智能功率模塊、功率器件及其溫度檢測電路和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)及溫度檢測技術(shù)，特別是設(shè)及一種智能功率模塊、功率器件的溫度檢測 電路及方法。
【背景技術(shù)】
[000引 智能功率模塊（Intelligent Power Mo化le，IPM)可W在控制信號的作用下把直 流電壓（電流）轉(zhuǎn)變成幅值和頻率都可變的交流電壓（電流），輸出的交流電壓被加載到電 機上驅(qū)動其運轉(zhuǎn)。由于具有集成度高和可靠性好等優(yōu)點，智能功率模塊被廣泛應(yīng)用到變頻 調(diào)速，電力牽引和變頻家電中。典型的IPM模塊由功率半導(dǎo)體器件（功率器件）、控制和保 護電路組成。功率器件按照電流、電壓等級的不同，一般采用金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng) 晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0S陽T)或絕緣柵雙極 晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)?？刂坪捅Ｗo功能采用集成電路來 實現(xiàn)。由于功率器件在導(dǎo)通狀態(tài)和開通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換瞬間都會產(chǎn)生功耗，因此其結(jié)溫要遠 高于環(huán)境的溫度。通過在IPM模塊內(nèi)部集成溫度檢測單元，可W實時監(jiān)控其溫度，確保功率 器件的安全工作。
[000引 目前，IPM模塊廣泛采用熱敏電阻來檢測功率器件的溫度。在IPM模塊中，熱敏 電阻和功率器件共同安裝在導(dǎo)熱的基板上，由于電氣設(shè)計規(guī)則的要求二者之間有一定的 距離。當(dāng)IPM模塊工作后，內(nèi)部的功率器件會消耗一定的功率而發(fā)熱，其功率約在幾瓦到 幾百瓦之間。按照傅里葉熱傳導(dǎo)定律，熱量會從功率器件傳遞到熱敏電阻上，檢測熱敏電 阻阻值的變化即可W檢測熱敏電阻的溫度，通過校準即可W得到功率半導(dǎo)體器件的溫度。 熱敏電阻的阻值和溫度之間一般為非線性關(guān)系，在數(shù)據(jù)的實時處理中需要經(jīng)過運算或者 查表才能給出溫度值。如專利申請：一種智能功率模塊的溫度控制方法及變頻設(shè)備（申 請?zhí)枺?01310404618.幻和用于智能功率模塊的過熱保護電路及其控制方法（申請?zhí)枺?201110147882. 0)中公布的溫度檢測方法都是采用熱敏電阻。
[0004] 在實際應(yīng)用中，從功率器件到熱敏電阻的熱阻通路會隨著制造工藝的波動而發(fā)生 變化，另外，熱敏電阻的電阻-溫度特性也會顯著影響檢測溫度的精度。因此該種方法檢測 溫度的精度和準確度受智能功率模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在瞬態(tài)過程中熱量的傳導(dǎo)受到系統(tǒng) 的熱阻Rth和熱容C th的影響，在經(jīng)過3至5倍的熱時間常數(shù)（定義為熱阻和熱容的乘積，約 為幾十個微秒到幾個毫秒）后系統(tǒng)中的溫度分布才趨于穩(wěn)定。因此該種方法不能夠檢測功 率器件的瞬時結(jié)溫變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要提供一種可檢測功率器件的瞬時結(jié)溫變化的功率器件的溫度檢測 電路。
[0006] 一種功率器件的溫度檢測電路，包括：
[0007] 溫度檢測單元，形成在功率器件的有源區(qū)的邊緣，且于該溫度檢測單元上引出第 一發(fā)射極電極；
[000引第一柵極區(qū)，形成在所述有源區(qū)上，該第一柵極區(qū)引出第一柵極電極，所述溫度檢 測單元與所述有源區(qū)共用一個集電極；
[0009] 采樣單元，與所述溫度檢測單元的第一發(fā)射極電極連接，檢測所述集電極與所述 第一發(fā)射極在關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流；
[0010] 運算單元，與所述采樣單元連接，根據(jù)所述漏電流與溫度的變化關(guān)系計算所述功 率器件的結(jié)溫。
[0011] 此外，還提了一種功率器件的溫度檢測方法，包括W下步驟：
[0012] 在功率器件的有源區(qū)的邊緣形成溫度檢測單元，且于該溫度檢測單元上引出第一 發(fā)射極電極；
[0013] 在所述有源區(qū)上的形成第一柵極區(qū)，該第一柵極區(qū)上引出第一柵極電極，其中，所 述溫度檢測單元與所述有源區(qū)共用一個集電極；
[0014] 檢測所述集電極與所述第一發(fā)射極在關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流；
[0015] 根據(jù)所述漏電流與溫度的變化關(guān)系計算所述功率器件的結(jié)溫。
[0016] 此外，還提了一種功率器件，包括上述的功率器件的溫度檢測電路。
[0017] 此外，還提了一種智能功率模塊，包括至少一個上述功率器件。
[0018] 上述的功率器件的溫度檢測電路及方法通過在功率器件上設(shè)置溫度檢測單元，溫 度檢測單元被集成在功率器件內(nèi)部，采用功率器件的部分有源區(qū)元胞作為溫度檢測單元， 通過檢測關(guān)斷狀態(tài)下溫度檢測單元的漏電流，利用漏電流隨溫度的變化關(guān)系，可W實時的 監(jiān)控功率器件的結(jié)溫。
【附圖說明】
[OOW 圖1(a)為本發(fā)明一實施例中為圖1所述的功率器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖1化）為圖1 (a)所示的功率器件的結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)的電路圖；
[0021] 圖2(a)為本發(fā)明另一實施例中為圖1所述的功率器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖2化）為圖2(a)所示的功率器件的結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)的電路圖；
[0023] 圖3為圖1化）示出的功率器件的溫度檢測電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0024] 圖4為圖2(b)示出的功率器件的溫度檢測電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0025] 圖5給出了漏電流1。。,和隨結(jié)溫T變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，W下結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027] 常用的功率半導(dǎo)體器件，如M0S陽T，IGBT等，其結(jié)構(gòu)包括兩部分；（1)位于巧片邊 緣的耐壓區(qū)域，確保器件在關(guān)斷時能夠承受一定的耐壓；(2)位于巧片內(nèi)部的有源區(qū)域，有 源區(qū)域由許許多多結(jié)構(gòu)相同的元胞組成，當(dāng)器件工作在導(dǎo)通狀態(tài)時，每一個元胞都流過一 定的電流。
[0028] 請參閱圖1(a)、圖1化）、圖2(a)、圖2化）、圖3和圖4,本發(fā)明較佳實施例中功率器 件的溫度檢測電路包括溫度檢測單元114、第一柵極區(qū)130、采樣單元20和運算單元30。
[0029] 本發(fā)明中功率器件的有源區(qū)110發(fā)熱元胞區(qū)域被分為兩部分，一部分用于傳輸導(dǎo) 通狀態(tài)下的電流，也就是主有源區(qū)112,另一部分較小面積的區(qū)域的副有源區(qū)，作為溫度檢 測單元114。并，分別W主有源區(qū)112為基礎(chǔ)形成常規(guī)的主功率器件Q1，W溫度檢測單元 114形成檢測器件T1。
[0030] 功率器件的有源區(qū)110是包括主功率器件Q1的主有源區(qū)112,和在該主有源區(qū) 112的外圍形成的檢測器件T1