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TWI762211B - 半導體輸出特性曲線之控制方法 - Google Patents

半導體輸出特性曲線之控制方法 Download PDF

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TWI762211B TW110106442A TW110106442A TWI762211B TW I762211 B TWI762211 B TW I762211B TW 110106442 A TW110106442 A TW 110106442A TW 110106442 A TW110106442 A TW 110106442A TW I762211 B TWI762211 B TW I762211B
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Abstract

本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法，係將半導體輸出特性線設置於第一半導體的輸出特性曲線的汲源極電壓軸上，具有用閘極電壓設定，指示輸出特性曲線上源極電流應用限制之功能。

Description

半導體輸出特性曲線之控制方法
本發明係關於一種半導體輸出特性曲線之控制方法，係在第一半導體之輸出特性曲線(Output Characteristics)上設定閘極電壓，當流經第一半導體之源極電流超過半導體輸出特性線時，具有指示第一半導體之汲極與源極開路功能之電子技術領域。
從1947年雙極性電晶體(Bipolar Transistor)發明以來至今，在其半導體資料單(Data Sheet)上從未出現在資料單之輸出特性表上有本發明之半導體輸出特性線及有關本發明之半導體輸出特性線之功能，因此本發明可稱開創性發明。
如圖1所示，請參閱台灣發明專利公告號第I692163號「直流電源短路保護裝置」，其專利權人與本發明申請人係同一人。自圖1中可知，其包括第一半導體10及第二半導體電路；第二半導體電路包括第二半導體11、第一電阻12及第二電阻13，第一半導體10之源極S連接直流電源100之負電端及第二半導體11之源極S，第一半導體10之汲極D連接電路負電端V-，第一半導體10之閘極G連接第二半導體11之汲極D；第二半導體11之汲極D連接第二電阻13之一端， 第二半導體11之源極S連接第一半導體10之的源極S，第二半導體11之閘極G連接第一電阻12之一端，第一電阻12之另一端連接電路負電端V-，第二電阻13之另端連接電路正電端V+。第一半導體10為N通道金屬氧化半導體場效電晶體，第二半導體11為N通道金屬氧化半導體場效電晶體；直流電源100之正電端連接電路正電端V+，直流電源100之負電端連接第一半導體10之源極S及第二半導體11之源極S；電路正電端V+連接負載200之正電端，電路負電端V-連接負載200之負電端。從該發明專利說明書中得知，其第一半導體10亦包括有圖6中之第六半導體15(其為N型電晶體)及圖7中之第七半導體16(其為絕緣閘極雙極電晶體)；在此特別聲明，本發明之第一半導體10包括有金屬氧化半導體場效電晶體、絕緣閘極雙極電晶體或N型電晶體；其習知之「直流電源短路保護裝置」具有供一直流電源100在供電過程中提供負載200短路保護之功能；本發明之半導體輸出特性線之實施在發明人之專利TWI 692163之內容所提及之發明電路所用之輸出特性曲線。
在圖1及其習知之發明專利說明書中，並未提及以下與第一半導體10有關之本發明半導體輸出特性線之建立與應用：
1.本發明之半導體輸出特性線應用於N通道金屬氧化半導體場效電晶體(N Channel Metal Semiconductor Field Effect Transistor,N Channel MOSFET)，具有用各種閘源極電壓之設定，指示其相應之源極電流及其相對應之汲源極電壓，當負載發生過載或短路時，因其超過相應之汲極電流與相對應之 汲源極電壓，則表示第一半導體之汲極與源極轉變為開路，因此本發明半導體輸出特性線具有指示第一半導體的汲極(Drain)與源極(Source)開路之功能。
2.本發明之半導體輸出特性線應用於絕緣閘極雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)，具有用各種閘射極電壓之的設定，指示其相應之射極電流及其相對應之集射極電壓，當負載發生過載或短路時，因其超過相應之射極電流與相對應之集射極電壓，則表示第一半導體之集極與射極轉變為開路，因此本發明之半導體輸出特性線具有指示第一半導體之集極(Collector)與射極(Emitter)開路之功能。
3.本發明之半導體輸出特性線應用於N型電晶體(N Type Transistor)，具有用各種基極電流之設定，指示其相應之集極電流及其相對應之集射極電壓，當負載發生過載或短路時，因其超過相應之射極電流與相對應之集射極電壓，則表示第一半導體之集極與射極轉變為開路，因此本發明之半導體輸出特性線具有指示第一半導體之集極(Collector)與射極(Emitter)開路之功能。
本發明之目的：
本發明之半導體輸出特性線應用於第一半導體，具有用閘源極電壓設定，當負載發生過載或短路時，指示第一半導體之汲極與源極開路之功能。
本發明之半導體輸出特性線應用於第一半導體，具有用閘射極電壓設定，當負載發生過載或短路時，指示第一半導體之集極與射極開路之功能。
本發明之半導體輸出特性線應用於第一半導體，具有用基極電流設定，當負載發生過載或短路時，指示第一半導體之集極與射極開路之功能。
本發明有下列之特徵：
1.本發明之半導體輸出特性線為世界首創，應用於金屬氧化半導體場效電晶體，具有用閘源極電壓設定，當負載發生過載或短路時，具有指示第一半導體之汲極與源極開路之功能。
2.本發明之半導體輸出特性線為世界首創，應用於絕緣閘極雙極電晶體，具有用閘射極電壓設定，當負載發生過載或短路時，具有指示第一半導體之集極與射極開路之功能。
3.本發明之半導體輸出特性線為世界首創，應用於N型電晶體，具有用基極電流設定，當負載發生過載或短路時，具有指示第一半導體之集極與射極開路之功能。
VGS:閘源極電壓
VDS:汲源極電壓
ID:汲極電流
VGE:閘射極電壓
VCE:集射極電壓
