專利名稱：并聯(lián)mosfet的失效預(yù)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路和一種操作第一MOSFET和第二MOSFET的方法。
制作了由若干并聯(lián)的MOSFET組成的功率轉(zhuǎn)換電路，以便和單封裝器件相比，擴(kuò)大這種電路的功率范圍。這種電路在汽車和工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因?yàn)镸OSFET的并聯(lián)，這種功率電路獲得了高的額定電流。
為了避免在一個或多個并聯(lián)的MOSFET失效或一個或多個電學(xué)連接(例如焊料連接)斷裂情況下這種功率電路完全失效，已知提供冗余MOSFET來替換失效的MOSFET的方法。
本發(fā)明的一個目標(biāo)是預(yù)測或確定MOSFET的可能失效。
根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例，上述目標(biāo)可以通過一種電子電路獲得，該電路包括并聯(lián)的第一MOSFET和第二MOSFET。而且，提供用于預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效的診斷電路。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面，該診斷電路至少基于第一和第二MOSFET中至少一個的溫度和第一和第二MOSFET中至少一個的柵電壓之一，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。
有利的是，例如本發(fā)明的該實(shí)施例允許在實(shí)際的錯誤或失效發(fā)生之前預(yù)測功率模塊的第一和第二MOSFET之一的可能失效。因此，可以在失效實(shí)際發(fā)生之前執(zhí)行被預(yù)測失效的MOSFET或模塊的改變。
而且，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，冗余MOSFET的提供可以省略，使得能夠提供更簡單、更便宜和更小巧的電子電路。
根據(jù)權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，可以在第一MOSFET處安置第一溫度傳感器以測量該MOSFET的第一溫度。然后，診斷電路適于基于第一MOSFET處的第一溫度的升高預(yù)測第二MOSFET的可能失效。
根據(jù)權(quán)利要求3所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，提供第二溫度傳感器，安置它是為了測量第一和第二MOSFET的總體溫度。因此，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面，第二溫度傳感器可以安置在包括第一和第二MOSFET的模塊的封裝體上。而且，在分立的MOSFET安裝在公共熱沉上的情況下，第二溫度傳感器可以在公共熱沉上提供。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的診斷電路適于基于第一和第二MOSFET的總體溫度的溫度升高，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。而且，可以提供環(huán)境溫度傳感器以測量環(huán)境溫度或參考溫度。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，僅提供一個溫度傳感器就足以預(yù)測一個MOSFET的可能失效。
根據(jù)權(quán)利要求4所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，提供安置在第二MOSFET處的第三溫度傳感器，以測量該第二MOSFET的溫度。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的診斷電路被調(diào)整，使得其基于第二MOSFET處的第三溫度下降預(yù)測第二MOSFET的可能失效。
根據(jù)權(quán)利要求5所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，提供柵電壓監(jiān)測單元以監(jiān)測第一MOSFET的柵電壓。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的診斷電路，適于基于第一MOSFET的柵電壓的降低預(yù)測第二MOSFET的可能失效。該實(shí)施例優(yōu)選地結(jié)合一個柵電壓控制實(shí)現(xiàn)，根據(jù)該柵電壓控制，各柵電壓被調(diào)整以均衡流經(jīng)MOSFET的電流和/或MOSFET的溫度。
