CN108964458A - 高效开关电路 - Google Patents

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Abstract

一种开关器件，包括第一支路，该第一支路具有串联连接的多个晶体管。所述开关器件还包括与所述第一支路并联连接的具有晶体管的第二支路。所述开关器件还包括控制器，其控制所述多个晶体管以及所述晶体管。所述控制器被配置为：通过首先将所述晶体管从第一状态转变到第二状态，并且然后将所述多个晶体管从第一状态转变到第二状态，从而将所述开关器件从第一状态转变到第二状态。

Description

高效开关电路
相关申请
该申请要求题为“Efficient Switching Circuit”的于2017年5月25日提交的美国临时申请序列号No.62/510,838的优先权，其完整内容通过引用并入本文。
背景技术
在特定电路中，有时期望串联连接多个晶体管以形成具有增加的有效电压阻断能力的等效开关。在用于中等电压应用和高电压应用的串联连接中已经使用了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)与其它高电压开关的串联连接，其通常有必要利用对跨过器件的电压进行静态和动态平衡的某种手段，以确保可靠的操作，这会实际上在系统中增加损耗，因此通常应用于低频开关应用。有需要并且将有利的是，具有低电压开关(例如低电压MOSFET)装置以及低电压开关的操作方法，以使得能够以高频进行成本有效的高效开关。
发明内容
以下发明内容可以是仅出于说明性目的的一些本发明构思的简短概述，并且可以并非旨在限制或约束本发明以及具体说明书中的示例。本领域技术人员从具体说明书中应理解其它新颖组合和特征。
在此所公开的实施例可以包括低电压开关装置以及用于其操作的方法。说明性实施例包括：采用堆叠式(即串联连接的)低电压(LV)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以形成具有增加的电压阻断能力的等效开关。在一些实施例中，低电压MOSFET(LVM)定向为在一个方向上阻断电压，而在一些实施例中，LVM定向为在两个方向上阻断电压。
在一些实施例中，堆叠式LVM可以形成第一开关支路，其中，第二开关支路与第一开关支路并联连接。第二开关支路可以包括一个或多个开关(例如高电压MOSFET(HVM)和/或IGBT)。第一支路开关和第二支路的合适的开关定时可以减少与开关关联的开关及导通损耗，并且可以减少在开关期间(例如由于大反向电压引起的)开关击穿的风险。
在一些实施例中，第三开关支路可以与第一支路和第二支路并联连接。第三支路可以特征在于被选择用于在第一支路和/或第二支路的开关期间提供高效反向恢复的一个或多个晶体管和/或二极管。
在一些实施例中，可以利用对于单独购买可用的分立式组件来组装具有一个或多个支路的开关电路。在一些实施例中，具有一个或多个支路的开关电路可以组装和封装为单个印制电路板(PCB)或模块，其中，使得在组装件的外部有控制端子和电源端子可用。在一些实施例中，具有一个或多个支路的开关电路可以在制造级进行制造(例如，集成在硅中)。
附图说明
关于以下描述、权利要求以及附图，将更好理解本公开的这些和其它特征、方面及优点。本公开是通过示例的方式示出的，且不受限于附图。
图1是根据一个或多个说明性实施例的部分示意性部件框图。
图2是根据一个或多个说明性实施例的部分示意性部件框图。
图3是根据一个或多个说明性实施例的时序图。
图4是根据一个或多个说明性实施例的部分示意性部件框图。
图5是根据一个或多个说明性实施例的部分示意性部件框图。
图6是根据一个或多个说明性实施例的框图。
具体实施方式
在各个说明性实施例的以下描述中，参照了附图，附图形成其一部分，并且其中通过说明的方式示出了可以实践本公开各方面的各个实施例。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构和功能修改。
