[发明专利]包括短路保护的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件和用于操作这样的器件的方法的领域，具体地涉及包括故障检测能力以检测导致温度上升的故障操作状态（诸如例如短路）的功率半导体器件。

背景技术

半导体器件，尤其功率半导体器件诸如功率半导体开关经常包括电流和温度测量功能用于检测在其期间发生不期望的高电流或温度的故障或不期望的操作模式。这样的故障或不期望的操作模式尤其可能是过载（例如短路）或过温。

能够检测过温、过载（短路）等的功率半导体开关经常被称为“智能开关”。通常这样的智能开关包括至少一个功率晶体管（例如DMOS高侧开关）和用于每个功率晶体管的过电流检测电路，过电流检测电路将代表流过晶体管的负载电流的测量的负载电流信号与代表特定的最大电流的定义的阈值相比较。当负载电流达到或超过最大电流时，为保护器件，关断负载电流。

然而，在许多应用中，智能开关必须处理高涌入电流。例如当接通白炽灯、电动机或类似物时，情况可能是这样。涌入电流通常比最大电流高很多，但是该高涌入电流是瞬时的并且一般不引起危险的过温。然而，包括在智能开关中的过电流保护电路需要在高涌入电流和由短路引起的过电流之间区分。因为这个原因，在可能发生瞬时涌入电流的启动阶段期间，确定最大电流的阈值被设定到较高值（比在正常操作期间高）。这个启动阶段一般定义为从晶体管的接通开始的固定时间间隔（例如10ms）。当该时间间隔过去时，确定最大电流的阈值重设到较低标称值。

当检测到过电流时（即当过电流事件发生时），可以去激活器件。也就是说，器件被锁存在负载电流被关断的非活动状态（失效状态）。然而，为了避免在启动阶段期间去激活，在过电流事件之后，器件被再激活达定义的次数（例如32次）。然而，当在启动阶段期间发生最大数量的过电流事件时，器件最终被去激活（并且不被再激活）。在启动阶段之后（即在正常操作期间），单个过电流事件足够将器件锁存在非活动状态（失效状态）。

具有高最大电流阈值的启动阶段和具有低最大电流阈值的正常操作阶段之间的转变一般由数字实施的有限状态机（FSM）来触发。然而，当智能开关用于为负载（例如白炽灯）提供调制信号（例如脉宽调制负载电流）时产生了进一步的问题。为了使灯变暗，提供给灯的负载电流可以被例如脉宽调制以减小提供给灯的平均负载电流。结果，在已知的智能开关中，在脉宽调制（PWM）的每个循环中将开启新的启动阶段。这在定义启动阶段的时间间隔比调制信号的一个周期长时是尤其成问题的。当考虑示例时，将变得明显的是，事实上情况总是这样。使启动阶段成为在半导体开关被激活（即接通）时刻开始的例如10ms的时间间隔。此外，用200Hz的PWM载波频率使负载电流被脉宽调制，200Hz的PWM载波频率是用于使灯变暗（或控制电动机旋转速度）的通常频率。因为200Hz的PWM载波频率对应于5ms的PWM周期，所以半导体开关每5秒被激活，而启动阶段将持续10ms。在呈现的示例中，在其期间更高的负载电流阈值是有效的启动阶段将永不结束。

本发明要解决的问题是提供包括半导体开关和过电流保护的半导体器件，所述过电流保护即使在半导体开关被开/关调制驱动信号驱动时也允许可靠的操作。

发明内容

由权利要求1的半导体器件来解决上面提到的问题。发明构思的各个实施例和进一步的发展被独立权利要求所覆盖。

根据本发明的第一示例描述了一种半导体器件，半导体器件包括电子开关，电子开关配置为根据输入信号接通和关断具有电源电压的电源端和输出电路节点之间的负载电流路径。器件进一步包括过电流检测器，过电流检测器配置为将代表穿过负载电流路径的负载电流的负载电流信号与过电流阈值比较并且当负载电流信号达到或超过过电流阈值时信号通知过电流。而且，器件包括控制单元，控制单元在操作的第一状态和第二状态中是可操作的。控制单元配置为当在操作的第一状态中时将过电流阈值设定到第一较高值并且当在操作的第二状态中时将过电流阈值设定到第二较低值，以及当信号通知过电流时至少暂时关断电子开关。当第一预定义时间间隔已经过去时，引起从操作的第一状态到操作的第二状态的改变；以及当电子开关关断达多于第二预定义时间间隔时，引起从操作的第二状态到操作的第一状态的改变。