在包括柵電壓控制裝置以控制MOSFET的電阻RDSon的電子電路或功率模塊中，本發(fā)明的該示例性實(shí)施例是有優(yōu)勢的。這種RDSon控制可以基于工作時流經(jīng)MOSFET的電流實(shí)現(xiàn)，或基于一個或多個MOSFET的溫度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，執(zhí)行這種RDSon控制以均衡MOSFET之間的電流分配。在這種電子電路中，通過減小第一MOSFET的柵電壓來增加第一MOSFET的RDSon，第一MOSFET和第二MOSFET的RDSon相互調(diào)整使得兩個MOSFET具有相同的RDSon，即，承載相同的電流負(fù)載。換句話說，通過增加“較好的”MOSFET的RDSon，人為地惡化該“較好的”MOSFET以調(diào)整它到第二MOSFET的RDSon。RDSon增加可以看成是該MOSFET的可能失效的指示。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的示例性實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝籑OSFET的柵電壓降低以增加其RDSon時，可以預(yù)測第二MOSFET的RDSon增加，這可以看成是第二RDSon很快將要失效的指示。
根據(jù)權(quán)利要求6所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，當(dāng)其預(yù)測第一和第二MOSFET其中之一可能失效時，診斷電路發(fā)送一個警告消息。有利的是，例如這種電子電路用在汽車應(yīng)用中的情況，警告信息可以輸出到診斷系統(tǒng)或服務(wù)指示器?；谠撓?，一個服務(wù)或“改變MOSFET”消息可以輸出給用戶或操作者。
根據(jù)權(quán)利要求7所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，該電子電路是功率模塊，特別是用于汽車應(yīng)用的功率模塊。
根據(jù)權(quán)利要求8所述的本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施例，提供一種操作第一MOSFET和第二MOSFET的方法。根據(jù)該方法，至少基于第一和第二MOSFET中至少一個的溫度和第一和第二MOSFET中至少一個的柵電壓之一，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。有利的是，這可以允許在第一和第二MOSFET的操作中早期預(yù)測失效。
權(quán)利要求9到13提供了本發(fā)明的進(jìn)一步的示例性實(shí)施例。
至少基于第一和第二MOSFET中至少一個的溫度和第一和第二MOSFET中至少一個的柵電壓之一，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效，可以看作是本發(fā)明的示例性實(shí)施例的主旨。根據(jù)本發(fā)明，可以預(yù)測MOSFET的可能失效或確定MOSFET中一個的實(shí)際失效。即將到來的或現(xiàn)存的MOSFET失效導(dǎo)致施加到電子電路中的其他器件的器件壓力的巨大改變，這會導(dǎo)致在該電子電路中產(chǎn)生不同的溫度。例如，這種(可能)失效可以作為電子電路總體溫度升高或剩余單個MOSFET的溫度升高，或作為失效的MOSFET即毀壞的MOSFET的溫度降低，被檢測到。而且，結(jié)合MOSFET電流均衡控制，一個MOSFET的(可能)失效可以基于另一個MOSFET的柵電壓降低的檢測到。
參考此后描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些或其它方面將顯而易見并將得到闡述。
下面參照如下附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電子電路的第一示例性實(shí)施例的簡化的示意性電路圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電子電路的第二示例性實(shí)施例的簡化的示意性電路圖。
下面參考圖1和圖2的描述中，相同的參考數(shù)字用來指示相同或相應(yīng)的元件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電子電路的第一示例性實(shí)施例的簡化的示意性電路圖。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面，該電子電路是功率模塊，包括多個并聯(lián)的MOSFET(功率MOSFET)。然而對于熟練的技術(shù)人員，顯然本發(fā)明還可以應(yīng)用于安裝在公共熱沉上的分立的MOSFET，因?yàn)樗鼈兲貏e適用于汽車應(yīng)用。