现参照图1，图1示出根据说明性实施例的开关电路。开关电路100可以特征在于具有在端子X与Y之间串联连接的开关Q1、Q2和Q3的第一支路102。开关Q1-Q3可以是低电压MOSFET(LVM)，例如额定为阻断大约100V(例如50V、80V、100V、120V、150V、200V等)的漏极到源极电压的MOSFET。开关Q1-Q3可以在源极到漏极配置中堆叠(即，串联连接)，从而开关Q1-Q3的体二极管定向在相同方向上(即，开关Q1的寄生二极管的阳极连接到开关Q2的寄生二极管的阴极，并且开关Q2的寄生二极管的阳极连接到开关Q3的寄生二极管的阴极)，以增加第一支路102的电压阻断能力。例如，如果开关Q1-Q3中的每一个是80V开关(即，额定为耐受80V的电压)，则第一支路102可以具有80*3＝240V的等效额定。
与使用单个高电压开关相比，将低电压开关堆叠以实现较高额定电压可以提供特定优点。例如，三个串联连接的100VMOSFET可以具有可以显著低于单个250VMOSFET的导通电阻的总导通电阻(Rds，on)。例如，单个100VMOSFET可以具有Rds，on＝2mΩ，而单个250VMOSFET可以具有Rds，on＝50mΩ。由于导通损耗由给定，因此串联连接的LVM所导致的导通损耗可以显著低于HVM所导致的导通损耗。
将LVM串联连接，当在状态之间切换LVM时可存在特定挑战。例如，开关Q1-Q3串联连接在端子X与Y之间并且处于OFF位置中，并且期望将开关切换到ON状态，将切换定时为同时的可能具有挑战(例如由于开关Q1-Q3之间的制造变化的原因，这些开关Q1-Q3可能需要三个不同的栅极到源极电压用于将这三个开关驱动到ON状态)。此外，控制器可以被配置为：输出三个同时控制信号，并且时序变化可能减少控制信号的有效性。附加地，控制信号之间的时序变化可能导致对开关中的一个或多个开关的损坏。例如，如果开关O1和Q2在开关Q3之前切换到ON状态，则跨过开关Q3的漏极到源极电压可能很大(例如200V，大于开关Q3的额定电压)，并且可能对开关Q3产生损坏。类似地，当将开关Q1-Q3从ON状态切换到OFF状态时，时序和/或制造变化可能(例如由于雪崩击穿)对开关Q1-Q3中的一个或多个产生损坏。
第二支路103可以并联连接到第一支路102。第二支路103可以包括一个或多个高电压开关(例如高电压MOSFET(HVM))，或多个并联连接的HVM，其可以增加额定为耐受节点X与Y之间的全电压的第二支路Q4的额定峰值电流。例如，第二支路103可以额定为耐受600V。通过切换与开关Q1-Q3级联的开关Q4的状态，可以部分地或完全地缓解操作开关Q1-Q3的操作挑战。例如，当将开关电路100的状态从OFF状态切换到ON状态时，开关Q4可以在开关Q1-Q3之前切换到ON状态。通过在开关Q1-Q3之前切换开关Q4的状态，跨过开关Q1-Q3的电压应力可以显著减少(例如，电压应力可以接近0V)，从而减少对开关Q1-Q3之一产生损坏的时序变化的风险。此外，开关Q1-Q3的切换可由于在切换期间跨过开关Q1-Q3的低电压降而导致低开关损耗(即，接近零电压切换)。在开关Q4和开关Q1-Q3接通之后，开关Q4可以断开(利用开关Q1-Q3提供电流通路)，或开关Q4可以保持接通，以提供附加电流通路(但是由于开关Q1-Q3的低Rds，on参数，开关Ｑ1-Q3可以提供主电流通路)。
在一些实施例中，可以利用宽禁带晶体管(例如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)晶体管)来实现开关Q4。与HVMOSFET相比，使用宽禁带晶体管可以提供增强的反向恢复。
开关Q1-Q4可以受控制器101控制。控制器101可以是或可以包括模拟控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器101可以对开关Q1-Q4的切换进行定时，以减少在开关电路100的操作期间的开关损耗和导通损耗。
现参照图2，图2示出根据说明性实施例的开关电路。开关电路200可以特征在于第一支路102，第一支路102具有在端子X与Y之间串联连接的开关Q1、Q2和Q3。第一支路102可以与图1的第一支路102相同。第二支路203可以包括开关Q4，该开关Q4可以与图1的开关Q4相同，并且可以还包括串联连接到开关Q4的二极管D2。二极管D2可以定向为防止电流流过开关Q4的体二极管(这在体二极管是低质量(即有损)的情况下是期望如此的)。第三支路204可以包括二极管D1，其部署为使得：二极管D1的阴极连接(例如，耦合)到节点Y，并且二极管D1的阳极连接(例如，耦合)到节点X。二极管D1可以是例如碳化硅二极管。二极管D1可以具有相对低的导通电压，以提供节点X与Y之间的高效的(例如，具有低损耗的)电流通路，并且减少开关电路200(当从ON切换到OFF时)的反向恢复能量损耗。
