CN107483035A - 开关器件、空调器的电控板以及空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关器件、空调器的电控板以及空调器，开关器件包括：基板；设置于基板之上的高电子迁移率晶体管；设置于基板之上的MOSFET，MOSFET与高电子迁移率晶体管串联，其中，高电子迁移率晶体管的栅极与MOSFET的源极相连后作为开关器件的源极，高电子迁移率晶体管的源极与MOSFET的漏极相连，MOSFET的栅极作为开关器件的栅极，高电子迁移率晶体管的漏极作为开关器件的漏极，MOSFET的Vds电压值的绝对值与高电子迁移率晶体管的Vgs电压值的绝对值相等。由此，本发明实施例的开关器件，通过将MOSFET与高电子迁移率晶体管串联，能承受高电压且更节能、更适用于高频使用，而且可降低驱动设计要求，有效降低成本，还可防止短路直通的危险发生。

Description

开关器件、空调器的电控板以及空调器
技术领域
本发明涉及空调器领域，特别涉及一种开关器件、一种用于空调器的电控板以及一种空调器。
背景技术
GaN器件被誉为第三代半导体器件，因其优异的特性，已开始应用于电力电子领域。相关技术中的GaN器件可以分为增强型和耗尽型两种。
以增强型GaN器件来说，单体增强型GaN器件来说的额定电压较大，最大能达到250V。但是，由于单体增强型GaN的驱动电压较大，与其最大栅源电压(栅极与源极之间的电压)比较接近，例如单体增强型GaN器件完全导通的驱动电压为4.5V～5.5V，而其最大栅源电压为6V，因此，增强型GaN器件对驱动设计要求较高，导致驱动设计难度较大、复杂性较高，成本较高。
以耗尽型GaN器件来说，单体耗尽型GaN的驱动电压范围较宽，可为-30～2V，器件完全导通的驱动电压为-5V。但是，由于耗尽型GaN为常通型器件，使用时需要负压关断，因此有短路直通的潜在危险。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能承受高电压且更节能、更适用于高频使用的开关器件。
本发明的第二个目的在于提出一种用于空调器的电控板。
本发明的第三个目的在于提出一种空调器。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种开关器件，包括：基板；设置于所述基板之上的高电子迁移率晶体管；设置于所述基板之上的MOSFET，所述MOSFET与所述高电子迁移率晶体管串联，其中，所述高电子迁移率晶体管的栅极与所述MOSFET的源极相连后作为所述开关器件的源极，所述高电子迁移率晶体管的源极与所述MOSFET的漏极相连，所述MOSFET的栅极作为所述开关器件的栅极，所述高电子迁移率晶体管的漏极作为所述开关器件的漏极，所述MOSFET的Vds电压值的绝对值与所述高电子迁移率晶体管的Vgs电压值的绝对值相等。
根据本发明实施例提出的开关器件，高电子迁移率晶体管的栅极与MOSFET的源极相连后作为开关器件的源极，高电子迁移率晶体管的源极与MOSFET的漏极相连，MOSFET的栅极作为开关器件的栅极，高电子迁移率晶体管的漏极作为开关器件的漏极，MOSFET的Vds电压值的绝对值与高电子迁移率晶体管的Vgs电压值的绝对值相等。由此，本发明实施例的开关器件，通过将MOSFET与高电子迁移率晶体管串联，能承受高电压且更节能、更适用于高频使用，而且可降低驱动设计要求，使本器件和Si器件在使用上有很好的兼容性，有效降低成本，还可防止短路直通的危险发生。
另外，根据本发明上述实施例提出的开关器件还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述MOSFET为Si基低压MOSFET。
根据本发明的一个实施例，所述高电子迁移率晶体管为耗尽型高压高电子迁移率晶体管。
根据本发明的一个实施例，所述开关器件的漏极位于所述基板的一侧，所述开关器件的源极和栅极位于所述基板的另一侧。
根据本发明的一个实施例，所述高电子迁移率晶体管和所述MOSFET一体封装。
根据本发明的一个实施例，所述高电子迁移率晶体管为GaN高电子迁移率晶体管。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种用于空调器的电控板，包括所述的开关器件。
根据本发明实施例提出的用于空调器的电控板，可提高电控板的性能。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种空调器，包括所述的用于空调器的电控板。
根据本发明实施例提出的空调器，可提高空调器的性能。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的开关器件的电路原理图；
图2为根据本发明一个实施例的开关器件的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的开关器件的工作原理图；
图4为根据本发明一个实施例的开关器件的开通过程的示意图；
图5为根据本发明一个实施例的开关器件的关断过程的示意图；