IC:集極電流
IB:基極電流
300:半導體輸出特性線
圖1為習知直流電源短路保護裝置之實施例。
圖2本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法之第一實施例。
圖3本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法之第二實施例。
圖4本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法之第三實施例。
如圖2所示，為本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法之第一實施例，其圖1中之第一半導體10是以NVHL060N090SC1(MOSFET-SIC Power,Single N-Channal)為例，自圖2中可知，在NVHL060N090SC1之輸出特性曲線中置入半導體輸出特性線300。
將半導體輸出特性線300垂直放置於汲源極電壓VDS(Drain-Source Voltage,VDS)軸上，約為3.5V位置處。
半導體輸出特性線300所交叉之閘源極電壓VGS線分別為7V、9V、10V、12V、13V及15V，其相對應之平行橫向交叉之汲極電流ID(Drain Current,ID)軸分別為2A、8A、12A、25A、32A及45A，舉例來說，當VGS=15V，ID=45A時，其VDS為3.5V。
又當VGS=12V，ID=25A時，其VDS為3.5V。
又當VGS=9V，ID=12A時，其VDS為3.5V。
由上述可知半導體輸出特性線300在汲源極電壓VDS軸上3.5V位置處，可以用三個不同之閘源極電壓VGS，即VGS=15V、12V及9V可得相對應之汲極電流ID=45A、25A及12A。
其相對應之汲極電流ID=45A、25A及12A即為應用限制之汲極電流值，在應用時若超過此應用限制之汲極電流值，其第一半導體10之汲極(Drain)與源極(Source)開路而達到指示第一半導體10之汲極與源極開路之功能。
由上述可知，半導體輸出特性線300雖然垂直放置於汲源極電壓VDS軸上約為3.5V位置處，但可依照第一半導體10實際之應用需求改變汲源極電壓VDS軸上之電壓值，以符合實際之應用需求。
自圖2可知，將半導體輸出特性線300垂直切過六個不同之閘源極電壓VGS線，在應用需求上半導體輸出特性線100亦可垂直只切過一個閘源極電壓VGS線，而不自限。
如圖3所示，為本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法之第二實施例，其圖1中之第一半導體10是以IRGP4266DPbF(IGBT)為例，自圖3中可知，在IRGP4266DPbF之輸出特性曲線中置入本發明之半導體輸出特性線300。
將半導體輸出特性線300垂直放置於集射極電壓VCE軸上，約為3.5V位置處。
半導體輸出特性線300所交叉之閘射極電壓VGE線分別為8V、10V、12V及15V，其相對應之平行橫向交叉之集極電流IC軸分別為5A、55A、140A及240A，舉例來說，當VGE=15V，ICE=240A時，其VCE為3.5V。
又當VGE=12V，ICE=140A時，其VCE為3.5V。
又當VGE=10V，ICE=55A時，其VCE為3.5V。
又當VGE=8V，ICE=5A時，其VCE為3.5V。
由上述可知，半導體輸出特性線300在集射極電壓VCE軸上3.5V位置處，可以用四個不同之閘射極電壓VGE，即VGE=15V、12V、10V及8V可得相對應之集射極電流IC=240A、140A、50A及5A。
其相對應之集極電流IC=240A、140A、50A及5A，即為應用限制之集極電流值，在應用時若超過此應用限制之集極電流值，其第一半導體10之集極(Collector)與射極(Emitter)開路而達到指示第一半導體10之集極與射極開路之功能。
由上述可知，半導體輸出特性線300雖然垂直放置於集射極電壓VCE軸上約為3.5V位置處，但可依照第一半導體10實際之應用需求改變集射極電壓VCE軸上之電壓值，以符合實際之應用需求。
自圖3中可知，半導體輸出特性線300垂直切過四個不同之閘射極電壓VGE線，在應用需求上半導體輸出特性線300亦可垂直只切過一個閘射極電壓VGE線，而不自限。
如圖4所示，為本發明之半導體輸出特性曲線之控制方法之第三實施例，其圖1中之第一半導體10是以2SD880(NPN Silicon Transistor)為例，自圖4中可知，在2SD880之輸出特性曲線中置入本發明之半導體輸出特性線300。
將半導體輸出特性線300垂直放置於集射極電壓VCE軸上，約為1.7V位置處。
半導體輸出特性線300所交叉之基極電流IB線分別為10mA、20mA、30mA、50mA及60mA，其相對應之平行橫向交叉之集極電流IC軸之IC分別為1A、1.3A、1.5A、1.7A及2.3A，舉例來說，當IB=60mA，IC=2.3A時，其VCE為1.7V。
又當IB=50mA，IC=1.7A時，其VCE為1.7V。
又當IB=30mA，IC=1.5A時，其VCE為1.7V。
又當IB=20mA，IC=1.3A時，其VCE為1.7V。
又當IB=10mA，IC=1A時，其VCE為1.7V。
由上述可知，半導體輸出特性線300在集射極電壓VCE軸上1.7V位置處，可以用五個不同之基極電流IB，即IB=60mA、50mA、30mA、20mA及10mA可得相對應之集極電流IC=2.3A、1.7A、1.5A、1.3A及1A。
其相對應之集極電流IC=2.3A、1.7A、1.5A、1.3A及1A，即為應用限制之集極電流值，在應用時若超過此應用限制之集極電流值，其第一半導體10之集極與射極開路而達到指示第一半導體10之集極與射極開路之功能。
由上述可知，半導體輸出特性線300雖然垂直放置於集射極電壓VCE軸上約為1.7V位置處，但可依照第一半導體10實際之應用需求改變集射極電壓VCE軸上之電壓值，以符合實際之應用需求。
自圖4中可知，半導體輸出特性線300垂直切過五個不同之基極電流IB線，在應用需求上半導體輸出特性線300亦可垂直只切過一個基極電流IB線，而不自限。
由上述的說明可知，本發明的半導體輸出特性線300可據於實施。
VGS:閘源極電壓
ID:汲極電流
VDS:汲源極電壓
300:半導體輸出特性線

