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DE102004031722A1 - Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch - Google Patents

Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch Download PDF

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DE102004031722A1
DE102004031722A1 DE102004031722A DE102004031722A DE102004031722A1 DE 102004031722 A1 DE102004031722 A1 DE 102004031722A1 DE 102004031722 A DE102004031722 A DE 102004031722A DE 102004031722 A DE102004031722 A DE 102004031722A DE 102004031722 A1 DE102004031722 A1 DE 102004031722A1
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DE
Germany
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temperature
current
circuit arrangement
semiconductor switch
switching element
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102004031722A
Other languages
German (de)
Inventor
Alfons Dr. Graf
Jenö Dr. Tihanyi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke (7), umfassend eine Serienschaltung mit einer Spannungsquelle (1) zur Bereitstellung eines Versorgungspotenzials (+U), einem Halbleitermodul, einer dem Halbleitermodul vorgeschalteten Stromsicherung (2), welche geeignet ist, den Stromfluss in der Serienschaltung bei Erreichen eines wählbaren Stromschwellenwerts zu unterbrechen, und wenigstens einem Lastwiderstand (4), wobei das Halbleitermodul ein Gehäuse (18) und wenigstens einen in dem Gehäuse (18) angeordneten steuerbaren Halbleiterschalter (3) aufweist, der durch seine Versorgungsspannungsanschlüsse mit der Spannungsquelle verbunden ist und mit einer lastfähigen Steuergerätemasse (9) elektrisch leitend verbunden ist, wobei in dem Gehäuse (18) ein temperaturgesteuertes Schaltelement (8) integriert ist, das an das Versorgungspotenzial (+U) und an die Steuergerätemasse (9) angeschlossen ist, wobei das temperaturgesteuerte Schaltelement (8) geeignet ist, mit einer Temperaturzunahme bei Erreichen eines wählbaren Temperaturschwellwerts von einem hochohmigen, im Wesentlichen Strom sparenden Aus-Zustand in einen niederohmigen, Strom durchlässigen An-Zustand zu schalten, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung von der Spannungsquelle (1) zur Steuergerätemasse (9) gebildet wird, deren elektrischer Widerstand einen Strom mit einer Stromstärke von wenigstens dem Stromschwellenwert der Stromsicherung (2) ermöglicht.circuitry with at least one load path (7) comprising a series circuit with a voltage source (1) for providing a supply potential (+ U), a semiconductor module, a semiconductor module upstream Current fuse (2), which is suitable, the current flow in the series circuit upon reaching a selectable Current threshold value, and at least one load resistor (4), wherein the semiconductor module comprises a housing (18) and at least one in the case (18) arranged controllable semiconductor switch (3), the through its supply voltage connections to the voltage source is connected and with a loadable control unit mass (9) is electrically conductively connected, wherein in the housing (18) a temperature-controlled switching element (8) is integrated, the to the supply potential (+ U) and to the control unit ground (9) is connected, wherein the temperature-controlled switching element (8) is suitable, with an increase in temperature upon reaching a selectable temperature threshold from a high-impedance, essentially power-saving off-state into a low-impedance, current-permeable on-state, causing an electrically conductive connection from the voltage source (1) to the control unit mass (9) whose electrical resistance is a current with a current strength of at least the current threshold value of the current fuse (2) allows.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke, die in Serienschaltung eine Spannungsquelle, ein Halbleitermodul mit wenigstens einem steuerbaren Halbleiterschalter, eine dem Halbleitermodul vorgeschaltete Stromsicherung, sowie wenigstens einen Lastwiderstand umfasst.The The present invention relates to a circuit arrangement with at least a load path connected in series to a voltage source, a semiconductor module with at least one controllable semiconductor switch, an upstream of the semiconductor module power fuse, and at least includes a load resistor.

Werden steuerbare Halbleiterschalter außerhalb ihrer Spezifikation betrieben, kann dies zu einem Durchschmelzen, d.h. zu einem so genannten Durchlegieren des Halbleiterschalters führen. Hierbei entsteht typischerweise ein nicht mehr steuerbarer leitfähiger Kanal, welcher aber kontinuierlich Strom trägt. Als Folge hiervon, wird bei einem einem Lastwiderstand vorgeschalteten High-Side-Halbleiterschalter ein Kurzschluss zwischen dem Versorgungspotenzial und dem Ausgangsanschluss des Halbleiterschalters bewirkt, während bei einem einem Lastwiderstand nachgeschalteten Low-Side-Halbleiterschalter ein Kurzschluss des Ausgangsanschlusses des Halbleiterschalters zur Lastmasse bewirkt wird.Become controllable semiconductor switches outside their specification operated, this can lead to melt through, i. to a so-called Lead through the semiconductor switch. This typically arises a non-controllable conductive Channel, which carries electricity continuously. As a result, will at a high-side semiconductor switch connected upstream of a load resistor a short circuit between the supply potential and the output terminal of the semiconductor switch, while at a load resistance downstream low-side semiconductor switch a short circuit of the Output terminal of the semiconductor switch to the load mass causes becomes.

Ursache für das Durchlegieren eines Halbleiterschalters ist beispielsweise ein so genannter "Load-Dump"-Effekt, welcher auftreten kann, wenn eine Spannungsquelle, die von einem Generator aufgeladen wird, in unbeabsichtigter Weise, etwa durch einen Wackelkontakt, von dem Generator getrennt wird was zu Spannungsspitzen am Halbleiterschalter führen kann. Eine weitere, nicht immer auszuschließende Ursache kann der auf Unkenntnis beruhende, unsachgerechte Einsatz des Halbleiterschalters durch den Nutzer außerhalb dessen Spezifikation sein.reason for the By alloying a semiconductor switch, for example, is one way called "load-dump" effect, which can occur when a voltage source coming from a generator is charged inadvertently, for example by a loose connection, disconnected from the generator which can lead to voltage spikes on the semiconductor switch. Another, not always excluded cause of the Ignorance based, improper use of the semiconductor switch through the user outside its specification.

