Bei dem Einsatz eines Power-Mos-Transistors tritt das Problem auf, daß ab- hängig von der im PMT-Chip entstehende Verlustleistung eine Temperatur- überhöhung der Transistorsperrschicht gegenüber der Umgebungstemperatur auftritt. Da die maximal zulässige Sperrschichttemperatur bei Halbleitern begrenzt ist, muß in jedem Einsatzfall sichergestellt sein, dalL diese maximal zulässige Sperrschichttemperatur nicht überschritten wird.

Es sind verschiedene Lösungen bekannt, die von der Einsatzart des Power-Mos- Transistors abhängig sind. So sind z. B. bei Gebläseregiern meistens mehrere Power-Mos-Transistoren parallelgeschaltet und zur Wärmeabfuhr auf einem Kühl- I<örper befestigt. Die aufgrund der Vorlastleistung im PMT-Chip entstehenden

Wärme wird von der Transistorsperrschicht auf den Kühlkörper geleitet und an die Umgebung abgegeben. Aus der Kühikörpertemperatur und der momentanen Ver-lustleistung wird die Sperrschichttemperatur ermittelt und mittels einer zusätzlichen Schutzschaltung die maximale Verlustleistung begrenzt.

Diese Lösung hat verschiedene Nachteile. So tritt, abhängig von der im PMT- Chip entstehenden Verlustleistung, zwischen der Mef3stelle und der Transistor- sperrschicht eine mehr oder weniger grolle Temperaturdifferenz auf. Aufgrund der Masse des Kühlkörpers tritt ein Zeitversatz zwischen der Sperrschicht- temperatur und der Meßstelie auf.

Bei einer fehlerhaften Montage, z. B. Schmutz zwischen der Transistorlcühlfahne und dem Kühilcörper, des Power-Mos-Transistors auf dem Kühlkörper ist die er- mittelte Sperrschichttemperatur geringer als die reale Sperrschichttemperatur, so daß die Gefahr der Zerstörung des Power-Mos-Transistors besteht. Um dies zu verhindern, muß der PMT-Chip selbst und die Schutzschaltung überdimensioniert werden.

Es ist auch schon versucht worden, die Sperrschichttemperatur dirent auf der Transistorsperrschicht zu messen und direlct auf diese gemessene Temperatur zu reagieren. Dabei ist in der Schutzschaltung eine Temperaturschwelle vorgege- ben, bei der der Drainstrom des Power-Mos-Transistors abgeschaltet wird. Dabei kann die Abschaltung des Drainstromes sofort (OMNIFET) oder zeitlich verzögert (HITFET) erfolgen, um eine Überlastung und Zerstörung des Power-Mos-Transi- stors zu verhindern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Power-Mos-Transistor der eingangs er- wähnten Art zu schaffen, der ohne Uberdimensionierung des PMT-Chips und der

Schutzschaltung gegen Überlastung und Zerstörung geschützt ist, ohne sein Schaltverhalten zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelost, daß im Transistor- gehäuse eine Schutzschaltung vorgesehen ist, die die Temperatur der Tran- sistorsperrschicht mit einem Temperaturmeßelement direlct mißt und beim Er- reichen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzsperrschichttemperatur den Drainstrom und damit die Verlustleistung des PMT-Chips verringert, wobei das Temperaturmeßelement in den PMT-Chip integriert oder mit der Schutzschaltung des Zusatz-Chip im Transistorgehäuse untergebracht ist.

Mit dieser Schutzschaltung ergibt sich eine inconstante maximal erreichbare Sperrschichttemperatur, die der Grenzsperrschichttemperatur entspricht. Solange die sich im PMT-Chip einstellende Sperrschalttemperatur Icleiner als die Grenz- sperrschichttemperatur ist, hat die Schutzschaltung kaum Einfluß auf das Schaltverhalten des Power-Mos-Transistors.

Da beim Erreichen der Grenzsperrschichttemperatur der Drainstrom nicht abge- schaltet, sondern nur verringert wird, entfällt bei dem erfindungsgemäßen Power-Mos-Transistor der Wiedereinschaltvorgang. Der dafür erforderliche externe Aufwand bel<annter Schaltungen entfällt daher.

Bei Applilcationen, bei der der PMT-Chip versucht selbsttätig wieder einzu- schalten, entstehen Schwingvorgänge, die zu Antagen-Geräuschen oder bei anderen bestimmngsgemafen Einsatzfällen zu elelctromagnetischen Störungen führen. Dies wird beim erfindungsgemäl3en Power-Mos-Transistor ebenfalls vermieden.

Außerdem hat der neue Power-Mos-Transistor den Vorteil, daß im Fehierfall die Sperrschichttemperatur auf einen konstanten Wert begrenzt wird. Die Leistung wird nicht abgeschaltet, sondern nur zurüclcgeregelt, was bei bestimmten Applikationen einen Notbetrieb oder bestimmungsgemäl3em Betrieb gestattet.

