一种功率器件、电子设备及电路结构的制作方法

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种功率器件、电子设备及电路结构。


背景技术：

2.随着电力电子技术领域的发展，绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)等功率器件已经广泛应用于各种领域中。在大功率应用场景，特别是在电动汽车等安全性要求比较高的场景，为了防止igbt晶体管等功率器件在发生过流或短路等异常时，产生电压应力超标或发生二次破坏，通常会对igbt晶体管等功率器件进行过流保护和短路保护。
3.在相关技术中，可以将igbt芯片中的一部分元胞区作为igbt晶体管，另一部分元胞区作为电流传感器，电流传感器可以按照一定比例采样igbt晶体管的电流，根据电流传感器的采样值可以得到igbt晶体管的电流。驱动芯片可以根据电流传感器的采样值判断igbt晶体管是否发生过流或短路，在igbt晶体管发生过流或短路时，驱动芯片可以触发关波或软关断等保护操作。
4.然而，电流传感器在不同温度下采样相同的电流输出的采样值偏差较大，通常电流传感器在高温和常温下的采样值偏差至少在30％以上。一般电流传感器在低温下的采样值偏大，为了防止低温下误触发过流保护或短路保护操作，驱动芯片中过流保护和短路保护的触发阈值需要设置的更大，这样会导致触发过流保护或短路保护时igbt晶体管的电流值较大，并且，为了防止触发过流保护或短路保护时igbt晶体管的电压应力过大，需要设置更大的关断电阻或门极电容，从而导致更大的关断损耗，使功率器件的电流输出能力较低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种功率器件、电子设备及电路结构，用以解决由于电流传感器在不同温度下采样相同的电流输出的采样值偏差较大，导致功率器件的电流输出能力较低的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种功率器件，该功率器件可以包括：功率元件、电流采样元件和补偿元件。功率元件包括：第一控制端、第一极和第二极，电流采样元件用于检测功率元件的第一极与第二极之间的电流值。电流采样元件与补偿元件串联连接，电流采样元件与补偿元件的温度系数相反。其中，电流采样元件可以包括：第二控制端、第三极和第四极，第二控制端的电平可以控制第三极和第四极之间的导通与截止，第二控制端与第一控制端连接，可以使电流采样元件与功率元件同步导通和截止。第三极与第一极连接，第四极通过补偿元件与第二极连接。
7.本技术实施例提供的功率器件中，通过设置与电流采样元件串联连接的补偿元件，电流采样元件与补偿元件的温度系数相反，补偿元件可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近，使功率元件在不同温度下触发过流保护或短路保护时的阈值电流相同或相近。这样，可
以防止低温下误触发过流保护或短路保护操作，并且，可以降低驱动芯片中的触发阈值，从而可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电流值，进而可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电压应力，减小关断电阻或门极电容，降低关断损耗，提升功率器件的电流输出能力。
8.在本技术实施例中，“相同或相近”可以理解为二者的差异小于或等于10％，例如，电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近可以理解为：电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值的差异小于或等于20％，又如，功率元件在不同温度下触发过流保护或短路保护时的阈值电流相同或相近可以理解为：功率元件在不同温度下触发过流保护时的阈值电流的差异小于或等于20％，功率元件在不同温度下触发短路保护时的阈值电流的差异小于或等于20％。
9.在本技术的一些实施例中，上述功率元件可以包括：绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)，上述第一控制端可以为栅极，上述第一极可以为集电极，上述第二极可以为发射极。或者，上述功率元件可以包括：金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)，上述第一控制端可以为栅极，上述第一极可以为源极，上述第二极可以为漏极。本技术实施例中，mosfet晶体管可以为硅(si)基mosfet晶体管，或者，mosfet晶体管也可以为碳化硅(sic)基mosfet晶体管。当然，本技术实施例中的功率元件也可以包括其他开关元件，此处不做限定。
10.在本技术的一些实施例中，上述电流采样元件可以具有正温度系数，补偿元件可以具有负温度系数。电流采样元件在电流较小时具有正温度系数，在电流较大时具有负温度系数，在本技术实施例的应用场景中，电流采样元件的电流较小，因而，在本技术实施例中以电流采样元件具有正温度系数为例进行说明，在其他场景中，若电流采样元件为负温度系数，则补偿元件可以设置为具有正温度系数。在本技术实施例中，电流采样元件具有正温度系数指的是：电流采样元件的采样电压随温度的增大而增大，补偿元件具有负温度系数指的是：补偿元件的采样电压随温度的增大而减小。
