专利名称：提高低温下金属氧化物晶体管耐压强度的方法和电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据独立权利要求的类型的、用于提高带有金属氧化 物晶体管的电子电路装置的与温度无关的耐压强度的方法，以及根据M
权利要求的类型的一种具有至少一个金属氧化物晶体管和提高的与温度 无关的耐压强度的电路装置。
背景技术：
唯一的附图示出了根据现有技术的金属氧化物晶体管(也简称为
MOSFET)的、关于芯片温度而绘出的标准化的击穿电压的图表。可以 明显看出的是，在金属氧化物晶体管的温度降低的情况下，金属氧化物晶 体管的击穿电压同样明显降低。这提出了如下问题具有这样的金属氧化 物晶体管的整个电路装置的耐压强度在低温情况下同样降低。为了解决该 问题，目前使用具有较高的截止电压的金属氧化物晶体管。然而，这些金 属氧化物晶体管明显更贵，并且具有如较高的沟道电阻(RDSon)这样的 缺点。当基于边M件而必须选择超过由于技术而限定的电压水平的金属 氧化物晶体管时，该问M现得特别严重。如果超过这样的水平，则基于 其他的制造技术而成本明显更为低廉的其他半导体芯片可用于晶体管中。 在这样的情况中，对于具有较高的截止电压的金属氧化物晶体管而言必须 考虑到明显更高的成本。可替选地，针对电路装置可以规定更窄的温度范 围。然而，这由于应用的原因而通常是不可能的。
本发明的任务是，提出 一种用于提高在低温下电子电路装置的耐压强 度的方法，其中该电路装置具有至少一个金属氧化物晶体管，并且可以省 去选择具有较高的截止电压的金属氧化物晶体管。
同样为本发明的任务的是，提出一种具有提高的在低温下的耐压强度 的电路装置，其中该电路装置具有至少一个金属氧化物晶体管，而该金属 氧化物晶体管并不具有较高的截止电压。
发明内容
根据本发明，关于方法的任务的解决借助一种用于提高在低温下电子 电路装置的耐压强度的方法来实现，其中该电路装置具有至少一个金属氧 化物晶体管，并且在施加处于金属氧化物晶体管的击穿电压附近的电压之 前，该金属氧化物晶体管通过适当的措施被加热到预先确定的温度。
在第 一变形方案中，对金属氧化物晶体管的加热在此通过流经金属氧 化物晶体管的大电流来实现。在另一变形方案中，对金属氧化物晶体管的 加热通过提高金属氧化物晶体管的开关损耗来实现。在第三变形方案中， 对金属氧化物晶体管的加热通过短时线性驱动金属氧化物晶体管来实现。 这些变形方案保证了对金属氧化物晶体管的快速且可靠的加热。
在此，加热可以以时间控制的方式或者以温度z检制的方式来进行。时 间控制的变形方案对金属氧化物晶体管加热预先确定的时间。其具有的优
点;I^本^J:的实施。温度控制的变形方案测量电路装置或者金属氧化物 晶体管的温度并且将其加热到预先确定的温度(例如251C )。其具有的优
点是金属氧化物晶体管的良好的温JL调节。
在此，加热优选仅仅在电路装置或者金属氧化物晶体管低温的情况下 进行。这防止了在电路装置或者金属氧化物晶体管较高温度的情况下金属 氧化物晶体管的过热。
根据本发明，关于电路装置的任务的解决借助一种具有提高的在低温 情况下的耐压强度的电路装置来实现，其中该电路装置具有至少一个金属 氧化物晶体管，并且该电路装置具有用于在该电路装置将处于金属氧化物 晶体管的击穿电压附近的电压施加到金属氧化物晶体管上之前加热金属 氧化物晶体管的装置。
在第一变形方案中，对金属氧化物晶体管的加热在此通过流经金属氧 化物晶体管的大电流来实现。在另一变形方案中，对金属氧化物晶体管的 加热通过提高金属氧化物晶体管的开关损耗来实现。在第三变形方案中， 对金属氧化物晶体管的加热通过短时线性驱动金属氧化物晶体管来实现。 这些变形方案保证了对金属氧化物晶体管的快速且可靠的加热。它们可以 根据应用和要求来任意地组合。
在此，电路装置优选^(5L仅在电路装置或者金属氧化物晶体管低温的情 况下对金属氧化物晶体管进行加热。这防止了在电路装置或者金属氧化物 晶体管的较高温度情况下金属氧化物晶体管的过热在此，加热可以以时间控制的方式或者以温度控制的方式来进行。时间控制的变形方案具有的优点^本低廉的实施。温度控制的变形方案具有的优点是金属氧化物晶体管的良好的温度调节。在此，电路装置优选测量金属氧化物晶体管的温度。特别优选的是，金属氧化物晶体管的温度通过其沟道电阻来测量。这具有的优点是简单并且成本低廉地实施温度测量。
该电路装置优选设计为驱动至少一个气体放电灯，其中该电路装置产生中间回路电压用于施加到金属氧化物晶体管上，并且在紧接在启动气体放电灯之前或者在启动气体放电灯时加热该金属氧化物晶体管。在这种情况中，紧接在启动之前意味着电路装置利用在灯启动之前的、其建立点燃电压的时间用于加热金属氧化物晶体管。中间回路电压在加热阶段期间有
