KR102450784B1 - 이중-베이스 양극성 접합 트랜지스터의 최적화된 동작을 갖는 회로, 방법 및 시스템 - Google Patents

이중-베이스 양극성 접합 트랜지스터의 최적화된 동작을 갖는 회로, 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 출원서는, 그 중에서도, B-TRAN(이중-베이스 양방향 양극성 접합 트랜지스터)를 동작하기 위한 방법 및 회로를 개시한다. 예시적인 베이스 구동 회로는 콜렉터로서 순간적으로 동작하는 장치의 측 상에 있는 베이스 콘택트 영역에 고-임피던스 구동을 제공한다(상기 B-TRAN은 인가 전류가 아니라, 인가 전압에 의해 제어된다). 전류 신호들은 전압 강하가 낮은 하드 온 상태(hard ON state)(상기 "트랜지스터-온 상태")뿐 아니라, 다이오드-모드 턴 온 및 턴 오프-전 동작을 제공하기 위해 구동 회로들의 바람직한 구현을 동작한다. 일부 실시형태들에서, 자기-동기 정류기 회로(self-synchronizing rectifier circuit)는 게이트 구동 회로를 위한 조절 가능한 저 전압을 제공한다. 일부 바람직한 실시형태들에서, c-베이스 영역(콜렉터 측 상의)을 구동하도록 사용되는 상기 베이스 구동 전압은 그 단자에서의 베이스 전류가 모니터링 되는 동안에 가변 되어, 필요한 것 이상으로 더 많은 베이스 전류가 인가되지 않는다. 이는 B-TRAN에서 베이스 구동을 최적화하는 어려운 문제를 해결한다.

Description

이중-베이스 양극성 접합 트랜지스터의 최적화된 동작을 갖는 회로, 방법 및 시스템{CIRCUITS, METHODS, AND SYSTEMS WITH OPTIMIZED OPERATION OF DOUBLE-BASE BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS}
우선권은, 모두가 참조로 여기 병합된, 미국 출원서 제62/076,320호(IPC-225.P), 제62/100,301호(IPC-234.P), 제62/130,470호(IPC-242.P), 제62/162,907호(IPC-248-P), 제62/182,878호(IPC-257-P), 제62/194,167호(IPC-257-P.1), 및 제62/185,543(IPC-258-P)호로부터 청구된다.
본 출원서는 전력 스위칭 방법에 관한 것이며, 특히, 두 개의 다른 독립적인 베이스 연결을 가진 양극성 전력 스위칭 트랜지스터의 동작을 위한 회로 및 방법에 관한 것이다.
하기 거론되는 점들은 개시된 발명들로부터 얻는 나중의 깨달음을 반영할 것이며 반드시 선행기술로 인정되는 것은 아니다.
공개된 미국 출원서 US 2014-0375287(여기에 참조로 병합된)은 두 개의 베이스 단자를 구비한 완전 양방향 양극성 트랜지스터를 개시하였다. 그러한 트랜지스터는 B-TRAN으로서 언급된다. 상기 트랜지스터는 바람직하게는 베이스 영역으로서 반도체 다이의 대부분을 사용하고 상기 다이의 대향면들 상에 두 개의 이미터/콜렉터 영역들을 갖는다. 두 개의 다른(distinct) 베이스 콘택트 영역들도 마찬가지로 제공된다. - 상기 다이의 각 면에 하나- 따라서, 예를 들어, p-형 반도체 다이와 함께, 각 면이 n+ 이미터/콜렉터 영역과 p-형 베이스 콘택트 영역을 포함할 것이다. 분리 트렌치 및 주변의 필드-제한 링도 바람직하게는 포함되지만, 본질적으로 이는 4-단자 3층 장치이다.