11.在一种可能的实现方式中，可以将功率器件中一定比例的元胞区作为电流镜，以采样功率元件的电流，即可以将功率器件中的元胞区分为第一子元胞区和第二子元胞区，第一子元胞区可以用作功率元件，第二子元胞区可以用作电流采样元件。也就是说，电流采样元件可以为与功率元件同种类型的开关元件，例如，功率元件为igbt晶体管时，电流采样元件可以为igbt晶体管，又如，功率元件为mosfet晶体管时，电流采样元件可以为mosfet晶体管。在实际应用中，可以将功率元件与电流采样元件集成在同一晶圆中，从而可以降低制作工艺复杂度，并提高功率器件的集成度。
12.在具体实施时，功率器件中一定比例的元胞区可以用作电流采样元件，电流采样元件可以对功率元件按照设定比例进行采样，因而可以根据电流采样元件的采样值和该设定比例得到功率元件的电流值。可以根据功率器件中的元胞区分配比例等因素，预先确定功率元件与电流采样元件之间的电流分配比例(即上述设定比例)，例如，电流采样元件与功率元件之间的电流分配比例可以约为1:1000。输入电流按照分配比例，一部分电流输入至功率元件，另一部分电流输入至电流采样元件，功率元件的电流与电流采样元件的电流满足上述电流分配比例，从而可以根据电流采样元件的电流，得到功率元件的电流。在实际
应用中，可以在电流采样元件的第四极串联采样电阻，将电流信号转换为电压信号，通过采样电阻的电压，可以间接得到功率元件的电流。也就是说，在本技术实施例中，电流采样元件输出的采样值可以为采样电阻的电压，当然，在一些情况下，电流采样元件输出的采样值也可以为电流或其他参数，此处不做限定。
13.将本技术实施例中的功率器件应用于电子设备中，电子设备中的驱动芯片可以获取采样电阻两端的电压，根据该电压可以判断是否发生过流或短路等故障，并根据故障类型触发关波或软关断等保护操作。在具体实施时，驱动芯片中的触发阈值可以分为第一阈值和第二阈值，第一阈值用于触发过流保护，第二阈值用于触发短路保护，一般第一阈值小于第二阈值。驱动芯片可以将电流采样元件输出的采样值与第一阈值和第二阈值比较，当采样值大于第一阈值且小于第二阈值时，驱动芯片可以触发关波等过流保护，当采样值大于第二阈值时，驱动芯片可以触发软关断等短路保护。
14.在一种可能的实现方式中，功率器件可以包括：一个补偿元件。在另一种可能的实现方式中，功率器件可以包括：串联和/或并联的至少两个补偿元件。例如，功率器件可以包括并联的两个补偿元件。在具体实施时，功率器件中可以设置多个补偿元件，各补偿元件可以先并联后串联，也可以先串联后并联，此处不对功率器件中的各补偿元件的连接管线进行限定，在具体设置功率器件的结构时，可以根据实际需要设置各补偿元件的连接关系。
15.在本技术的一些实施例中，功率元件、电流采样元件和补偿元件可以在同一个晶圆内，这样，功率元件、电流采样元件和补偿元件位于同一温度场内，补偿元件能够感受到功率元件的温度变化，补偿元件可以根据温度变化自适应的调节电流采样元件输出的采样值，以补偿电流采样元件输出的采样值，使电流采样元件在采样相同的电流时输出的采样值不随温度变化而变化或随温度变化而变化的幅度较小，提高电流采样元件的精确度。在具体设置晶圆中各部件的布局时，可以将补偿元件的位置设置为尽量靠近功率元件的位置，以使补偿元件所在位置的温度与功率元件所在位置的温度基本一致。此外，将功率元件、电流采样元件和补偿元件设置为位于同一晶圆内，可以降低制作工艺复杂度，并提高功率器件的集成度。
16.在本技术的另一些实施例中，功率元件和电流采样元件在同一个晶圆内，补偿元件位于该晶圆以外的位置，且补偿元件位于功率元件靠近第一控制端的一侧。在具体实施时，补偿元件可以设置在于功率元件所在晶圆不同的其他晶圆中，或者，补偿元件也可以为无需设置晶圆的元件。这样，也可以使功率元件、电流采样元件和补偿元件位于同一温度场内，这样，补偿元件能够感受到功率元件的温度变化，补偿元件可以根据温度变化自适应的调节电流采样元件输出的采样值，以补偿电流采样元件输出的采样值，使电流采样元件在采样相同的电流时输出的采样值不随温度变化而变化或随温度变化而变化的量非常小。在具体设置补偿元件的位置时，可以将补偿元件的位置设置为尽量靠近功率元件的位置，以使补偿元件所在位置的温度与功率元件所在位置的温度基本一致。此外，将功率元件和电流采样元件设置为位于同一晶圆，可以降低制作工艺复杂度，并提高功率器件的集成度。
17.在本技术实施例中，上述补偿元件具有多种实现方式，以下对补偿元件的几种实现方式进行举例说明。
18.实现方式一：
19.上述补偿元件可以包括：二极管，二极管的阳极与电流采样元件的第四极连接，二
极管的阴极与功率元件的第二极连接。本技术实施例中，电流采样元件具有正温度系数，该二极管可以具有负温度系数，因而，该二极管可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。
20.实现方式二：
