具有集成的过热保护部分的半导体组件.pdf

本发明涉及用于控制流过半导体组件的负载电流的半导体组件，其中该半导体组件被配置有一个包括热传感器的过热保护部分，用于避免由过载的负载电流引起的过热。本发明提出：该过热保护部分(5)包括其热传感器(7)在内被集成在该半导体组件(1)中。

1.  用于控制流过半导体组件的负载电流的半导体组件，其中该半导体组件被配置有一个包括热传感器的过热保护部分，用于避免由过载的负载电流引起的过热，其特征在于：该过热保护部分(5)包括其热传感器(7)在内被集成在该半导体组件(1)中。

2.  根据权利要求1的半导体组件，其特征在于：所述热传感器(7)具有一个热敏感的二极管(8)。

3.  根据权利要求2的半导体组件，其特征在于：该二极管(8)由齐纳二极管(ZD)构成。

4.  根据权利要求2或3的半导体组件，其特征在于：该二极管(8)被配置有一个具有至少一个晶体管的电流放大部分(9)，用于放大流过二极管(8)的二极管电流。

5.  根据权利要求4的半导体组件，其特征在于：该电流放大部分(9)具有至少两个晶体管，它们根据达林顿原理级联地设置。

6.  根据以上权利要求中一项的半导体组件，其特征在于：所述半导体组件(1)具有一个功率区(3)，该功率区具有一个晶体管部分(12)，用于控制流过该半导体组件(1)的负载电流。

