以控制器104接收裝置資料。再者，在方塊210中，裝置資料125可選擇性地被儲存在ISPS 100中，諸如若控制器104具有電路板上記憶體，儲存在控制器104的記憶體等。每當控制器104需要裝置資料125時，控制器104可輪流地存取外部所儲存的裝置資料125，或可要求裝置資料125。
若適用的話，可產生(方塊215)和提供狀態或通知訊息給外部使用者。狀態訊息例如可包括有關裝置資料125的資訊。當進行圖9的控制方法200時，方塊215的狀態訊息可包括有關ISPS 100的安全操作區(SOA)之通知及/或有關已偵測到之ISPS 100的實際或潛在缺陷之通知。使ISPS 100生效(方塊220)。當作一例子，就圖1的ISPS而言，藉由控制器104提供足夠使可控制半導體生效的信號給功率裝置加以實施。例如，若可控制半導體102是MOSFET，則可藉由控制器104提供足以驅動MOSFET的閘極驅動信號給線性或切換模式(無論哪一個適用於特定應用)而使ISPS生效。
ISPS 100的操作被監視著(方塊230)。至少週期性發生此監視，並且有利的是，大致連續發生。監視操作包括監視一或多個下列裝置及/或操作參數：晶粒溫度、殼體溫度、汲極電壓、閘極電壓、尖峰汲極電流、均方根(RMS)汲極電流、平均汲極電流、閘極電流、接面溫度(Tj)、切換頻率、和工作循環。
在方塊230可監視其他操作參數。例如，可被監視的其他操作參數包括(但並不侷限於此)環境參數或狀況，諸如環境資訊109(如、溫度、冷卻劑的流動、濕度位準、及/或外部負載所牽曳的電流)等，和力學參數或狀況，諸如力學資訊109(如、應力、應變、力、移動、振動、加速、及/或衝擊)等。
在方塊230之後，控制方法200的處理被分成三方法，大致同時執行各個方法(但是並不一定要執行)。方塊400表示安全操作區(SOA)方法400，本文將連同圖13另外說明。方塊300表示保護方法300，本文將連同圖10另外說明。方塊500表示診斷和預報方法500，本文將連同圖14另外說明。
需注意的是，保護方法300(方塊300)的其中一輸出被關閉並且報告錯誤類型(方塊314)，(若ISPS 100被關閉)結束ISPS 100的操作(因此結束控制方法200)。
圖10為根據本發明的一實施例之用於諸如ISPS 100等功率裝置的保護之保護方法300的流程圖。如同精於本技藝之人士將明白一般，保護方法300可被設計成保護幾乎任何功率裝置類型。保護方法300可被實施當作圖9之控制方法200的一部份，或可被實施當作獨立的方法。若圖10保護方法300被實施當作圖9之控制方法200的一部份，則透過圖9的方塊210－230完成方塊301的部分之方塊(包括方塊302、304、306)，並且在圖10的方塊306之後開始保護方法300。
另外，若保護方法300被實施當作獨立方法，則執行方塊302、304及306。在圖10的方塊302所執行之“輸入和儲存資料”功能大致與圖9的方塊210之“接收(和選擇性地儲存)裝置資料”功能相同，並且上文提供給方塊210的說明適用於方塊302。圖10的方塊304之“使ISPS生效”功能大致與圖9的方塊220之“使ISPS生效”功能相同，及上文提供給方塊220的說明適用於方塊304。同樣地，圖10的方塊306之“監視裝置和操作參數和殼體溫度”功能大致與圖9的方塊230之“監視裝置和操作參數”功能相同，並且上文提供給方塊230的說明適用於方塊306。
再次參照圖10和圖7及8，在監視裝置和操作參數之後，保護方法300將其保護工作分成四子群組(可同時操作子群組，但也不一定必須如此做)：超溫和電流穿隧保護309、過大功率保護310、過電流保護311、和過電壓保護312。
在超溫和電流穿隧保護309子群組中(方塊315－320)，控制器104檢查(方塊315)可控制半導體102中的接面溫度(Tj )是否大於或等於Tj 臨限(如同方塊320的裝置資料所決定的一般)。若Tj 大於或等於Tj 臨限，則控制器104關閉可控制半導體102並且提供報告故障類型的通知(方塊314)。
若Tj 不大於或等於Tj 臨限，則控制器104檢查是否已在可控制半導體102中偵測到過熱點效應(又稱作電流穿隧)。如同精於本技藝之人士將明白一般，可藉由幾種不同方式加以進行。例如，控制器104可檢查(a)裝置各處的電流密度和溫度變化；(b)可控制半導體102的某些晶粒位置，尤其是接近晶粒中央，是否開始以較低的電晶體閘極臨限電壓Vt h 開始執行；及/或在可控制半導體102的任一部份中之電流密度的局部增加(較高的正向跨導所導致)。較佳方法係監視晶粒各處的溫度變化。
若未偵測到過熱點效應/電流穿隧，則保護方法300跳回到方塊306。然而，若方塊316顯示已偵測到過熱點效應/電流穿隧並且ISPS 100是在切換模式(方塊318)，則控制器關閉可控制半導體102且報告故障類型(方塊314)。若方塊316顯示已偵測到過熱點效應/電流穿隧，檢查是否可改變操作模式(方塊319)。例如，若ISPS 100是在線性模式中(方塊318)，則在不必關掉ISPS 100之下就可中斷可控制半導體102的操作(方塊320)(如、藉由透過改變閘極驅動信號偏壓可控制半導體102)。若負載特性使得可利用脈衝式電流操作，則控制器104將可控制半導體102的模式改變成切換模式(方塊302)繼續操作ISPS 100饋送或降低相同的平均電流或功率(視應用而定)，並且跳回到方塊306。若在方塊219中無法改變模式(如、因為負載特性與脈衝式電流不相容)，則關閉可控制半導體102並且報告故障類型(方塊314)。
在過大功率保護子群組310中，控制器104從兩量測的操作參數：汲極對源極電壓(VD S )和汲極電流ID ，找出總電晶體耗損PM (方塊322)。可以幾種方式進行，諸如藉由求時間間距T期間其瞬間電壓和電流的乘積之積分等。若可控制半導體102利用固定頻率切換，則時間間距T是切換頻率的週期。若可控制半導體102以線性模式或具有可變頻率的切換模式操作，則藉由平均時間間距期間的耗損可找出可控制半導體的功率散逸，該時間間距包括一些導通和關閉事件較佳。當耗損被計算時(方塊322)，則資訊被提供(方塊313)到診斷和預報方法500，將連同圖14另外討論方法500。若總耗損PM 超過耗損PM 臨限(方塊324)，則控制器104關閉ISPS 100並且提供有關故障/缺陷類型的通知(方塊314)。然而，若總耗損PM 小於耗損PM 臨限，則方法跳回到方塊306。