现参照图3，图3示出用于(例如经由图1的控制器101)操作开关电路(例如开关电路100(图1)或200(图2))的时序图。时序图300示出可以施加到图1或图2的开关Q1-Q4的栅极电压信号。时序图300示出HV开关栅极信号301和LV开关栅极信号302。HV开关和LV开关可以如下操作：
a.当从OFF(断开)切换到ON(接通)时，HV开关(例如Q4)可以接通，从而传导电流并且减少跨过LV开关的电压。
b.在适当短的延迟之后，LV开关可以接通并且使HV开关短路，从而提供用于主电流的显著更低的导通路径。如果LV开关具有比HV开关本质上更大的开关延迟，则操作LV开关和HV开关的控制器可能不会插入任何延迟。
c.在所需的ON时间之后，LV开关可以断开，并且电流可以换向回到HV开关。
d.再次，在合适的短延迟之后，HV开关可以断开，并且其漏极-源极电压可上升。
现参照图4，图4示出根据说明性实施例的开关电路400。开关电路400可以包括第一支路402、第二支路403以及第三支路404。第一支路402可以包括串联连接的一组LV开关Q1-Q3。开关Q1和Q2可以沿第一方向定向，并且开关Q3可以沿第二方向定向(例如，开关Q2和Q3的阳极可以连接到公共节点)。开关Q3可以是LV开关(例如具有80V-120V的额定电压)或超LV开关(例如可以具有大约30V的额定电压)，并且可以操作用于通过当开关Q1和Q2正操作于整流模式下时“强制”使电流离开开关Q1和Q2的体二极管并且在断开开关Q4和Q5之前“强制”使电流进入开关Q4来改进开关电路400的换向。
在一些实施例中，与开关Q1或与开关Q2背对背连接的二极管(例如Schottky(肖特基)二极管)可以替代开关Q3，并且二极管可以类似地服务于防止电流流过开关Q1和Q2的体二极管。
第二支路403可以与第一支路402并联连接，并且可以特征在于背对背(例如，具有所连接的阳极的)HV开关Q4和Q5。开关Q5可以服务于阻止电流流过开关Q4的体二极管(与图2的二极管D2相似)。第三支路404可以与图2的第三支路204相似或相同，并且可以包括二极管D1。
第一支路402、第二支路403以及第三支路404可以受与图1的控制器101相同或相似的控制器101控制。
在特定实施例中，可能不赋予第三支路404特征。例如，在第二支路403特征在于具有合理高质量体二极管(例如HV氮化镓(GaN)开关)和/或良好反向恢复特性(例如低反向恢复损耗)的开关的情况下。
现参照图5，图5示出根据说明性实施例的开关电路500。开关电路500可以是双向开关电路，其被设计和操作用于允许控制电流从节点X流到节点Y和/或从节点Y流到节点X。第一支路502可以包括沿第一方向定向的第一串联连接的一组LV开关Q1-Q3(例如具有定向为阻止电流从节点Y流到节点X的体二极管)以及沿第二方向定向的第二串联连接的一组LV开关Q6-Q8(例如具有定向为阻止电流从节点X流到节点Y的体二极管)。通过使用背对背的两组串联连接的LV开关，第一支路502可以在节点X与Y之间以及节点Y与X之间提供高双向电压阻断能力。
第二支路503可以与第一支路502并联连接，并且可以特征在于背对背(例如，具有所连接的阳极的)HV开关Q4和Q5。HV开关背对背地连接，以在节点X与Y之间以及节点Y与X之间提供高双向电压阻断能力。
现参照图6，图6示出根据说明性实施例的集成开关电路。开关电路600可以是图1的开关Q1-Q4的集成组装件(例如PCB或模块)。节点X和Y可以经由外部端子而在外部可用，开关Q1-Q3的栅极端子可以经由LeglON端子而可用，并且开关Q4的栅极端子可以经由Leg2ON端子而可用。端子Leg1ON和Leg2ON可以耦合到合适的控制器(例如与图1的控制器101相似或相同的控制器)。在一些实施例中，控制器可以进一步集成在开关电路600中，其中辅助电源经由辅助端子Aux提供给控制器。图1的开关Q1-Q4(连同其它电路(例如栅极驱动器电路)一起)可以使用单个模块封装进行集成，或可以(例如在晶圆级)集成作为制造结构。集成组件(例如开关)可以提供更低的成本、改进的效率以及增加的易用性。在一些实施例中，集成控制器可以提供呈现给用户的更简单的控制。例如，两个端子Leg1ON和Leg2ON可以统一为单个端子，以用于接收简单逻辑ON/OFF命令信号，并且内部控制器可以处理图3的时序配置。