图6为根据本发明一个实施例的开关器件的封装结构的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的开关器件、用于空调器的电控板以及空调器。
图1为根据本发明实施例的开关器件的电路原理图。如图1-3所示，本发明实施例的开关器件100包括：基板110、高电子迁移率晶体管120和MOSFET130。
其中，高电子迁移率晶体管120设置于基板110之上；MOSFET130设置于基板110之上，MOSFET130与高电子迁移率晶体管120串联，其中，高电子迁移率晶体管120的栅极G1与MOSFET130的源极S2相连后作为开关器件100的源极S，高电子迁移率晶体管120的源极S1与MOSFET130的漏极D2相连，MOSFET130的栅极G2作为开关器件100的栅极G，高电子迁移率晶体管120的漏极D1作为开关器件100的漏极D，MOSFET130的Vds电压值的绝对值与高电子迁移率晶体管120的Vgs电压值的绝对值相等。
需要说明的是，MOSFET130的Vds电压值可指MOSFET130的漏极D2与源极D2之间的电压值，高电子迁移率晶体管120的Vgs电压值可指高电子迁移率晶体管120的栅极G1与源极S1之间电压值。
也就是说，在发明实施例中，可将MOSFET130与高电子迁移率晶体管120串联以构造出整体开关器件100，即将高电子迁移率晶体管120的栅极G1与MOSFET130的源极S2相连，并将高电子迁移率晶体管120的源极S1与MOSFET130的漏极D2相连，MOSFET130的栅极G2作为开关器件100的栅极G，MOSFET130的源极S2作为开关器件100的源极S，高电子迁移率晶体管120的漏极D1作为开关器件100的漏极D。由此，构造出高电压的开关器件100。
并且，通过将高电子迁移率晶体管120的栅极G1与MOSFET130的源极S2相连，可使得MOSFET130的Vds电压值与高电子迁移率晶体管120的Vgs电压值的负值相等，即MOSFET130的Vds电压值与高电子迁移率晶体管120的-Vgs电压值相等，从而，能够为高电子迁移率晶体管120提供必要的负偏压，以实现高电子迁移率晶体管120的关断。
根据本发明的一个具体实施例，MOSFET130可为Si基低压MOSFET。高电子迁移率晶体管120可为耗尽型高压高电子迁移率晶体管。更具体地，高电子迁移率晶体管可为GaN高电子迁移率晶体管。
也就是说，可以将Si基低压MOSFET与耗尽型GaN高电子迁移率晶体管串联以构造出高电压的GaN开关器件，即本发明实施例的开关器件100。
下面结合附图3-5详细描述本发明实施例的开关器件100的具体开通、关断的过程。其中，如图3所示，MOSFET130的栅极G2与源极S2之间具有第一电容C11、MOSFET130的源极S2与漏极D2之间具有第二电容C12、MOSFET130的栅极G2与漏极D2之间具有第三电容C13，并且，高电子迁移率晶体管120的栅极G1与源极S1之间具有第四电容C21、高电子迁移率晶体管120的源极S1与漏极D1之间具有第五电容C22、高电子迁移率晶体管120的栅极G1与漏极D1之间具有第六电容C23。
根据图3和图4的实施例，开关器件100的开通过程如下：
第一阶段S1-1：MOSFET130的栅极G2与源极S2之间的第一电容C11充电至第一阈值电压Vth，第一电容C1的电压变化遵循RC充电规律，此阶段，两个器件即MOSFET130和高电子迁移率晶体管120均未产生导电沟道。
需要说明的是，第一阈值电压Vth可为MOSFET130的阈值电压，更具体地，第一阈值电压Vth可为Si基低压MOSFET的阈值电压。
第二阶段S1-2：MOSFET130的栅极G2与源极S2之间的电压V2gs的电压值超过第一阈值电压Vth，MOSFET130工作于饱和区，第一电容C1给第二电容C12、第三电容C13和第四电容C21放电。
此阶段，与独立MOSFET不同的是，本发明实施例中的MOSFET130的沟道中电流仅是电容的放电电流，无负载电流转移至沟道中，因此，高电子迁移率晶体管120的栅极电压V1g逐渐增加，还未达到第二阈值电压。
需要说明的是，第二阈值电压可为高电子迁移率晶体管120的阈值电压，更具体地，第二阈值电压可为耗尽型GaN高电子迁移率晶体管的阈值电压。
第三阶段S1-3：高电子迁移率晶体管120的栅极G1与源极S1之间的电压Vgs的电压值超过第二阈值电压后，高电子迁移率晶体管120开始导通。此阶段，负载电流开始向级联器件漏极转移，即向高电子迁移率晶体管120的漏极D1转移，漏极电流的变化率di/dt受控于低压MOSFET130的工作状态。
应当理解的是，高电子迁移率晶体管120的栅极电阻值即MOSFET130的导通电阻，所以MOSFET的驱动电压可以控制高电子迁移率晶体管120的漏极电流的变化率di/dt。
第四阶段S1-4：MOSFET130处于完全开通状态，高电子迁移率晶体管120的输出电容即第五电容C22经沟道放电。此阶段，由于MOSFET130已经完成开通过程，高电子迁移率晶体管120的电压变化率dV/dt不受外部驱动电路控制。
根据图3和图5的实施例，开关器件100的关断过程如下：