再次參照圖10，在過電流保護子群組311中，控制器104檢查脈衝電流ID M 是否超過臨限(方塊326)。若超過，則控制器104關閉ISPS 100並且報告故障/缺陷類型(方塊214)。若脈衝電流ID M 未超過臨限，則方法跳回到方塊306。
就過電壓保護而言，應注意的是，就本發明的至少一些實施例而言，只有當ISPS 100具有去除其到ISPS 100的主要功率之其他機構或若ISPS 100具有包含瞬時電壓消除器的外部電路，諸如半導體、金氧變阻器(MOV)、電花隙、或任何其他適當裝置等時，提供過電壓保護才適合。
在過電壓保護子群組312中，控制器104檢查可控制半導體102汲極對源極過電壓VD S (方塊328)是否低於可控制半導體102的崩潰電壓VD S S 。例如，控制器104可如此進行的其中一方法係藉由量測漏流(如、透過電流感測器108)。若電晶體電壓VD S 低於其崩潰電壓VD S S ，則方法回到方塊306。若VD S 大於或等於其崩潰電壓，則控制器檢查突崩狀況(方塊330)。進行此種檢查的其中一方法係檢查在汲極電流流經可控制半導體的同時，汲極對源極電壓VD S 是否固定。若VDS不固定(和若滿足方塊328的狀況)，則在可控制半導體102中沒有突崩狀況，並且最可能的結果是可控制半導體102的故障。所以，若在方塊330未偵測到突崩狀況，則控制器104關閉ISPS 100並且報告故障/缺陷類型(方塊214)。
然而，若控制器104決定VD S 保持固定，大致衰退的汲極電流流經可控制半導體，並且符合方塊328的狀況，則可控制半導體102是在突崩狀況中。然後，控制器104檢查(方塊312)汲極電流ID 是否大於或等於突崩電流IA R 或是否接面溫度Tj 大於或等於最大接面溫度Tj m a x (方塊332)。若符合這些狀況的任一個，則可控制半導體102已故障或幾近故障，控制器104關閉ISPS 100並且報告故障/缺陷類型(方塊214)。若未符合方塊332中的任一狀況，則方法跳回到方塊306。
本發明的另一觀點提供動態控制可控制半導體102的安全操作區(SOA)之方法(圖7、8)。此方法能夠完全使用可控制半導體102的晶粒(如、電晶體晶粒)，並且能夠根據可控制半導體102之需要的可靠度和接面溫度安全增加電流。
圖11為用於圖解性可控制半導體102(在此例中為MOSFET)之正向偏壓安全操作區(FBSOA)的邊界圖。這些邊界係依據提供給可控制半導體102的裝置資料所提供的(如、在裝置資料表單中)。例如，因為已知MOSFET的汲極對源極電阻RD S ，所以可藉由施加漸增的電壓量到汲極對源極各處並且量測多少電流在流動以決定圖11所示的RD S ( o n ) 限制電流邊界。不管漸增的電壓，可流動多少電流仍有限制(即尖峰電流邊界)，並且沿著圖11的FBSOA邊界，可看出可控制半導體102又受到功率邊界的支配，最後到達圖11的電壓邊界所示的限制，超出此，可控制半導體102將不能利用需要/想要的MTBF操作。
圖12為根據本發明的一實施例之動態安全操作區的概念圖。曲線表示用於固定接面溫度的電壓和電流之MTBF的函數以形成三維表面(此表面的橫剖面圖示於圖12當作標示作“平行面454”的陰影區。為了清楚，圖11的RDS ( o n ) 限制電流邊界未圖示於圖12。圖12中點線所限制的平面上之區域表示對應於最小(又稱作“縮減的”)MTBF之最大安全操作區452(MSOA)。平行面454上的區域表示增加的MTBF和縮減的SOA 456。為了實現動態安全操作區(DSOA)的概念，圖13的方法實際上“滑動”SOA上下MTBF軸458以達成想要的性能。
圖13的方法(下文另外說明)能夠藉由根據接面和殼體溫度和負載特性調整電晶體電壓和電流以即時控制SOA。圖13的方法之操作有助於確定：(a)在大致所有操作狀況之下自我保護ISPS 100(即透過其控制器104和透過感測器108所做的量測，ISPS 100可自我校準和自我調整以維持安全操作區)；(b)最佳化晶粒尺寸和成本的降低；及(c)在危險或緊急事件中，在應急短路狀態(battle short state)中安全增加脈衝式電流(如、ISPS 100的SOA可被增加到最大SOA 452容許的位準)，以防止ISPS 100不在緊要時刻關閉本身(例如，透過命令/控制128，ISPS 100可處於此種應急短路狀態中。
例如，若預期將有功率散逸突然增加(如、當切換耗損提高時以較高的切換頻率開機或操作期間)，並且預期ISPS 100只能夠與降低定額或“中間位準”SOA 456一起操作時，則其中一解決方案係使用能夠在特定降低定額位準中處理較大功率之較大晶粒。
圖13為根據本發明的一實施例之動態控制諸如ISPS 100等功率裝置的安全操作區(SOA)之方法400(“SOA法”)的流程圖。精於本技藝之人士將明白，SOA法400可被用於動態調整幾乎任何功率裝置類型的操作參數。此外，圖13的SOA法400可被實施當作圖9的控制法200的一部份，或可被實施當作獨立的方法。若圖13的SOA法400被實施當作控制法200的一部份，則實際上透過圖9的方塊210－230完成方塊401(包括方塊402、404及406)的一部份之方塊，及在圖13的方塊406之後開始SOA法400。
另外，若保護法400被實施當作獨立方法，則執行方塊402、404及406。圖13的方塊402所執行之“輸入和儲存資料”功能大致與圖9的方塊210之“接收(和選擇性地儲存)裝置資料”功能相同，並且上文提供給方塊402的說明適用於方塊402。圖13的方塊404之“使ISPS生效”功能大致與圖9的方塊220之“使ISPS生效”功能相同，及上文提供給方塊220的說明適用於方塊404。同樣地，圖13的方塊406之“監視裝置和操作參數和殼體溫度”功能大致與圖9的方塊230之“監視裝置和操作參數”功能相同，並且上文提供給方塊230的說明適用於方塊406。
