Brevet FR2744861A1 — publié le 19970814

L'invention concerne les circuits intégrés de puis- sance, et elle concerne plus précisément un transistor à effet de champ MOSFET de puissance extrêmement rapide, possédant un circuit intégré d'arrêt thermique qui travaille à grande vitesse. Les dispositifs de puissance à grille de type MOS, tels que les transistors bipolaires à grille isolée IGBT et les transistors à effet de champ MOS de puissance MOSFET ayant des circuits intégrés de contrôle thermique et de courant destinés à interrompre le dispositif d'alimentation dans certaines conditions de panne sont bien connus. L'alimen- tation de ces dispositifs intégrés de puissance est tirée de l'impulsion du signal d'entrée. Lorsque la vitesse du dispositif augmente, l'impulsion d'alimentation ou Vcc dure par exemple 100 ns seulement dans le cas d'une application à 25 kHz. Cependant, le circuit de contrôle de température nécessite par exemple 5 Us pour terminer son calcul. Comme l'énergie à la tension Vcc n'est disponible que pendant ns, le circuit de détection de température n'est plus alimenté et présente un défaut de fonctionnement lorsque le système travaille à une fréquence de 25 kHz ou plus. Selon l'invention, le circuit de contrôle de tempe- rature de dispositif intégré de puissance à grille MOS, par exemple le circuit de contrôle de température du dispositif IR6012 fabriqué par International Rectifier Corporation, El Segundo, Californie, est modifié afin qu'il retienne ou mémorise le dernier calcul de température lorsque la tension Vcc disparaît. Ainsi, le signal de température excessive est mémorisé dans un petit condensateur qui garantit l'absence de pertes du signal de température excessive entre deux impulsions à une fréquence supérieure à 16 kHz (une période d'environ 60 us). Un condensateur d'accumulation de charges est aussi ajouté afin qu'il conserve la tension d'entrée Vcc après la fin de l'impulsion. Par exemple, un condensateur de 100 pF est intégré à la pastille de silicium, et n'occupe qu'une surface d'environ 0,15 mm2. Le condensateur utilisé pour la conservation du signal de température excessive peut être d'environ 30 pF. Le condensateur de 100 pF est suffisamment grand pour trans- mettre l'énergie au circuit de température excessive, et est aussi suffisamment grand pour charger le condensateur de pF. Les valeurs données précédemment peuvent varier à volonté, mais le condensateur chargé à partir de la tension Vcc est de préférence plus important que le condensateur qui conserve le signal de température excessive et doit être suffisamment important pour "régénérer" le signal de tempé- rature excessive à chaque cycle de la tension Vcc. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réqlisation de l'invention, faite en référence au dessin annexé sur lesuel la figure unique est un diagramme synoptique partiellement sous forme de circuit selon la présente invention. La figure unique représente le nouveau circuit selon l'invention, appliqué à un transistor à effet de champ MOSFET de puissance ayant des circuits intégrés sur la pas- tille d'alimentation pour assurer la protection contre les températures excessives et les surintensités. Le circuit de la technique antérieure est décrit en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique en cours d'examen nO 08/298 383, déposée le 30 août 1994 sous le titre "Power MOSFET with overcurrent and over-temperature protection and control circuit decoupled from body diode", au nom de Bruno C. Nadd et Talbott M. Houk (IR-1070) dont le contenu est incorporé au présent mémoire à titre de référence. Ainsi, dans le circuit intégré de puissance connu, un transistor MOSFET de puissance 10 est incorporé et formé de manière classique dans une pastille de silicium. D'autres dispositifs de puissance à grille MOS peuvent être utilisés. Un transistor MOSFET de puissance 10 comprend une pastille ayant une électrode de drain 11, une électrode de source 12, une électrode de grille 12a et une électrode classique 14 de détection de courant. La pastille peut être logée dans un boîtier ayant des broches de connexion qui en dépassent. La broche d'entrée 13 du dispositif est connectée à une source d'un niveau logique qui, par exemple, oscille entre 0 et 5 V à la fréquence voulue de fonctionnement du transistor MOSFET de puissance 10 dont la broche d'entrée 13 est connectée à la grille 12a par un circuit 20 de commutation par tout ou rien. Le circuit 20 est mis à l'état non conducteur afin que le transistor MOSFET 10 cesse de conduire en présence de conditions prédéterminées, par exemple d'une surintensité, mesurée par le circuit 22 de contrôle de surintensité, ou d'une température excessive, mesurée par le circuit 23 de contrôle de température. Les circuits de contrôle sont de préférence intégrés dans la même pastille qui contient déjà les jonctions du transistor MOSFET 10. Le circuit 22 de surintensité reçoit un signal d'entrée de mesure de courant de la borne 14 de détection de courant et transmet un signal de sortie au circuit logique 21 qui ouvre le circuit de commutation 20 lorsqu'une panne de courant est contrôlée. Le circuit 23 de détection de température excessive est alimenté par des impulsions de tension Vcc qui peuvent être dérivées de la broche d'entrée 13. Un circuit analogue produit un signal de sortie de température excessive qui, selon la technique antérieure, a été connecté à une entrée du circuit logique 21 de manière que le circuit de commu- tation puisse être ouvert en présence d'une condition prédéterminée de température excessive. Le circuit de la technique antérieure a aussi comporté une diode 30 de Zener et une diode 31 connectées entre les électrodes de grille et de drain du transistor MOSFET 10 et une diode 32 connectée de la manière représentée. Selon l'invention, le circuit 23 d'arrêt thermique de la technique antérieure est modifié par