集成式半導體功率開關器件制造技術

本發明專利技術涉及微電子技術領域，具體而言，涉及一種集成式半導體功率開關器件。該集成式半導體功率開關器件包括：半導體功率開關、檢測通過所述半導體功率開關的電流是否過流的電壓嵌位與采樣電路、及在所述電壓嵌位與采樣電路檢測到通過所述半導體功率開關的電流過流時使所述半導體功率開關斷開的驅動關斷電路。該集成式半導體功率開關器件，采用了集成式的器件結構，縮短了過流保護的信號采樣?傳遞?處理?執行的路徑，減低過流保護的響應延時，實現了對每一個半導體功率開關的過流保護，適用于任何拓撲結構，消除了封裝的管腳電感和PCB走線電感，明顯減小了寄生電感，除去了前沿消隱電路，提高了過流保護的可靠性。

【技術實現步驟摘要】
集成式半導體功率開關器件
本專利技術涉及微電子
，具體而言，涉及一種集成式半導體功率開關器件。
技術介紹
半導體功率器件構成的開關管是現代功率變換器的核心，半導體功率器件的穩定性和可靠性對整個功率變換器系統的可靠性有至關重要的影響，因此提高半導體器件的穩定性和可靠性有重要意義。過流損壞是半導體功率開關的一種常見失效模式，通常發生在短路、過載或者其它一些異常情況下。例如，BOOST變換器中，負載加重導致電感飽和，電感電流急劇增加，會導致半導體功率開關過流損壞。半導體功率開關的過流損壞常常會引起功率變換器系統中其它器件的損壞，甚至整個系統不可恢復的失效。例如，橋式變換器中，同一橋臂的半導體功率開關器件由于直通導致的橋式變換器過流損壞。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種集成式半導體功率開關器件，以解決上述問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種集成式半導體功率開關器件包括：半導體功率開關、檢測通過所述半導體功率開關的電流是否過流的電壓嵌位與采樣電路、及在所述電壓嵌位與采樣電路檢測到通過所述半導體功率開關的電流過流時使所述半導體功率開關斷開的驅動關斷電路，其中：所述半導體功率開關包括高位端、低位端和控制端，所述電壓嵌位與采樣電路包括第一輸入端、第二輸入端和第一輸出端，所述驅動關斷電路包括第三輸入端、第四輸入端和第二輸出端；所述半導體功率開關的高位端分別與高電位引腳和所述電壓嵌位與采樣電路的第一輸入端連接，低位端分別與接地引腳和所述電壓嵌位與采樣電路的第二輸入端連接；所述電壓嵌位與采樣電路的第一輸出端與所述驅動關斷電路的第三輸入端連接；所述驅動關斷電路的第四輸入端與控制引腳連接，第二輸出端與所述半導體功率開關的控制端連接。優選地，所述電壓嵌位與采樣電路包括：電壓嵌位電路和電壓采樣電路，其中，電壓嵌位電路在所述半導體功率開關斷開時，確保所述電壓采樣電路不工作，電壓采樣電路在所述半導體功率開關導通時，檢測通過所述半導體功率開關的電流是否過流；所述電壓嵌位電路的輸入端與所述半導體功率開關的高位端和所述高電位引腳分別連接，所述電壓嵌位電路的輸出端和所述電壓采樣電路的輸入端連接，所述電壓采樣電路的輸出端與所述驅動關斷電路的第三輸入端連接。優選地，所述電壓采樣電路包括第二二極管和第二穩壓管，所述第二二極管的陰極與所述半導體功率開關的高位端連接、陽極與所述第二穩壓管的陰極連接，所述第二穩壓管的陽極為所述電壓嵌位與采樣電路的第一輸出端，與所述驅動關斷電路的第三輸入端連接；在所述半導體功率開關導通時，所述第二二極管和所述半導體功率開關的電壓之和超過所述第二穩壓管的穩壓值時，所述第二穩壓管擊穿，從而檢測到通過所述半導體功率開關的電流過流。優選地，所述電壓嵌位電路包括第一二極管、第一電阻、第二電阻、第一穩壓管、第一電容、第三電阻、第一三極管和第四電阻；所述第一二極管的陽極和所述高電位引腳連接、陰極和所述第一電阻連接，所述第二電阻連接在所述第一穩壓管的陰極和所述第一電阻之間，所述第一穩壓管的陽極和所述接地引腳連接，所述第一電容與所述第一穩壓管并聯，所述第三電阻的一端連接在所述第一穩壓管的陰極和所述第一三極管的集電極之間，所述第一三極管的基極連接在所述第一電阻和第二電阻之間、發射極通過所述第四電阻與接地引腳連接；在所述半導體功率開關斷開時，第一電容充電，所述第一三極管導通，所述第一三極管集電極的電位小于所述第二穩壓管的穩壓值，從而保證了在所述半導體功率開關斷開時電壓采樣電路不工作。優選地，所述第一二極管由碳化硅或氮化鎵材料制成。優選地，所述第一電阻由多個電阻串聯構成。優選地，所述驅動關斷電路包括：第二三極管和第三三極管，所述第二三極管的基極和所述電壓嵌位與采樣電路的第一輸出端連接、集電極連接在所述半導體功率開關的控制端和所述控制引腳之間、發射極和所述第三三極管的集電極連接，所述第三三極管的基極和所述控制引腳連接、發射極和所述接地引腳連接；所述控制引腳輸出電壓信號，所述半導體功率開關導通，所述第三三極管導通，當所述半導體功率開關過流時，所述第二三極管導通，從而使所述半導體功率開關斷開。