在涉及需要控制信号的附加开关(例如图4的开关Q5)或器件的实施例中，开关电路600可以包括可用于接收控制信号的附加端子。
在此所公开的实施例采用具有例如串联连接的两个或三个MOSFET的开关支路。应理解，替代MOSFET或除了MOSFET之外，还可以使用其它开关，并且可以使用任何数量的开关。例如，八个100V LVM可以堆叠以形成与具有1200VIGBT的支路并联连接的等效800V开关支路。作为另一示例，三个1200VIGBT可以堆叠以形成与具有3.3kV SiCFET的支路并联连接的等效3600V开关支路。
MOSFET用作在低电压变形和高电压变形中出现的开关示例，并且可以用于实现用于形成本文所公开开关电路的开关。可以使用其它类型的开关，例如双极型结变压器(BJT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、氮化镓开关(GaN)、碳化硅开关(SiC)以及更多开关。
例如，功率BJT或LV BJT可以用作图1的LV开关Q1-Q3。开关Q4可以是超结MOSFET、SiC开关或GaN开关。图2的二极管D1可以是Schottky二极管(例如，用于低电压应用中)、硅二极管、SiC二极管或GaN Schottky二极管。
作为另一示例，图1的开关Ｑ1-Q3可以是晶闸管，并且开关Q4可以是IGBT。在一些实施例中，图1的开关Ｑ1-Q3可以是IGBT，并且开关Q4可以是SiC开关。
注意，本文中在各元件之间阐述了各种连接。对这些连接进行了一般性描述，并且除非另外指定，否则这些连接可以是直接或间接的；本说明书并非旨在受限于此方面。此外，一个实施例的要素可以在适当的组合或超组合中与来自其它实施例的要素组合。例如，图4的开关Q5可以替代图2的二极管D2。
根据第一说明性实施例，提供一种开关器件。该开关器件包括第一支路，其包括串联连接的多个晶体管。该开关器件还包括与第一支路并联连接的第二支路，其包括晶体管。该开关器件还包括：控制器，其控制第一支路的所述多个晶体管以及第二支路的晶体管。控制器被配置为：通过首先将第二支路的晶体管从第一状态转变到第二状态，然后将第一支路的所述多个晶体管从第一状态转变到第二状态，从而将开关器件从第一状态转变到第二状态。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，第一支路的所述多个晶体管包括至少两个低电压MOSFET。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，第二支路的晶体管包括高电压MOSFET。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，所述至少两个低电压MOSFET具有不大于120V的额定最大电压。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，第一状态是ON状态，并且第二状态是OFF状态。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，第一状态是OFF状态，并且第二状态是ON状态。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，该开关器件还包括二极管，其与所述晶体管串联连接，以形成第二支路。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，该开关器件还包括第三支路，其与所述第一支路和所述第二支路并联耦合，第三支路包括二极管。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，该开关器件还包括第二晶体管，其与所述第二支路的所述晶体管串联连接。
对于根据第一说明性实施例的开关器件，该开关器件还包括第三支路，其与所述第一支路和所述第二支路并联耦合，第三支路包括二极管。
根据第二说明性实施例，提供一种形成开关器件的方法。所述方法包括：串联连接多个晶体管以形成第一支路。所述方法还包括：将包括晶体管的第二支路串联连接到第一支路。所述方法还包括：通过将开关器件从第一状态转变到第二状态来控制第一支路的所述多个晶体管以及第二支路的晶体管，所述将开关器件从第一状态转变到第二状态通过以下实现：首先将第二支路的晶体管从第一状态转变到第二状态，然后将第一支路的所述多个晶体管从第一状态转变到第二状态。