7.  根据权利要求6的半导体组件，其特征在于：该晶体管部分(12)具有至少两个晶体管，它们根据达林顿原理级联地设置。

8.  根据以上权利要求中一项的半导体组件，其特征在于：所述过热保护部分(5)是功率区(3)的用于控制流过半导体组件(1)的负载电流的控制电路(2)的一部分。

9.  根据以上权利要求中一项的半导体组件，其特征在于：所述控制电路(2)是一个当超过半导体组件(1)的规定温度时降低所述负载电流的控制电路或调节电路。

10.  根据以上权利要求中一项的半导体组件，其特征在于：所述控制电路(2)是一个随着温度上升愈强地降低所述负载电流的控制电路或调节电路。

具有集成的过热保护部分的半导体组件
技术领域
本发明涉及具有集成的过热保护部分的、用于控制流过半导体组件的负载电流的半导体组件。
技术领域
半导体组件带有一个配置给它的过热保护部分已是公知的。其中过热保护部分将防止半导体组件由于过高的本征温度而受损或被破坏。尤其是在半导体组件工作时产生的热-主要由流过半导体组件的电流引起-应被控制地保持在一个允许的范围内。根据现有技术，为避免半导体组件的损坏使用了一个分开的温度传感器，它例如用导热膏与半导体组件的壳体形成热接触。如果在故障状态下发生半导体组件的温度超过一定的温度，则该温度传感器检测出过热，并且该温度传感器通过控制导线干预半导体组件的工作。在此，一个公知的可能性是例如中断电流及在一个低电压水平上触发半导体组件的可控电压断开(Spannungsdurchbruch)。从功能上看这意味着，半导体组件被关断。仅当温度传感器重新检测到允许温度时半导体组件才过渡到其正常工作状态。
具有一个配置的过热保护部分的半导体组件例如可用于机动车技术中的点火装置的点火末级中(一个点火末级的电路装置例如已由DE 196 24 530 A1公开)。点火末级的初级侧被加载大电流，当电流中断时它感应出一个高电压，该高电压在次级侧转换成一个起点火功能的高电压。当用于常规工作的点火装置被这样设计以避免点火末级的过热时，则对于故障状态不能排除该电流如此强地加热该点火末级，以致它被热损坏。因此在故障状态中将产生所述电流中断及触发电压断开。由此，初级侧的电压这样断开，以使得在次级侧上产生的电压不足以产生点火动作。由于停止了点火动作使初级侧电流下降，及半导体组件可再被冷却。一旦又低于最大允许温度时，半导体组件受控制的电压断开结束，及半导体组件重新提供用于点火装置工作所需的电压。
现有技术中的缺点在于：半导体组件实际温度的确定仅可在带有一定的延时及有限精确度的情况下实现。为了仍能防止半导体组件的过热，关断温度必需选择得相对最大允许温度有一个安全距离，这将导致对可利用的温度范围的不利限制。此外不利的是，半导体组件的突然关断可导致火花的形成及在关断期间包括该半导体组件的电组件(例如一个点火末级)将不能发挥其功能。
发明内容
按照本发明，提出了一种用于控制流过半导体组件的负载电流的半导体组件，其中该半导体组件被配置有一个包括热传感器的过热保护部分，用于避免由过载的负载电流引起的过热，其中，该过热保护部分包括其热传感器在内被集成在该半导体组件中。
相比之下，本发明的半导体组件具有其优点，即该半导体组件的温度确定能以更高的精度及更小的延时来实现，因为过热保护部分包括其热传感器在内被集成在该半导体组件中及因此半导体组件的加热也引起热传感器的直接加热。在此，“集成”的概念在本申请的范围内应理解为：过热保护部分包括其热传感器在内被作在该半导体组件的基片上。由此通过该基片达到了该半导体组件的被负载电流通过的区域与过热保护部分之间的直接热耦合。此外，集成的结构方式允许半导体组件包括过热保护部分在内可节省位置及成本合理地实施。
在一个有利的构型中，热传感器具有一个热敏感的二极管。因为二极管能以简单方式在一个半导体组件中实现及具有与二极管温度相关的电流特性，因此它体现了一种简单及成本低的热传感器的实施形式。在此，二极管最好工作在截止方向(反向)上，因为在该方向上与通流方向(正向)相比在更大的电压范围上是高电阻的，及可在更大的电压范围上利用热传感的功能。
有利的是，该二极管被构造成齐纳二极管。与普通二极管相比齐纳二极管在反向上具有扩大的高电阻的电压范围，及可在一个扩大的电压范围中利用其热传感功能。显然一个齐纳二极管的反向电流与温度相关，以致借助流过齐纳二极管的电流可推断出二极管的温度。例如已公开了一些齐纳二极管，每温度升高10K，其反向电流约增高2倍。
有利地，该二极管被配置有一个具有至少一个晶体管的电流放大部分，用于放大流过二极管地二极管电流。因为为了可以直接地用于进一步的控制任务，一个二极管的反向电流通常太小，因此二极管电流要用至少一个晶体管来放大。为此二极管连接到一个晶体管的基极上，在该晶体管的集电极-发射极支路施加一个电源电压。由此该二极管的反向电流将以晶体管电流放大倍数的比例转换到集电极-发射极支路。
