CN107707235A - 一种组合开关 - Google Patents

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徐�明
孙巨禄
彭晗
刘建
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/74—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes

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Abstract

本发明公开了一种组合开关。组合开关，包括结型场效应晶体管和二极管，所述结型场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，所述二极管包括阳极和阴极，所述结型场效应晶体管的漏级为所述组合开关的第一端子，所述结型场效应晶体管的源极和所述二极管的阴极连接，所述结型场效应晶体管的栅极和所述二极管的阳极连接，所述二极管的阳极为所述组合开关的第二端子。本发明的组合开关相较于单个二极管具有更高的反向耐压，并具有零反向恢复特性以及更低的正向导通电压。

Description

一种组合开关
技术领域
本发明有关电源领域，且特别是有关于快恢复开关。
背景技术
快恢复二极管(Fast recovery diode，简称FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短或零反向恢复特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值)较高。但是在高压应用环境下，快恢复二极管，特别是超快恢复二极管，具有较大的反向恢复损耗，且价格昂贵。
肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。肖特基二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，最大的缺点是其反向偏压较低及反向漏电流偏大，像使用硅及金属为材料的肖特基二极体，其反向偏压额定耐压最高只到200V，没有200～600V之间的Si基的肖特基二极管,SiC肖特基二极管的耐压只有600/650V/1200V，没有600V以下的SiC肖特基二极管，而且正向导通电压降很高。而反向漏电流值为正温度特性，容易随着温度升高而急遽变大，实务设计上需注意其热失控的隐忧。为了避免上述的问题，肖特基二极体实际使用时的反向偏压都会比其额定值小很多。
所以现有技术中需要一种可应用于高压应用环境的快恢复开关，且反向恢复损耗较小。
发明内容
本发明正是思及于此，提供一种组合开关，适用于高压应用环境，利用自驱动的辅助开关管提高关断电压的耐受能力，同时保留与其串联的二极管的反向关断特性。使组合开关同时具有二极管优秀的性能和更高的阻断电压能力，电路实现简单，成本低。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种组合开关，包括结型场效应晶体管和二极管，所述结型场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，所述二极管包括阳极和阴极，所述结型场效应晶体管的漏级为所述组合开关的第一端子，所述结型场效应晶体管的源极和所述二极管的阴极连接，所述结型场效应晶体管的栅极和所述二极管的阳极连接，所述二极管的阳极为所述组合开关的第二端子。
本发明一优选实施例，所述二极管为肖特基二极管。
本发明一优选实施例，所述结型场效应晶体管为氮化镓结型场效应晶体管。
有益效果，本发明技术方案相较于单个二极管可实现更高的反向耐压，同时具有零反向恢复特性以及更低的正向导通电压。相较与MOSFET和二极管组合开关方案，避免了使用并接在MOSFET门极的用于自驱动的电容，以及用于防止导通击穿的二极管。所述组合开关可进一步提高开关速率，减小系统尺寸，提升系统可靠性。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明技术方案实施例图。
图中：
Z-组合开关；
A-组合开关的第一端子；
B-组合开关的第二端子；
JEFT-结型场效应晶体管；
D-二极管；
g-结型场效应晶体管栅极；
d-结型场效应晶体管漏级；
s-结型场效应晶体管源极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。另外，凡可能之处，在图示及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
本发明的目的在于提供一种组合开关，该组合开关由开关串联组成，组合后应用于更高电压应用需求的电子电路中，且具有快恢复，反向恢复损耗小的优点，尤其适用于三相VIENNA整流电路中。
图1所示为本发明实施例图，一种组合开关Z，包括结型场效应晶体管JEFT和二极管D，所述结型场效应晶体管JEFT包括栅极g、源极s和漏极d，所述二极管D包括阳极和阴极，所述结型场效应晶体管的漏级为所述组合开关Z的第一端子A，所述结型场效应晶体管的JEFT源极s和所述二极管D的阴极连接，所述结型场效应晶体管JEFT的栅极g和所述二极管D的阳极连接，所述二极管D的阳极为所述组合开关Z的第二端子B。
本发明优选实施例中，所述二极管D为肖特基二极管。所述结型场效应晶体管JEFT为氮化镓结型场效应晶体管。
由于结型场效应晶体管JFET是由p-n结栅极(G)与源极(S)和漏极(D)组成，最为常见的结型场效应晶体管JFET是耗尽型器件，其导通电压为负。比如，在600V氮化镓JEFT中，其导通电压为-8V。
当组合开关Z开通时，电流会先通过二极管D，使其导通。二极管D导通后，其两端存在一导通压降VF，结型场效应晶体管JFET的栅极g和源极s之间的电压Vgs等于VF并大于0，结型场效应晶体管JFET导通。
当组合开关Z关断时，组合开关Z内流过的电流将为0，二极管D先关断，二极管D两端的寄生电容通过结型场效应晶体管JFET进行充电。此时，由于二极管D已经关断，组合开关Z中只有少量二极管D漏电流。一旦二极管D两端电压上升为结型场效应晶体管JEFT的关断电压-Vgs(th)时，结型场效应晶体管JFET开始关断。最终结型场效应晶体管JFET和二极管D两端的电压分压由各自的输出寄生电容决定。
肖特基二极管在硅工艺下电压等级无法高于200V，而碳化硅肖特基二极管仅存在于少量几个特定的电压等级如600V，650V,1200V和1700V，其正向导通电压也较大。硅工艺的高压快恢复二极管仍然具有较大的反向恢复损耗。高压快恢复二极管和碳化硅二极管的成本都较高。针对这些问题，本发明提出采用结型场效应晶体管JFET和低压肖特基二极管组合的方案，利用耗尽型结型场效应晶体管的负导通电压的特性，通过低压肖特二极管的导通和关断控制结型场效应晶体管开关。可选择性能优越的氮化镓结型场效应晶体管,获得更小的正向电压，零反向恢复和更快的开关速率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (3)

1.一种组合开关，其特征在于，包括结型场效应晶体管和二极管，所述结型场效应晶体管包括栅极、源极和漏极，所述二极管包括阳极和阴极，所述结型场效应晶体管的漏级为所述组合开关的第一端子，所述结型场效应晶体管的源极和所述二极管的阴极连接，所述结型场效应晶体管的栅极和所述二极管的阳极连接，所述二极管的阳极为所述组合开关的第二端子。
2.如权利要求1所述一种组合开关，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。
3.如权利要求1所述一种组合开关，其特征在于，所述结型场效应晶体管为氮化镓结型场效应晶体管。
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