21.上述补偿元件可以包括：电阻，电阻的一端与电流采样元件的第四极连接，另一端与功率元件的第二极连接。本技术实施例中，电流采样元件具有正温度系数，该电阻可以具有负温度系数，因而，该电阻可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。
22.实现方式三：
23.上述补偿元件可以包括：三极管，三极管可以包括：第三控制端、第五极和第六极，三极管的第三控制端与第五极或第六极连接，三极管的第五极与电流采样元件的第四极连接，三极管的第六极与功率元件的第二极连接。
24.在实际应用中，三极管可以为pnp型晶体管，可以将第三控制端与第六极连接，使三极管等效为二极管。或者，三极管可以为npn型晶体管，可以将第三控制端与第五极连接，使三极管等效为二极管。在具体实施时，功率器件中可以仅包括一个三极管，也可以包括两个或多个三极管，可以仅包括一种类型的晶体管，也可以包括两种类型的晶体管，此处不对三极管的数量和类型进行限定。
25.本技术实施例中，电流采样元件具有正温度系数，可以采用载流子寿命控制方法使三极管具有负温度系数，因而，三极管可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。
26.举例来说，上述三极管可以为是双极结型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)，当然，该三极管也可以为其他具有负温度系数的三极管，此处不做限定。
27.以上介绍了补偿元件的几种实现方式，在具体实施时，上述几种实现方式可以结合，即功率器件可以包括不同种类的补偿元件，例如，该功率器件可以包括二极管和三极管。在一些实施例中，除上述介绍的几种实现方式，补偿元件也可以为其他与电流采样元件温度系数相反的元件，此处不做限定。
28.在本技术实施例中，功率器件中的补偿元件可以仅设置在晶圆内部。或者，功率器件中的补偿元件也可以仅设置在晶圆外部。或者，功率器件包括至少两个补偿元件时，可以在晶圆内部和外部均设置补偿元件。在具体实施时，可以根据功率器件的内部空间布局和补偿需求，来设置补偿元件的数量和位置，此处不做限定。
29.第二方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括：上述任一功率器件，以及驱动芯片，驱动芯片用于接收电流采样元件输出的采样值，在采样值超出设定阈值时，执行相应的保护操作。
30.该电子设备可以应用于电动汽车等车辆中，或者，该电子设备也可以应用于光伏充电站、充电厂站和充电桩等大功率需求的场景，此外，电子设备也可以为其他包括功率器件的设备，此处不做限定。举例来说，本技术实施例中的电子设备可以是一种功率模组，该功率包括可以包括：上述任一功率器件、外围驱动芯片、散热器件和封装器件等。
31.由于上述功率器件中设有与电流采样元件串联连接的补偿元件，电流采样元件与补偿元件的温度系数相反，补偿元件可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，
使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近，使电流采样元件输出的采样值的精度较高。并且，使功率元件在不同温度下触发过流保护或短路保护时的阈值电流相同或相近，驱动芯片中无需设置较大的触发阈值，从而，可以防止低温下误触发过流保护或短路保护操作，也可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电流值，进而可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电压应力，减小关断电阻或门极电容，降低关断损耗，提升功率器件的电流输出能力。
32.在具体实施时，驱动芯片中的触发阈值可以分为第一阈值和第二阈值，第一阈值用于触发过流保护，第二阈值用于触发短路保护，一般第一阈值小于第二阈值。驱动芯片可以将电流采样元件输出的采样值与第一阈值和第二阈值比较，当采样值大于第一阈值且小于第二阈值时，驱动芯片可以触发关波等过流保护，当采样值大于第二阈值时，驱动芯片可以触发软关断等短路保护。
33.第三方面，本技术实施例还提供了一种电路结构，该电路结构可以应用于车载、光伏逆变器等大功率需求的电力电子设备中。该电路结构可以包括：至少一个桥臂、控制器以及第一输出端，上述至少一个桥臂可以包括上桥臂与下桥臂，其中，上桥臂可以包括至少一个第一功率器件，下桥臂可以包括至少一个第二功率器件，第一功率器件和第二功率器件均为上述第一方面中的任一功率器件。第一功率器件可以包括：第一功率元件、第一电流采样元件和第一补偿元件，第一电流采样元件与第一补偿元件串联连接，第一补偿元件可以补偿第一电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使第一电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。第二功率器件可以包括：第二功率元件、第二电流采样元件和第二补偿元件。第二电流采样元件与第二补偿元件串联连接，第二补偿元件可以补偿第二电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使第二电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。也就是说，本技术实施例中的第一电流采样元件和第二电流采样元件的电流采样精度较高。