对于根据第二说明性实施例的方法，第一支路的所述多个晶体管包括至少两个低电压MOSFET。
对于根据第二说明性实施例的方法，第二支路的晶体管包括高电压MOSFET。
对于根据第二说明性实施例的方法，所述至少两个低电压MOSFET具有不大于120V的额定最大电压。
对于根据第二说明性实施例的方法，第一状态是ON状态，并且第二状态是OFF状态。
对于根据第二说明性实施例的方法，第一状态是OFF状态，并且第二状态是ON状态。
对于根据第二说明性实施例的方法，所述方法还包括：连接与所述第二支路中的所述晶体管串联连接的二极管。
对于根据第二说明性实施例的方法，所述方法还包括：连接与所述第二支路中的所述晶体管串联连接的第二晶体管。
根据第三说明性实施例，提供一种开关器件。该开关器件包括第一支路，其包括串联连接的第一多个晶体管。该开关器件还包括第二支路，其包括串联连接的第二多个晶体管，第二支路与第一支路并联连接。该开关器件还包括控制器，其控制第一支路的所述第一多个晶体管以及第二支路的所述第二多个晶体管。控制器被配置为：通过首先将第二支路的所述第二多个晶体管从第一状态转变到第二状态，然后将第一支路的所述第一多个晶体管从第一状态转变到第二状态，从而将开关器件从第一状态转变到第二状态。
对于根据第三说明性实施例的开关器件，第一状态是OFF状态，并且第二状态是ON状态，或第一状态是ON状态，并且第二状态是OFF状态。
本发明各种实施例的各种特征在下文中在一组所编号的权利要求中强调。这些特征并非解释为受限于本发明或发明构思，而是仅提供为对本说明书中所描述的本发明的一些特性的强调，而不暗示这些特性的重要性或关联性的特定顺序。
条目1：一种开关器件，包括：
第一支路，其包括串联连接的多个晶体管，
与第一支路并联连接的第二支路，其包括晶体管，
控制器，其控制第一支路的所述多个晶体管以及第二支路的晶体管，
其中，所述控制器被配置为：通过首先将第二支路的晶体管从第一状态转变到第二状态，然后将第一支路的所述多个晶体管从第一状态转变到第二状态，从而将开关器件从第一状态转变到第二状态。
条目2：如条目1所述的开关器件，其中，第一支路的所述多个晶体管包括至少两个低电压MOSFET。
条目3：如条目2所述的开关器件，其中，第二支路的晶体管包括高电压MOSFET。
条目4：如条目3所述的开关器件，其中，所述至少两个低电压MOSFET具有不大于120V的额定最大电压。
条目5：如条目1所述的开关器件，其中，第一状态是ON状态，并且第二状态是OFF状态。
条目6：如条目1所述的开关器件，其中，第一状态是OFF状态，并且第二状态是ON状态。
条目7：如条目3所述的开关器件，还包括二极管，其与所述晶体管串联连接以形成第二支路。
条目8：如条目1所述的开关器件，还包括第三支路，其与第一支路及第二支路并联耦合，第三支路包括二极管。
条目9：如条目1所述的开关器件，其中，第二支路还包括第二晶体管，其与第二支路的晶体管串联连接。
条目10：如条目9所述的开关器件，还包括第三支路，其与第一支路及第二支路并联耦合，第三支路包括二极管。
条目11：一种形成开关器件的方法，包括：
串联连接多个晶体管以形成第一支路，
将包括晶体管的第二支路串联连接到第一支路，
通过以下操作来控制第一支路的所述多个晶体管以及第二支路的晶体管：
将开关器件从第一状态转变到第二状态，其通过以下实现：首先将第二支路的晶体管从第一状态转变到所述第二状态，然后将第一支路的所述多个晶体管从第一状态转变到第二状态。
条目12：如条目11所述的方法，其中，第一支路的所述多个晶体管包括至少两个低电压MOSFET。
条目13：如条目12所述的方法，其中，第二支路的晶体管包括高电压MOSFET。
条目14：如条目13所述的方法，其中，所述至少两个低电压MOSFET具有不大于120V的额定最大电压。
条目15：如条目11所述的方法，其中，第一状态是ON状态，并且第二状态是OFF状态。
条目16：如条目11所述的方法，其中，第一状态是OFF状态，并且第二状态是ON状态。
条目17：如条目13所述的方法，还包括：
连接与第二支路中的晶体管串联连接的二极管。
条目18：如条目11所述的方法，还包括：
连接与第二支路中的晶体管串联连接的第二晶体管。
条目19：一种开关器件，包括：
第一支路，其包括串联连接的第一多个晶体管，
第二支路，其包括串联连接的第二多个晶体管，第二支路与第一支路并联连接，
控制器，其控制第一支路的所述第一多个晶体管以及第二支路的所述第二多个晶体管，