이러한 공개 구조물의 일 예시는 도 6에 일반적으로 도시된다. 이 도면에서, 반도체 다이(610)의 양면은 벌크 기판(610)과 접합을 형성하는 이미터/콜렉터 영역(622)들을 갖는다. 베이스 콘택트 영역들(632)도 양쪽 면들 상에 존재한다. 이러한 예시는 npn 구조를 도시하여, 상기 이미터/콜렉터 영역들(622)은 n-형이고 상기 베이스 콘택트 영역들(632)은 p-형이다. 얕은 n+ 콘택트 도핑(624)은 분리된 단자들(EC1,EC2)로부터 영역들(622)에 오믹 콘택트를 제공하며, 얕은 p+ 콘택트 도핑(634)은 분리된 단자들(B1,B2)(상기 다이의 두 대향면들 상의)로부터 영역들(632)에 오믹 콘택트를 제공한다. 이러한 예시에서, 유전체-충진 트렌치(640)는 베이스 콘택트 영역들(632)과 이미터/콜렉터 영역들(622) 사이에 측방향 분리를 제공한다(p-형 확산 영역이 상기 이미터 대 베이스 접합과 상기 베이스 콘택트 사이에 직렬 저항을 줄이도록 추가될 수 있다는 것을 유의한다). B-TRAN은 기존의 동기 절체 스위치에 대하여 종래에 이용 가능한 것보다 현저하게 나은 효율을 제공할 수 있다: 예를 들어, 1200V B-TRAN은 99.9%의 예상 시스템 효율을 갖는다.
출원서 US 2014-0375287은 또한, 이러한 유형의 장치의 동작에서 일부 놀라운 측면들을 기술한다. 특히: 1) 상기 장치가 턴 온일 때에, 그것은 바람직하게는 먼저 단지 다이오드로서 동작하며 다음으로, 베이스 구동이 온-상태 전압 강하를 감소시키기 위해 적용된다. 2) 베이스 구동은 콜렉터로서 작용할(장치 단말에서 보이는 외부 전압에 의해 결정된바) 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 베이스에 바람직하게는 적용된다. 이는 베이스 콘택트가 (일반적으로) 이미터-베이스 접합에 가깝게 연결되는, 일반적인 양극성 트랜지스터 동작으로부터 매우 다르다. 3) 두-단계의 턴 오프 순서가 바람직하게는 사용된다. 턴 오프의 제1단계에서, 상기 트랜지스터는 완전한 양극성 전도에서 가져오게 되지만, 여전히 다이오드로서 동작하도록 연결되며; 턴 오프의 마지막 상태에서, 다이오드 전도도 마찬가지로 차단된다. 4) 오프 상태에서, 베이스-이미터 전압(각 측상의)은 그 베이스-이미터 접합과 평행한 외부의 저-전압 다이오드에 의해 제한된다. 이는 상기 베이스-이미터 접합들 중의 어느 한쪽이 순방향 바이어스에 근접한 성과를 거두는 것을 방지하며, 달리 발생할 수 있는 항복 전압의 저하를 회피한다.
상기 B-TRAN이 완전한 대칭 장치이기 때문에, 상기 두 개의 이미터/콜렉터 영역들 사이에 차이가 없다. 그러나, 상기 장치의 동작을 기술함에 있어서, 상기 외부에서 인가된 전압은 어떤 측이 (순간적으로) 이미터로서 작용하고 어떤 것이 콜렉터로서 작용하는지를 판단할 것이다. 상기 두 개의 베이스 콘택트 단자들은 이에 따라, "e-베이스" 및 "c-베이스"로서 언급되며, 상기 c-베이스 단자는 소정의 순간에 콜렉터 측이 되는 장치의 측 상에 있다.
도 3a 내지 도 3f(공개 출원서 2014-0375287에서)는 그 출원서에 개시된 바와 같은 동작 순서의 일 예시를 도시한다.
도 3a는 일 예시 NPN BTRAN의 샘플 등가 회로를 도시한다. 바디 다이오드들(312A, 312B)은, 예를 들어, 상부 및 하부 P-N 접합들에 각각 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 샘플 실시형태에서, 이들은 이미터/콜렉터 영역들(104A)과 베이스 영역들(102A) 사이의 접합들에 대응할 수 있다. 스위치들(314A, 314B)은 각각의 베이스 단자들(108A, 108B)을 각각의 이미터/콜렉터 단자들(106A,106B)에 단락시킬 수 있다.
일 샘플 실시형태에서, BTRAN은 다음과 같이, 각 방향에서 6 단계(phase)의 동작을 가질 수 있다.
1) 초기에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 이미터/콜렉터 단자(T1) 상의 전압은 이미터/콜렉터 단자(T2)에 대하여 양(positive)이다. 스위치들(314A, 316A)이 개방하여, 베이스 단자(B1)가 개방되게 한다. 스위치(314B)가 폐쇄되어, 베이스 단자(B2)를 이미터/콜렉터 단자(T2)에 단락시킨다. 이는 결국, 바디 다이오드(312B)를 기능상 우회한다. 이러한 상태에서, 상기 장치는 턴 오프된다. 상기 장치의 상측에서 역방향 바이어스된 P-N 접합(바디 다이오드(312A)에 의해 나타내어진)으로 인해 이러한 상태에서 전류가 흐르지 않을 것이다.