優選地，所述驅動關斷電路還包括：第五電阻和第六電阻，所述第五電阻串聯在所述第三三極管的基極和所述控制引腳之間，所述第六電阻連接在所述第三三極管的基極和所述接地引腳之間。優選地，所述半導體功率開關為三極管、金屬氧化物半導體場效應晶體管、晶閘管、碳化硅晶體管、氮化鎵晶體管、高電子遷移率晶體管以及絕緣柵雙極型晶體管中的一種。優選地，所述半導體功率開關、電壓嵌位與采樣電路及驅動關斷電路封裝集成于一體。與現有技術相比，本專利技術提供的集成式半導體功率開關器件，采用了集成式的器件結構，縮短了過流保護的信號采樣-傳遞-處理-執行的路徑，減低過流保護的響應延時，實現了對每一個半導體功率開關的過流保護，適用于任何拓撲結構，消除了封裝的管腳電感和PCB走線電感，明顯減小了寄生電感，除去了前沿消隱電路，提高了過流保護的可靠性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。應當理解，以下附圖僅示出了本專利技術的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。圖1為本專利技術實施例提供的一種集成式半導體功率開關器件的方框示意圖。圖2為本專利技術實施例提供的一種電壓嵌位與采樣電路的電路連接圖。圖3為本專利技術實施例提供的一種集成式半導體功率開關器件的電路連接圖。圖4為本專利技術實施例提供的一種集成式半導體功率開關器件的過流仿真結果圖。圖標：1-集成式半導體功率開關器件；S1-半導體功率開關；30-電壓嵌位與采樣電路；50-驅動關斷電路；101-高位端；103-低位端；105-控制端；301-第一輸入端；303-第二輸入端；305-第一輸出端；501-第三輸入端；503-第四輸入端；505-第二輸出端；HV-高電位引腳；Driver-控制引腳；GND-接地引腳；31-電壓嵌位電路；33-電壓采樣電路；D1-第一二極管；R1-第一電阻；R2-第二電阻；Z1-第一穩壓管；C1-第一電容；R3-第三電阻；Q1-第一三極管；R4-第四電阻；D2-第二二極管；Z2-第二穩壓管；Q2-第二三極管；Q3-第三三極管；R5-第五電阻；R6-第六電阻。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本專利技術實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本專利技術的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本專利技術的范圍，而是僅僅表示本專利技術的選定實施例。基于本專利技術的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。在本專利技術的描述中，術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等僅用于區分描述，而不能理解為只是或暗示相對重要性。請參本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種集成式半導體功率開關器件(1)，其特征在于，包括：半導體功率開關(S1)、檢測通過所述半導體功率開關(S1)的電流是否過流的電壓嵌位與采樣電路(30)、及在所述電壓嵌位與采樣電路(30)檢測到通過所述半導體功率開關(S1)的電流過流時使所述半導體功率開關(S1)斷開的驅動關斷電路(50)，其中：所述半導體功率開關(S1)包括高位端(101)、低位端(103)和控制端(105)，所述電壓嵌位與采樣電路(30)包括第一輸入端(301)、第二輸入端(303)和第一輸出端(305)，所述驅動關斷電路(50)包括第三輸入端(501)、第四輸入端(503)和第二輸出端(505)；所述半導體功率開關(S1)的高位端(101)分別與高電位引腳(HV)和所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第一輸入端(301)連接，低位端(103)分別與接地引腳(GND)和所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第二輸入端(303)連接；所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第一輸出端(305)與所述驅動關斷電路(50)的第三輸入端(501)連接；所述驅動關斷電路(50)的第四輸入端(503)與控制引腳(Driver)連接，第二輸出端(505)與所述半導體功率開關(S1)的控制端(105)連接。...