Neben der damit einher gehenden Funktionseinbuße, sind durchlegierte Bereiche in Halbleiterschaltern als besonders gefährlich anzusehen, da sie gewöhnlich einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand haben als ein nicht durchlegierter Halbleiterschalter. Während ein Leistungs-MOSFET im voll funktionsfähigen Zustand lediglich einen Durchlasswiderstand von typischerweise ca. 10 mΩ aufweist, ist bei einem durchlegierten Bereich mit einem elektrischen Widerstand in der Größenordnung von typischerweise ca. 1 Ω zu rechnen. Der hohe elektrische Widerstand eines durchlegierten Bereichs führt bewirkt während des Betriebs somit eine sehr hohe Verlustleistung am Halbleiterschalter, was zu einer Temperaturerhöhung und schließlich zu einem Brand des Halbleiterschalters bzw. dessen Umgebung führen kann. Erschwerend kommt hinzu, dass bei einer derartigen Funktionsstörung des Halbleiterschalters eine in der Laststrecke angeschlossene Kurzschlusssicherung die Stromleitung nicht unterbrechen kann, da die Stromstärke in der Laststrecke gegenüber einer "ordnungsgemäßen" Stromstärke nicht erhöht ist.Next the concomitant loss of function are all alloyed areas In semiconductor switches to be considered as particularly dangerous, since they usually have a much higher have electrical resistance as a non-alloyed semiconductor switch. While a full power MOSFET will only have one on-resistance typically about 10 mΩ, is at an alloyed area with an electrical resistance in the order of typically about 1 Ω too expected. The high electrical resistance of an alloyed area causes causes while the operation thus a very high power dissipation at the semiconductor switch, causing a temperature increase and finally can lead to a fire of the semiconductor switch or its surroundings. To make matters worse, that in such a malfunction of the Semiconductor switch a connected in the load path short-circuit protection the power line can not break because the current in the Load route opposite a "proper" amperage not elevated is.

Um bei einem durchlegierten Halbleiterschalter eine Unterbrechung der Laststrecke durch eine Kurzschlusssicherung zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, in räumlicher Nähe zu einem Halbleiterschalter einen Temperatursensor vorzusehen, welcher nach erfolgreichem Erfassen einer wählbaren kritischen Temperatur einen Kurzschlussschalter zum Auslösen der Stromsicherung betätigt. Diese Lösung ist in 1 gezeigt. Gemäß 1 umfasst eine herkömmliche Schaltungsanordnung eine Batterie 1, eine Kurzschlusssicherung 2, eine Mehrzahl von Leistungsschaltern 3, eine Mehrzahl von den Leistungsschaltern 3 nachgeschalteten Lasten 4, sowie einen Kurzschlussschalter 5. Wie etwa in Bereich Automotive üblich, ist der Minusanschluss auf Masse gelegt. Der Kurzschlussschalter 5 und die Leistungsschalter 3 sind in einem gemeinsamen Elektronikgehäuse 6 aufgenommen. Jeder Leistungsschalter 3 ist mit einem Temperatursensor (nicht gezeigt) ausgerüstet, wel cher bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts den Kurzschlussschalter 5 schließt, so dass die Stromsicherung 2 den Stromfluss in der Laststrecke 7 unterbricht.In order to achieve an interruption of the load path through a short-circuit protection in a semiconductor semiconductor breaker, has already been proposed to provide a temperature sensor in close proximity to a semiconductor switch, which actuates a short-circuit switch for triggering the current fuse after successful detection of a selectable critical temperature. This solution is in 1 shown. According to 1 For example, a conventional circuit arrangement includes a battery 1 , a short-circuit protection 2 , a plurality of circuit breakers 3 , a plurality of the circuit breakers 3 downstream loads 4 , as well as a short-circuit switch 5 , As usual in the automotive sector, the negative terminal is grounded. The short-circuit switch 5 and the circuit breakers 3 are in a common electronics housing 6 added. Every circuit breaker 3 is equipped with a temperature sensor (not shown) wel cher on reaching a temperature threshold, the short-circuit switch 5 closes, so that the current fuse 2 the current flow in the load path 7 interrupts.

Nachteilig bei obiger Lösung ist vor allem, dass gewöhnlich eine Vielzahl von Halbleiterschaltern auf einer einzelnen Platine verbaut sind, so dass, aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit und zur Vermeidung eines unzureichenden Ansprechverhaltens des Temperatursensors, im Allgemeinen für jeden Halbleiterschalter ein separater Temperatursensor vorgesehen werden muss. Neben den Problemen bei der praktischen Umsetzung führt dies auch zu hohen Kosten.adversely in the above solution First of all, that is usually a plurality of semiconductor switches on a single board are built so that, due to poor thermal conductivity and avoidance insufficient response of the temperature sensor, in Generally for each semiconductor switch provided a separate temperature sensor must become. Besides the problems with the practical implementation this leads also at high costs.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung mit einem steuerbaren Halbleiterschalter in einer Laststrecke anzugeben, durch welche in zuverlässiger Weise eine Stromunterbrechung bei einem Überhitzen des Halbleiterschalters, etwa infolge eines Durchlegierens, erreicht werden kann. Eine solche Schaltungsanordnung soll im Hinblick auf eine Massenfertigung in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar sein.In contrast there is the object of the present invention is a circuit arrangement indicate with a controllable semiconductor switch in a load path, through which in more reliable Way a power interruption in an overheating of the semiconductor switch, for example, as a result of a Durchlegierens can be achieved. Such Circuit arrangement is intended with regard to mass production in simple and inexpensive way be produced.

Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche angegeben.These Task is according to the proposal of the invention by a circuit arrangement with the characteristics of the independent Claim solved. advantageous Embodiments of the invention are indicated by the features of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke gezeigt, die eine Serienschaltung mit einer Spannungsquelle zum Bereitstellen eines Versorgungspotenzials, ein Halbleitermodul mit wenigstens einem steuerbaren Halbleiterschalter, eine dem Halbleitermodul vorgeschaltete Stromsicherung, die geeignet ist, den Stromfluss in der Laststrecke bei Erreichen eines wählbaren Stromschwellwerts zu unterbrechen, und wenigstens einen Lastwiderstand umfasst. Eine solche Stromsicherung kann als herkömmliche Kurzschluss sicherung ausgebildet sein, in welcher zum Beispiel ein Schmelzdraht bei Erreichen einer kritischen Stromstärke schmilzt. Das Halbleitermodul ist zudem mit einem Gehäuse versehen, in welchem der steuerbare Halbleiterschalter untergebracht ist. Der steuerbare Halbleiterschalter ist mit seinen beiden Versorgungsspannungsanschlüssen an die Spannungsquelle angeschlossen und ferner mit einer Steuergerätemasse elektrisch leitend verbunden. Bei der Steuergerätemasse handelt es sich um den Massenanschluss der Steuerlogik, welche für gewöhnlich auch als "Logikmasse" bezeichnet wird. Im Gegensatz zu einer in herkömmlicher Weise eingesetzten Steuergerätemasse, welche im Vergleich zu typischen Lastströmen im Ampere-Bereich, lediglich wesentlich geringere Steuerströme tragen muss, ist die Steuergerätemasse der Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung als eine lastfähige, d.h. leistungsfähige Steuergerätemasse ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass für die Steuergerätemasse in der Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen Steuergerätemasse im Allgemeinen dickere Anschlussleitungen vorzusehen sind. Während bei einer herkömmlichen Steuergerätemasse etwa im Bereich Atuomotive Anschlussleitungen eingesetzt werden, die eine typische Querschnittsfläche ab ca. 0,5 mm2 aufweisen, haben die Anschlussleitungen der Steuergerätemasse der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorzugsweise eine größere Querschnittsfläche im Bereich von wenigstens ca. 1 bis ca. 2 mm2, angepasst an die Dimensionierung der Stromsicherung.According to the invention, a circuit arrangement with at least one load path is shown, which is a series circuit with a voltage source for providing a supply potential, a semiconductor module with at least one controllable semiconductor switch, a semiconductor module upstream current fuse, which is suitable for the current flow in the load path upon reaching a selectable current threshold value interrupt, and at least one load resistor comprises. Such a current fuse may be formed as a conventional short-circuit fuse in which, for example, melts a fuse wire upon reaching a critical current. The semiconductor module is also provided with a housing in which the controllable semiconductor switch is housed. The controllable semiconductor switch is connected with its two supply voltage terminals to the voltage source and further electrically connected to a control unit ground. The ECU ground is the mass connection of the control logic, which is commonly referred to as "logic ground". In contrast to a conventionally used control device mass, which must carry only much lower control currents compared to typical load currents in the ampere range, the control unit mass of the circuit arrangement of the present invention is designed as a loadable, ie powerful control device mass. As a result, the control unit mass in the circuit arrangement of the present invention is generally to be provided with thicker connection lines in comparison with a conventional control unit ground. While in a conventional control unit ground approximately in the area Atuomotive connecting lines are used, which have a typical cross-sectional area from about 0.5 mm 2 , the leads of the control unit mass of the circuit arrangement according to the invention preferably have a larger cross-sectional area in the range of at least about 1 to about 2 mm 2 , adapted to the dimensioning of the current fuse.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in dem Gehäuse zudem ein temperaturgesteuertes Schaltelement integriert, d.h. in dem Gehäuse mit eingebaut, das mit einem seiner Versorgungsanschlüsse an das Versorgungspotenzial der Spannungsquelle angeschlossen ist, während es mit dem anderen seiner Versorgungsanschlüsse an die Steuergerätemasse angeschlossen ist. Insofern bewirkt das temperaturgesteuerte Schaltelement im Durchlasszustand eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Versorgungspotenzial und dem Steuergerätemasseanschluss, derart, dass der steuerbare Halbleiterschalter kurzgeschlossen wird.at the circuit arrangement according to the invention is in the case In addition, a temperature-controlled switching element integrated, i. in the housing integrated with one of its supply connections to the Supply potential of the voltage source is connected while it with the other of its supply connections to the ECU ground connected. In this respect, the temperature-controlled switching element causes in the on state an electrically conductive connection between the supply potential and the ECU ground connection such that the controllable semiconductor switch is short-circuited.

Das temperaturgesteuerte Schaltelement ist geeignet, mit anwachsender Temperatur bei Erreichen eines wählbaren Temperaturschwellwerts von einem hochohmigen, Strom im Wesentlichen sperrenden Aus-Zustand, in einen niederohmigen, Strom durchlassenden An-Zustand zu schalten. Wird das temperaturgesteuerte Schaltelement in seinen An-Zustand geschaltet, wird demzufolge ein Strompfad von der Spannungsquelle zur Steuergerätemasse ausgebildet. Wesentlich hierbei ist, dass der elektrische Widerstand dieses Strompfads so gering ist, dass ein Strom in dem Strompfad mit einer Stromstärke ermöglicht ist, dessen Wert wenigstens dem Stromschwellwert der Stromsicherung entspricht, so dass die Stromsicherung auslösen kann.The Temperature controlled switching element is suitable with increasing Temperature when reaching a selectable Temperature threshold of a high-impedance, current substantially blocking off-state, into a low-resistance, current-passing To switch on state. Will the temperature-controlled switching element is switched to its on state, therefore, a current path of the voltage source is formed to the control unit mass. Essential Here it is that the electrical resistance of this current path is so low is that a current in the current path is allowed with a current whose value corresponds at least to the current threshold value of the current fuse, so that trigger the current fuse can.

Ferner ist in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die "Lastfähigkeit" der Steuergerätemasse so auszulegen, dass die Steuergerätemasse den durch den Strompfad zwischen Spannungsquelle und Steuergerätemasse fließenden Laststrom wenigstens solange tragen kann, bis die Stromsicherung auslöst, wobei im Allgemeinen, oberhalb der Stromschwellwerts der Stromsicherung, eine vergleichsweise höhere Stromstärke durch das temperaturgesteuerte Schaltelement zu einem schnelleren Auslösen der Stromsicherung führt. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn bei einem auf Durchlass geschalteten temperaturgesteuerten Schaltelement der von der Spannungsquelle zur Steuergerätemasse fließende Strom wenigstens eine Größe von dem ca. 2-fachen bis dem ca. 3-fachen des Stromschwellwerts der Stromsicherung hat. Zudem ist das temperaturgesteuerte Schaltelement so auszulegen, dass eine etwaige Erhitzung wenigstens solange nicht zu dessen Zerstörung führt, bis die Stromsicherung auslöst.Further is in the circuit arrangement according to the invention the "load capacity" of the control unit mass be designed so that the control unit mass through the current path at least between load source and controller mass flowing load current at least can carry until the current fuse triggers, in general, above the current threshold of the current fuse, a comparatively higher current through the temperature-controlled switching element to a faster triggering of Current fuse leads. In this case, it may be advantageous if, in the case of a passage switched on Temperature controlled switching element of the voltage source current flowing to the control unit ground at least one size of that about 2 times until which has about 3 times the current threshold value of the current fuse. moreover is the temperature controlled switching element designed so that a any heating, at least as long as it does not lead to its destruction, until the current fuse triggers.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement als zwei separate Chips ausgeführt sein. Eine solche Gestaltung kann beispielsweise in einer Chip-on-Chip-Struktur oder einer Chip-by-Chip-Struktur realisiert werden. In dem erstgenannten Fall sind die beiden Chips übereinander angeordnet, während in dem letztgenannten Fall die beiden Chips nebeneinander angeordnet sind. Im letztgenannten Fall ist es von Vorteil, wenn die beiden Chips auf einem gemeinsamen Lead-Frame aufgebracht sind.at an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention can the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element be executed as two separate chips. Such a design may, for example, in a chip-on-chip structure or a chip-by-chip structure can be realized. In the former Case the two chips are arranged one above the other, while in the latter case, the two chips are arranged side by side are. In the latter case, it is advantageous if the two Chips are applied on a common lead frame.