參照圖7、8及11，控制器104計算電壓係數k當作Tj 、ID 、MTBF，和其他適合因子的函數(方塊410)。此結果被用於幫助計算正向偏壓安全操作區(FBSOA)和反向偏壓安全操作區(RBSOA)電壓邊界VB (方塊402)，如下面等式(1)所示。
VB＝kBVD S S 等式(1)
電壓係數k和電壓邊界VB 被提供給方塊402以調整從在方塊402存取的裝置資料之一部分的單一脈衝(25℃SOA曲線)衍生的預設邊界。
在方塊414中，控制器104使用脈衝寬度TP 、頻率、和工作循環D計算接面對殼體瞬時熱阻抗Zt h j c (t)，如下面等式(2)所示。
Zt h j c ＝Zt h D＋(1－D)Zt h (TP ＋T)－Zt h (T)＋Zt h (TP ) 等式(2)
在方塊416中，控制器使用Zt h j c 計算FBSOA功率邊界PB ，如下面等式(3)所示。
PB ＝(Tj －Tc a s e )/Zt h j c 等式(3)
在方塊418中，控制器104從功率邊界PB 計算RMS汲極對源極電流ID R M S (見下面等式(4))，並且此資訊被用於(方塊420)回到步驟402調整預設RMS電流臨限。也就是說，預設RMS電流臨限被調整並且饋送回到在方塊402存取的裝置資料以動態調整此安全操作區方面。
在方塊422中，根據下面等式(5)，控制器104計算FBSOA和RBSOA脈衝電流(ID M )邊界當作工作循環D、切換頻率f、接面溫度Tj 、和可靠度(即故障之間的平均時間MTBF或另一適當可靠度特性)的函數，並且此資訊被用於(方塊242)回到步驟402中調整預設脈衝電流臨限ID M 。
ID M ＝ID M (D,f,Tj ,MTBF) 等式(5)
在方塊426中，根據下面等式(6)，控制器104使用正常化導通狀態電阻RD S (ON)當作接面溫度的函數計算FBSOA汲極對源極導通狀態電阻RD S ( o n ) 限制邊界，並且此資料被用於(方塊428)回到步驟402調整RD S ( o n ) 所限制的FBSOA邊界。
ID ＝VD /RD S ( O N ) RD S (ON) 等式(6)
本發明又提供診斷和預報法，有助於諸如ISPS 100等功率裝置的自我診斷及/或預測錯誤。例如，此自我診斷和預測使ISPS 100能夠偵測及/或預測缺陷，缺陷包括(但並不侷限於此)晶粒、晶粒接合、晶粒裝附、和裝置封裝安裝缺陷。診斷和預報法提供一提前警告，有助於防止災難失誤並且增加功率裝置本身和被安裝在其中的任何系統之可靠度。自我診斷和預報法500的其中一實施圖解在圖14。
若圖14的自我診斷和預報法500被實施當作圖9的控制法200之一部分，則實際上透過圖9的方塊210－230完成方塊501(包括方塊502、504、506)的部分之方塊，並且在圖14的方塊506之後開始自我診斷和預報法500。
另外，若自我診斷和預報法500被實施當作獨立法，則執行方塊502、504及506。圖14的方塊502所執行之“輸入、輸出、和儲存資料”功能大致與圖9的方塊210之“接收(和選擇性地儲存)裝置資料”功能相同，並且上文提供給方塊210的說明適用於方塊502。圖14的方塊504之“使ISPS生效”功能大致與圖9的方塊220之“使ISPS生效”功能相同，及上文提供給方塊220的說明適用於方塊504。同樣地，圖14的方塊506之“監視裝置和操作參數和殼體溫度”功能大致與圖9的方塊230之“監視裝置和操作參數”功能相同，並且上文提供給方塊230的說明適用於方塊506。
參照圖7、8及14，控制器104檢查ISPS 100是否在切換模式中(方塊510)。若可控制半導體102在線性模式中操作，則方法跳到方塊514。然而，若可控制半導體102是在切換模式中，則控制器104計算功率耗損、包括閘極功率散逸PG T 、切換散逸PS W 、積體二極體功率散逸PD 、和電晶體洩漏功率散逸PL K (方塊512)。下文將進一步討論這些計算的每一個。等式(7)被用於計算閘極功率散逸PG T 。
PG T ＝1/T∫ | VG S (t)| | IG (t)| dt用於0到T的積體時間間距等式(7)
就等式(7)到(12)而言，時間間距T被定義如下：若以固定頻率切換可控制半導體102，則時間間距T是切換頻率的週期。若以可變頻率操作可控制半導體102，則在包括一些導通和關閉事件的操作時間間距期間，藉由平均等式(7)到(12)所定義的耗損以找出可控制半導體102的功率散逸。等式(8)被用於計算切換功率散逸PS W ：PS W ＝1/T∫ VD S (t)ID (t)dt用於VD S >0,ID >0及t1 到t2 的積體時間間距 等式(8)其中：t1 被定義作用於正ig和VD S <0.1VD S S 的當ig >0.1Ig p k 時的時刻t2 被定義作用於負ig和ID S <0.1VD S S 的當ig <0.1Ig p k 時的時刻只要不影響本發明的本質，可使用其他定義積體時間間距的準則。
等式(9)到(11)被用於計算積體二極體功率散逸PD 。
PD ＝PD C O N D ＋PD S W (t) 等式(9)PD C O N D ＝1/T∫ VD S (t)ID (t)dt用於VD S <0,ID <0及0到T的積體時間間距 等式(10)PD S W ＝Qr r /T∫ VD S (t)dt用於0到tr r 的積體時間間距等式(11)
其中Qr r 是反向回復電荷tr r 是反向回復時間等式(12)被用於計算洩漏功率散逸PL K PL K ＝1/T∫ VD S (t)ID (t)dt用於VD S ＝VD D ,ID >0及0到T的積體時間間距 等式(12)
在方塊514中，控制器104係使用類似於併入本文以做為參考之Siliconix公司的R.Severns(主編)之1984年MOSPOWER應用手冊第4－17頁到4－21頁所說明的數值程序，來解答用於功率損耗PC A L C 和接面溫度TJ C A L C 的兩非線性等式(分別為下面的等式(13)和等式(14))。
