[发明专利]包括短路保护的半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置和用于操作该装置的方法的领域，特别是涉及包含有故障检测能力的功率半导体装置，该故障检测能力用于检测导致升温的故障操作状态，例如短路。

背景技术

半导体装置，尤其是诸如功率半导体开关的功率半导体装置，经常包括用于在发生不期望的高电流或高温期间检查故障或不期望的操作模式的电流与温度测量功能。这样的故障的或不期望的操作模式可以是，其中包括，过载或短路。

能够检测超温、过载、短路等的功率半导体开关经常被称作“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高边开关）以及用于各个功率晶体管的过电流检测电路，该过电流检测电路将表示流经晶体管的负载电流的测量信号与表示最大电流的定义阈值相比较。当负载电流达到或超过最大电流，负载电流被切断以保护装置。

然而，在许多应用中，智能开关必须处理高涌入电流。这可以是例如当接入白炽灯、电动机等的情况。涌入电流通常比最大电流高很多，然而高涌入电流是瞬间的并且通常不会引起危险的超温。然而，包含在智能开关中的过电流保护电路需要区别高涌入电流和来自短路的过电流。为此，确定最大电流的阈值在瞬间涌入电流可能出现的起始相位期间被设定在较高值（比正常操作期间高）。起始相位通常被定义为固定的时间间隔，例如，10ms。当这个时间间隔过去后，确定最大电流的阈值被重新设定为较低额定值。

当检测到过电流时（即，当过电流事件出现时），可以对装置去激励。即，装置被锁定在切断负载电流的未激励状态。然而，为避免在起始相位期间装置的去激励，会在过电流事件发生过定义次数以后（例如32次）对装置再激励。即，当在起始相位期间过电流事件的最大数出现时，最终装置被去激励（而不是再激励）。在起始相位之后，单个过电流事件足以将装置锁定在关闭状态。

在具有高最大电流阈值的起始相位和具有低最大电流阈值的正常操作之间的“切换”通常由有限状态机（FSM）来数字化实现。当智能开关经由长供应线被提供时出现另一个问题。例如，在自动应用中，供应线可长达5m或甚至更长，导致大约100mΩ的线路电阻和大约μH的线路电感。因此，由于起始相位期间的高涌入电流，穿过供应线的电压降可以相当高。事实上，穿过供应线的电压降可以足够高以启动欠压检测。当检测到欠压时（即，在欠压事件的情况下），状态机以及因此用于计算起始相位期间的过电流事件的次数的计数器被重置。因此，由于每次开关闭合涌入电流开始上升，供给电压降低并由此计数器重置，过电流时间计数器永远不能达到最大数。

本发明以待解决的问题是提供一种包含能够处理穿过供应线的瞬间电压降的过电流保护的半导体装置。

发明内容

上述问题由权利要求1所述的半导体装置解决。本发明构思的各种实施方式和进一步发展由独立权利要求所覆盖。

本文中描述了一种半导体装置。根据本发明的第一方面，所述半导体装置包括具有负载电流路径的半导体芯片，该负载电流路径可操作地根据输入信号将负载电流从具有供给电压的供给端子传送至输出电路节点。所述装置进一步包括电压比较器，该电压比较器被配置为将所述供给电压与电压阈值相比较，并当所述供给电压达到或低于电压阈值时信号通知低供给电压。过电流检测器被配置为：将表示所述负载电流的负载电流信号与过电流阈值相比较，并当所述负载电流信号达到或超过过电流阈值时信号通知过电流。此外，所述半导体装置包括控制逻辑单元，该控制逻辑单元被配置为：当过电流被信号通知时去激励负载电流，并且只要所述电压比较器对低供给电压信号通知，就将所述过电流阈值从第一值减小到较低的第二值。

此外，描述了一种控制功率半导体晶体管以激励或去激励负载电流的方法，该负载电流从提供供给电压的供给端子经过所述晶体管到输出电路的节点。根据本发明的另一方面，所述方法包括监测所述供给电压并当所述供给电压达到或低于第一电压阈值时信号通知低供给电压。其进一步包括监测所述负载电流并当所述负载电流达到或超过可调整过电流阈值时信号通知过电流。当且只要低供电电压被信号通知，过电流阈值从初始较高的第一值减小到较低的第二值。当过电流被信号通知时，所述晶体管以及因此经过所述晶体管的所述负载电流至少临时被去激励。

附图说明

各种实施方式可以参考以下附图和描述来更好地理解。在附图中的组件不需要按照比例，而是着重于说明本发明的原理。此外，在附图中相同的参考数字表示相对应的部分。在附图中：

图1示出了包含过电流保护的智能开关的基本结构。

图2示出了控制图1的智能开关的操作的有限状态机。