用于測定半導體開關的溫度的方法和設備技術

本申請涉及一種用于測定半導體開關的溫度的方法和設備，其中該半導體開關（1）具有集成的柵極電阻（RGint），該方法具有如下方法步驟：-通過經與半導體開關（1）的柵極電阻端子（GA）連接的外部電阻（Rext）提高半導體開關（1）的柵極-發射極電壓（UGE）來接通半導體開關（1），-測定在提高半導體開關（1）的柵極-發射極電壓（UGE）期間柵極-發射極電壓（UGE）從第一電壓（U1）上升到第二電壓（U2）需要的持續時間（dt），以及-借助所測定的持續時間（dt）來測定半導體開關（1）的溫度（T）。此外，本發明專利技術涉及一種用于測定半導體開關（1）的溫度（T）的相關設備。本發明專利技術使高動態地測定半導體開關（1）的溫度成為可能。

【技術實現步驟摘要】
用于測定半導體開關的溫度的方法和設備
本專利技術涉及一種用于測定半導體開關的溫度的方法和設備。
技術介紹
半導體開關尤其例如用于電壓和電流的整流器和逆變器，其中，通常將多個半導體開關彼此電連接來實現變流器。半導體開關在此通常設置在襯底上，該襯底又直接或間接與冷卻體連接。在半導體開關、譬如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor））或金屬氧化物半導體場效晶體管（MOSFET：MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor））運行時，在接通和關斷半導體開關時在半導體開關中以熱形式出現損耗能量，該損耗能量導致半導體發熱。損耗能量在此基本上出現在半導體開關的所謂阻擋層并且導致其溫度上升。損耗能量在此基本上依賴于半導體開關接通和關斷的頻率以及在運行中流經半導體開關的電流和加在半導體開關上的電壓。如果在半導體開關運行中，半導體開關的溫度尤其是其阻擋層溫度超過允許的邊界值，例如由于動態或靜態過負載，則這可能導致故障并且在極端情況下導致半導體開關損毀。為了防止這種情況，在現有技術中已知的是，在設置在襯底上的半導體開關附近安置溫度傳感器并且測量襯底的溫度，半導體開關將其損耗能量傳送至該襯底并且由此該襯底發熱。如果所測量的襯底溫度超過預設置的邊界值，則關斷半導體開關。由于襯底的熱時間常數和最終導熱性，襯底的溫度相對時滯地跟隨半導體開關的溫度并且尤其是跟隨半導體開關的阻擋層的溫度。這種過程的缺點是，由于測量襯底的溫度而不測量半導體開關的溫度，所以半導體開關的快速溫度上升（其例如在動態負載變換的情況下可能出現）可能未被檢測到，并且因此盡管監控襯底溫度但由于半導體開關的高溫度而可能出現半導體開關的故障或損毀。通常為了實現所需的耐壓強度或載流能力，必須將多個半導體開關在電學上串聯和/或并聯，用于實現電學閥。為了使在電學閥的半導體開關之間盡可能小的接通延遲時間成為可能，在現有技術中已知了半導體開關譬如如下IGBT或MOSFET，其具有集成到半導體開關中的柵極電阻。在半導體開關中，通過將額外的摻雜半導體層施加到本來就存在的形成半導體開關的功能核心的層而產生歐姆柵極電阻，其通常具有數歐姆的值。為了實現集成到半導體開關中的柵極電阻，例如將硅烷（SiH4）沉積在絕緣體（SiO2）上。在此在層中生長的聚合硅接著被摻雜。接著將金屬化物施加到被摻雜的聚合硅層上，金屬化物形成半導體開關的從外部能到達的柵極電阻端子。
技術實現思路
本專利技術的任務是提出一種用于測定半導體開關的溫度的方法和裝置，該方法使得高動態地測定半導體開關的溫度成為可能。該任務通過用于測定半導體開關的溫度的方法來解決，該半導體開關具有集成的柵極電阻，該方法具有如下方法步驟：-通過經與半導體開關的柵極電阻端子連接的外部電阻提高半導體開關的柵極-發射極電壓來接通半導體開關，-測定在提高半導體開關的柵極-發射極電壓期間柵極-發射極電壓從第一電壓上升到第二電壓需要的持續時間，以及-借助所測定的持續時間來測定半導體開關的溫度。此外，該任務通過用于測定半導體開關的溫度的設備來解決，該半導體開關具有集成的柵極電阻，該設備包括：-操控電路，其構建成用于通過經與半導體開關的柵極電阻端子連接的外部電阻提高半導體開關的柵極-發射極電壓來接通半導體開關，-持續時間測定單元，其構建成用于測定在提高半導體開關的柵極-發射極電壓期間柵極-發射極電壓從第一電壓上升到第二電壓需要的持續時間，以及-溫度測定單元，其構建成用于借助所測定的持續時間來測定半導體開關的溫度。本專利技術的有利的改進方案從從屬權利要求中得到。該方法的有利改進方案類似該設備的有利的改進方案地得到，反之亦然。此外，證明為有利的是，當所測定的半導體開關的溫度達到或超過溫度邊界值，則進行半導體的關斷。由此可以可靠地避免由于半導體開關溫度過高而引起的半導體開關的故障或損毀。此外，證明為有利的是，第二電壓在半導體開關的閾值電壓之下。當第二電壓在半導體開關的所謂的閾值電壓之下，即在有顯著集電極電流流動的閾值電壓之下時（即半導體開關開始過渡到導通（接通的）狀態中），得以保證的是，用于測定半導體開關的溫度的對持續時間的測定發生在所謂的米勒平臺之下，并且集電極-柵極電容對柵極-發射極電壓的變化曲線的反作用對持續時間的測定沒有影響。