[发明专利]金属氧化物半导体场效应管电源开关

说明书

本发明涉及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）电源开关装置，更具体地说，涉及包括MOSFET半导体开关的上述装置。所述半导体开关电连接到所述MOSFET的栅极，同时，与MOSFET热连接。该装置是这样的：如果MOSFET导通且相连的负载处于正常状态，则半导体开关截止;如果MOSFET导通而负载处于短路状态，则在MOSFET中产生的热将使该开关的温度上升，当该温度升至超过预定温度时，该半导体开关导通，导通状态的半导体开关又导致MOSFET截止。上述装置还包括用来抑制瞬变电压的装置，所述瞬变电压是这样产生的：当MOSFET随半导体开关的导通而截止时，连接到MOSFET的漏极和源极的电源里的寄生布线电感产生一个瞬变电压。

附图图1表示了上述的装置，图示半导体器件含有MOSFET晶体管（例如MOSFET1），MOSFET上装有半导体开关（如闸流晶体管2）。该闸流晶体管与MOSFET热连接，同时，闸流晶体管的两个主电极跨接在MOSFET的栅极G和源极S上。该器件已由208970A号欧洲专利文件公布。闸流晶体管2预定在温度达到MOSFET的极限温度（约130-180℃）以前是导通的。这里采用了已知的三端双向可控硅开关和闸流晶体管的中断方式，当温度高于某一确定值，它们就导通，给MOSFET提供一个温度保护。如果温度达到可能损坏MOFET1的程度，则闸流晶体管2导通，同时，通过把MOSFET的栅-源电压降低到低于其临界值而使MOSFET截止。该装置具有使MOSFET免于大电流的过负载状态或不适当的热状态的优点，而使MOSFET可以使用在综合功率消耗和环境温度的所有给定场合中。具体讲，如果MOSFET1导通，同时所接的负载3处在正常状态，则闸流晶体管2截止;反之，如果MOSFET1导通而负载3处于短路状态，则当在MOSFET1产生的热使闸流晶体管2由于超过预定温度而导通时，导通的闸流晶体管2又使MOSFET1截止。

图1所示的MOSFET1和闸流晶体管2的组件的应用摘自1986年Siemens公司出版的器件文献“Announcing    SMART    SIPMOS”（根据书中所给关于器件BTS130的数据表），其中，经齐纳二极管5限幅的控制信号经过电阻4加到MOSFET的栅极，同时，齐纳二极管6跨接在MOSFET的漏极D和源极S上。如果负载3处于短路状态，则大的短路电流将流过MOSFET1，其值由MOSFET1的电导和齐纳二极管5的齐纳电压来决定。在典型的8V齐纳二极管5的情况下，流过MOSFET1的短路电流一般是80安培。当此短路电流产生的热使闸流晶体管2导通时，MOSFET的栅-源电压迅速降低为很小的值，同时，MOSFET的漏-源电流被截止。在馈电到MOSFET漏极和源极的电源中将存在寄生布线电感7，8。由于MOSFET1本身具有很高的开关速度，所以，MOSFET1随闸流晶体管2导通而截止的速度将很快，从而，当MOSFET的漏-源电流被截止时，寄生电感7、8产生很高的瞬变电压，如果不加抑制，足以使得MOSFET1彻底损坏。一般，MOSFET1的漏-源电压必须保持在低于50V以避免损坏。齐纳二极管6提供了所需的瞬变电压抑制功能，其方法是：提供替代的电流通路来耗散瞬时能量，从而限制了瞬时漏-源电压，同时也限制了瞬时漏-栅电压。