addition d'un transistor MOSFET 50, d'une diode 51, d'un condensateur 52 et d'une résistance 53. L'entrée à la tension Vcc dérivée de la broche d'entrée 13 et qui alimente e circuit de tempé- rature excessive comporte en outre la diode 60 et le condensateur 61. Les deux diodes 51 et 60 sont de préférence des diodes de silicium polycristallin intégrées sur la même pastille de silicium qui contient déjà les jonctions du transistor MOSFET de puissance 10. Le "temps de stabilisation" du circuit 23 de tempe- rature excessive est d'environ 0,5 us. Cependant, le signal de sortie de température excessive peut être perdu entre les deux impulsions d'énergie d'alimentation (Vcc) à des fréquences supérieures à 16 kHz environ. L'addition de la diode 51, du condensateur 52 et de la résistance 53 empêche la perte du calcul de température excessive grâce à une constante de temps R-C suffisamment grande. En outre, lorsque le condensateur 52 a une valeur de 30 pF (surface de 0 05 mm2 sur la pastille) et la résistance 53 a une valeur de 10 MQ, la constante de temps est d'environ 300 us. On peut utiliser d'autres constantes de temps. I1 faut observer que le circuit ne fonctionne alors convenablement que lorsqu'une tension VIN OU Vcc est présente pendant au moins 1 gs à chaque cycle. Pour que le dispositif soit protégé dans le cas de l'utilisation de faibles coefficients d'utilisation, le condensateur 61 et la diode de filtrage sont ajoutés au circuit d'entrée à la tension Vcc dans le circuit 23 de contrôle de température excessive. Le condensateur 61 a de préférence une valeur de 100 pF afin qu'il puisse alimenter le circuit 23 de température excessive pendant quelques microsecondes et qu'il puisse charger le condensateur 52 de 30 pF. Ainsi, dans une configuration de circuit dans laquelle la tension Vcc est seulement sous forme d'une impulsion de ns par exemple à 20 kHz, la tension filtrée Vcc est présente suffisamment longtemps pour que le signal de température excessive soit régénéré à chaque cycle. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à circuit intégré de puissance à grille MOS, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (10) de puissance à grille MOS ayant des électrodes (11, 12) de sortie et une électrode de grille (12a) d'entrée, un circuit de signal d'entrée destiné à transmettre un signal à hautes fréquences à l'électrode de grille (12a) afin que le dispositif (10) de puissance soit mis à l'état conducteur ou non conducteur à une fréquence élevée, un circuit (23) de contrôle de température excessive destiné à contrôler la température du dispositif (10) de puissance et à produire un signal de sortie destiné à déconnecter le circuit du signal d'entrée de l'électrode de grille (12a) d'entrée lorsque la température contrôlée dépasse une valeur prédéterminée, le circuit (23) de contrôle de température excessive ayant un dispositif à borne qui peut être connecté à une source de tension Vcc destinée à l'alimentation du circuit (23) de contrôle de température excessive, la source de tension Vcc étant dérivée du circuit du signal d'entrée, et au moins un premier circuit à condensateur (52) couplé au circuit (23) de contrôle de température et destiné à mémoriser le signal de sortie du circuit (23) de contrôle de température entre les impulsions de la tension Vcc afin que la perte du signal de sortie entre les impulsions de la tension Vcc soit empêchée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second circuit à condensateur (61) couplé au dispositif à borne qui peut être connecté à la source de tenson Vcc afin que le circuit (23) de contrôle de température excessive soit alimenté pendant un temps supérieur à son temps de stabilisation. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal à hautes fréquences appliqué au circuit du signal d'entrée a une fréquence supérieure à 16 kHz environ. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal à hautes fréquences du circuit du signal d'entrée a une fréquence qui dépasse 16 kHz environ. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à grille MOS est un transistor de puissance MOSFET. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit à condensateur (52) au moins comporte un dispositif à diode et un dispositif MOSFET de commande monté en série avec un premier condensateur (52) et en série avec le dispositif à borne transmettant la tension d'entrée Vcc. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second circuit à condensateur (61) comporte une diode et un second condensateur (61) montés en série avec le dispositif à borne transmettant la tension d'entrée Vcc. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second circuit à condensateur (61) comporte la diode et un second condensateur (61) montés en série avec le dispositif à borne pour la tension d'entrée Vcc. 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier circuit à condensateur (52) comporte une diode et un dispositif à transistor MOSFET de commande montés en série avec un premier condensateur (52) et en série avec le dispositif à borne pour la tension d'entrée Vcc 10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second circuit à condensateur (61) comprend une diode et un second condensateur (61) montés en série avec le dispositif à borne pour la tension d'entrée Vcc. 11. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second circuit à condensateur (61) comprend la diode et un second condensateur (61) montés en série avec le dispositif à borne pour la tension d'entrée Vcc. 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier condensateur (52) a une valeur d'environ 30 pF. 13. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le second condensateur (61) a une valeur d'environ pF. 14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier condensateur (52) a une valeur d'environ 30 pF et le second condensateur (61) a une valeur d'environ 100 pF.