34.第一功率元件和第二功率元件分别与第一输出端连接，第一电流采样元件和第二电流采样元件分别与控制器连接，控制器用于根据第一电流采样元件输出的第一采样信息和第二电流采样元件输出的第二采样信息，确定第一输出端的电流值和相位信息。其中，第一采样信息可以包括采样值，第二采样信息可以包括采样值，采样值可以为采样电阻的电压，也可以为其他参数。
35.在相关技术中，通常在第一输出端处连接霍尔电流传感器，来检测第一输出端的电流值和相位信息，然而，霍尔电流传感器的体积较大，且霍尔电流传感器的响应速度较慢，一般在10μs左右。本技术实施例中，通过第一电流采样元件输出的第一采样信息和第二电流采样元件输出的第二采样信息，可以确定第一输出端的电流值和相位信息，从而可以替代相关技术中的霍尔电流传感器的功能，即第一输出端处无需设置霍尔电流传感器，从而可以简化电路结构，减小电路结构的整体体积，提高功率密度，并且，本技术实施例中的电流采样元件检测电流的响应速度较快，例如，响应速度可以达到1μs以下，从而可以有效提高电流检测的响应速度，提升电路结构的性能。
附图说明
36.图1为本技术实施例提供的功率器件的结构示意图；
37.图2为图1所示的功率器件的等效结构示意图；
38.图3为本技术实施例中电流采样元件的采样原理示意图；
39.图4为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
40.图5为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
41.图6为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
42.图7为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
43.图8为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
44.图9为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
45.图10为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
46.图11为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
47.图12为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图；
48.图13为本技术实施例提供的电路结构的结构示意图。
49.附图标记：
50.10-晶圆；11-功率元件；11a-第一功率元件；11b-第二功率元件；12-电流采样元件；12a-第一电流采样元件；12b-第二电流采样元件；13-补偿元件；131-二极管；132-电阻；133-三极管；21-第一功率器件；22-第二功率器件；23-控制器；24-隔离器件；25-第一保护器件；26-第二保护器件；g1-第一控制端；g2-第二控制端；g3-第三控制端；t1-第一极；t2-第二极；t3-第三极；t4-第四极；t5-第五极；t6-第六极；rs-采样电阻；u-第一输出端。
具体实施方式
51.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。
52.应注意的是，本技术的附图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本技术中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本技术保护范围内。本技术的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
53.为了解决由于电流传感器在不同温度下采样相同的电流输出的采样值偏差较大，导致功率器件的电流输出能力较低的问题，本技术实施例提供了一种功率器件、电子设备及电路结构。该电子设备可以应用于电动汽车等车辆中，或者，该电子设备也可以应用于光伏充电站、充电厂站和充电桩等大功率需求的场景，此外，电子设备也可以为其他包括功率器件的设备，此处不做限定。
54.图1为本技术实施例提供的功率器件的结构示意图，如图1所示，本技术实施例中的功率器件可以包括：功率元件11、电流采样元件12和补偿元件13。功率元件11包括：第一控制端g1、第一极t1和第二极t2，电流采样元件12用于检测功率元件11的第一极t1与第二极t2之间的电流值。电流采样元件12与补偿元件13串联连接，电流采样元件12与补偿元件13的温度系数相反。
55.本技术实施例提供的功率器件中，通过设置与电流采样元件串联连接的补偿元件，电流采样元件与补偿元件的温度系数相反，补偿元件可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相