其中，控制器被配置为：通过以下操作将开关器件从第一状态转变到第二状态：首先将所述第二支路的所述第二多个晶体管从第一状态转变到第二状态，然后将第一支路的所述第一多个晶体管从第一状态转变到第二状态。
条目20：如条目19所述的方法，其中，所述第一状态是OFF状态，并且所述第二状态是ON状态，或所述第一状态是ON状态，并且所述第二状态是OFF状态。

Claims (15)

1.一种开关器件，包括：
第一支路，其包括串联连接的多个晶体管，
与所述第一支路并联连接的第二支路，其包括晶体管，
控制器，其控制所述第一支路的所述多个晶体管以及所述第二支路的晶体管，
其中，所述控制器被配置为：通过首先将所述第二支路的晶体管从第一状态转变到第二状态，且然后将所述第一支路的所述多个晶体管从所述第一状态转变到所述第二状态，从而将所述开关器件从第一状态转变到第二状态。
2.如权利要求1所述的开关器件，其中，所述第一支路的所述多个晶体管包括至少两个低电压MOSFET。
3.如权利要求2所述的开关器件，其中，所述第二支路的所述晶体管包括高电压MOSFET。
4.如权利要求3所述的开关器件，其中，所述至少两个低电压MOSFET具有不大于120V的额定最大电压。
5.如权利要求1所述的开关器件，其中，所述第一状态是ON状态，并且所述第二状态是OFF状态。
6.如权利要求1所述的开关器件，其中，所述第一状态是OFF状态，并且所述第二状态是ON状态。
7.如权利要求3所述的开关器件，还包括二极管，其与所述晶体管串联连接以形成所述第二支路。
8.如权利要求1所述的开关器件，其中，所述第二支路还包括与所述第二支路的所述晶体管串联连接的第二晶体管。
9.如权利要求9所述的开关器件，还包括第三支路，其与所述第一支路及所述第二支路并联耦合，所述第三支路包括二极管。
10.一种形成开关器件的方法，包括：
串联连接多个晶体管以形成第一支路，
将包括晶体管的第二支路串联连接到所述第一支路，
通过以下操作来控制所述第一支路的所述多个晶体管以及所述第二支路的所述晶体管：
通过首先将所述第二支路的所述晶体管从第一状态转变到第二状态，且然后将所述第一支路的所述多个晶体管从所述第一状态转变到所述第二状态，从而将所述开关器件从第一状态转变到第二状态。
11.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一支路的所述多个晶体管包括至少两个低电压MOSFET。
12.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二支路的所述晶体管包括高电压MOSFET，并且，其中所述至少两个低电压MOSFET具有不大于120V的额定最大电压。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一状态是ON状态，并且所述第二状态是OFF状态，或所述第一状态是OFF状态，并且所述第二状态是ON状态。
14.如权利要求11所述的方法，还包括：
连接与所述第二支路的所述晶体管串联连接的二极管。
15.如权利要求11所述的方法，还包括：
连接与所述第二支路的所述晶体管串联连接的第二晶体管。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10608624B2 (en) * 2017-05-25 2020-03-31 Solaredge Technologies Ltd. Efficient switching circuit
EP3767810A4 (en) * 2018-03-16 2021-10-27 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. SEMICONDUCTOR SWITCH CONTROL CIRCUIT AND CUT-OFF FEEDER

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040125524A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-01 Trevor Blyth Transistor circuits for switching high voltages and currents without causing snapback or breakdown