圖1中的參考數(shù)字2表示驅(qū)動器，其輸出與電阻器4相連。驅(qū)動器2和電阻器4用來驅(qū)動多個MOSFET，這里是分別相互并聯(lián)的第一、第二和第三MOSFET 6、8和10。而且提供第一、第二和第三電流測量單元14、16和18，它們分別與第一、第二和第三MOSFET6、8和10相關(guān)聯(lián)安置以分別測量工作時流經(jīng)第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的電流。第一、第二和第三電流測量單元14、16和18與MOSFET電阻控制器12相連，以基于第一、第二和第三電流測量單元14、16和18的電流測量，控制第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的開態(tài)電阻RDSon。
參考數(shù)字20、22和24表示受控電流源，它們用來控制第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的柵電壓。代替提供電流源20、22和24，也可以提供電阻器。結(jié)合這些電阻器，可以分別提供與電阻器4串聯(lián)的由電阻控制12控制的可靠電阻器。
MOSFET電阻控制器適于單獨(dú)控制第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的RDSon。因此，柵電壓控制電路26適于基于由電流測量單元14、16和18確定的電流的至少之一(優(yōu)選全部)，控制、調(diào)整或均衡第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中的至少一個柵電壓。第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的柵電壓通過受控電流源20、22和24控制，這些電流源由包括柵電壓控制電路26的MOSFET電阻控制12控制。優(yōu)選地，這種控制使RDSon相互調(diào)整，即，流經(jīng)MOSFET 6、8和10的電流被均衡。
根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的不同形式，代替提供電流測量電路14、16和18，可以提供溫度傳感器用于測量第一、第二和第三MOSFET6、8和10其中至少一個(優(yōu)選全部)的溫度。然后，柵電壓電路26適于基于第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的溫度中的至少一個(優(yōu)選全部)，單獨(dú)控制、調(diào)整或均衡至少第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的柵電壓之一。尤其是，這種控制使得MOSFET 6、8和10的RDSon相互調(diào)整，即均衡。這種控制還可以使MOSFET 6、8、10的溫度或流經(jīng)MOSFET6、8和10的電流相互調(diào)整，即均衡。
參考數(shù)字28表示診斷電路，其用于預(yù)測第一、第二和第三MOSFET6、8和10之一的可能失效。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面，該診斷電路基于第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中至少一個(優(yōu)選全部)的柵電壓，預(yù)測或確定第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中至少一個的可能或?qū)嶋H失效。第一、第二和第三MOSFET 6、8和10的柵電壓可以通過診斷電路28確定。然而，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面，第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中至少一個的柵電壓也可以直接從受控電流源20、22和24的驅(qū)動信號獲得，這些驅(qū)動信號與柵電壓成比例。診斷電路28適于使得其基于第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中的其他MOSFET的柵電壓降低預(yù)測第一、第二和第三MOSFET 6、8和10之一的可能失效。這樣，例如，如果確定第一MOSFET 6的柵電壓降低，則診斷電路預(yù)測或確定第二MOSFET 8的失效。
在診斷電路28確定MOSFET 6、8和10之一失效或預(yù)測MOSFET 6、8和10之一可能失效(可能例如由器件的焊接點(diǎn)質(zhì)量退化導(dǎo)致)的情況下，診斷電路28發(fā)送消息到例如汽車的診斷系統(tǒng)或服務(wù)系統(tǒng)。這些情況下，可以向操作者發(fā)布服務(wù)消息，使得能夠執(zhí)行相應(yīng)功率模塊的修理或調(diào)換。
根據(jù)該示例性實(shí)施例的一個方面，確定MOSFET 6、8和10的所有柵電壓。然后，當(dāng)其他MOSFET中的一個或多個的柵電壓減小時，檢測一個MOSFET的可能失效。這樣，例如，當(dāng)電壓差超過預(yù)設(shè)閾值時可以判定失效。而且，當(dāng)一個MOSFET的柵電壓比其他MOSFET高出很多時，可以確定該MOSFET處的失效。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電子電路的第二示例性實(shí)施例的簡化的示意性電路圖。圖2中示出的電子電路包括多個相互并聯(lián)的MOSFET。優(yōu)選地，圖2所示的電子電路是功率模塊，例如，用于汽車應(yīng)用的功率模塊。然而，對于熟練的技術(shù)人員顯而易見本發(fā)明可以用于分立的MOSFET。