2) 도 3C에 도시된 바와 같이, 이미터/콜렉터 단자(T1) 상의 전압은 이미터/콜렉터 단자(T2)에 대하여 음(negative)이게 된다. P-N 다이오드 접합(312A)은 지금 순방향 바이어스되며, 이제 전자들을 드리프트 영역으로 주입하기 시작한다. 순방향 바이어스된 다이오드에 관해서는 전류가 흐른다.
짧은 시간, 예를 들어, 약간의 마이크로 초 이후에, 드리프트 층은 만족스럽게 대전 된다. 순방향 전압 강하는 낮지만, 크기에서 0.7 V보다 크다(일반적인 실리콘 다이오드 전압 강하). 일 샘플 실시형태에서, 예를 들어 200　A/cm2의 일반적인 전류 밀도에서 일반적인 순방향 전압 강하(Vf)는 예를 들어 1.0V의 크기를 가질 수 있다.
3) 순방향 전압 강하(Vf)를 더 감소시키기 위해, 상기 드리프트 영역의 전도도는 예를 들어, 도 3D에서와 같이, 증가한다. 상기 드리프트 영역에 더 많은 전하 캐리어(여기서, 정공)를 주입하여, 그의 전도도를 증가시키고 순방향 전압 강하(Vf)를 감소시키기 위해, 베이스 단자(B2)는 스위치(314B)를 개방함에 의해 단자(T2)로부터 분리된다. 다음으로, 베이스 단자(B2)는 스위치(316B)에 의해 양전하의 소스에 연결된다. 일 샘플 실시형태에서, 양전하의 상기 소스는 예를 들어, +1.5 VDC로 충전된 커패시터일 수 있다. 결과로서, 서지 전류가 상기 드리프트 영역으로 흘러, 정공을 주입할 것이다. 이는 결국, 상부 P-N 다이오드 접합(312A)이 상기 드리프트 영역으로 훨씬 많은 전자를 주입하게끔 할 것이다. 이는 상기 드리프트 영역의 전도도를 현저히 증가시키고 예를 들어, 0.1 내지 0.2 V로 순방향 전압 강하(Vf)를 감소시켜 상기 장치를 포화 상태에 놓이게 한다.
4) 도 3D의 샘플 실시형태에 이어서, 낮은 순방향 전압 강하(Vf)를 유지하도록 전류가 베이스 단자(B2)를 통해 상기 드리프트 영역으로 계속해서 흐른다. 필요한 전류 크기는 예를 들어, 동등한 NPN 트랜지스터(318)의 이득에 의해 결정된다. 상기 장치가 높은 레벨의 주입 상황에서 구동됨에 따라서, 이러한 이득은 상기 베이스/드리프트 영역의 두께 및 상기 베이스/드리프트 영역 내의 캐리어 수명과 같은 낮은 레벨의 상황 요인에 의해서라기보다는, 예를 들어, 표면 재결합 속도와 같은, 높은 레벨의 재결합 요인들에 의해 결정된다.
5) 상기 장치를 턴 오프하기 위해, 예를 들어, 도 3e에서와 같이, 베이스 단자(B2)는 상기 포지티브 전력 공급장치로부터 분리되고 대신에 이미터 단자(T2), 개방 스위치(316B) 및 폐쇄 스위치(314B)에 연결된다. 이는 대전류가 상기 드리프트 영역 안에서 밖으로 흐르게 하고, 결국, 상기 장치를 포화상태에서 신속하게 꺼낸다. 폐쇄 스위치(314A)는 베이스 단자(B1)를 콜렉터 단자(T1)에 연결하고 상부 P-N 접합(312A)에서 전자 주입을 중단시킨다. 이 동작들 모두는 순방향 전압 강하(Vf)를 약간만 증가시키면서 상기 드리프트 영역으로부터 전하 캐리어를 신속하게 제거한다. 스위치들(314A, 314B)에 의해 상기 양쪽의 베이스 단자들이 상기 각각의 이미터/콜렉터 단자들에 단락됨에 따라, 바디 다이오드들(312A,312B)은 모두 기능상 우회된다.