US7391133B1 (en) * 2002-09-28 2008-06-24 Hennessy Michael J Hybrid switch
US20090289691A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Honeywell International Inc. Method of switching and switching device for solid state power controller applications
CN102647099A (zh) * 2011-02-22 2012-08-22 艾默生网络能源系统北美公司 一种组合开关以及同步整流电路
US20120326680A1 (en) * 2009-12-23 2012-12-27 R2 Semiconductor, Inc. Common cascode routing bus for high-efficiency dc-to-dc conversion
US8994442B2 (en) * 2012-06-21 2015-03-31 Fairchild Semiconductor Corporation Switching circuit and controller circuit
US20160156267A1 (en) * 2013-05-14 2016-06-02 Sharp Kabushiki Kaisha Switching power supply device, and inverter, converter, and solar power controller including same
US20160277008A1 (en) * 2015-03-18 2016-09-22 Peregrine Semiconductor Corporation Level Shifter

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4178605A (en) * 1978-01-30 1979-12-11 Rca Corp. Complementary MOS inverter structure
US5155289A (en) * 1991-07-01 1992-10-13 General Atomics High-voltage solid-state switching devices
US5401987A (en) * 1993-12-01 1995-03-28 Imp, Inc. Self-cascoding CMOS device
US6118324A (en) * 1997-06-30 2000-09-12 Xilinx, Inc. Output driver with reduced ground bounce
US6111390A (en) * 1998-01-20 2000-08-29 Kokusan Kenki Co., Ltd. Magneto-equipped power device
JP3166840B2 (ja) * 1998-03-10 2001-05-14 日本電気株式会社 波形出力回路及びそれを備えたデバイス
US6249111B1 (en) 2000-06-22 2001-06-19 Intel Corporation Dual drive buck regulator
US6930473B2 (en) 2001-08-23 2005-08-16 Fairchild Semiconductor Corporation Method and circuit for reducing losses in DC-DC converters
US7230470B1 (en) * 2001-03-02 2007-06-12 Volterra Semiconductor Corporation Power switch using a field-effect transistor (FET) pair
ITRM20030085A1 (it) * 2003-02-27 2004-08-28 Micron Technology Inc Buffer di uscita ad impedenza variabile.