Für die Funktion des temperaturgesteuerten Schaltelements ist es wichtig, dass dieses in räumlicher Nähe zu dem Halbleiterschalter angeordnet ist, so dass sich eine thermische Anbindung des temperaturgesteuerten Schaltelements an den Halbleiterschalter ergibt und ein schnelles Ansprechen des temperaturgesteuerten Schaltelements bei einer Überhitzung des Halbleiterschalters sichergestellt ist. Da der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Gehäuses integriert sind, ist obige Voraussetzung selbst dann, wenn der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement als zwei separate Chips realisiert sind, im Allgemeinen erfüllt.For the function of the temperature-controlled switching element, it is important that this is arranged in spatial proximity to the semiconductor switch, so that there is a thermal connection of the temperature-controlled switching element to the semiconductor switch and a rapid response of the temperature-controlled switching element is ensured at an overheating of the semiconductor switch. Since the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element within a housing inte When the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element are realized as two separate chips, the above assumption is satisfied in general.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Chips monolithisch integriert. Eine derartige Realisierung ist einerseits in fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhaft, und stellt andererseits eine ausgezeichnete thermische Anbindung des temperaturgesteuerten Schaltelements an den Halbleiterschalter sicher.at an alternative embodiment the circuit arrangement according to the invention are the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element integrated monolithically within a chip. Such a realization is on the one hand advantageous in terms of manufacturing technology, and On the other hand, it provides an excellent thermal connection of the Temperature controlled switching element to the semiconductor switch safely.

Wenn der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Chips monolithisch integriert sind, ist es äußerst vorteilhaft, wenn die beiden Elemente ineinander verschachtelt sind, d.h. wenn bei einem üblichen Zellenaufbau von Halbleiterschalter und temperaturgesteuertem Schaltelement, die Zellen des Halbleiterschalters und die Zellen des temperaturgesteuerten Schaltelements ineinander verschachtelt sind. Entscheidend ist hierbei, dass durch die Ineinanderverschachtelung des Halbleiterschalters und des temperaturgesteuerten Schaltelements der Halbleiterschalter eine vergleichsweise größere Chipfläche einnimmt und für die Wärmeabfuhr eine größere Chipfläche als Wärmesenke zur Verfügung steht. Insofern tritt bei einer gleichen Verlustleistung bei einem Halbleiterschalter bei einer vergleichweise größeren Chipfläche eine vergleichsweise geringere Temperaturerhöhung auf. Eine solche Gestaltung hat somit den wesentlichen Vorteil, dass für den Halbleiterschalter eine größere Wärmesenke zur Verfügung steht, so dass gravierende Überhitzungsschäden, wie zum Beispiel ein Brand des Chips oder der Platine vermieden werden können. Die Zellen von Halbleiterschalter und dem temperaturgesteuerten Schaltelement können hierbei beispielseise in Form von Streifen oder Blöcken ineinander verschachtelt sein.If the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element Within a chip are monolithically integrated, it is extremely advantageous if the two elements are nested, i. if at a usual one Cell structure of semiconductor switch and temperature-controlled switching element, the cells of the semiconductor switch and the cells of the temperature-controlled Switching element are interleaved. Crucial here is in that the interleaving of the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element of the semiconductor switch occupies a comparatively larger chip area and for the heat dissipation a larger chip area than heat sink to disposal stands. Insofar occurs at a same power loss at a Semiconductor switch with a comparatively larger chip area a comparatively lower temperature increase on. Such a design thus has the significant advantage that for the semiconductor switch a larger heat sink to disposal stands, so that serious overheating damage, such as For example, a fire of the chip or board can be avoided can. The cells of semiconductor switch and the temperature controlled Switching element can here beispielseise in the form of strips or blocks into each other be nested.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Halbleiterschalter um einen Leistungshalbleiterschalter, insbesondere um einen Leistungs-MOSFET. Der Leistungshalbleiterschalter kann hierbei als sog. "Smart"-Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sein, d.h. ein Leistunghalbleiterschalter, in dem neben der Schaltfunktion weitergehende Schutz- und Diagnosefunktionen realisiert sind. Derartige Smart-Leistungsschalter werden von der Anmelderin beispielsweise unter den Marken "PROFET" oder "HITFET" im Handel vertrieben. Diese Leistungsschalter sind etwa mit einer Schutzfunktion bezüglich einer Spannungsspitze versehen, welche dafür sorgt, dass eine auftretende Überspannung geklemmt wird. Obgleich hierdurch ein Durchlegieren in bestimmten Fällen vermieden werden kann, hat sich gezeigt, dass die Energieaufnahme derartiger Smart-Leistungsschalter natur gemäß begrenzt ist, so dass ein Durchlegierens des Smart-Leistungsschalters beim Betrieb außerhalb der Spezifikation nicht ausgeschlossen ist.at a further advantageous embodiment of the invention the semiconductor switch is a power semiconductor switch, in particular, a power MOSFET. The power semiconductor switch can be referred to as a so-called "smart" power semiconductor switch be formed, i. a power semiconductor switch, in addition to the switching function further protection and diagnostic functions are realized. Such smart circuit breakers are used by the Applicant, for example, under the trademarks "PROFET" or "HITFET" sold commercially. These circuit breakers are about having a protection function with respect to a voltage spike provided for that ensures that an overvoltage occurs is clamped. Although this results in a breakdown in certain Cases avoided It has been shown that the energy intake of such Smart circuit breaker naturally limited according to is, allowing a breakdown of the smart circuit breaker when operating outside the specification is not excluded.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des temperaturgesteuerten Schaltelements handelt es sich um einen Thyristor, dessen temperaturabhängiges Schaltverhalten ausgenutzt wird. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn der Halbleiterschalter und der Thyristor in Form eines Lateralthyristors innerhalb eines Chips monolithisch integriert sind.at a particularly advantageous embodiment of the temperature-controlled Switching element is a thyristor whose temperature-dependent switching behavior is exploited. It may be advantageous if the semiconductor switch and the thyristor in the form of a lateral thyristor within a Chips are monolithically integrated.