近，使功率元件在不同温度下触发过流保护或短路保护时的阈值电流相同或相近。这样，可以防止低温下误触发过流保护或短路保护操作，并且，可以降低驱动芯片中的触发阈值，从而可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电流值，进而可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电压应力，减小关断电阻或门极电容，降低关断损耗，提升功率器件的电流输出能力。
56.在本技术实施例中，“相同或相近”可以理解为二者的差异小于或等于10％，例如，电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近可以理解为：电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值的差异小于或等于20％，又如，功率元件在不同温度下触发过流保护或短路保护时的阈值电流相同或相近可以理解为：功率元件在不同温度下触发过流保护时的阈值电流的差异小于或等于20％，功率元件在不同温度下触发短路保护时的阈值电流的差异小于或等于20％。
57.在本技术的一些实施例中，上述功率元件11可以包括：绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)，上述第一控制端g1可以为栅极，上述第一极t1可以为集电极，上述第二极t2可以为发射极。或者，上述功率元件11可以包括：金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)，上述第一控制端g1可以为栅极，上述第一极t1可以为源极，上述第二极t2可以为漏极。本技术实施例中，mosfet晶体管可以为硅(si)基mosfet晶体管，或者，mosfet晶体管也可以为碳化硅(sic)基mosfet晶体管。当然，本技术实施例中的功率元件11也可以包括其他开关元件，此处不做限定。
58.在本技术的一些实施例中，上述电流采样元件可以具有正温度系数，补偿元件可以具有负温度系数。电流采样元件在电流较小时具有正温度系数，在电流较大时具有负温度系数，在本技术实施例的应用场景中，电流采样元件的电流较小，因而，在本技术实施例中以电流采样元件具有正温度系数为例进行说明，在其他场景中，若电流采样元件为负温度系数，则补偿元件可以设置为具有正温度系数。在本技术实施例中，电流采样元件具有正温度系数指的是：电流采样元件的采样电压随温度的增大而增大，补偿元件具有负温度系数指的是：补偿元件的采样电压随温度的增大而减小。
59.图2为图1所示的功率器件的等效结构示意图，结合图1和图2，在本技术的一些实施例中，电流采样元件12可以包括：第二控制端g2、第三极t3和第四极t4，第二控制端g2的电平可以控制第三极t3和第四极t4之间的导通与截止，第二控制端g2与第一控制端g1连接，可以使电流采样元件12与功率元件11同步导通和截止。第三极t3与第一极t1连接，第四极t4通过补偿元件13与第二极t2连接。在具体实施时，可以预先确定电流采样元件12与功率元件11之间的电流分配比例，电流采样元件12可以按照一定比例采样功率元件11的电流值，因而可以根据电流采样元件12的采样值得到功率元件11的电流值。
60.在一种可能的实现方式中，可以将功率器件中一定比例的元胞区作为电流镜，以采样功率元件11的电流，即可以将功率器件中的元胞区分为第一子元胞区和第二子元胞区，第一子元胞区可以用作功率元件11，第二子元胞区可以用作电流采样元件12。也就是说，电流采样元件12可以为与功率元件11同种类型的开关元件，例如，功率元件11为igbt晶体管时，电流采样元件12可以为igbt晶体管，又如，功率元件11为mosfet晶体管时，电流采样元件12可以为mosfet晶体管。在实际应用中，可以将功率元件11与电流采样元件12集成
在同一晶圆中，从而可以降低制作工艺复杂度，并提高功率器件的集成度。
61.图3为本技术实施例中电流采样元件的采样原理示意图，如图3所示，功率器件中一定比例的元胞区可以用作电流采样元件12，电流采样元件可以对功率元件按照设定比例进行采样，因而可以根据电流采样元件的采样值和该设定比例得到功率元件的电流值。可以根据功率器件中的元胞区分配比例等因素，预先确定功率元件11与电流采样元件12之间的电流分配比例(即上述设定比例)，例如，电流采样元件12与功率元件11之间的电流分配比例可以约为1:1000。输入电流i1按照分配比例，一部分电流输入至功率元件11，另一部分电流输入至电流采样元件12，功率元件11的电流i2与电流采样元件12的电流i3满足上述电流分配比例，从而可以根据电流采样元件12的电流i3，得到功率元件11的电流i2。在实际应用中，可以在电流采样元件12的第四极t4串联采样电阻rs，将电流信号转换为电压信号，通过采样电阻rs的电压vs，可以间接得到功率元件11的电流i2。也就是说，在本技术实施例中，电流采样元件12输出的采样值可以为采样电阻rs的电压，当然，在一些情况下，电流采样元件12输出的采样值也可以为电流或其他参数，此处不做限定。