PC A L C ＝PG ＋PS W ＋PD ＋PL K ＋IR M S 2 RD S ( o n ) ( 2 5 ℃ ) RD S N 等式(13)TJ C A L C ＝TH S ＋PC A L C (Zt h h c ＋Zt h j c ) 等式(14)
存取量測的電晶體功率散逸PM 。可以許多不同方式決定及/或獲得PM ，包括從方塊313的保護法300，從保護演算法。在方塊518、522、526及530比較計算和量測的功率散逸和接面溫度。需注意的是，可以任意次序執行方塊518、522、526及530；圖解說明的順序只提供做為例子並非限制。
若PC A L C ≧PM 並且若TJ C A L C ≧TJ M (方塊518)，則方塊520的狀況被假定存在(即導通狀態電阻RD S ( o n ) 是在限制內，熱阻抗Zt h h c 和Zt h j c 也是一樣)。ISPS 100被假定成沒有問題並且方法跳回到方塊506。選擇性地，預後和診斷資訊又可被報告當作反饋到方塊502的一部份。
若PC A L C ≧PM 並且&TJ C A L C <TJ M (方塊522)，則導通狀態電阻RD S ( o n ) 是在限制內，但是熱介面阻抗，包括Zt h h c 或Zt h j c 或Zt h h c 和Zt h j c 二者，超過特定值(方塊524)。因為較高的熱阻抗將導致較高的接面溫度，所以RD S ( o n ) 將增加，直到裝置到達熱平衡。因此，偵測到的狀況具有瞬時本質並且將在導通期間為一些脈衝式負載或為固定負載診斷熱介面問題。預知是在高功率負載之下的降低裝置可靠度和潛在的故障。預後和診斷資訊可被報告當作反饋到方塊502的一部份，並且方法本身跳回到方塊506。
若PC A L C <PM 並且&TJ C A L C <TJ M (方塊530)，則ISPS 100可能具有上述任一缺陷，即組合的熱阻抗或導通狀態電阻或熱阻抗和導通狀態電阻二者比正常高(方塊532)。這些狀況可指出可控制半導體102中的晶粒或晶粒連接缺陷。預知是高電流或高功率負載之下的降低裝置可靠度和潛在的故障。預後和診斷資訊可被報告當作反饋到方塊502的一部份。
在方塊534中，散熱器溫度TH S 與從函數TH S (PM )所決定的預期溫度TH S S E T 比較。若散熱器溫度大於預期用於量測功率散逸，則報告散熱器或散熱器冷卻問題(方塊536)，及方法本身跳回到方塊506。需注意的是，在方塊506之後，可在幾乎任何時間執行方塊534和536，包括在任一方塊510－532之前，或在任一510－532之間，並且在診斷和預後法500中此時所執行的方塊534和536僅提供做為例子而非限制。
在另一觀點中，本發明又提供校準諸如圖7及8的ISPS 100等被安裝功率裝置之方法。此方法至少部分依據其殼體到散熱器熱阻抗之ISPS 100的功率處理能力之相依性。也就是說，依據ISPS 100的裝設和功率處理能力，ISPS 100的設計和操作使其能夠在被安裝時被校準。
圖15為根據本發明的一實施例之具有包括非集中式控制和積體化智慧型功率切換器的被安裝功率裝置之智慧型功率系統600的方塊圖。系統600是能夠與任何數目的負載一起工作並且與階層式控制相反而是非集中式之一智慧型、可重新組配系統。
具有三層級分散控制之圖15的智慧型功率系統600包括監督系統612，包含一主要能源和儲存體，能夠控制和與一或多個區域功率子系統614通訊。各個區域功率子系統614包括一負載和複數圖7及8的ISPS 100。各個區域功率子系統614控制其操作的某些方面(透過決定功率控制和與其他區域控制器通訊之區域控制器626)，傳遞狀態和操作決定到監督系統612(再一次透過區域控制器626)，並且若需要的話能夠從監督系統612接收監督控制。視需要，監督系統612能夠使功率共用於各個功率子系統614之間。
監督系統612包括監督控制器616、一或多個監視感測器618、和能夠控制共用功率620之複數ISPS。共用功率620表示能夠滿足大致所有區域功率子系統614的需要之一組一或多個功率源。各個區域功率子系統614包括一或多個區域功率裝置623(類似於上述的可控制半導體102)，提供資料給傳遞資訊給區域控制器626之一或多個區域監視感測器。在監督系統612中，監視感測器618從共用功率620取得資料並且傳遞資料給監督控制器616。
當區域功率子系統614連接到負載625時，監督控制器616發送預定寬度的導通(生效)脈衝至所有區域功率子系統614。功率裝置623被載入一段脈衝持續期間，並且透過區域監視感測器619監視和報告它們的殼體溫度上升給區域控制器626。區域控制器626報告此資訊給監督控制器616。預期的殼體溫度上升係依據由監督控制器616存取並且儲存在區域控制器626的記憶體之特定殼體到散熱器熱阻抗，與依據各個區域功率子系統614的功率散逸。如此，根據它們殼體溫度上升和最終功率處理能力規劃所有區域功率子系統614。當作一例子，在此文章中，規劃包括在圖示整座功率系統的連接之電路圖中，各個ISPS具有識別其功率處理能力之對應的號碼，如、統計平均、在平均之上、在平均之下等情況。規劃使監督控制器616能夠決定在各個功率子系統614之間如何最佳共用功率。因為具有比預期殼體溫度上升高的裝置可能具有安裝缺陷，所以規劃區域功率子系統又提供辨別它們校正維修的機會。
如此，在一實施例中，本發明提供決定諸如功率裝置等被安裝裝置的功率處理能力、量測被安裝裝置溫度之方法。未被安裝裝置決定預測溫度變化(如、溫度上升)，其中預測溫度變化被預期當作測試脈衝的結果。發送測試脈衝到被安裝裝置。量測當作測試脈衝的結果之被安裝裝置的實際溫度變化。實際溫度變化與預測溫度變化比較。實際溫度變化與預測溫度變化的比較可被用於決定被安裝裝置的功率處理能力。依據知道的被安裝裝置之功率處理能力，可採取以下動作：諸如至少部分依據功率處理能力，安排負載到被安裝裝置；至少部分依據功率處理能力，調整可操作式耦合於被安裝裝置的負載；及/或至少部分依據功率處理能力，重新分配可操作式耦合於被安裝裝置的負載。