Erfindungsgemäß ist es ferner von Vorteil, wenn das temperaturgesteuerte Schaltelement mit steigender Temperatur bei einer Schwelltemperatur im Bereich von ca. 250°C bis ca. 350°C von seinem Aus-Zustand in seinen An-Zustand schalten kann. Mit anderen Worten, das temperaturgesteuerte Schaltelement befindet sich unterhalb der Schwelltemperatur in seinem Aus-Zustand, während es sich oberhalb der Schwelltemperatur in seinem An-Zustand befindet und somit bei einer Temperaturerhöhung bei Erreichen der Schwelltemperatur von seinem Aus-Zustand in seinen An-Zustand schaltet. Dies gewährleistet, dass eine Stromunterbrechung im Bereich der Betriebstemperaturen von Halbleiterschaltern, welche gewöhnlich bis zu 200°C betragen, vermieden wird; gleichzeitig wird ein frühzeitiges Ansprechen bei einer Überhitzung des Schalters sichergestellt. Der Stromschwellwert der Stromsicherung liegt typischerweise in einem Bereich von einigen Ampère bis ca. 100 A. Die Versorgungsspannung der Spannungsquelle, insbesondere bei Anwendungen im Automotive-Bereich, liegt typischerweise in einem Bereich von ca. 12 V bis ca. 42 V.It is according to the invention furthermore advantageous if the temperature-controlled switching element with increasing temperature at a threshold temperature in the range of about 250 ° C up to 350 ° C from its off state to its on state. With others Words, the temperature-controlled switching element is located below the threshold temperature in its off state while it is above the Threshold temperature is in its on state and thus at a temperature increase upon reaching the threshold temperature from its off state to its On state switches. This ensures that a power interruption in the range of operating temperatures of semiconductor switches, which are usually up to 200 ° C avoided becomes; at the same time an early Response to overheating the switch ensured. The current threshold of the current fuse is typically in a range of a few amps to about 100 A. The supply voltage the voltage source, in particular in applications in the automotive sector, typically ranges from about 12V to about 42V.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Halbleiterschalter der Last in Form eines High-Side-Schalters vorgeschaltet oder in Form eines Low-Side-Schalters nachgeschaltet sein.In the circuit arrangement according to the invention The semiconductor switch can load the load in the form of a high-side switch upstream or downstream in the form of a low-side switch be.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. In den Figuren sind gleiche bzw. gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The Invention will now be explained in more detail with reference to embodiments, wherein Reference to the attached Drawings is taken. In the figures are the same or the same acting elements with the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl von Leistungsschaltern zum Schalten von Lasten; 1 shows a schematic representation of a conventional circuit arrangement with a plurality of circuit breakers for switching loads;

2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung; 2 shows a circuit arrangement according to the invention;

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Leistungsschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung von 2; 3 shows an embodiment of the circuit breaker and the temperature-controlled switching element of Schaltungsa invention arrangement of 2 ;

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterschalter und ein temperaturgesteuertes Schaltelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei Halbleiterschalter und temperaturgesteuertes Schaltelement als zwei separate Chips ausgeführt sind; 4 shows an embodiment of a semiconductor switch and a temperature-controlled switching element of the circuit arrangement according to the invention, wherein semiconductor switch and temperature-controlled switching element are designed as two separate chips;

5A und 5B zeigen einen Lateralthyristor, und einen Leistungs-MOSFET, welche in einem Chip monolithisch integriert sind; 5A and 5B show a lateral thyristor, and a power MOSFET, which are monolithically integrated in a chip;

6A bis 6C zeigen in schematischer Weise eine nicht verschachtelte bzw. verschachtelte Zellenstruktur eines Halbleiterschalters und eines temperaturgesteuerten Schaltelements der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. 6A to 6C show schematically a non-interleaved or interleaved cell structure of a semiconductor switch and a temperature-controlled switching element of the circuit arrangement according to the invention.

1, welche eine im Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung zeigt, wurde bereits eingangs erläutert, so dass auf eine Beschreibung hier verzichtet werden kann. 1 which shows a circuit arrangement known in the prior art has already been explained above, so that a description can be omitted here.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei welcher eine Laststrecke 7 eine Serienschaltung einer Batterie 1 zur Bereitstellung eines Versorgungspotenzials +U, eine Stromsicherung 2 zur Unterbrechung des Stromflusses der Laststrecke 7 bei Erreichen eines wählbaren Stromschwellwerts, eine Mehrzahl von Leistungs-MOSFETs 3, welche parallel zueinander verschaltet sind, sowie eine Mehrzahl von zu schaltenden Lasten 10 umfasst. Jeder Leistungs-MOSFET 3 ist hierbei mit seinen Versorgungsspannungsanschlüssen an die Versorgungsspannung angeschlossen und ist ferner an eine leistungsfähige, d.h. lastfähige, Steuergerätemasse 9 angeschlossen. Dabei ist jeder Leistungs-MOSFET 3 mit einer Eingangsleitung 11 versehen, durch welche Steuersignale, die gewöhnlicherweise von einer Steuerlogik (nicht gezeigt) generiert werden, an den Leistungs-MOSFET 3 übertragen werden. Über eine Ausgangsleitung 12 ist jeder Leistungs-MOSFET 3 mit der Last 4 verbunden, welche ihrerseits an eine Lastmasse 10 angeschlossen ist. Typischerweise ist die Kathode der Batterie 1 mit der Lastmasse 10 verbunden. Ferner ist für jeden Leistungs-MOSFET 3 ein Thyristor 8 als ein temperaturgesteuertes Schaltelement vorgesehen, wobei der Thyristor 8 einerseits mit dem mit dem Versorgungspotenzial +U verbundenen Anschluss sowie mit dem mit der lastfähigen Steuergerätemasse 9 verbundenen Anschluss des Leistungs-MOSFET 3 elektrisch leitend verbunden ist. Der Thyristor 8 und der Leistungs-MOSFET 3 sind in einem Gehäuse (nicht gezeigt) integriert. 2 shows a circuit arrangement according to the invention, in which a load path 7 a series connection of a battery 1 to provide a supply potential + U, a current fuse 2 for interrupting the current flow of the load path 7 upon reaching a selectable current threshold, a plurality of power MOSFETs 3 , which are connected in parallel to each other, and a plurality of loads to be switched 10 includes. Every power MOSFET 3 is in this case connected with its supply voltage terminals to the supply voltage and is further to a powerful, ie loadable, control device ground 9 connected. There is every power MOSFET 3 with an input line 11 through which control signals, which are usually generated by a control logic (not shown), to the power MOSFET 3 be transmitted. Via an output line 12 is every power MOSFET 3 with the load 4 connected, which in turn to a load mass 10 connected. Typically, the cathode is the battery 1 with the load mass 10 connected. Further, for each power MOSFET 3 a thyristor 8th provided as a temperature-controlled switching element, wherein the thyristor 8th on the one hand with the connection connected to the supply potential + U and with the one with the loadable control unit ground 9 connected connection of the power MOSFET 3 is electrically connected. The thyristor 8th and the power MOSFET 3 are integrated in a housing (not shown).