6) 마지막으로, 최적 시(예를 들어, 1200V 장치의 명목상 2μs일 수 있는)에서, 완전한 턴-오프가 예를 들어, 도 3f에 도시된 바와 같이 발생할 수 있다. 완전한 턴-오프가 개방 스위치(314B)에 의해 시작될 수 있으며, 베이스 단자(B2)를 대응 단자(T2)로부터 분리한다. 이는 역방향 바이어스로 들어감에 따라 공핍 영역이 더 낮은 P-N 다이오드 접합(312B)으로부터 형성되게 한다. 잔류하는 임의의 전하 캐러어들은 재결합하거나 또는 상기 상부 베이스에서 집합한다. 상기 장치는 전도를 중단하고 순방향 전압을 차단한다.
1-6 단계들의 절차는, 적절히 변경될 때에, 상기 장치를 반대 방향으로 동작하도록 사용될 수 있다. 1-6 단계들은 PNP BTRAN (예를 들어, 모든 관련 극성들을 반전함에 의해)을 동작하도록 변경될 수도 있다.
본 출원서는, 다른 혁신들 중에서도, B-TRAN을 동작하기 위한 방법 및 회로와, 이들 혁신들의 일부 또는 모두를 병합하는 모듈 및 시스템을 개시한다.
본 발명자는 놀랍게도, B-TRAN이 완전-온 트랜지스터 모드(full-ON transistor mode)(즉, 전압 강하가 낮고 전류 흐름이 높은)에서 동작될 때에, 콜렉터-측 베이스 콘택트(즉, "c-베이스")는 상기 c-베이스 상의 전류 흐름이 상당히 증가하기 시작하는 지점까지 높은 임피던스를 갖는다. 그러한 지점에서, 상기 트랜지스터는 이미 초저 전압 강하로 동작하며, 증가한 c-베이스 전류는 전압 강하에 있어서 많은 개선 없이 이득을 저하할 것이다.
바람직한 베이스 구동 회로는 상기 c-베이스에 대한(즉, 소정의 순간에 콜렉터로서 작용하는 장치의 측 상에 있는 베이스에 대한) 전압원 구동장치로서 동작한다. 다이오드-모드 턴 온 및 턴 오프 전 동작을 제공하도록 상기 구동 회로의 바람직한 구현은 제어 신호들에 의해 동작된다.
반드시 모든 바람직한 실시형태는 아니지만 일부 실시형태에서, 상이한 모드의 구동을 위해, 각각의 상기 베이스들 상에 두 개의 분리된 서브회로(subcircuit)들이 사용된다: 한 서브회로는 완전-온 트랜지스터 모드에서 c-베이스 구동을 위해 조절 가능한 전압을 제공하고, 다른 서브회로는 다이오드-온 모드 또는 턴 오프 전 모드에서 대응하는 이미터/콜렉터 영역들에 하나의 또는 양쪽의 베이스들을 클램핑 한다.
반드시 모든 바람직한 실시형태는 아니지만 일부 실시형태에서, 상기 베이스 구동 회로의 전력은 자기-동기 정류기 회로(self-synchronizing rectifier circuit)에 의해 제공된다.
반드시 모든 바람직한 실시형태는 아니지만 일부 실시형태에서, 그 단자에서 베이스 전류가 모니터링되는 동안에 상기 c-베이스 영역(콜렉터 측 상의)을 구동하도록 사용되는 베이스 구동 전압은 가변되어, 필요한 것 이상의 베이스 전류가 더 인가되지 않는다. 이는 이득의 감소를 회피하고, B-TRAN에서 베이스 구동을 최적화하는 어려운 문제를 해결한다.
개시 발명은, 중요한 샘플 실시형태를 도시하고 참조로 명세서에 병합된 첨부 도면들을 참조하여 기술될 것이며, 여기서,
도 1a는 본 발명에 따른 베이스 구동 회로의 일 예시 실시형태를 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 베이스 구동 회로의 일 샘플 실시형태를 도시한다.
도 1c는 도 1a의 실시형태의 동작 동안에 예시 파형을 도시한다.
도 2는 가변-전압 자기 동기 정류기의 일 샘플 실시형태를 도시한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e 및 도 3f는 동작의 다양한 단계들에서 예시적인 B-TRAN를 위한 샘플 등가 회로를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 샘플 실시형태에 따른 부분 장치 모델을 도시한다.