圖2中參考數(shù)字30表示與溫度傳感器32、34、36和38相連的診斷電路?？梢詮膱D2獲知，溫度傳感器34、36和38分別安置在第一、第二和第三MOSFET 6、8和10處，使得它們分別測量第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中每一個的單獨(dú)的溫度。
參考數(shù)字40指示虛線，它表示包括溫度傳感器34、36和38的第一、第二和第三MOSFET 6、8和10可以集成到一個封裝體內(nèi)或安裝到公共熱沉上。該封裝體40(或熱沉)可以配備有另一個溫度傳感器32，其測量三個MOSFET 6、8和10的總體溫度。換句話說，溫度傳感器32設(shè)置成其測量MOSFET 6、8和10的總體溫度，MOSFET 6、8和10并聯(lián)安置并形成功率模塊。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供傳感器32而不需要提供傳感器34、36和38就足夠了。
根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面的診斷電路30適于使得其基于第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中另一個MOSFET的溫度升高，預(yù)測或確定第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中一個MOSFET的(可能)失效。這樣，例如，可以基于第一和第三MOSFET 6和10兩個的溫度升高，確定第二MOSFET 8的失效?？梢曰诘谝籑OSFET 6的溫度升高，確定第二MOSFET 8或第三MOSFET 10的失效。
這基于這樣的事實(shí)，在一個MOSFET失效或減小使它的RDSon增加的情況下，它不再(或更低程度地)幫助傳輸電流。因此，電流分布發(fā)生偏移，使得較高的負(fù)載即較高的電流施加到剩余MOSFET。因?yàn)槭Ｓ?未失效)MOSFET的器件壓力增加，這些器件的溫度將升高。而且，也導(dǎo)致總損耗的增加。該溫度升高被檢測到，并用作一個或多個MOSFET的失效或可能失效的指示。
而且，診斷電路30適于使得其基于由溫度傳感器32確定的總體溫度，預(yù)測或確定第一、第二和第三MOSFET 6、8和10之一的(可能)失效。這樣，如果第一、第二和第三MOSFET 6、8和10之一退化或失效，如上所述，剩余元件的溫度增加。這種增加被溫度傳感器32檢測到，并用作MOSFET 6、8和10之一退化或失效的指示。這種情況下，傳感器34、36和38不是必要的。換句話說，如果一個MOSFET退化，則電路的總功率損失增加。這種功率損失的增加導(dǎo)致溫度增加，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該溫度增加可以被檢測到并用來預(yù)測可能失效。
此外，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的診斷電路30可設(shè)置成使得其基于第一、第二和第三MOSFET 6、8和10中一個處溫度的溫度下降，確定第一、第二或第三MOSFET 6、8和10中該特定MOSFET的失效。這是因?yàn)檫@樣的事實(shí)，如果一個特定MOSFET退化或失效，由于它的RDSon增加，該特定MOSFET的電流負(fù)載降低，使得在該特定MOSFET中產(chǎn)生較小的熱量。該溫度降被檢測到并用作該MOSFET退化或失效的指示。診斷電路30適于使得如果其確定或預(yù)測第一、第二和第三MOSFET6、8和10之一失效，它發(fā)送警告消息到例如汽車的例如診斷系統(tǒng)或服務(wù)管理器。這種警告消息可以促使將服務(wù)消息發(fā)送給駕駛員。
而且，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例的一個方面，該診斷電路可以以這種方式擴(kuò)展，如果它確定第一分段的MOSFET 6、8和10之一退化或失效，它切斷該特定MOSFET。然而，甚至該退化的MOSFET仍然可以工作，對總功率有貢獻(xiàn)。如果本發(fā)明結(jié)合柵電壓控制，根據(jù)該柵電壓控制，各柵電壓被調(diào)整以均衡流經(jīng)MOSFET的電流和/或MOSFET的溫度，流經(jīng)該退化的MOSFET的電流或該MOSFET的溫度不應(yīng)該再用來控制柵電壓。
圖2所示的電路還可以與圖1描述的電阻控制12結(jié)合。
本發(fā)明在N+1冗余系統(tǒng)中特別有優(yōu)勢，其中，如果一個MOSFET失效，系統(tǒng)仍能工作，但例如可以發(fā)送警告消息到診斷系統(tǒng)，例如促進(jìn)該特定MOSFET的或該特定功率模塊的改變。