Zur Verwendung als temperaturgesteuertes Schaltelement wird das typische Temperatur/Leitfähigkeits-Verhalten des Thyristors 8 ausgenutzt. Demzufolge ist die Leitfähigkeit des Thyristors 8 nicht nur von der angelegten Spannung abhängig, sondern auch von dessen Temperatur, wobei dem Fachmann be kannt ist, dass sich die Zündspannung eines Thyristors bei Temperaturzunahme verringert. Der Thyristor 8 wird so konfiguriert, dass er bei einem Versorgungspotenzial +U bei Erreichen eines gewünschten Temperaturschwellwerts, welcher beispielsweise im Bereich von 250°C bis ca. 350°C liegen kann, zündet. Hat der Thyristor 8 gezündet, so wird der Leistungsschalter 3 durch den Thyristor 8 kurzgeschlossen, wodurch sich ein Strompfad von der Batterie 1 zur lastfähigen Steuergerätemasse 9 ausbildet.For use as a temperature controlled switching element, the typical temperature / conductivity behavior of the thyristor 8th exploited. Consequently, the conductivity of the thyristor 8th not only dependent on the applied voltage, but also of its temperature, which is known to those skilled in that the ignition voltage of a thyristor decreases with temperature increase. The thyristor 8th is configured to ignite at a supply potential + U upon reaching a desired temperature threshold, which may be, for example, in the range of 250 ° C to about 350 ° C. Has the thyristor 8th ignited, then the circuit breaker 3 through the thyristor 8th shorted, causing a current path from the battery 1 to the loadable control unit mass 9 formed.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Leistungs-MOSFET 3 und des Thyristors 8 der Schaltungsanordnung von 2. Der Leistungs-MOSFET 3 ist hierbei als so genannter Smart-Leistungsschalter ausgeführt, wobei der Leistungsschalter durch eine Steuerlogik 15 und eine Steuerelektrode 16 gesteuert wird. Der detaillierten Darstellung von 3 ist zu entnehmen, dass der Leistungs-MOSFET 3 über seinen Drain-Anschluss 13 mit dem Versorgungspotenzial +U verbunden ist, während sein Source-Anschluss durch die Ausgangsleitung 12 gebildet wird. Die Steuereinheit des Leistungs-MOSFET 3 ist zudem über eine Masseleitung 14 mit der lastfähigen Masse 9 verbunden. Der Thyristor 8 ist einerseits über seinen Anodenanschluss 19 mit dem Drain-Anschluss 13 des Leistungs-MOSFET 3 verbunden, und andererseits über seinen Kathoden-Anschluss 20 an die Masseleitung 14 der lastfähigen Steuergerätemasse 9 angeschlossen. Der Leistungs-MOSFET 3 und der Thyristor 8 sind hierbei in einem Gehäuse 18 monolithisch integriert. 3 shows an embodiment of the power MOSFET 3 and the thyristor 8th the circuit arrangement of 2 , The power MOSFET 3 is here designed as a so-called smart circuit breaker, the circuit breaker by a control logic 15 and a control electrode 16 is controlled. The detailed presentation of 3 can be seen that the power MOSFET 3 over its drain connection 13 is connected to the supply potential + U, while its source terminal through the output line 12 is formed. The control unit of the power MOSFET 3 is also via a ground line 14 with the loadable mass 9 connected. The thyristor 8th is on the one hand via its anode connection 19 with the drain connection 13 of the power MOSFET 3 connected, and on the other hand via its cathode connection 20 to the ground line 14 the loadable control unit mass 9 connected. The power MOSFET 3 and the thyristor 8th are here in a housing 18 integrated monolithically.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei welcher ein Smart-Leistungs-MOSFET 3 und ein Thyristor 8, welcher aus einer Abfolge dotierter Schichten mit p-Dotierung, n-Dotierung, p-Dotierung und n-Dotierung aufgebaut ist, in einer Chip-by-Chip-Anordnung nebeneinander auf einem Lead-Frame 21 angeordnet sind. Das Lead-Frame 21 ist hierbei mit dem Versorgungspotenzial +U über eine Verbindungsleitung 22 elektrisch leitend verbunden. 4 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention, in which a smart power MOSFET 3 and a thyristor 8th , which is composed of a sequence of doped layers with p-doping, n-doping, p-doping and n-doping, in a chip-by-chip arrangement next to each other on a lead frame 21 are arranged. The lead frame 21 is here with the supply potential + U via a connecting line 22 electrically connected.

In 5A und 5B ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gezeigt, bei welcher ein Lateralthyristor und ein Leistungs-MOSFET in einem Chip, d.h. auf einem Halbleitersubstrat 31 monolithisch integriert sind. 5A zeigt hierbei den Lateraltransistor, während 5B einen herkömmlichen Leistungs-MOSFET zeigt, welcher auf der rechten Seite oder auf der linken Seite des Lateralthyristors von 5A angesetzt zu denken ist. In dem Halbleitersubstrat ist eine n+-dotierte Schicht 23 ausgebildet, auf welcher eine n-dotierte Schicht 24 angeordnet ist. Innerhalb der n-dotierten Schicht 24 ist einerseits ein p+-dotierter Bereich 25, sowie innerhalb eines p-dotierten Bereichs 26 ein n+-dotierter Bereich 27 ausgebildet. Ferner ist in der n-dotierten Schicht 24 ein n+-dotierter Bereich 28 ausgebildet. Auf dem Halbleitersubstrat 31 ist ferner eine Anoden-Metallisierung 19 und eine Kathoden-Metallisierung 20 abgeschieden. Die Anschlussstellen der Kathoden-Metallisierung 20 mit dem n+-dotierten Bereich 27 und dem p-dotierten Bereich 26 sind über isolierende Bereiche 29 voneinander getrennt. Ferner ist die Anoden-Metallisierung 19 dabei mit dem n+-dotierten Bereich 28 und mit dem p+-dotierten Bereich 25 elektrisch leitend verbunden, während die Kathoden-Metallisierung 20 mit dem n+-dotierten Bereich 27 innerhalb des p-dotierten Bereichs 26 und dem p-dotierten Bereich 26 elektrisch leitend verbunden ist. Der Lateralthyristor ergibt sich aus der Abfolge der folgenden dotierten Bereiche: p+-dotierter Bereich 25, n-dotierter Bereich 24, p-dotierter Bereich 26 und n+-dotierter Bereich 27. Die Unterseite des Substrats 31, insbesondere die n+-dotierte Schicht 23 ist über die Anschlussleitung 30 mit dem Versorgungspotenzial +U verbunden. Die Anodenmetallisierung 19 ist über den n+-dotierten Bereich 28, die n-dotierte Schicht 24 und die n+-dotierte Schicht 23 mit dem Versorgungspotenzial +U verbunden.In 5A and 5B an embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown, in which a Lateralthyristor and a power MOSFET in a chip, ie on a semiconductor substrate 31 are monolithically integrated. 5A shows the lateral transistor, while 5B shows a conventional power MOSFET, which on the right side or on the left side of the lateral thyristor of 5A to think about. In the semiconductor substrate is a n + -doped layer 23 formed on which an n-doped layer 24 is arranged. Within the n-doped layer 24 on the one hand is a p + -doped region 25 , as well as within a p-doped region 26 an n + doped area 27 educated. Furthermore, in the n-doped layer 24 an n + doped area 28 educated. On the semiconductor substrate 31 is also an anode metallization 19 and a cathode metallization 20 deposited. The junctions of the cathode metallization 20 with the n + doped area 27 and the p-doped region 26 are over insulating areas 29 separated from each other. Further, the anode metallization 19 with the n + doped area 28 and with the p + doped region 25 electrically connected while the cathode metallization 20 with the n + doped area 27 within the p-doped region 26 and the p-doped region 26 is electrically connected. The lateral thyristor results from the sequence of the following doped regions: p + -doped region 25 , n-doped region 24 , p-doped region 26 and n + doped area 27 , The bottom of the substrate 31 , in particular the n + -doped layer 23 is over the connecting line 30 connected to the supply potential + U. The anode metallization 19 is above the n + doped area 28 , the n-doped layer 24 and the n + -doped layer 23 connected to the supply potential + U.