62.举例来说，功率元件11的电流i2，可以按以下公式确定：
[0063][0064]
其中，k为电流采样元件12的电流分配比例，rs为采样电阻的阻值，vs为采样电阻rs两端的电压，r为不同温度下的等效斜率电阻。
[0065]
将本技术实施例中的功率器件应用于电子设备中，电子设备中的驱动芯片可以获取采样电阻rs两端的电压vs，根据该电压vs可以判断是否发生过流或短路等故障，并根据故障类型触发关波或软关断等保护操作。在具体实施时，驱动芯片中的触发阈值可以分为第一阈值和第二阈值，第一阈值用于触发过流保护，第二阈值用于触发短路保护，一般第一阈值小于第二阈值。驱动芯片可以将电流采样元件输出的采样值与第一阈值和第二阈值比较，当采样值大于第一阈值且小于第二阈值时，驱动芯片可以触发关波等过流保护，当采样值大于第二阈值时，驱动芯片可以触发软关断等短路保护。
[0066]
如图1所示，在一种可能的实现方式中，功率器件可以包括：一个补偿元件13。在另一种可能的实现方式中，功率器件可以包括：串联和/或并联的至少两个补偿元件。图4为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，例如图4所示的功率器件包括并联的两个补偿元件13。在具体实施时，功率器件中可以设置多个补偿元件，各补偿元件可以先并联后串联，也可以先串联后并联，此处不对功率器件中的各补偿元件的连接管线进行限定，在具体设置功率器件的结构时，可以根据实际需要设置各补偿元件的连接关系。
[0067]
图5为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图5中以功率元件为igbt晶体管为例进行示意，图6为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图6中以功率元件为mosfet晶体管为例进行示意，如图5和图6所示，在本技术的一些实施例中，功率元件11、电流采样元件12和补偿元件13可以在同一个晶圆10内，这样，功率元件11、电流采样元件12和补偿元件13位于同一温度场内，补偿元件13能够感受到功率元件11的温度变化，补偿元件13可以根据温度变化自适应的调节电流采样元件12输出的采样值，以补偿电流采样元件12输出的采样值，使电流采样元件12在采样相同的电流时输出的采样值不随温度变化而变化或随温度变化而变化的幅度较小，提高电流采样元件12的精确度。在具体设置晶
圆10中各部件的布局时，可以将补偿元件13的位置设置为尽量靠近功率元件11的位置，以使补偿元件13所在位置的温度与功率元件11所在位置的温度基本一致。此外，将功率元件11、电流采样元件12和补偿元件13设置为位于同一晶圆10内，可以降低制作工艺复杂度，并提高功率器件的集成度。
[0068]
图7为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图7中以功率元件为igbt晶体管为例进行示意，图8为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图8中以功率元件为mosfet晶体管为例进行示意，如图7和图8所示，在本技术的另一些实施例中，功率元件11和电流采样元件12在同一个晶圆10内，补偿元件13位于晶圆10以外的位置，且补偿元件13位于功率元件11靠近第一控制端g1的一侧。在具体实施时，补偿元件13可以设置在于功率元件11所在晶圆10不同的其他晶圆中，或者，补偿元件13也可以为无需设置晶圆的元件。这样，也可以使功率元件11、电流采样元件12和补偿元件13位于同一温度场内，这样，补偿元件13能够感受到功率元件11的温度变化，补偿元件13可以根据温度变化自适应的调节电流采样元件12输出的采样值，以补偿电流采样元件12输出的采样值，使电流采样元件12在采样相同的电流时输出的采样值不随温度变化而变化或随温度变化而变化的量非常小。在具体设置补偿元件13的位置时，可以将补偿元件13的位置设置为尽量靠近功率元件11的位置，以使补偿元件13所在位置的温度与功率元件11所在位置的温度基本一致。此外，将功率元件11和电流采样元件12设置为位于同一晶圆10内，可以降低制作工艺复杂度，并提高功率器件的集成度。
[0069]
在本技术实施例中，上述补偿元件具有多种实现方式，以下结合附图，对补偿元件的几种实现方式进行举例说明。
[0070]
实现方式一：
[0071]
如图5所示，上述补偿元件13可以包括：二极管131，二极管131的阳极与电流采样元件12的第四极t4连接，二极管131的阴极与功率元件11的第二极t2连接。本技术实施例中，电流采样元件12具有正温度系数，该二极管131可以具有负温度系数，因而，该二极管131可以补偿电流采样元件12在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件12在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。
[0072]
实现方式二：
[0073]