Außerdem können bei tinearen und/oder getakteten Applikationen mehrere Power-Mos-Transistoren der neuen Art ohne zusätzliche Schaltungsaufwand direlct parallelgeschaltet werden.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß auf der Transistorsperrschicht ein Temperaturmeßetement aufgebracht ist, das dem Gate-Anschluß des PMT-Chips vorgeschaltet ist und mit einem Widerstand einen Spannungsteiter bildet, so wird die am Gate-Anschluß des Power-Mos-Transistors angelegte Gate-Span- nung in Abhängigl<eit von der Sperrschichttemperatur reduziert. Mit diesem Spannungsteiler wird abhängig von der Sperrschichttemperatur die Gate-Span- nung am Gate des PMT-Chips verändert, d. h. lcontinuierlich verkleinert. Sobald der PMT-Chip vom Sättigungsbereich in den alctiven Bereich übergeht, verringert sich der Drainstrom und verhindert somit eine Zerstörung des PMT-Chips. Die maximal erreichbare Sperrschichttemperatur ist abhängig von der an den Power- Mos-Transistor angelegten Gate-Spannung und der Schwellenspannung des PMT-Chips.

Die Schutzschaltung kann nach einer Ausgestaltung auch so ausgeführt werden, daß auf der Transistorsperrschicht ein Temperaturmeßelement aufgebracht ist, daß der der Sperrschichttemperatur entsprechende Meßwert mit einem vorge- gebenen oder vorgebbaren Sollwert verglichen wird und dal3 über einem Ver- stärker die Spannung am Gate des PMT-Chips (PMT) auf konstante Sperrschicht- spannung geregelt ist. Die maximal erreichbare Sperrschichttemperatur ist dann unabhängig von der an den Power-Mos-Transistor angelegten Gate-Spannung und der Schwellenspannung des PMT-Chips.

Ist die Schutzschaltung so erweitert, daß der der Solltemperatur entsprechende Sollwert aus der an das Gate des Power-Mos-Transistors angelegten Gate- Spannung abgeleitet ist, dann kann die Solltemperatur durch die an den Power- Mos-Transistor angelegte Gate-Spannung eingestellt und so eine Grenzsperr- schichttemperatur auswählen.

Die Grenzsperrschichttemperatur täßt sich nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch extern einstelien, daß der Schutzschaltung im Transistorgehäuse der der Solltemperatur entsprechende Sollwert einem getrennten, aus dem Transistor- gehäuse herausgeführten Anschluß zugeführt ist. Der Power-Mos-Transistor erfordert dabei einen Anschluß mehr.

Eine externe Regelung wird auch dadurch ermöglicht, da (3 die Anschlüsse des Temperaturmeßelementes als getrennte Anschlüsse am Transistorgehäuse zu- gänglich sind.

Das interne Temperaturmeßelement kann ein auf Siliziumbasis arbeitendes Tem- peraturelement sein, das ein der Temperatur der Transistorsperrschicht pro- portionales Ausgangssignal (z. B. Strom, Spannung, Widerstand) abgibt. Es kann aber auch ein NTC-oder PTC-Widerstand sein.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargesteliten Ausführungs- beispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Power-Mos-Transistor mit einem Temperaturmeßelement im Gate-AnschluB, Fig. 2 einen Power-Mos-Transistor mit Vergleich der Sperrschicht- temperatur mit einem Sollwert,

Fig. 3 einen Power-Mos-Transistor ähnlich der Fig. 3, bei dem der Sollwert von der Gate-Spannung abgeleitet ist, Fig. 4 einen Power-Mos-Transistor ähnlich der Fig. 3, bei dem der Sollwert für den Temperaturvergleich extern zugeführt ist, und Fig. 5 einen Power-Mos-Transistor, bei dem die Anschlüsse des Tempe- raturmeßelementes aus dem Transistorgehäuse herausgeführt und extern zugänglich sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Power-Mos-Transistor sind am Transistorgehäuse GH drei Anschlüsse G, D und S vorgesehen, wobei die Anschiüsse D und S di- relct mit dem Drain-Anschluß und dem Source-AnschluR des PMT-Chips in Ver- bindung stehen. Der Anschluf3 G führt über ein Temperaturmeßetement Ttv ! auf den Gate-Anschlul3 G'des PMT-Chips, an dem außerdem ein Widerstand Rs an- geschaltet ist. Dieser Widerstand Rs billet mit dem Temperaturmeßelement TM einen Spannungsteiler, der in Abhängigkeit von der vorliegenden Sperr- schichttemperatur, d. h. der vom Temperaturmeßelement TM erfaßten Tempera- tur der Transistorsperrschicht, die arn Anschluß G angelegte Gate-Spannung UGS reduziert. Damit wird mit zunehmender Sperrschichttemperatur die Span- nung am Gate-Anschluß G'des PMT-Chips verlcleinert. Sobald der PMT-Chip vom Sättigungsbereich in den alctiven Bereich übergeht, verringert sich der Drainstrom und verhindert die Zerstörung des PMT-Chips. Diese Ausgestaltung des Power-Mos-Transistors hat den Vorteil, daß die erreichbare Sperrschicht- temperatur von der am Gate-Anschiuß G angelegten Spannung UGS und der Schwellenspannung UGS (to) des PMT-Chips abhängig ist.