도 5는 동작 조건하에 c-베이스 상의 베이스 전류(ICB)가 어떻게 c-베이스 바이어스(VCB)로 가변하지를 도시한다.
도 6은 B-TRAN의 일 샘플 실시형태를 도시한다.
본 출원서의 많은 혁신적인 개시가 바람직한 실시형태들에 특히 관련하여(예시로써, 제한하는 것은 아니다) 기술될 것이다. 본 출원서는 여러 발명을 기술하며 하기 진술된 것들은 일반적으로 청구항을 제한하는 것으로서 간주하여서는 아니된다.
공개된 PCT 출원서 WO2014/210072(여기에 참조로 병합된)는 "B-TRAN"으로 알려진 새로운 양방향 양극성 트랜지스터(그 중에서도)를 개시하였다. 상기 거론한 바와 같이, B-TRAN의 동작 주기는, 이어서, "다이오드 턴 온"(또는 "다이오드-온") 상태, 저-Vce 또는 "트랜지스터-온(transistor-ON)" 상태, "턴 오프 전(pre-turnoff)" 상태 및 "활성 오프(active OFF)" 상태를 포함한다. 바람직하게는, 상기 B-TRAN은 정상 동작이 일어나지 않는 때에 그의 차단 전압을 유지하는, "수동-오프(passive-OFF)" 상태를 가지기도 한다.
본 출원서는 이러한 장치들의 동작의 개선을 기술한다. 개선의 일 부문은 완전히 온 상태(fully ON state)("트랜지스터-온" 상태)에 있었다. B-TRAN의 중요한 이점은 완전히 온 일때에 그의 낮은 전압 강하(VCE)이다. 그러나, 장치 이득을 위해 높은 값을 유지하는 것이 바람직하다. 장치의 스위칭 속도 및 역회복을 빠르게 유지하는 것도 바람직하다. 이러한 개선들은 상기 완전히 온 상태에서 장치의 동작을 더 잘 이해함으로써 달성되었다.
간결하게 하기 위해, 다음 기재는 NPN B-TRAN이 사용됨을 가정할 것이다. 이 경우에, 물리 베이스(physical base)는 p-형 반도체 다이의 대부분에 의해 제공되고, 베이스 컨택 영역은 p-형(p+ 콘택트 도핑된)이다. 두 개의 이미터/콜렉터 영역들은 n+이며, 더욱 양의 외부 전압을 보는 이미터/콜렉터 영역은 콜렉터 측일 것이다(동작의 원칙들은 반대 극성을 가진 PNP B-TRAN 장치들에 대하여 동일하다; 그러한 장치들에서, 더욱 음의 외부 전압을 보는 측은 콜렉터 측일 것이다).
상기 콜렉터 측 상의 베이스 콘택트 영역은 "c-베이스"로서 언급될 것이며, 다른 하나의 베이스 콘택트 영역(이미터 측상의)은 "e-베이스"로서 언급될 것이다. 이들 베이스 콘택트 영역들은 물리적으로 다르지 않지만, 외부에서 인가된 전압이 존재하는 존재하는 경우에 매우 다르게 행동한다.
상기 완전히 온 상태(트랜지스터-온)는 상기 c-베이스에 높은 구동 전압을 인가함에 의해 도달된다. 이는 항복 전압의 감소 없이, 양호한 이득을 갖는 낮은 온-상태 전압 강하를 제공한다. 장치 이득은 베타, 즉, 이미터 전류 대 베이스 전류의 비로서 측정되지만, c-베이스 구동하에 트랜지스터의 동작은 다른 전력 양극성 접합 트랜지스터의 것과 매우 다르다.
도 4는 c-베이스 바이어스(VCB) 및 외부 단자를 가로지르는 대응 전압 강하(VCE)에 대한 값들의 표를 가지는, 부분 장치 모델을 도시한다. 이러한 도면에서, 상기 도면의 상부의 콜렉터/이미터 단자는 콜렉터(즉, 더욱 양의 외부 전압에 연결된)로 가정되며, 그래서 가변 전압원에 연결된 것으로 보이는 베이스 콘택트는 c-베이스이다.
도 5는 동작 조건하에 c-베이스 상의 베이스 전류(ICB)가 어떻게 c-베이스 바이어스(VCB)로 가변하지를 도시한다. 전류(ICB)는 VCB의 광범위한 값들에 걸쳐 거의 고르다.