TWI288478B (en) * 2004-08-26 2007-10-11 Realtek Semiconductor Corp High voltage tolerance output stage
US7537970B2 (en) * 2006-03-06 2009-05-26 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Bi-directional transistor with by-pass path and method therefor
KR101154894B1 (ko) * 2007-08-21 2012-06-18 삼성전자주식회사 스위칭 전원장치 및 그 제어방법
EP2235816A1 (en) * 2008-01-21 2010-10-06 ABB Technology AG A voltage source converter and a method for control thereof
US8217705B2 (en) 2010-05-06 2012-07-10 Micron Technology, Inc. Voltage switching in a memory device
JP5574845B2 (ja) * 2010-06-22 2014-08-20 株式会社東芝 電力変換装置
EP2590212B1 (en) * 2010-07-01 2015-08-19 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module, electricity transformer device, and railway car
US8830711B2 (en) 2010-08-10 2014-09-09 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Hybrid switch for resonant power converters
US20120126317A1 (en) * 2010-11-18 2012-05-24 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Accufet with integrated clamping circuit
JP2012227680A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Fujitsu Semiconductor Ltd スイッチング回路装置及びそれを有する電源装置
JPWO2013018282A1 (ja) * 2011-07-29 2015-03-05 三洋電機株式会社 スイッチング装置、それを用いた太陽光発電システムおよび車両駆動システム
US9030054B2 (en) * 2012-03-27 2015-05-12 Raytheon Company Adaptive gate drive control method and circuit for composite power switch
KR20140000010A (ko) * 2012-06-22 2014-01-02 삼성전자주식회사 반도체 메모리 장치
US9571086B1 (en) * 2012-12-05 2017-02-14 Lockheed Martin Corporation Bi-directional switch
WO2014144733A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Volterra Semiconductor Corporation Voltage regulators with multiple transistors
WO2015079762A1 (ja) * 2013-11-29 2015-06-04 シャープ株式会社 整流装置
TWI509972B (zh) * 2014-06-25 2015-11-21 Delta Electronics Inc 柔性切換式雙向電源轉換器及其操作方法
US9722581B2 (en) * 2014-07-24 2017-08-01 Eaton Corporation Methods and systems for operating hybrid power devices using driver circuits that perform indirect instantaneous load current sensing
US9748224B2 (en) * 2014-10-28 2017-08-29 Semiconductor Components Industries, Llc Heterojunction semiconductor device having integrated clamping device
US10050620B2 (en) * 2015-02-27 2018-08-14 Renesas Electronics America Inc. Cascode connected SiC-JFET with SiC-SBD and enhancement device
JP2017055255A (ja) * 2015-09-09 2017-03-16 株式会社東芝 パワー半導体装置
WO2017086113A1 (ja) * 2015-11-17 2017-05-26 株式会社オートネットワーク技術研究所 スイッチ回路及び電源システム
GB201522651D0 (en) * 2015-12-22 2016-02-03 Rolls Royce Controls & Data Services Ltd Solid state power control
CN105553318B (zh) * 2015-12-23 2020-04-21 华为技术有限公司 一种等效晶体管和三电平逆变器
US10411694B2 (en) * 2016-07-22 2019-09-10 Abb Schweiz Ag Solid state switch system
JP6722101B2 (ja) * 2016-12-27 2020-07-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および過電流保護装置
US10230364B2 (en) * 2017-04-26 2019-03-12 Futurewei Technologies, Inc. Hybrid power devices
US10608624B2 (en) * 2017-05-25 2020-03-31 Solaredge Technologies Ltd. Efficient switching circuit
US10536094B2 (en) * 2017-11-20 2020-01-14 Solaredge Technologies Ltd. Efficient switching for converter circuit
EP4235786A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-30 Infineon Technologies AG Semiconductor switching module with insulated gate bipolar transistor and unipolar switching device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7391133B1 (en) * 2002-09-28 2008-06-24 Hennessy Michael J Hybrid switch
US20040125524A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-01 Trevor Blyth Transistor circuits for switching high voltages and currents without causing snapback or breakdown
US20090289691A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Honeywell International Inc. Method of switching and switching device for solid state power controller applications
US20120326680A1 (en) * 2009-12-23 2012-12-27 R2 Semiconductor, Inc. Common cascode routing bus for high-efficiency dc-to-dc conversion
CN102647099A (zh) * 2011-02-22 2012-08-22 艾默生网络能源系统北美公司 一种组合开关以及同步整流电路
US8994442B2 (en) * 2012-06-21 2015-03-31 Fairchild Semiconductor Corporation Switching circuit and controller circuit
US20160156267A1 (en) * 2013-05-14 2016-06-02 Sharp Kabushiki Kaisha Switching power supply device, and inverter, converter, and solar power controller including same
US20160277008A1 (en) * 2015-03-18 2016-09-22 Peregrine Semiconductor Corporation Level Shifter

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Publication number Publication date
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