5B zeigt demgegenüber den Aufbau eines herkömmlichen Leistungs-MOSFET, bei dem in dem Halbleitersubstrat 31, insbesondere der n-dotierten Schicht 24, p-dotierte Bereiche 31 und innerhalb von diesen, n+-dotierte Bereiche 32 ausgebildet sind. Die p-dotierten Bereiche 31 und die n+-dotierten Bereiche 32 sind über einen Source-Anschluss 33 kurzgeschlossen, während Gate-Anschlüsse 34 über jeweiligen Kanalzonen der p-dotierten Bereiche 31 angeordnet sind. Die Unterseite des Substrats 31 ist mit dem Drain-Anschluss 35 versehen. 5B On the other hand, the structure of a conventional power MOSFET in which in the semiconductor substrate 31 , in particular the n-doped layer 24 , p-doped regions 31 and within these, n + doped areas 32 are formed. The p-doped regions 31 and the n + doped regions 32 are via a source connection 33 shorted while gate connections 34 over respective channel zones of the p-doped regions 31 are arranged. The bottom of the substrate 31 is with the drain connection 35 Mistake.

Die 6A bis 6C zeigen verschiedene Ausgestaltungen der Zellenstruktur eines Leistungsschalters und eines temperaturgesteuerten Schaltelements, welche in einem Chip monolithisch integriert sind. Die schraffierten Rechtecke 37 repräsentieren hierbei die Zellen eines Leistungsschalters, während die offenen Rechtecke 36 die Zellen des temperaturgesteuerten Schaltelements repräsentieren. 6A zeigt den Fall einer monolithisch integrierten Struktur des Leistungsschalters und des temperaturgesteuerten Schaltelements, bei welchem die Zellen blockweise nebeneinander angeordnet sind. 6B zeigt einen Fall, bei welchem die Zellen 37 des Leistungsschalters und die Zellen 36 des temperaturgesteuerten Schaltelements ineinander verschachtelt sind. 6C zeigt einen Fall, bei welchem die Zellen 37 des Leistungsschalters und die Zellen 36 des temperaturgesteuerten Schaltelements streifenweise ineinander verschachtelt sind. Wie den 6B und 6C entnommen werden kann, nimmt der Leistungsschalter bei einem Ineinanderverschachteln seiner Zellen mit den Zellen des temperaturgesteuerten Schaltelements eine vergleichsweise größere Fläche auf der Chipfläche 38 ein als wie in dem Fall von 6A, so dass in vorteilhafter Weise eine vergleichsweise größere Wärmesenke zur Wärmeabfuhr bei einer Überhitzung des Leistungsschalters zur Verfügung steht. Mit den in den 6B und 6C gezeigten Ausgestaltungen einer monolithischen Integration des Leistungsschalters und des temperaturgesteuerten Schaltelements kann somit eine verzögerte bzw. verminderte Temperaturzunahme des Leistungsschalters bei Auftreten der Funktionsstörung "Durchlegieren" erreicht werden.The 6A to 6C show various embodiments of the cell structure of a circuit breaker and a temperature-controlled switching element, which are monolithically integrated in a chip. The hatched rectangles 37 represent the cells of a circuit breaker, while the open rectangles 36 represent the cells of the temperature controlled switching element. 6A shows the case of a monolithic integrated structure of the circuit breaker and the temperature-controlled switching element, in which the cells are arranged in blocks next to each other. 6B shows a case in which the cells 37 of the circuit breaker and the cells 36 the temperature-controlled switching element are interleaved. 6C shows a case in which the cells 37 of the circuit breaker and the cells 36 the temperature-controlled switching element are interleaved in strips. Like that 6B and 6C can be removed, takes the circuit breaker in a nesting of its cells with the cells of the temperature-controlled switching element, a comparatively larger area on the chip surface 38 as in the case of 6A , so that advantageously a comparatively larger heat sink for heat dissipation in case of overheating of the circuit breaker is available. With the in the 6B and 6C shown embodiments of a monolithic integration of the circuit breaker and the temperature-controlled switching element can thus be achieved a delayed or decreased increase in temperature of the circuit breaker when the malfunction occurs "alloying".

11
Batteriebattery
22
Stromsicherungcurrent fuse
33
Leistungsschalterbreakers
44
Lastload
55
KurzschlussschalterShort-circuit switch
66
Gehäusecasing
77
Laststreckeload path
88th
Thyristorthyristor
99
SteuergerätemasseECU mass
1010
Lastmasseload mass
1111
SteuereingangsleitungControl input line
1212
Ausgangsleitungoutput line
1313
Drain-AnschlussDrain
1414
Massenanschlussground connection
1515
Steuerlogikcontrol logic
1616
Gategate
1717
Widerstandresistance
1818
Gehäusecasing
1919
Anodenanschlussanode
2020
Kathodenanschlusscathode
2121
Lead-FrameLead frame
2222
Anschlussleitungconnecting cable
2323
n+-dotierte Schichtn + -doped layer
2424
n-dotierte Schichtn-doped layer
2525
p+-dotierter Bereichp + doped area
2626
p-dotierter Bereichp-doped Area
2727
n+-dotierter Bereichn + doped area
2828
n+-dotierter Bereichn + doped area
2929
IsolationsbereichQuarantine
3030
Anschlussleitungconnecting cable
3131
p-dotierter Bereichp-doped Area
3232
n+-dotierter Bereichn + doped area
3333
Sourceanschlusssource terminal
3434
Gateanschlussgate terminal
3535
Drain-AnschlussDrain
3636
Zellen des temperaturgesteuerten Schaltelementscell the temperature-controlled switching element
3737
Zellen des Leistungsschalterscell of the circuit breaker
3838
Chipflächechip area
3939
Substratsubstratum