图9为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图9中以功率元件为igbt晶体管为例进行示意，图10为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图10中以功率元件为mosfet晶体管为例进行示意，如图9和图10所示，上述补偿元件13可以包括：电阻132，电阻132的一端与电流采样元件12的第四极t4连接，另一端与功率元件11的第二极t2连接。本技术实施例中，电流采样元件12具有正温度系数，该电阻132可以具有负温度系数，因而，该电阻132可以补偿电流采样元件12在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件12在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。
[0074]
在图9和图10中以电阻132与功率元件11和电流采样元件12位于同一晶圆10内为例进行示意，在具体实施时，电阻132也可以位于功率元件11和电流采样元件12所在晶圆10以外的位置，此处不再重复示意。
[0075]
实现方式三：
[0076]
图11为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图11中以功率元件为
igbt晶体管为例进行示意，图12为本技术实施例提供的功率器件的另一结构示意图，图12中以功率元件为mosfet晶体管为例进行示意，如图11和图12所示，上述补偿元件13可以包括：三极管133，三极管133可以包括：第三控制端g3、第五极t5和第六极t6，三极管133的第三控制端g3与第五极t5或第六极t6连接，三极管133的第五极t5与电流采样元件12的第四极t4连接，三极管133的第六极t6与功率元件11的第二极t2连接。
[0077]
以图11和图12中靠左侧的三极管133为例，三极管133可以为pnp型晶体管，可以将第三控制端g3与第六极t6连接，使三极管133等效为二极管。以图11和图12中靠右侧的三极管133为例，三极管133可以为npn型晶体管，可以将第三控制端g3与第五极t5连接，使三极管133等效为二极管。为了示意pnp型晶体管和npn型晶体管的结构，在图11和图12中以功率器件包括一个pnp型晶体管和一个npn型晶体管为例进行示意，在具体实施时，功率器件中可以仅包括一个三极管133，也可以包括两个或多个三极管133，可以仅包括一种类型的晶体管，也可以包括两种类型的晶体管，此处不对三极管133的数量和类型进行限定。
[0078]
本技术实施例中，电流采样元件12具有正温度系数，可以采用载流子寿命控制方法使三极管133具有负温度系数，因而，三极管133可以补偿电流采样元件12在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件12在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。
[0079]
举例来说，上述三极管133可以为是双极结型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)，当然，该三极管133也可以为其他具有负温度系数的三极管，此处不做限定。
[0080]
以上介绍了补偿元件的几种实现方式，在具体实施时，上述几种实现方式可以结合，即功率器件可以包括不同种类的补偿元件，例如图11中，该功率器件可以包括二极管131和三极管133。在一些实施例中，除上述介绍的几种实现方式，补偿元件也可以为其他与电流采样元件温度系数相反的元件，此处不做限定。
[0081]
在本技术实施例中，如图5所示，功率器件中的补偿元件13可以仅设置在晶圆10内部。或者，如图7所示，功率器件中的补偿元件13也可以仅设置在晶圆10外部。或者，如图11所示，功率器件包括至少两个补偿元件13时，可以在晶圆10内部和外部均设置补偿元件13。在具体实施时，可以根据功率器件的内部空间布局和补偿需求，来设置补偿元件13的数量和位置，此处不做限定。
[0082]
基于同一技术构思，本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括：上述任一功率器件，以及驱动芯片，驱动芯片用于接收电流采样元件输出的采样值，在采样值超出设定阈值时，执行相应的保护操作。
[0083]
该电子设备可以应用于电动汽车等车辆中，或者，该电子设备也可以应用于光伏充电站、充电厂站和充电桩等大功率需求的场景，此外，电子设备也可以为其他包括功率器件的设备，此处不做限定。举例来说，本技术实施例中的电子设备可以是一种功率模组，该功率包括可以包括：上述任一功率器件、外围驱动芯片、散热器件和封装器件等。
[0084]
由于上述功率器件中设有与电流采样元件串联连接的补偿元件，电流采样元件与补偿元件的温度系数相反，补偿元件可以补偿电流采样元件在不同温度下的采样值偏差，使电流采样元件在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近，使电流采样元件输出的采样值的精度较高。并且，使功率元件在不同温度下触发过流保护或短路保护时的