在規劃之後，如下使用兩控制層級操作各個區域子系統614，各個區域控制器626與其他區域控制器通訊，並且監督繼續決定SOA、提供自我診斷等的區域ISPS。在系統600中，(僅做為例子，具有三控制層級)藉由(例如)將區域子系統614的某些或所有功率能力切換成另一區域子系統、推翻區域子系統614的關閉、提供有關報告及/或預測錯誤反饋給外部使用者628，由監督控制器616執行有關整個功率流、區域控制器626之間的衝突解決、和來自各個區域子系統的狀態資訊之處理的無論什麼決定。
圖16為提供圖15的智慧型功率系統600之另一實施的具有兩層級控制之串聯功率系統700圖，及複數ISPS裝置如何被串聯在一起之圖。在圖16中，控制器616監督四ISPS裝置：ISPS 614A、614B、614C及614D。電源617A供給ISPS 614A電力並且用於供給電源供應器619A電力。同樣地，電源617B供給ISPS 614B電力並且用於供給電源供應器619B電力。電源供應器619A供給ISPS 614C電力而電力供應器619B供給ISPS 614D電力。ISPS 614C及ISPS 614D各個可提供功率到負載625A、625B、625C及625D。控制器616在串聯功率系統700的所有元件之間提供功率流控制(包括功率共用)，並且監視各個ISPS 614以幫助防止/減少單一點故障。然而，大部分此監視和控制的細節是各個系統特有的演算法之一部分。
圖17為本文所說明的另一ISPS應用。圖17為具有可被用於具有能源儲存單元的直流電(DC)匯流排之以ISPS為主的切換器和放電電路800之較簡易單層級控制圖。在此應用中，ISPS減少互連信號數目，增加性能(安全、反應速度、和系統層級可靠度)，並且增添功能性(使用本文圖9、10、13及15所說明的方法)。
本發明的一或多個實施例可被用於在許多不同功率系統類型運作，包括併入其全部做為參考之上述的2004,5,20的U.S.2004/0095023所發表、發明人Boris S.Jacobson等人於2003,10,24在Attorney Docket No.RTN－183AUS所提出的序號10/692,580“智慧型功率系統”，但並不侷限於此。
如同上述說明和相關圖式所示一般，本發明設置一提供自我故障診斷、預測潛在故障、校準被安裝裝置/系統、和動態自我調整考量實際操作狀況的操作參數之功率系統的系統、方法、和裝置。本發明的至少一些實施例提供決定出現在運作中的功率裝置是否出現問題之方法。此外，本發明的至少一些實施例提供根據它們的功率處理能力以檢查和校準被安裝電晶體的方法。
在此申請案的圖式中，在某些例子中，複數系統元件或方法方塊可被圖示作特定系統元件的圖解說明，並且單一系統元件或方法方塊可被圖示作複數特定系統元件或方法方塊的圖解說明。應明白的是，圖示複數特定元件或方塊並不用於暗示根據本發明所實施的系統或方法必須包含多於一個的那元件或方塊，圖解單一元件或方塊也不用於侷限實施例只能具有單一個那分別元件或方塊。此外，圖示用於特定系統元件或方法的元件或方塊總數並不限制；精於本記憶之人士可明白，在某些例子中，可選擇特定系統元件或方法方塊的數目以符合特定使用者需求。
再者，在圖式中，就圖解方法或處理的圖式、流程圖表、及/或流動圖而言，矩形方塊是“處理方塊”，能夠表示一或多個諸如電腦軟體指令等指令(或指令群組)。菱形方塊是“決定方塊”，表示影響處理方塊所表示的電腦軟體指令之執行的一或多個諸如電腦軟體指令等指令(或指令群組)。另一選擇是，處理和決定方塊表示由諸如數位信號處理器電路、微控制器、或應用特定積體電路(ASIC)等功能相同電路所執行的活動。另外，可使用硬體和軟體的組合實施活動和方塊。
圖式、流程圖表、方塊圖、及流程圖不描畫任何特定程式化語言的語法。而是圖式、流程圖表、方塊圖、及流程圖圖解說明精於本技藝之人士需要製造電路及/或產生電腦軟體以執行根據本發明所需的處理之功能資訊。需注意的是，並未圖示許多常式程式元件，諸如回路和變數的初始化及暫時性變數的使用等。精於本技藝之人士應明白除非本文特別指出，否則上述特定的步驟順序只是圖解說明用，只要不違背本發明的精神可加以變化。如此，除非特別陳述，否則本文所說明的步驟非按順序，也就是說，可能的話，可以任何方便或想要的順序執行這些步驟。
用於實施所有或部分本發明的軟體可含包在包括電腦可使用媒體之電腦程式產品中。例如，此種電腦可使用媒體可包括具有儲存在其上的電腦可讀式程式碼區段之可讀式記憶體裝置，諸如硬碟機裝置、CD－ROM、DVD－ROM、或電腦磁片等。電腦可讀式媒體又可包括具有承載於其上當作數位或類比信號的程式碼區段之通訊鏈結，無論是光學、有線、或無線的。
在說明圖式中所圖解說明的本發明之實施例時，為了清楚起見使用的特定術語(如、語言、片語、產品商標名稱等)。這些名稱只提供做為例子而非限制。本發明並不侷限於所選擇的特定術語，並且各個特定語詞至少包括所有文法、字面、科學、技術、和功能同等物，與利用類似方法操作以完成類似目的者。而且，在圖解說明中，圖式、和正文、特定名稱可指定特定特徵、元件、電路、模組、表格、軟體模組、系統等。然而，本文所使用的此種術語係用於說明目的並非限制。
雖然利用具有某種程度的特定性之較佳形式說明和圖解本發明，但是應明白較佳形式的本揭示僅做為例子，只要不違背本發明的精神和範疇可進行許多建構和組合細節與部件配置的變化。
雖然已參照特定實施說明和圖解技術的原則，但是應明白可以許多其他不同形式和在許多不同環境實施該技術。可與其他技術組合一起使用本文所說明的技術。因此，本發明不應侷限於所說明的實施例，而應只由附錄於後的申請專利範圍之精神和範疇加以限制。此外，本文所引用的所有出版品和參考文件皆特意併入本文做為參考。
100．．．積體化智慧型功率切換器
102．．．可控制半導體
104．．．控制器
106．．．感測器
106’．．．第二感測器
106”．．．第三感測器
107．．．環境資訊
108．．．電流感應
109．．．力學資訊
110．．．感測電阻器
112．．．電路板上調節器和濾波器