利地降低，并且加热阶段长度在ls到120s之间。通过降低中间回路电压，保护了金属氧化物晶体管，并且加热阶段的长度保证了有效地加热晶体管。中间回路电压的降低优选通过直流电压转换器来实现，其具有可调节的输出电压，并且其输出电压是中间回路电压。因为在许多情况中也出于其他原因而使用直流电压转换器，所以有利的是，将这种已有的直流电压转换器以小的开销而构建为在其输出电压方面可调节，以便能够调节中间回路电压。
根据本发明的方法和根据本发明的电路装置的其他有利的改进方案和构型由其他从属权利要求和以下描述得到。
本发明的其他优点、特征和细节借助下面对实施例的描述以及借助附图来得到。其中
图1示出了根据现有技术的金属氧化物晶体管的、关于芯片温度而绘出的标准化的击穿电压的图表。
具体实施例方式
通过巧妙地控制具有金属氧化物晶体管的电路装置，可以使用并不具有提高的截止电压的金属氧化物晶体管。根据本发明，在将处于金属氧化物晶体管的截止电压范围中的电压施加到金属氧化物晶体管之前，将该金属氧化物晶体管加热到如下温度在该温度情况下金属氧化物晶体管可以将要施加的电压可靠地截止。于是，利用了金属氧化物晶体管的截止电压的温度相关性。
在一个优选的实施形式中，金属氧化物晶体管用作气体放电灯的电子驱动设备的逆变器中的开关晶体管。在逆变器之前通常连接有直流电压转换器，其例如可以进行功率因子校正。直流电压转换器例如可以构建为升
压转换器(Boost )、单端初级电感转换器(Sepic)或者反激式转换器(Flyback Wandler)。直流电压转换器产生衫L调节的输出电压，该输出电压被输入到逆变器中。该电压通常称为中间回路电压。逆变器可以实施为E类转换器、半桥逆变器或者全桥逆变器。相应地，逆变器具有一个到四个之间的金属氧化物晶体管。在这种驱动设备中，这些金属氧化物晶体管在连续的灯运行中通常在截止电压附近被驱动。要驱动的气体放电灯的灯电压于是位于金属氧化物晶体管的截止电压的范围中。为了使电子驱动设备也可以针对在例如-40 C的低的环境温度情况下的外部应用或者在冷库中的应用(这些应用于是也引起电路装置或者金属氧化物晶体管的相应低温)，必需的是将金属氧化物晶体管进行相应的预热，由此其可以在启动之后将气体放电灯的快速升高的灯电压截止。其中对金属氧化物晶体管预热和因此施加在晶体管上的电压、例如中间回路电压降低的持续时间在ls到120s之间。
金属氧化物晶体管可以借助不同的方法来加热。类似于在低压放电灯的情况中那样，多种驱动i殳备借助谐振点燃装置来点燃高压放电灯。在该谐振阶段，大电流通过金属氧化物晶体管，该电流可以快速且可靠地将金属氧化物晶体管加热。为了优化加热，金属氧化物晶体管可以在谐振点燃中在短的时段期间在线性范围中被驱动，以便加速至晶体管中的热输入。其中金属氧化物晶体管具有较高的导通电阻(RDSOn)的该短的时段(即在该时段中阻抑了谐振)对于用户而言不可觉察。
另一变形方案是，在高压放电灯的加热阶段将金属氧化物晶体管加热。紧接在点燃之前，高压放电灯还具有相当低的灯电压，该灯电压在灯起动期间持续升高。在该时间中，金属氧化物晶体管同样还可以被加热，而没有由于过电压而损毁的危险。该加热又通过在加热阶段期间的增大的开关损耗来实现。增大的开关损耗例如可以通过金属氧化物晶体管的电容性运行来形成，或者通过提高开关频率来形成，由此每单位时间的损耗增大。提高开关频率具有的优点是，由此可以降低通过金属氧化物晶体管切换的电压，而不必担心光弧熄灭。在高效的转换器策略(这些转换器策略实现了金属氧化物晶体管的无电压切换(zvs)或者金属氧化物晶体管的无电流切换(zcs))的情况下，可能暂时地停止这种切换方式(Schaltmimik)，以便产生增大的开关损耗并且快速地加热金属氧化物晶体管.当然，在此也可以激励晶体管，4吏得其在短时间上在线性驱动中工作，以便进一步提高开关损耗，并且将晶体管进一步加热。
在另一实施形式中将两种可能性组合，并且晶体管在点燃高压放电灯期间以及在高压放电灯起动期间被加热。
在具有直流电压转换器的电路装置的情况下，可以在该起动阶段期间降低直流电压转换器的中间回路电压，因为如上面已经提及的那样灯电压是相应地低的。通过这种方式保证了金属氧化物晶体管能够可靠地将施加于其上的电压截止。
一种用于控制加热阶段的可能性是测量金属氧化物晶体管温度。这可以通过安装在金属氧化物晶体管上的温度传感器或者借助金属氧化物晶体管的体电阻来进行。体电阻可以借助温度##的测量装置来测量，并且于是可以确定金属氧化物晶体管的芯片温度。加热阶段于是被控制，直到晶体管达到预先确定的最低温度(例如+25匸)。