Claims (10)

  1. 一種半導體輸出特性曲線之控制方法，該半導體輸出特性曲線上設置有半導體輸出特性線用以指示在設定一閘源極電壓下，當一汲極電流值超過該半導體輸出特性線時，一第一半導體之汲極與源極開路之功能，包括：將該半導體輸出特性線垂直設置於該第一半導體之一輸出特性曲線之一汲源極電壓軸上；將該半導體輸出特性線垂直切過至少一條閘源極電壓線於該第一半導體之該輸出特性曲線上；及將該半導體輸出特性線與該至少一條閘源極電壓線交叉得到一交叉點，該交叉點橫向平行延伸交叉於該第一半導體之該輸出特性曲線上之一汲極電流軸。
  2. 如請求項1所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中該汲極電流軸上之該汲極電流值具有指示汲極電流應用限制之功能。
  3. 如請求項1所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中該第一半導體為N通道金屬氧化半導體場效電晶體。
  4. 一種半導體輸出特性曲線之控制方法，該半導體輸出特性曲線上設置有半導體輸出特性線用以指示在設定一閘射極電壓下，當一集極電流值超過該半導體輸出特性線時，一第一半導體之集極與射極開路之功能，包括：將該半導體輸出特性線垂直設置於該第一半導體之一輸出特性曲線之一集射極電壓軸上；將該半導體輸出特性線垂直切過至少一條閘射極電壓線於該第一半導體之該輸出特性曲線上；及 將該半導體輸出特性線與該至少一條閘射極電壓線交叉得到一交叉點，該交叉點橫向平行延伸交叉於該第一半導體之該輸出特性曲線上之一集極電流軸。
  5. 如請求項4所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中該集極電流軸上之該集極電流值具有指示集極電流應用限制之功能。
  6. 如請求項4所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中該第一半導體為絶緣閘極雙極電晶體。
  7. 一種半導體輸出特性曲線之控制方法，該半導體輸出特性曲線上設置有半導體輸出特性線用以指示在設定一基極電流下，當一集極電流值超過該半導體輸出特性線時，一第一半導體之集極與射極開路之功能，包括：將該半導體輸出特性線垂直設置於該第一半導體之一輸出特性曲線之一集射極電壓軸上；將該半導體輸出特性線垂直切過至少一條基極電流線於該第一半導體之該輸出特性曲線上；及將該半導體輸出特性線與該至少一條基極電流線交叉得到一交叉點，該交叉點橫向平行延伸交叉於該第一半導體之該輸出特性曲線上之一集極電流軸。
  8. 如請求項7所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中該集極電流軸上之該集極電流值具有指示集極電流應用限制之功能。
  9. 如請求項7所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中該第一半導體為N型電晶體。
  10. 如請求項1、4與7中任一項所述之半導體輸出特性曲線之控制方法，其中在該第一半導體之該輸出特性線上至少有一條該半導體輸出特性線。
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