114．．．閘極驅動電路
114．．．數位信號處理器
114．．．微控制器
118．．．第一介面
120．．．第二介面
122．．．偏壓功率
124．．．狀態/通知信號
125．．．裝置資料
126．．．裝置資料和命令信號
128．．．命令/控制信號
150．．．外部負載
452．．．最大安全操作區
454．．．平行面
456．．．增加失誤之間的平均時間和減少安全操作區
458．．．增加失誤之間的平均時間和減少安全操作區軸
614A．．．積體化智慧型功率切換器
614B．．．積體化智慧型功率切換器
614C．．．積體化智慧型功率切換器
614D．．．積體化智慧型功率切換器
616．．．控制器
617A．．．電源
617B．．．電源
619A．．．電源供應器
619B．．．電源供應器
625C．．．負載
625D．．．負載
625E．．．負載
625F．．．負載
800．．．積體化智慧型功率切換器為主的切換器和放電電路
連同下面說明和附圖將可更完整瞭解本發明的優點和觀點，其中：圖1為以線性模式操作的電晶體電路之概要圖圖2為圖1之電晶體電路的參數圖；圖3為圖1之電晶體的當作溫度函數之電晶體閘極臨限電壓圖；圖4為圖1之電晶體的各種汲極電路之電晶體閘極到源極臨限電壓對上接面溫度曲線圖；圖5為正向偏壓安全操作區(FBSOA)曲線圖；圖6為反向偏壓安全操作區(RBSOA)曲線圖；圖7為根據本發明的一實施例之積體化智慧型功率切換器(ISPS)的第一方塊圖；圖8為根據本發明的一實施例之積體化智慧型功率切換器(ISPS)的第二方塊圖；圖9為根據本發明的一實施例之控制功率裝置的方法之流程圖；圖10為根據本發明的一實施例之保護功率裝置的方法之流程圖；圖11為根據本發明的一實施例之正向偏壓安全操作區的邊界圖；圖12為根據本發明的一實施例之動態安全操作區的概念圖；圖13為根據本發明的一實施例之功率裝置的安全操作區(SOA)動態控制之方法的流程圖；圖14為根據本發明的一實施例之診斷和預測功率裝置錯誤的方法之流程圖；圖15為根據本發明的一實施例之具有非集中式控制和積體化智慧型功率切換器的智慧型功率系統之第一方塊圖；圖16為根據本發明的一實施例之智慧型功率系統的第二方塊圖；及圖17為根據本發明的一實施例之智慧型功率系統的應用圖。
圖式並未按比例繪製，其重點在於圖解本發明的原則。此外，在圖式中，相同參照符號表示相同元件。
100．．．積體化智慧型功率切換器
102．．．可控制半導體
104．．．控制器
106．．．感測器
106’．．．第二感測器
106”．．．第三感測器
107．．．環境資訊
109．．．力學資訊
122．．．偏壓功率
124．．．狀態/通知信號
125．．．裝置資料
126．．．裝置資料和命令信號
150．．．外部負載

Claims (42)

  1. 一種功率裝置，包含：一可控制半導體裝置，該可控制半導體裝置與一第一操作參數和一第二操作參數相關連，其中至少該第一操作參數是可控制的；一第一感測器，與該可控制半導體裝置通訊，該第一感測器取得有關該可控制半導體裝置的該第二操作參數之資料；及一控制器，與該可控制半導體裝置和該感測器通訊，該控制器被組配成存取與該可控制半導體有關的裝置資料，控制該可控制半導體的該第一操作參數，且從該第一感測器接收有關該第二操作參數的資料，其中該裝置資料包含一預設汲極對源極電壓(VDS )邊界、一預設功率邊界(PB )、一預設RMS電流邊界(IDRMS )、和一預設RDS(on) 限制電流邊界的至少其中之一；及其中該控制器依據該裝置資料決定一第一預測值，比較有關該第二操作參數的該資料與該第一預測值，並且若依據此比較偵測到一第一狀況，則動態性修正該第一操作參數。
  2. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該可控制半導體包含一功率電晶體、一靜電感應電晶體 (SIT)、一閘流體、一MOS控制閘流體(MCT)、一閘極關閉(GTO)閘流體、和一射極關閉(ETO)閘流體的至少其中之一。
  3. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該第一感測器包含一溫度感測器、一電壓感測器、和一電流感測器的至少其中之一。
  4. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該第一操作參數包含汲極對源極電壓、集極對射極電壓、陽極對陰極電壓、閘極電壓、閘極電流、基極電流、平均汲極裝置電流、平均集極裝置電流、平均陽極裝置電流、尖峰汲極電流、尖峰集極電流、尖峰陽極電流、RMS汲極電流、RMS集極電流、RMS陽極電流、晶粒溫度、殼體溫度、接面溫度(Tj )、切換頻率、和工作循環的至少其中之一。
  5. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，另外包含一第二感測器，該第二感測器取得有關該可控制半導體的第三操作參數之資料，該第二感測器與該控制器通訊，並且該控制器從該第二感測器接收有關該第三操作參數的資料；其中該控制器依據該被儲存的裝置資料決定一預測的第三操作參數，比較有關該第三操作參數的該資料與該預測的第三操作參數，且若偵測到一第一狀況，則該控制器動態性修正該第一操作參數。
  6. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該第 一感測器和控制器的至少其中之一係週期性和大致連續性的其中之一來取得其資料。
  7. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該第二操作參數包含一閘極驅動、基極驅動、一電晶體偏壓、一安全操作區(SOA)條件、一汲極對源極電壓臨限(VDS )、一RMS汲極電流臨限(IDRMS )、一正向和反向偏壓安全操作區(SOA)脈衝電流臨限(IDM )、由汲極對源極導通電阻(RDS(ON) )所限制之一正向偏壓SOA汲極電流(ID )邊界、和該功率裝置操作區的至少其中之一。
