[发明专利]具有主动短路故障模式的功率半导体装置

权利要求书

1.一种用于控制功率半导体装置（10）的方法，所述功率半导体装置（10）具有提供Si开关（14）的Si芯片（12）并且具有提供宽带隙材料开关（18）的宽带隙材料芯片（16），其中所述Si开关（14）和所述宽带隙材料开关（18）被并联电连接，所述方法包括：

在正常操作模式期间，通过将对应栅极信号施加到至少所述宽带隙材料开关（18）来控制至少所述宽带隙材料开关（18），以用于切换经过所述功率半导体装置（10）的电流；

感测所述功率半导体装置（10）中的故障；

在所感测故障的情况下，通过将栅极信号施加到所述Si芯片（12）来控制所述Si开关（14），使得在所述Si芯片（12）中生成电流，所述电流将所述Si芯片（12）加热到形成经过所述Si芯片（12）的永久导通通路的温度，其中施加到所述Si开关（14）的所述栅极信号具有比在所述正常操作模式中低的电压，使得所述Si芯片（12）的内部电阻比在所述正常操作模式中高。

2.如权利要求1所述的方法，

其中用于所述Si开关（14）的栅极信号和所述宽带隙材料开关（18）的栅极信号是能够与彼此独立地生成的，使得在感测所述故障之后，只有所述Si开关（14）被提供有栅极信号。

3.如权利要求1或2所述的方法，

其中在所述正常操作模式期间，控制所述Si开关（14）根据所述宽带隙材料开关（18）来被切换。

4.如前述权利要求之一所述的方法，

其中通过测量跨所述功率半导体装置（10）的电压来感测所述故障，当所述功率半导体装置（10）被切换为导通状态时，故障情况下的所述电压高于标称电压。

5.如前述权利要求之一所述的方法，

其中通过容纳所述宽带隙材料芯片（16）的功率半导体模块（30，30’）内部的光检测以及容纳所述宽带隙材料芯片（16）的功率半导体模块（30，30’）内部的电弧电压检测中的至少一个来感测所述故障。

6.如前述权利要求之一所述的方法，

其中所述Si芯片（12）附连到适于当被经过所述Si芯片（12）的电流加热到高于特定温度时形成经过所述Si芯片（12）的导通通路的金属预制件（28）。

7. 如前述权利要求之一所述的方法，

其中所述功率半导体装置（10）适于在被过电流加热时形成经过所述宽带隙材料芯片（16）的至少暂时导通通路；以及

其中所述宽带隙材料芯片（16）附连到适于形成所述导通通路的金属预制件（28’）。

8.如前述权利要求之一所述的方法，

其中所述Si开关（14）是具有内部反向导通二极管的双模类型开关、晶体管或者晶闸管；

其中所述宽带隙材料中的至少一种宽带隙材料是SiC，并且所述宽带隙材料开关（18）是晶体管。

9.一种功率半导体装置（10），包括：

至少一个功率半导体模块（30，30’），所述至少一个功率半导体模块（30，30’）用于容纳具有Si开关（14）的Si芯片（12）以及具有宽带隙材料开关（18）的宽带隙材料芯片（16），其中所述Si开关（14）和所述宽带隙材料开关（18）被并联电连接；

栅极控制器（24，24’），所述栅极控制器（24，24’）用于将栅极信号提供给所述Si开关（14）和所述宽带隙材料开关（18）；

测量单元（26），所述测量单元（26）用于感测所述功率半导体装置（10）中的故障；

其中所述栅极控制器（24，24’）适于执行如前述权利要求之一所述的方法。

10. 如权利要求9所述的功率半导体装置（10），

其中所述栅极控制器（24，24’）适于生成用于所述Si开关（14）和所述宽带隙材料开关（18）的公共栅极信号；以及

所述Si开关（14）的栅极（20）和所述宽带隙材料开关（18）的栅极（22）在所述功率半导体装置（10）中与彼此电互连。