[发明专利]用于控制功率半导体开关的电路装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于控制功率半导体开关的电路装置和方法，开关包括栅极端子、源极端子和漏极端子以及在源极和漏极端子之间形成的导电沟道，该电路装置包括：‑用于产生控制信号的部件，控制信号使半导体开关在接通状态和断开状态之间交替；‑电流源，用于产生到栅极端子中的电流；‑评估单元，其被布置为用于：‑‑在半导体开关处于接通状态时，测量栅极端子与源极端子和漏极端子中的一个之间的电压，‑‑根据所测量的电压和来自电流源的电流，确定半导体开关的绝对温度。

技术领域

本发明涉及一种用于驱动功率半导体开关元件、例如SiC JFET或GaN HEMT开关的电路装置和方法，所述开关包括源极端子和漏极端子以及根据施加在栅极端子处的电压在这些端子之间形成的导电沟道。

背景技术

半导体开关元件例如用作功率开关元件。需要监视半导体开关元件的温度，以确保半导体开关元件和包含开关元件的模块安全运行。当开关元件的温度变得太高时，驱动该开关元件的电路可以有利地确保安全的关闭过程。

功率半导体模块一般使用诸如NTC(negative temperature coefficient，负温度系数)温度传感器的温度传感器，来获得开关元件的温度。温度传感器一般布置在载体板(基板)上，半导体开关元件也布置在载体板上。替换地，可以将温度传感器直接布置在半导体开关元件附近的散热器(heat sink)上。在这两种情况下，温度测量与主要由于载体板或散热器的热容量和热特性而产生的不确定性相关联。热惯性的时间常数使相关联的温度监视电路的反应速率降低。这可能导致模块的动态过热，并且甚至导致热故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于驱动半导体开关元件的电路装置和方法，其使得能够立即准确地确定半导体开关元件的温度。

上述技术问题通过根据本发明的电路装置和根据本发明的方法来解决。

本发明提供一种用于控制功率半导体开关元件的电路装置，开关元件包括栅极端子、源极端子和漏极端子以及在源极和漏极端子之间形成的导电沟道。该电路装置包括用于产生控制信号的部件，控制信号使半导体开关在接通状态和断开状态之间交替。该电路装置还包括：电流源，用于产生到栅极端子中的电流；以及评估单元，其被布置为用于，在半导体开关元件处于接通状态时，测量栅极端子与源极端子和漏极端子中的一个之间的电压，并且还被布置为用于，根据所测量的电压和来自电流源的电流，确定半导体开关的绝对温度。

根据本发明的用于控制功率半导体开关的方法包括以下步骤，其中，开关包括栅极端子、源极端子和漏极端子以及在源极和漏极端子之间形成的导电沟道：

-产生控制信号，控制信号使半导体开关在接通状态和断开状态之间交替；

-利用电流源产生到栅极端子中的DC电流；

-在半导体开关处于接通状态时，测量栅极端子与源极端子和漏极端子中的一个之间的电压，

-根据所测量的电压和来自电流源的电流，确定半导体开关的绝对温度。

本发明认识到，可以有利地利用可以承载电流并且展示阈值电压的、栅极和源极/漏极端子之间的结，例如pn结或肖特基结，来确定晶体管元件的温度。本发明利用这种结的I-V特性的温度相关性。

当栅极和源极端子之间的电压超过大约7V–8V的阈值电压水平时，空间电荷区穿透势垒区，并且到达AlGaN势垒层。然后，本征栅极二极管变为正偏置的，并且开始传导通过电流(let-trough current)。本发明有利地使用电流源，来刚好在将开关元件切换为接通(ON)状态之后，注入流过栅极二极管的小的DC感测电流。当超过阈值电压水平时，这有利地限制栅极驱动电路提供的电流。电流源可以是具有高电阻的电阻器。在由电流源设置电流的情况下，测量栅源二极管上的电压，并且根据测量的电压来确定温度。