  8. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該第一狀況包含超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、一冷卻劑問題、一散熱器問題、一晶粒缺陷、一晶粒互連接合缺陷、一晶粒裝附缺陷、及一裝置封裝安裝缺陷的至少其中之一。
  9. 根據申請專利範圍第8項之功率裝置，其中該控制器被組配成在偵測到該第一狀況時執行一動作。
  10. 根據申請專利範圍第9項之功率裝置，其中該動作包含以下至少其中之一：(a)修正該可控制半導體的操作；(b)關閉該可控制半導體；(c)中斷該可控制半導體的操作；(d)切換該可控制半導體的操作模式；(e)依據該偵測到的第一狀況決定該可控制半導體的安全操作區(SOA)條件，並且調整該第一參數以維持 該SOA；(f)檢查一不同的第二操作參數；(g)診斷該第一狀況；(h)依據該第一狀況決定是否可能發生一第二狀況，該第二狀況包含超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、一冷卻劑問題、一散熱器問題、一晶粒缺陷、一晶粒接合缺陷、一晶粒裝附缺陷、一裝置封裝安裝缺陷、該功率裝置的熱介面問題、該功率裝置的可靠度降低、在高電流負載之下的該功率裝置故障、和在高功率負載之下的該功率裝置故障的至少其中之一；及(i)提供一通知。
  11. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該第一感測器在多於一個的位置上監視該可控制半導體。
  12. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中該裝置資料資訊包含以下至少其中之一：崩潰汲極對源極電壓BVDSS 、崩潰汲極對源極電壓BVDSSp 保護臨限、額定汲極對源極電壓VDSS 、額定汲極對源極電壓VDSS保護臨限、最大單一脈衝電流IDM 、最大單一脈衝電流IDM 保護臨限、連續汲極電流ID 、連續汲極電流ID 保護臨限、突崩電流IAR 、突崩電流IAR 保護臨限、預定接面溫度Tj 下的單一脈衝之預設正向偏壓安全操作區(FBSOA)、預定接面溫度Tj下的單一脈衝之預設反向偏壓安全操作區(RBSOA)、一般和突崩模式的至少其中之一的接面對殼體瞬時熱阻抗曲線、散熱器對殼體熱阻抗Zthhc 、接面對殼 體熱阻抗Zthjc 、預定溫度T下的導通狀態電阻RDS(on)(at temp T) 、正常化的導通狀態電阻RDS (ON)對溫度、當作散逸功率的函數THS (PM )之散熱器溫度THS 、接面溫度Tj 臨限、該積體二極體Qrr 的反向回復電荷和該積體二極體Qrr 的反向回復時間trr 。
  13. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，另外包含一第三感測器，該第三感測器係與該控制器通訊，該第三感測器取得影響該可控制半導體的一環境條件和一力學條件的至少其中之一。
  14. 根據申請專利範圍第13項之功率裝置，其中該環境條件包含一溫度、一冷卻劑的流動、及一濕度位準的至少其中之一。
  15. 根據申請專利範圍第13項之功率裝置，其中該力學條件包含應力、應變、力、移動、振動、加速、和衝擊的至少其中之一。
  16. 根據申請專利範圍第1項之功率裝置，其中：該可控制半導體包含一場效電晶體(FET)，該場效電晶體具有一汲極電極、一閘極電極、和一源極電極；及該控制器包含一第一輸出和一第一輸入，該第一輸出提供閘極驅動信號到該可控制半導體的該閘極電極，該第一輸入耦合於該第一感測器以使該控制器能夠接收有關該第二操作參數的資料。
  17. 根據申請專利範圍第16項之功率裝置，其中該控制器另外包含一第二輸入，該第二輸入適於接收偏壓功 率以提供該閘極驅動信號的來源。
  18. 根據申請專利範圍第17項之功率裝置，其中該控制器另外包含一第三輸入，該第三輸入適於接收與該可控制半導體有關的裝置資料。
  19. 根據申請專利範圍第18項之功率裝置，其中該控制器另外包含一第二輸出，該第二輸出包含通知信號。
  20. 根據申請專利範圍第19項之功率裝置，其中該通知信號包含有關該可控制半導體的操作模式、該可控制半導體的狀態、該第一狀況、一錯誤通知、和一錯誤預測的至少其中之一的資訊。
  21. 一種操作可控制半導體之方法，該可控制半導體與一第一感測器通訊，該方法包含：使該可控制半導體生效；控制該可控制半導體的第一操作參數；監視該可控制半導體的第二操作參數；存取有關該可控制半導體的裝置資料資訊，其中該裝置資料包含一預設汲極對源極電壓(VDS )邊界、一預設功率邊界(PB )、一預設RMS電流邊界(IDRMS )、和一預設RDS(on) 限制電流邊界的至少其中之一；依據該裝置資料資訊和該第二操作參數決定一第一狀況是否存在；且若該第一狀況存在，則採取一第一動作。
  22. 根據申請專利範圍第21項之方法，另外包含：依據該裝置資料資訊計算一第一預測值；且 比較該第一預測值與該第二操作參數。
  23. 根據申請專利範圍第21項之方法，另外包含偵測超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、一冷卻劑問題、一散熱器問題、一晶粒缺陷、一晶粒接合缺陷、一晶粒裝附缺陷、及一裝置封裝安裝缺陷、一環境條件、和一力學條件的至少其中之一。
  24. 根據申請專利範圍第21項之方法，其中採取第一動作包含以下至少其中之一：(a)調整該第一參數；(b)修正該可控制半導體的操作；(c)關閉該可控制半導體；(d)中斷該可控制半導體的操作；(e)切換該可控制半導體的操作模式；(f)檢查一不同的第二操作參數；(g)依據該偵測到的第一狀況決定該可控制半導體的安全操作區(SOA)條件，並且調整該第一參數以維持該SOA；(h)診斷該第一狀況；(i)依據該第一狀況決定是否可能發生一第二狀況，該第二狀況包含超溫、電流穿隧、過大的功率、過電流、過電壓、一冷卻劑問題、一散熱器問題、一晶粒缺陷、一晶粒接合缺陷、一晶粒裝附缺陷、一裝置封裝安裝缺陷、該功率裝置的熱介面問題、該功率裝置的可靠度降低、在高電流負載之下的該功率裝置故障、和在高功率負 載之下的該功率裝置故障的至少其中之一；及(j)提供一通知。