有利的是，上述本發(fā)明的示例性實(shí)施例允許連續(xù)地在線監(jiān)測例如大電流模塊的電子電路。特別是在汽車電子中，因?yàn)閷υ目煽啃缘囊蟛粩嘣黾樱@種監(jiān)測變得越來越重要。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，包括第一MOSFET和第二MOSFET，其中第一和第二MOSFET并聯(lián)設(shè)置；以及診斷電路，用于預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效；其中該診斷電路至少基于第一和第二MOSFET中至少一個的溫度和第一和第二MOSFET中至少一個的柵電壓之一，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。
2.權(quán)利要求1所述的電子電路，進(jìn)一步包括設(shè)置在第一MOSFET處的第一溫度傳感器，用于測量第一MOSFET的第一溫度；其中診斷電路基于第一MOSFET處的第一溫度的升高，預(yù)測第二MOSFET的可能失效，該第一溫度的升高通過第一溫度傳感器確定。
3.權(quán)利要求1所述的電子電路，進(jìn)一步包括第二溫度傳感器，用于測量第一和第二MOSFET的第二總體溫度；其中診斷電路基于該第二總體溫度的溫度升高，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。
4.權(quán)利要求1所述的電子電路，進(jìn)一步包括設(shè)置在第二MOSFET處的第三溫度傳感器，用于測量第二MOSFET的第三溫度；其中診斷電路基于第二MOSFET處的第三溫度的降低，預(yù)測第二MOSFET的可能失效，該第三溫度的降低通過第三溫度傳感器確定。
5.權(quán)利要求1所述的電子電路，進(jìn)一步包括柵電壓監(jiān)測單元，用于監(jiān)測第一MOSFET的柵電壓；其中診斷電路基于第一MOSFET的柵電壓的降低，預(yù)測第二MOSFET的可能失效。
6.權(quán)利要求1所述的電子電路，其中診斷電路在它預(yù)測第一和第二MOSFET之一可能失效時發(fā)送警告消息。
7.權(quán)利要求1所述的電子電路，其中該電子電路是特別用在汽車應(yīng)用中的功率轉(zhuǎn)換電路。
8.操作第一MOSFET和第二MOSFET的方法，其中該第一和第二MOSFET并聯(lián)設(shè)置，該方法包括以下步驟至少確定第一和第二MOSFET中至少一個的溫度和第一和第二MOSFET中至少一個的柵-源電壓之一；基于所述至少第一和第二MOSFET中至少一個的溫度和第一和第二MOSFET中至少一個的柵電壓之一，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。
9.權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟確定第一MOSFET的第一溫度；基于第一MOSFET處的第一溫度的升高，預(yù)測第二MOSFET的可能失效。
10.權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟確定第一和第二MOSFET的第二總體溫度；基于該第二總體溫度的溫度升高，預(yù)測第一和第二MOSFET之一的可能失效。
11.權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟確定第二MOSFET的第三溫度；基于該第二MOSFET處的第三溫度的降低，預(yù)測第二MOSFET的可能失效。
12.權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟監(jiān)測第一MOSFET的柵電壓；基于該第一MOSFET的柵電壓的降低，預(yù)測第二MOSFET的可能失效。
13.權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟當(dāng)預(yù)測到第一和第二MOSFET之一可能失效時，發(fā)送警告消息。
全文摘要
功率轉(zhuǎn)換電路通常由若干并聯(lián)工作的MOSFET組成。因?yàn)闊嵫h(huán)和機(jī)械運(yùn)作，MOSFET或MOSFET的各個電連接可能失效。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于多個并聯(lián)的MOSFET的診斷電路，其至少基于MOSFET的溫度或MOSFET的柵電壓之一預(yù)測或確定可能的失效。有利的是，可以提供MOSFET的連續(xù)監(jiān)測，并可以提供MOSFET失效的早期確定。
文檔編號H03K17/12GK1846353SQ200480025163
公開日2006年10月11日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者T·迪爾鮑姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司