Claims (12)

Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Laststrecke (7), welche eine Serienschaltung mit einer Spannungsquelle (1) zur Bereitstellung eines Versorgungspotenzials (+U), einem Halbleitermodul, einer dem Halbleitermodul vorgeschalteten Stromsicherung (2), welche geeignet ist, den Stromfluss in der Serienschaltung bei Erreichen eines wählbaren Stromschwellwerts zu unterbrechen, und wenigstens einem Lastwiderstand (4) umfasst, wobei das Halbleitermodul ein Gehäuse (18) und wenigstens einen in dem Gehäuse (18) angeordneten steuerbaren Halbleiterschalter (3) aufweist, der durch seine Versorgungsspannungsanschlüsse (12, 13) mit der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden ist und mit einer lastfähigen Steuergerätemasse (9) elektrisch leitend verbunden ist, wobei in dem Gehäuse (18) ein temperaturgesteuertes Schaltelement (8) integriert ist, das an das Versorgungspotenzial (U) und an die Steuergerätemasse (9) angeschlossen ist, wobei das temperaturgesteuerte Schaltelement (8) geeignet ist, mit einer Temperaturzunahme bei Erreichen eines wählbaren Temperaturschwellwerts von einem hochohmigem, im Wesentlichen Strom sperrenden Aus-Zustand in einen niederohmigen, Strom durchlässigen An-Zustand zu schalten, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung von der Spannungsquelle (1) zur Steuergerätemasse (9) gebildet wird, deren elektrischer Widerstand einen Strom mit einer Stromstärke von wenigstens dem Stromschwellwert der Stromsicherung (2) ermöglicht.Circuit arrangement with at least one load path ( 7 ), which is a series circuit with a voltage source ( 1 ) for providing a supply potential (+ U), a semiconductor module, a current fuse connected upstream of the semiconductor module ( 2 ), which is suitable for interrupting the current flow in the series circuit when a selectable current threshold value is reached, and at least one load resistance ( 4 ), wherein the semiconductor module comprises a housing ( 18 ) and at least one in the housing ( 18 ) arranged controllable semiconductor switch ( 3 ), characterized by its supply voltage terminals ( 12 . 13 ) is electrically conductively connected to the voltage source and with a loadable control device mass ( 9 ) is electrically conductively connected, wherein in the housing ( 18 ) a temperature-controlled switching element ( 8th ) which is connected to the supply potential (U) and to the control unit ground ( 9 ), wherein the temperature-controlled switching element ( 8th ) is adapted to switch with a temperature increase upon reaching a selectable temperature threshold from a high-impedance, substantially current-blocking off state to a low-impedance, current-permeable on state, whereby an electrically conductive connection from the voltage source ( 1 ) to the control unit mass ( 9 ) whose electrical resistance is a current having a current of at least the current threshold of the current fuse ( 2 ). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement als zwei separate Chips auf einem Lead-Frame (21) ausgeführt sind.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element as two separate chips on a lead frame ( 21 ) are executed. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Chips monolithisch integriert sind.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized that the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element are monolithically integrated within a chip. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter und das temperaturgesteuerte Schaltelement innerhalb eines Chips mit einer ineinander verschachtelten Zellenstruktur monolithisch integriert sind.Circuit arrangement according to Claim 3, characterized that the semiconductor switch and the temperature-controlled switching element within a chip with a nested cell structure are monolithically integrated. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Halbleiterschalter ein Leistungshalbleiterschalter, insbesondere ein Leistungs-MOSFET ist.Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the controllable semiconductor switch a Power semiconductor switch, in particular a power MOSFET. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiterschalter ein Smart-Leistungshalbleiterschalter ist.Circuit arrangement according to Claim 5, characterized the power semiconductor switch is a smart power semiconductor switch is. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturgesteuerte Schaltelement ein Thyristor (8) ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-controlled switching element is a thyristor ( 8th ). Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristor (8) in Form eines Lateralthyristors mit dem steuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere Leistungs-MOSFET, in einem Chip monolithisch integriert ist.Circuit arrangement according to Claim 7, characterized in that the thyristor ( 8th ) in the form of a Lateralthyristors with the controllable semiconductor switch, in particular power MOSFET, is monolithically integrated in a chip. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der über die elektrisch leitende Verbindung zwischen Spannungsquelle und Steuergerä temasse fließende Strom eine Größe von wenigstens dem ca. 2-fachen bis dem ca. 3-fachen des Stromschwellwerts hat.Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that via the electrically conductive Connection between voltage source and control unit temasse flowing current a size of at least about 2 times until about 3 times the current threshold has. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturgesteuerte Schaltelement geeignet ist, bei einer Temperatur im Bereich von ca. 250°C bis ca. 350°C in seinen An-Zustand zu schalten.Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the temperature-controlled switching element is suitable at a temperature in the range of about 250 ° C to about 350 ° C in to switch its on state. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle eine Versorgungsspannung im Bereich von ca. 12 V bis ca. 42 V bereitstellt.Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the voltage source is a supply voltage in the range of about 12 V to about 42 V. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromschwellwert der Stromsicherung im Bereich von einigen Ampere bis ca. 100 A liegt.Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the current threshold of the current fuse in the range of a few amps to about 100 A is.
DE102004031722A 2004-06-30 2004-06-30 Circuit arrangement, has temperature controlled switch unit that switches from on state to off state when selected temperature threshold is reached, where unit is integrated into enclosure and interconnected with semiconductor switch Ceased DE102004031722A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009002524A1 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 Zf Lenksysteme Gmbh Control unit with fire protection for electric power steering
CN110209083A (en) * 2019-05-29 2019-09-06 厦门盈趣科技股份有限公司 Control structure, control system and the control method of semiconductor switch panel

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10122363A1 (en) * 2001-05-09 2002-11-28 Infineon Technologies Ag Semiconductor module

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10122363A1 (en) * 2001-05-09 2002-11-28 Infineon Technologies Ag Semiconductor module

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009002524A1 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 Zf Lenksysteme Gmbh Control unit with fire protection for electric power steering
CN110209083A (en) * 2019-05-29 2019-09-06 厦门盈趣科技股份有限公司 Control structure, control system and the control method of semiconductor switch panel

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