【技術特征摘要】
1.一種集成式半導體功率開關器件(1)，其特征在于，包括：半導體功率開關(S1)、檢測通過所述半導體功率開關(S1)的電流是否過流的電壓嵌位與采樣電路(30)、及在所述電壓嵌位與采樣電路(30)檢測到通過所述半導體功率開關(S1)的電流過流時使所述半導體功率開關(S1)斷開的驅動關斷電路(50)，其中：所述半導體功率開關(S1)包括高位端(101)、低位端(103)和控制端(105)，所述電壓嵌位與采樣電路(30)包括第一輸入端(301)、第二輸入端(303)和第一輸出端(305)，所述驅動關斷電路(50)包括第三輸入端(501)、第四輸入端(503)和第二輸出端(505)；所述半導體功率開關(S1)的高位端(101)分別與高電位引腳(HV)和所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第一輸入端(301)連接，低位端(103)分別與接地引腳(GND)和所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第二輸入端(303)連接；所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第一輸出端(305)與所述驅動關斷電路(50)的第三輸入端(501)連接；所述驅動關斷電路(50)的第四輸入端(503)與控制引腳(Driver)連接，第二輸出端(505)與所述半導體功率開關(S1)的控制端(105)連接。2.根據權利要求1所述的集成式半導體功率開關器件(1)，其特征在于，所述電壓嵌位與采樣電路(30)包括：電壓嵌位電路(31)和電壓采樣電路(33)，其中，電壓嵌位電路(31)在所述半導體功率開關(S1)斷開時，確保所述電壓采樣電路(33)不工作，電壓采樣電路(33)在所述半導體功率開關(S1)導通時，檢測通過所述半導體功率開關(S1)的電流是否過流；所述電壓嵌位電路(31)的輸入端與所述半導體功率開關(S1)的高位端(101)和所述高電位引腳(HV)分別連接，所述電壓嵌位電路(31)的輸出端和所述電壓采樣電路(33)的輸入端連接，所述電壓采樣電路(33)的輸出端與所述驅動關斷電路(50)的第三輸入端(501)連接。3.根據權利要求2所述的集成式半導體功率開關器件(1)，其特征在于，所述電壓采樣電路(121)包括第二二極管(D2)和第二穩壓管(Z2)，所述第二二極管(D2)的陰極與所述半導體功率開關(S1)的高位端(101)連接、陽極與所述第二穩壓管(Z2)的陰極連接，所述第二穩壓管(Z2)的陽極為所述電壓嵌位與采樣電路(30)的第一輸出端(305)，與所述驅動關斷電路(50)的第三輸入端(501)連接；在所述半導體功率開關(S1)導通時，所述第二二極管(D2)和所述半導體功率開關(S1)的電壓之和超過所述第二穩壓管(Z2)的穩壓值時，所述第二穩壓管(Z2)擊穿，從而檢測到通過所述半導體功率開關(S1)的電流過流。4.根據權利要求3所述的集成式半導體功率開關器件(1)，其特征在于，所述電壓嵌位電路(31)包括第一二極管(D1)、第一電阻(R1)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱永生，裴軼，
申請(專利權)人：蘇州捷芯威半導體有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32