第一阶段S2-1：MOSFET130的栅极电容即第一电容C11放电，使得MOSFET130的栅极G2与源极S2之间的电压V2gs降低，且使得MOSFET130的漏极D2与源极S2之间的导通电阻RDS(on)增加，高电子迁移率晶体管120的栅极G1的电压V1g在此过程中会减小，但由于变化比较小，所以可认为此阶段高电子迁移率晶体管120的工作状态不变。
第二阶段S2-2：在MOSFET130的V2gs低于米勒平台后，MOSFET130的漏极D2与源极S2之间的电压Vds开始增加，引起高电子迁移率晶体管120的栅极G1的电压V1g逐渐降低以及漏极D1的电压升高，此时高电子迁移率晶体管120逐渐进入夹断状态。
需要说明的是，米勒平台是一个电压值，与器件本身的结构有关，即MOSFET130开通关断的横流区。
第三阶段S2-3：MOSFET130的栅极G2与源极S2之间的电压V2gs降低，MOSFET130的漏极D2的电压逐渐升高，由此，造成高电子迁移率晶体管120的栅极电压V1g逐渐降低，同时高电子迁移率晶体管120的漏极D1与源极S1之间的电压V1ds增加。
其中，高电子迁移率晶体管120的栅极电压V1g可为电位相对值。
第四阶段S2-4：MOSFET130的电流减小后，高电子迁移率晶体管120的电流继续给MOSFET130的输出电容即第二电容C12充电，高电子迁移率晶体管120的栅极电压V1g进一步降低，使高电子迁移率晶体管120的电流减小至零，最终完全关断。
由此，本发明实施例的开关器件100，通过将MOSFET130与高电子迁移率晶体管120串联，能承受高电压且更节能、更适用于高频使用，而且可降低驱动设计要求，有效降低成本，还可防止短路直通的危险发生。
根据本发明的一个实施例，如图6所示，开关器件100的漏极D位于基板100的一侧，开关器件100的源极S和栅极G位于基板110的另一侧。进一步地，如图6所示，高电子迁移率晶体管120和MOSFET130可一体封装。
具体来说，开关器件100具有三个电极分别为源极S、栅极G和漏极D，其中，源极S和栅极G可位于开关器件100的上表面，漏极D可位于开关器件100的下表面。并且，开关器件100的封装外形可与现有的垂直结构开关器件相同。
由此，本发明实施例的开关器件100实现了常通型平面结构开关器件例如耗尽型GaN高电子迁移率晶体管与常关型垂直结构开关器件例如Si基低压MOSFET的兼容性，并且由于采用了GaN半导体，开关器件100更节能、更适于高频使用。
综上，根据本发明实施例提出的开关器件，高电子迁移率晶体管的栅极与MOSFET的源极相连后作为开关器件的源极，高电子迁移率晶体管的源极与MOSFET的漏极相连，MOSFET的栅极作为开关器件的栅极，高电子迁移率晶体管的漏极作为开关器件的漏极，MOSFET的Vds电压值的绝对值与高电子迁移率晶体管的Vgs电压值的绝对值相等。由此，本发明实施例的开关器件，通过将MOSFET与高电子迁移率晶体管串联，能承受高电压且更节能、更适用于高频使用，而且可降低驱动设计要求，使本器件和Si器件在使用上有很好的兼容性，有效降低成本，还可防止短路直通的危险发生。
本发明实施例还提出了一种用于空调器的电控板，包括图1-6实施例的开关器件。
根据本发明实施例提出的用于空调器的电控板，可提高电控板的性能。
本发明实施例又提出了一种空调器，包括用于空调器的电控板。
根据本发明实施例提出的空调器，可提高空调器的性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种开关器件，其特征在于，包括：
基板；
设置于所述基板之上的高电子迁移率晶体管；
设置于所述基板之上的MOSFET，所述MOSFET与所述高电子迁移率晶体管串联，
其中，所述高电子迁移率晶体管的栅极与所述MOSFET的源极相连后作为所述开关器件的源极，所述高电子迁移率晶体管的源极与所述MOSFET的漏极相连，所述MOSFET的栅极作为所述开关器件的栅极，所述高电子迁移率晶体管的漏极作为所述开关器件的漏极，所述MOSFET的Vds电压值的绝对值与所述高电子迁移率晶体管的Vgs电压值的绝对值相等。
2.如权利要求1所述的开关器件，其特征在于，所述MOSFET为Si基低压MOSFET。
3.如权利要求1所述的开关器件，其特征在于，所述高电子迁移率晶体管为耗尽型高压高电子迁移率晶体管。
4.如权利要求1所述的开关器件，其特征在于，所述开关器件的漏极位于所述基板的一侧，所述开关器件的源极和栅极位于所述基板的另一侧。
5.如权利要求1所述的开关器件，其特征在于，所述高电子迁移率晶体管和所述MOSFET一体封装。
6.如权利要求1-5中任一项所述的开关器件，其特征在于，所述高电子迁移率晶体管为GaN高电子迁移率晶体管。
7.一种用于空调器的电控板，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的开关器件。
8.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求7所述的用于空调器的电控板。
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