此外有利的是，该电流放大部分至少具有两个晶体管，它们根据达林顿原理级联地连接。根据达林顿原理这些晶体管将这样级联地连接，即一个晶体管的基极与另一晶体管的发射极相连接。因此能以理想方式实现各个晶体管电流放大倍数相乘，以致二极管的反向电流能以简单方式被放大并超过多个十的乘方(Zehnerpotenzen)。
在本发明的一个优选构型中，半导体组件具有一个功率区，该功率区具有一个晶体管部分，用于控制流过半导体组件的负载电流。因此可实现简单的负载电流控制，因为在半导体组件的制造过程中可构造晶体管部分及因为一个晶体管部分(Transistoranordnung)可实现负载电流的持续调节。
有利的是，所述晶体管部分具有至少两个晶体管，它们根据达林顿原理级联地连接。通过这种结构允许以流过第一晶体管基极的小控制电流控制大的负载电流，该负载电流沿该晶体管部分中最后一个晶体管的集电极-发射极支路流动。
另一有利的构型在于，所述过热保护部分是所述功率区的用于控制流过半导体组件的负载电流的控制电路的一部分。因为该控制电路控制流过功率区的负载电流，借助这样设置的过热保护部分可对功率区的控制给予直接的干预。
此外有利的是，所述控制电路是一个当超过半导体组件的规定温度时降低所述负载电流的控制电路或调节电路。由此，当过热的情况下仅是降低-而非突然关断-负载电流，在半导体组件上或其中的能量变化可尽可能持续地进行及由此可避免火花形成。
有利地，控制电路是一个随着温度上升愈强地降低所述负载电流的控制电路或调节电路。因此可以作到，基于半导体组件的温度升高灵活地作出响应。这就是说，当超过最大允许温度很少时，稍微减小负载电流就足以使半导体组件温度降低到允许的值上；如果出现更大的温度升高，则用负载电流的更大下降来致使半导体组件冷却。
附图说明
以下将借助附图通过一个实施例来详细地描述本发明。该附图示出本发明的具有集成的过热保护部分的半导体组件的电路图。
具体实施方式
附图中表示一个半导体组件1，它具有一个控制电路2及一个功率区3。控制电路2包括控制输入端子4，控制晶体管T1，过热保护部分5及电流调节器6，它包含一个调节晶体管。过热保护部分5具有热传感器7，它被作成一个齐纳二极管ZD形式的二极管8；另外具有一电阻R1及一个电流放大部分9，后者由两个根据达林顿原理级联设置的晶体管T2及T3组成。因此通过电阻R1及晶体管T2流过一个电流，该电流相应于流过齐纳二极管ZD的电流乘以电流放大部分9产生的放大倍数。该电流被输送到输出端子11。
功率区3具有：输入端子10，输出端子11，带有以三重达林顿电路设置的晶体管T4，T5及T6的晶体管部分12，配置给晶体管部分12的电阻R2、R3及R4，输出电阻R5及限压装置13。限压装置13的作用在于：在晶体管T4，T5及T6上仅可施加至多为一个选择的最大电压值的电压。
因此得到以下总的工作方式：在常规工作状态中，即当半导体组件具有的温度低于最大允许的最高温度时，控制电流从控制输入端子4通过晶体管T1流到晶体管T4的基极。在那里该电流将控制晶体管T4，以使得基于通过晶体管部分12引起的电流放大率调节一个被放大的负载电流，该负载电流从输入端子10通过晶体管T4，T5及T6以及电阻R5流到输出端子11。在此，通过控制输入端子4输入的控制电流的变化导致负载电流尽可能成比例的变化。电流调节器6具有的功能是：限制负载电流，其方式是，从负载电流的一个固定值开始在节点15上的一部分控制电流通过电流调节器6被引导到输出端子11。
在所述温度上齐纳二极管ZD的反向电流这样小，使得流过晶体管T2的电流可被忽略。因此在该工作状态中仅是控制电流的一个可忽略的分量从节点14通过电阻R1及晶体管T2流到输出端子11。
如果半导体组件1的温度升高-通常该温升由沿着从输入端子10到输出端子11的连接部分的电流引起的，则齐纳二极管ZD也被加热及流过齐纳二极管ZD的反向电流增大。该反向电流被电流放大部分9放大，由此通过电阻R1及晶体管T2流到输出端子11的电流也增大。这意味着，一部分控制电流不再导入功率区3的输入端-即晶体管T4的基极上，而是在晶体管部分12的旁边被旁路。该控制电流的下降又引起从输入端子10到输出端子11的电流的下降。由此降低了发热-该发热尤其是在晶体管6中产生的，于是可实现半导体组件1的冷却。
随着半导体组件1的冷却也同样发生齐纳二极管ZD的冷却，这又引起流过该齐纳二极管的二极管电流的下降。基于通过电流放大部分9的连接这时使通过T2到输出端子11的电流也减小。由此晶体管T4的基极又被上调了更大的控制电流，以使得更大的负载电流从输入端子10流到输出端子11。
这里所示的半导体组件1可实现：只要半导体组件1的温度低于最大允许的最高温度，过热保护部分5的工作将不出现。如果该温度被超过，则过热保护部分5起作用，使得输入功率区3的控制电流的一部分在晶体管部分12旁边被旁路。在此，通过过热保护部分5导走的电流量与超过最高温度的幅度有关。因此在通常情况下对于温度的超高可用降低负载电流来对付，而不需要关断半导体组件及由此不必使包括该半导体组件的电组件的功能受到抑制。
本发明的半导体组件也适于使用在点火线圈中，因为它具有良好的电负载兼容性及可对温度的突然升高快速地作出响应。