Die Lage des Temperaturmeßelementes TM und des Widerstandes Rs kann vertauscht werden.

Der Power-Mos-Transistor nach Fig. 2 unterschiedet sich vom Power-Mos-Tran- sistor nach Fig. 1 dadurch, daß die über das Temperaturmeßelement TM erfaßte Sperrschichttemperatur mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Die an den Gate-Anschluß G des Power-Mos-Transistors angelegte Spannung UGS gelangt über den Vorwiderstand Rv an den Gate-Anschluß G'des PMT-Chips.

Über einen von dem Temperaturmeßwert und dem Sollwert gesteuerten Verstär- lcer V wird die Spannung am Gate G'des PMT-Chips so geregelt, daß sich eine Iconstante Sperrschichttemperatur einsteilt. Dies hat den Vorteil, daß die maximal erreichbare Sperrschichttemperatur von der am Gate G des Power-Mos- Transistors angelegten Spannung UGS und der Schwellenspannung UGS (to) des PMT-Chips unabhängig ist. Es bedingt allerdings einen erhöhten Schaltungs- aufwand.

Bei dem Power-Mos-Transistor nach Fig. 3 wird der Sollwert von der am Gate G des Power-Mos-Transistors angelegten Spannung UGS abgeleitet. Es besteht also die Möglichiceit, die Sperrschicht-Solitemperatur über die Spannung UGS vorzugeben. Die Solltemperatur ist eine Funktion der Spannung UGS, d. h. über die Spannung UGS läßt sich eine Grenzsperrschichttemperatur vorgeben. Dies bedeutet jedoch, daß bei linearen Applikationen der Ansteuerungsgrad des PMT- Chips mit der Solltemperatur verknüpft ist.

Bei einer in Fig. 3A gezeigten Ausgestaltung kann die maximal zulässige Temperatur des Power-Mos-Transistors PMT nicht überschritten werden durch Begrenzung auf den maximalen Soll-Wert mit dem Begrenzer Z.

Der Power-Mos-Transistor nach Fig. 4 unterscheidet sich vom Power-Mos-Tran- sistor nach Fig. 3 dadurch, daß die Sötttemperatur unabhängig von der Gate- Spannung UGS extern über einen getrennten Anschtuß Soll des Power-Mos- Transistors vorgegeben werden kann. Die Grenzsperrschichttemperatur kann ex- tern eingestellt werden. Dies bedingt allerdings ein Transistorgehäuse mit mindestens vier Anschlüssen.

Der Power-Mos-Transistor nach Fig. 5 zeigt, daß die Anschlüsse des Tempera- turmeßelementes TM auch als getrennte Anschlüsse am Transistorgehäuse GH herausgeführt und zugänglich sind. Dabei bleibt das Temperaturmeßeiement TM in direktem Kontal<t mit der Transistorsperrschicht und Icann in den PMT-Chip integriert oder als eigener Chip im Transistorgehäuse GH untergebracht sein.

Das interne Temperaturmeßetement TM I<ann ein NTC-oder PTC-Widerstand oder ein auf Siliziumbasis arbeitendes Temperaturelement sein. Zwischen den Anschlüssen wird ein der Temperatur proportionales Signal (z. B. Widerstand, Strom oder Spannung) erhalten.

Power-Mos-Transistoren nach Fig. 1 und 2 arbeiten mit festen Sperrschicht- temperaturen und eignen sich daher besonders für Applilcationen, bei denen es hauptsächlich auf den Schutz des PMT-Chips ankommt.

Power-Mos-Transistoren nach Fig. 3 und 4 sind besonders für Applikationen ge- eignet, bei denen die Grenzsperrschichttemperatur verändert werden muß, z. B. zur Einengung der Sperrschicht-Temperaturdifferenzen bei parallelgeschalteten Power-Mos-Transistoren. Die Verlustleistung wird dabei über die Grenzsperr- schichttemperatur aufgeteilt. Übernimmt aufgrund der Toleranzen zunächst ein Power-Mos-Transistor die gesamte Verlustleistung und wird die Grenzsperr- schichttemperatur erreicht, dann reduziert er seinen Drainstrom. Daraus resultiert

eine Abweichung des Istwerts (Spannung zu klein) und die Power-Mos-Transi- storen werden weiter aufgesteuert (z. B. externen Spannungsregler erhöht die Spannung UGS). Damit wird ein zweiter Power-Mos-Transistor leitend und übernimmt den Anteil der Verlustleistung, die beim ersten Power-Mos-Transistor zu einer Überschreitung der Grenzsperrschichttemperatur führen würde.

Diese erfindungsgemäßen Power-Mos-Transistoren können mit allen beicannten Schutzschaltungen mit Strombegrenzung, Überspannungsschutz und dgl. und in pralctisch allen Applilcationen verwendet werden.