一种更简单的可能性是，以时间控制的方式将金属氧化物晶体管的加热阶段施加在该金属氧化物晶体管上。这种变形方案在实现中更简单，然而缺点是在启动已经热的电路情况下，晶体管被过度地加热。
在某些应用和某些工作状态(例如在冷库中高压放电灯的调光运行)中会出现的是，金属氧化物晶体管落在预先确定的温度之下。于是，在正常工作中也设计了附加的加热阶段，以便保证金属氧化物晶体管的可靠运行.加热阶段可以根据上面的描述在高压放电灯的工作中实施。在这种背景下，比起其他所描述的方法可以更优选金属氧化物晶体管的线性驱动和/或暂时地关断金属氧化物晶体管的无电压切换(ZVS)或者金属氧化物晶体管的无电流切换(ZCS)'
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权利要求
1.一种用于提高在低温下电子电路装置的耐压强度的方法，其中该电路装置具有至少一个金属氧化物晶体管，其特征在于，在施加处于所述金属氧化物晶体管的击穿电压附近的电压之前，将所述金属氧化物晶体管加热。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对金属氧化物晶体管 的加热通过流经金属氧化物晶体管的大电流和/或通过提高金属氧化物晶 体管的开关损耗和/或通过短时线性驱动金属氧化物晶体管来实现。
3. 根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，以时间 控制的方式或者以温度控制的方式进行加热。
4. 根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，仅仅在 电路装置低温的情况下进行金属氧化物晶体管的加热。
5. —种具有提高的在低温下的耐压强度的电路装置，其中该电路装 置具有至少一个金属氧化物晶体管，其特征在于，该电路装置具有用于在 该电路装置将处于所述金属氧化物晶体管的击穿电压附近的电压施加到 所述金属氧化物晶体管上之前加热所述至少 一个金属氧化物晶体管的装 置。
6. 根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，该电路装置具有 通过流经金属氧化物晶体管的大电流和/或通过提高金属氧化物晶体管的 开关损耗和/或通过短时线性驱动金属氧化物晶体管来加热金属氧化物晶 体管的装置。
7. 根据权利要求5或6所述的电路装置，其特征在于，该电路装置 具有用于通过时间控制或者温度控制的方式来加热金属氧化物晶体管的 装置。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的电路装置，其特征在于，该 电路装置仅仅在电路装置或者金属氧化物晶体管低温的情况下加热该金 属氧化物晶体管。
9. 根据权利要求8所述的电路装置，其特征在于，该电路装置测量 金属氧化物晶体管的温度。
10. 根据权利要求9所述的电路装置，其特征在于，该电路装置通过 金属氧化物晶体管的沟道电阻来测量该金属氧化物晶体管的温度。
11. 根据权利要求5至10中任一项所述的电路装置，其特征在于， 该电路装置适于驱动至少一个气体放电灯，其中该电路装置产生中间回路 电压用于施加到金属氧化物晶体管上，并^紧接在启动气体放电灯之前 或者在启动气体放电灯时加热该金属氧化物晶体管。
12. 根据权利要求11所述的电路装置，其特征在于，该电路装置具 有用于在加热阶段期间降低中间回路电压的装置，并且加热阶段长度在 ls到120s之间。
13. 根据权利要求11或12所述的电路装置，其特征在于，该电路装 置具有直流电压转换器，该直流电压转换器带有能够调节的输出电压用于 降低中间回路电压，其中直流电压转换器的输出电压是中间回路电压。
全文摘要
本发明涉及一种用于提高在低温下电子电路装置的耐压强度的方法，其中该电路装置具有至少一个金属氧化物晶体管，并且在施加处于金属氧化物晶体管的击穿电压附近的电压之前，该金属氧化物晶体管通过适当的措施被加热到预先确定的温度。本发明同样涉及一种具有提高的在低温下的耐压强度的电路装置，其中该电路装置具有至少一个金属氧化物晶体管，并且在将处于金属氧化物晶体管的击穿电压附近的电压施加到金属氧化物晶体管上之前，加热所述至少一个金属氧化物晶体管。
文档编号H05B41/282GK101674699SQ200910170780
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者约阿希姆·米尔施勒格尔 申请人:奥斯兰姆有限公司