  25. 根據申請專利範圍第21項之方法，其中該裝置資料包含一預設汲極對源極電壓(VDS )邊界、一預設功率邊界(PB )、一預設RMS電流邊界(IDRMS )、和一預設RDS(on) 限制電流邊界的至少其中之一，及其中決定一安全操作區(SOA)另外包含：決定該功率裝置的SOA汲極對源極電壓(VDS )邊界；決定該功率裝置的SOA功率邊界(PB )；決定該功率裝置的SOA RMS電流邊界(IDRMS )；決定該功率裝置的SOA RDS(on) 限制電流邊界；且分別依據該SOA汲極對源極電壓(VDS )邊界、SOA功率邊界(PB )、SOA RMS電流邊界(IDRMS )、和SOA RDS(on) 限制電流邊界來調整該預設汲極對源極電壓(VDS )邊界、一預設功率邊界(PB )、一預設RMS電流邊界(IDRMS )、和一預設RDS(on) 限制電流邊界。
  26. 根據申請專利範圍第21項之方法，另外包含：監視該可控制半導體的一第三操作參數；且依據該裝置資料資訊和該第二和第三操作參數的該至少其中之一決定一第一狀況是否存在。
  27. 根據申請專利範圍第21項之方法，另外包含監視影響該可控制半導體之環境和力學條件的至少其中之一。
  28. 一種決定可控制半導體的操作狀況之方法，該可控制半導體具有一接面和一殼體，該方法包含：存取與該可控制半導體有關的裝置資料，該裝置資料包含故障之間的一預定平均時間(MTBF)；計算該可控制半導體的該接面和殼體之間的熱阻抗Zthjc ；至少週期性地量測該可控制半導體的該接面溫度Tj 和該殼體溫度Tc ；至少部分依據Tj 、Tc 及Zthjc 計算一可允許的散逸功率；且至少部分依據該可允許的散逸功率和該MTBF以定義該可控制半導體的至少一動態、安全操作區(SOA)邊界，該動態SOA係依據Tj 和Tc 的週期性量測而至少週期性地被調整。
  29. 根據申請專利範圍第28項之方法，另外包含：根據該動態SOA控制該可控制半導體的操作。
  30. 根據申請專利範圍第29項之方法，其中控制操作另外包含調整該可控制半導體的尖峰電流、RMS電流、及平均電流的至少其中之一。
  31. 根據申請專利範圍第28項之方法，其中至少部分依據脈衝寬度、頻率、和工作循環而計算Zthjc 。
  32. 根據申請專利範圍第28項之方法，其中該裝置資料另外包含瞬時熱阻抗和單一脈衝安全操作區(SOA)的至少其中之一。
  33. 一種偵測在一可控制半導體裝置中的電流穿隧之方法，該可控制半導體裝置能夠以切換和線性模式操作並且包含一晶粒，該方法包含以下非按順序的步驟：(a)在大致接近該晶粒的中央位置監視一中央晶粒溫度；(b)在大致接近該晶粒的周邊位置監視一周邊晶粒溫度；(c)若該晶粒的該中央晶粒溫度大於該周邊溫度並且該可控制半導體的該操作模式是切換模式，則關閉該可控制半導體的該操作；及(d)若該晶粒的該中央晶粒溫度大於該周邊溫度並且該可控制半導體的該操作模式是線性模式，則中斷該可控制半導體的操作並且將其操作模式改變成切換模式。
  34. 根據申請專利範圍第33項之方法，另外包含若關閉該可控制半導體，則產生一警告。
  35. 根據申請專利範圍第33項之方法，另外包含若改變該可控制半導體的操作模式，則重複步驟(a)-(d)。
  36. 一種決定在一可控制半導體操作中的實際和潛在錯誤之方法，該方法包含以下非按順序的步驟：(a)監視該可控制半導體的一組參數，該組參數包含裝置、操作、和溫度參數的至少其中之一；(b)為該可控制半導體存取一組裝置資料；(c)至少部分依據該組參數和該組裝置資料來決定 該可控制半導體的預測功率散逸和預測接面溫度；(d)量測該可控制半導體的實際功率散逸和實際接面溫度；(e)比較該實際功率散逸與該預測功率散逸；(f)比較該實際接面溫度與該預測接面溫度；(g)至少部分依據(e)和(f)的比較，決定該可控制半導體中是否已發生一實際錯誤或一可能發生潛在錯誤；及(h)在該可控制半導體操作期間至少週期性地重複步驟(a)到(g)，其中該裝置資料包含一預設汲極對源極電壓(VDS )邊界、一預設功率邊界(PB )、一預設RMS電流邊界(IDRMS )、和一預設RDS(on) 限制電流邊界的至少其中之一。
  37. 根據申請專利範圍第36項之方法，另外包含(i)若步驟(g)顯示已發生一實際錯誤或一可能發生潛在錯誤，則產生一通知。
  38. 根據申請專利範圍第36項之方法，其中該可控制半導體另外包含一散熱器，且該方法另外包含：(j)至少部分依據該組參數和該組裝置資料來決定該可控制半導體的預測散熱器溫度；(k)量測該可控制半導體的實際散熱器溫度；(l)若實際散熱器溫度大於預期散熱器溫度，則決定存在一散熱器和一散熱器冷卻劑問題的至少其中之一。
  39. 一種決定一被安裝裝置之功率處理能力之方法，包含：量測該被安裝裝置之溫度；決定該被安裝裝置的一預測溫度變化以預期當作一測試脈衝的結果；發送該測試脈衝到該被安裝裝置；量測該被安裝裝置的實際溫度變化以當作該測試脈衝的結果；且比較該實際溫度變化與該預測溫度變化。
  40. 根據申請專利範圍第39項之方法，另外包含使用該實際溫度變化與該預測溫度變化的該比較以決定該被安裝裝置之該功率處理能力。
  41. 根據申請專利範圍第39項之方法，另外包含以下至少其中之一：(a)至少部分依據該功率處理能力來指派負載給該被安裝裝置；(b)至少部分依據該功率處理能力來調整可操作式耦合於該被安裝裝置之負載；及(c)至少部分依據該功率處理能力來重新分配可操作式耦合於該被安裝裝置之負載。
  42. 根據申請專利範圍第41項之方法，其中步驟(c)另外包含依據已知用於一部分一或多個其他被安裝功率裝置之功率處理能力，重新分配該負載給該一或多個其他被安裝功率裝置。
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