阈值电流相同或相近，驱动芯片中无需设置较大的触发阈值，从而，可以防止低温下误触发过流保护或短路保护操作，也可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电流值，进而可以降低功率元件在触发过流保护或短路保护时的电压应力，减小关断电阻或门极电容，降低关断损耗，提升功率器件的电流输出能力。
[0085]
在具体实施时，驱动芯片中的触发阈值可以分为第一阈值和第二阈值，第一阈值用于触发过流保护，第二阈值用于触发短路保护，一般第一阈值小于第二阈值。驱动芯片可以将电流采样元件输出的采样值与第一阈值和第二阈值比较，当采样值大于第一阈值且小于第二阈值时，驱动芯片可以触发关波等过流保护，当采样值大于第二阈值时，驱动芯片可以触发软关断等短路保护。
[0086]
基于同一技术构思，本技术实施例还提供了一种电路结构，该电路结构可以应用于车载、光伏逆变器等大功率需求的电力电子设备中。
[0087]
图13为本技术实施例提供的电路结构的结构示意图，如图13所示，该电路结构可以包括：至少一个桥臂、控制器23以及第一输出端u，上述至少一个桥臂可以包括上桥臂与下桥臂，其中，上桥臂可以包括至少一个第一功率器件21，下桥臂可以包括至少一个第二功率器件22，第一功率器件21和第二功率器件22均为上述任一功率器件。第一功率器件21可以包括：第一功率元件11a、第一电流采样元件12a和第一补偿元件(图中未示出)，第一电流采样元件12a与第一补偿元件串联连接，第一补偿元件可以补偿第一电流采样元件12a在不同温度下的采样值偏差，使第一电流采样元件12a在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。第二功率器件22可以包括：第二功率元件11b、第二电流采样元件12b和第二补偿元件(图中未示出)。第二电流采样元件12b与第二补偿元件串联连接，第二补偿元件可以补偿第二电流采样元件12b在不同温度下的采样值偏差，使第二电流采样元件12b在不同温度下采样相同的电流输出的采样值相同或相近。也就是说，本技术实施例中的第一电流采样元件12a和第二电流采样元件12b的电流采样精度较高。
[0088]
第一功率元件11a和第二功率元件11b分别与第一输出端u连接，第一电流采样元件12a和第二电流采样元件12b分别与控制器23连接，控制器23用于根据第一电流采样元件12a输出的第一采样信息和第二电流采样元件12b输出的第二采样信息，确定第一输出端u的电流值和相位信息。其中，第一采样信息可以包括采样值，第二采样信息可以包括采样值，采样值可以为采样电阻的电压，也可以为其他参数。
[0089]
在相关技术中，通常在第一输出端u处连接霍尔电流传感器，来检测第一输出端u的电流值和相位信息，然而，霍尔电流传感器的体积较大，且霍尔电流传感器的响应速度较慢，一般在10μs左右。本技术实施例中，通过第一电流采样元件12a输出的第一采样信息和第二电流采样元件12b输出的第二采样信息，可以确定第一输出端u的电流值和相位信息，从而可以替代相关技术中的霍尔电流传感器的功能，即第一输出端u处无需设置霍尔电流传感器，从而可以简化电路结构，减小电路结构的整体体积，提高功率密度，并且，本技术实施例中的电流采样元件检测电流的响应速度较快，例如，响应速度可以达到1μs以下，从而可以有效提高电流检测的响应速度，提升电路结构的性能。
[0090]
在一种可能的实现方式中，本技术实施例中的电路结构还可以包括：隔离器件24，第一功率器件21和第二功率器件22通过隔离器件24与控制器23连接，控制器23与第一功率器件21(或第二功率器件22)的接地信号可能不同，隔离器件24可以起到绝缘隔离的作用。
[0091]
在具体实施时，本技术实施例中的电路结构还可以包括：与第一功率器件21连接的第一保护器件25，以及与第二功率器件22连接的第二保护器件26。第一保护器件25可以具有过流保护功能，当第一电流采样元件12a输出的采样值大于第一阈值且小于第二阈值时，第一保护器件25可以起到过流保护作用；或者，第一保护器件25可以具有短路保护功能，当第一电流采样元件12a输出的采样值大于第二阈值时，第一保护器件25可以起到短路保护作用。类似地，第二保护器件26可以具有过流保护功能，当第二电流采样元件12b输出的采样值大于第一阈值且小于第二阈值时，第二保护器件26可以起到过流保护作用；或者，第二保护器件26可以具有短路保护功能，当第二电流采样元件12b输出的采样值大于第二阈值时，第二保护器件26可以起到短路保护作用。
[0092]
举例来说，本技术实施例中的电路结构可以应用于逆变器中，一般逆变器具有三相电流，图13中的第一输出端u可以输出一相电流，在具体实施时，也可以采用与图13类似的方式，通过在功率器件中设置电流采样元件，来检测其他两相电流的电流值和相位信息。
[0093]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0094]
显然，本领域的技术人员可以对本技术实施例进行各种改动和变型而不脱离本技术实施例的精神和范围。这样，倘若本技术实施例的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。