由此，使半導體開關的溫度的特別精確的溫度測定成為可能。此外，證明為有利的是，半導體開關構建為IGBT或MOSFET，這是因為IGBT或MOSFET是商業上常見的半導體開關。此外，帶有根據本專利技術的設備的電路裝置證明為有利的，其中，該電路裝置具有如下半導體開關，該半導體開關具有集成的柵極電阻，其中，該設備的操控電路通過外部電阻與半導體開關的柵極電阻端子電連接，其中，持續時間測定單元與半導體開關的柵極電阻端子電連接。附圖說明本專利技術的實施例在附圖中示出并且以下更為詳細地予以闡述。其中：圖1示出了根據本專利技術的用于測定半導體開關的溫度的設備，該半導體開關具有集成的柵極電阻。圖2示出了在半導體開關接通時半導體開關的柵極-發射極電壓UGE的變化曲線。圖3示出了半導體開關的溫度特征曲線。具體實施方式在圖1中以電路框圖形式示出了根據本專利技術的用于測定半導體開關1的溫度T的設備13，該半導體開關具有集成到半導體開關1中的柵極電阻RGint。半導體開關1在實施例的范圍中構建為IGBT并且具有從半導體開關1外部能到達的、用于使半導體開關1與外部電部件電連接的柵極電阻端子GA。借助集電極端子CA可以將半導體開關1的集電極C與外界電連接并且借助發射極端子EA可以將半導體開關1的發射極與外界電連接，其中，在實施例的范圍中發射極E與負載2電連接。半導體開關的由柵極G、發射極E和集電極C構成的核心在圖1中以IGBT的電學符號形式示出。半導體開關1具有集成到半導體開關1中的歐姆柵極電阻RGint，其電連接在柵極電阻端子GA與柵極G之間。柵極電阻端子GA通過柵極電阻RGint與半導體開關1的柵極G電連接。如開頭在闡述現有技術時已描述的那樣，具有集成的柵極電阻RGint的半導體開關1是現有技術。在這些半導體開關中，通過將額外的摻雜的半導體層施加到本來就存在的形成半導體開關的功能核心的層上而產生歐姆柵極電阻，其通常具有數歐姆的值（例如10歐姆）。此外在柵極G與發射極E之間，寄生柵極-發射極電容CGE起作用。如果半導體開關1的柵極-發射器電壓UGE超過半導體開關1的所謂閾值電壓US，則在半導體開關1的集電極K與發射極E之間的電阻強烈地下降并且集電極電流IC開始通過半導體開關1從集電極流向發射極并且從那里流向負載2。半導體開關的柵極-發射極電壓UGE在此在本專利技術的范圍中理解為柵極電阻端子GA關于半導體開關的發射極端子EA的電壓（參見圖1）。在柵極-發射極電壓UGE進一步提高時，在集電極與發射極之間的電阻下降到最小。半導體開關1于是處于接通的狀態中。根據本專利技術的設備13具有操控電路3，該操控電路構建成用于通過經與半導體開關1的柵極電阻端子GA連接的外部電阻Rext提高半導體開關1的柵極-發射極電壓UGE來接通半導體開關。術語“外部”在此在本專利技術的范圍中表示，電阻Rext并不是半導體開關1的組成部分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于測定半導體開關（1）的溫度（T）的方法，該半導體開關具有集成的柵極電阻（RGint），該方法具有如下方法步驟：?通過經與所述半導體開關（1）的柵極電阻端子（GA）連接的外部電阻（Rext）提高所述半導體開關（1）的柵極?發射極電壓（UGE）來接通所述半導體開關（1），?測定在提高所述半導體開關（1）的柵極?發射極電壓（UGE）期間所述柵極?發射極電壓（UGE）從第一電壓（U1）上升到第二電壓（U2）需要的持續時間（dt），以及?借助所測定的持續時間（dt）來測定所述半導體開關（1）的溫度（T）。

【技術特征摘要】
2011.09.29 DE 102011083679.91.用于測定半導體開關(1)的溫度(T)的方法，該半導體開關具有集成的柵極電阻(RGint)，該方法具有如下方法步驟：-通過經與所述半導體開關(1)的柵極電阻端子(GA)連接的外部電阻(Rext)提高所述半導體開關(1)的柵極-發射極電壓(UGE)來接通所述半導體開關(1)，-測定在提高所述半導體開關(1)的柵極-發射極電壓(UGE)期間所述柵極-發射極電壓(UGE)從第一電壓(U1)上升到第二電壓(U2)需要的持續時間(dt)，以及-借助所測定的持續時間(dt)來測定所述半導體開關(1)的溫度(T)。2.根據權利要求1所述的方法，其具有如下其他方法步驟：-當所測定的所述半導體開關(1)的溫度(T)達到或超過溫度邊界值(TK)時關斷所述半導體開關(1)。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二電壓(U2)在所述半導體開關(1)的閾值電壓(US)之下。4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述半導體開關(1)構建為IGB...

【專利技術屬性】
技術研發人員：斯特凡·斯庫勒，
申請(專利權)人：賽米控電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：