[发明专利]输出级中的温度补偿

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的温度补偿，尤其是用于开关电感负载、具有至少两个并联连接的单输出级的输出级或开关输出级中的箝位阶段的温度补偿。

背景技术

现代车辆装备有多个继电器、阀及其它结构元件，它们在电特性方面属于欧姆电阻-电感负载。为了开关这些元件设置了所谓的开关输出级，它们的晶体管视待开关的功率而定被设计成不同大小。这些晶体管被连接成电压负反馈，即作为二极管，其中在负反馈路径中连接了一个元件，该元件确定晶体管的齐纳电压。在关断电感负载时这些晶体管起到齐纳二极管的作用，它们导出关断电流。

为了提高开关功率原则上可以任意地并联开关输出级。允许的开关电流则由这些并联连接的开关输出级的单个开关电流的总和得到。但在关断时关断能量或关断功率不是基于并联电路按照期望的值来提高。即，不能得到并联连接的单输出级的单个关断能量的总和。

这极其适用于具有不同开关功率或不同齐纳电压的开关输出级或输出级的并联电路，不同的齐纳电压例如可因容差而出现。在这种并联电路中虽然可提高允许的开关电流或允许的开关功率，但不能提高允许的关断功率或关断能量。而允许的关断功率仅处于最弱的输出级的数量级上。由于该事实使输出级的应用范围大大受到限制，现在为了开关电阻-电感负载仅将相同功率等级的输出级或输出级晶体管并联连接。

但即使在并联连接相同功率等级的输出级时也可出现因容差引起的问题，因为当前使用的输出级或输出级组件在单片集成的输出级芯片上在相同规定的齐纳电压值时具有由制造引起的+/-1.5伏齐纳电压容差。

在还未公开的专利申请DE 102005019709.4中描述了这样的可能性：减小并联连接的单输出级或单个开关输出级中各个晶体管在关断过程中的负载和使电流尽可能均匀地分配到所有单输出级的晶体管上并且这样达到关断能量的和基本相当于单个关断能量的和。

所描述的用于开关具有至少两个并联连接的单输出级的电感负载的输出级或开关输出级使得可以并联连接任意的单输出级，甚至不同功率等级的单输出级，而不会受到减小关断能量的限制。这通过进行输出级齐纳电压对称来实现。在此在对称情况下齐纳电压必须在负载和/或温度作用下提高，即具有正的负载系数和/或温度系数。在这样的情况下齐纳电压上升这样高，以致它达到并联连接的输出级的齐纳电压的高度并且由此该单输出级也承受关断能量。

在特别的构型中可利用本来就存在的齐纳二极管或现有的齐纳串联支路，它们被集成在芯片的输出级平面中。因为用在输出级中的具有必要的齐纳电压的齐纳二极管通常本来就具有正的温度效应，因此齐纳电压在晶体管变热时自动提高。这通过齐纳二极管与晶体管或开关晶体管的相应空间配置被充分利用。

专利申请DE 102005019709.4中所描述的解决方案的一个重要方面在于，在开关晶体管的负反馈路径中存在的元件例如齐纳二极管设置在开关晶体管的半导体结构内部或附近，以致它们与晶体管热耦合。这具有以下效果：当其中一个晶体管流过大电流时，该晶体管变热并且由此也对齐纳二极管加热。对于具有正温度系数的元件即电阻或对于齐纳二极管，击穿阈值随温度升高而上升，由此也使输出级的齐纳电压上升。当该齐纳电压达到还未过渡到齐纳工作中的另一输出级的齐纳水平时，该另一输出级由此也可承受关断能量，由此该输出级也变热，等等。因此通过齐纳二极管与开关晶体管的热耦合可实现，各个晶体管级的齐纳电压很快地相互平衡，使关断能量均匀地分配到该开关输出级的所有晶体管上，而不会使个别晶体管过载。

这些安置在负反馈路径中的元件或本来就存在的部件例如涉及齐纳二极管或热敏电阻。最好这些元件被选择得具有很大的温度系数，尤其是指数形式的温度系数。这样，齐纳电压可特别快地相互平衡。

该要求保护的解决方案尤其可延伸到多个单输出级的并联电路上，其中，晶体管或者说输出级基于由于受热而升高的齐纳电压一个接一个地承受关断能量。

发明内容

由上述解决方案出发，本发明的任务在于：使得在箝位阶段中的能量或者说关断阶段中的关断能量在箝位电压强烈依赖于温度的情况下能够均匀地分配到所有并联连接的输出级上。这与箝位电压关于环境温度的飘移相关联，该飘移需要被减小。

根据本发明，该任务通过在权利要求1中给出的特征来解决。为此将一个具有特定的温度变化特性的附加构件例如一个二极管、尤其是齐纳二极管或NTC电阻与输出级的齐纳二极管串联连接。该附加构件布置在芯片上，例如硅芯片上，远离所述齐纳二极管，由此可实现对箝位电压关于环境温度的飘移的补偿。