도 4 및 도 5의 조합은 동작의 중요한 특징들을 도시한다. c-베이스 바이어스(VCB)가 그의 최적 동작점(하기 기술된 것으로서 정의된)에 오르는 경우에, 장치의 전압 강하(VCE)는 그의 소망하는 낮은 값으로 내려갈 것이지만, c-베이스 상의 전류는 c-베이스 바이어스가 이 점까지 증가함에 따라서 거의 일정하게 유지된다. 이를 차이가 나게 두기 위해서, c-베이스 단자는 임피던스가 강하되는 지점까지 그의 바이어스가 증가할 때까지 매우 높은 임피던스를 갖는다. 이러한 지점에서 장치의 직렬 저항은 필요한 만큼 낮다.
트랜지스터-온 상태에서, e-베이스는 기본적으로 일정한 전압에 있으며, 저 구동에서 저 구동에서 고 구동 조건으로 오직 약 0.1 V 가변한다. 그에 반해서, c-베이스는 전압이 콜렉터 상부에 O V로부터 콜렉터 상부에 약 0.6 V로 가변하는 순간에 거의 일정한 전류 구동장치이다. c-베이스 전류가 c-베이스 전압으로 변화하는 대신에, VCE가 변화한다. 0 V의 c-베이스 바이어스에서(콜렉터에 단락된 c-베이스), 이미터 전류 밀도에 의존하는 일정 이득이 존재하며, Vce는 넓은 범위의 전류 밀도에 걸쳐 명목상 0.9 V이다. 상기 콜렉터 상부에서 상기 c-베이스 바이어스를 0.1 V로 높이는 것은 이득을 변경시키지 않지만, Vce를 명목상 0.1 V만큼 낮춘다. c-베이스 바이어스를 0.6 V로 높이는 것은 Vce를 약 0.2 또는 0.3 V로 강하시킨다. 따라서, 상기 c-베이스를 구동할 때에, 전류원이 아니라, 전압원이 도 1a의 샘플 실시형태에서와 같이 유익하게 사용된다.
이는, 전류원으로부터 베이스로 양극성 접합 트랜지스터들이 보통 구동되는 방식과는 매우 현저한 차이가 있다.
상기 c-베이스 그 자체의 차동 임피던스는, di/dv의 측면에서, 높다. VCB가상기 콜렉터/베이스 접합을 순방향 바이어싱(실리콘에서 25C에서 0.6V에 걸쳐)할 때까지 상기 c-베이스 구동 전류는 c-베이스 대 콜렉터 전압(VCB)으로 광범위한 값들에 걸쳐 아주 조금 변화한다. 그렇기 때문에 전압원형 구동이 필요하다. C-베이스 전류(ICB)가 이미터 전류로 변화하고, VCB가 일정하게 머무르는 때에도 증가한 이미터 전류와 함께 증가하지만, ICB가 원하지 않게 증가하기 시작하는 VCB의 값 때까지 변화하는 VCB로는 딱히 그러하지는 않다.
e-베이스의 임피던스는 c-베이스 전류가 변동되는 동안에 거의 일정한 전압을 유지하기 때문에, 매우 낮다.
도 1a는 다이오드-모드 구동 회로(110) 및 트랜지스터-모드 구동 회로(130)뿐만 아니라 NPN B-TRAN 트랜지스터(106)를 포함하는, 완전한 스위치(100)의 제1 실시예를 도시한다. 상기 쪽 상단에서 절반은 콜렉터 측, 즉, 인가된 전압의 양의 측을 보는 것으로 가정될 것이다.
도 1c는 도 1a의 회로 동작 동안의 파형의 일 실시예를 도시한다. 초기에, 다이오드-온 단계에서, NMOS(S12)의 게이트는 낮고, NMOS(S13)의 게이트는 높다. 이는 예를 들어, 공개된 출원서 US2014-0375287에 기술된 다이오드-턴 온 모드를 가능하게 한다. NMOS 트랜지스터들(S22,S23)은 오프로 남아있다. 이러한 시간 동안에, 상기 이미터/콜렉터 단자를 가로지르는 전류(IT)는 빠르게 턴 온하고, 외부 장치하에서 증가한 것으로 가정되는 상기 이미터/콜렉터 단자를 가로지르는 전압(VCE)은 대략 다이오드 강하(+ 약간의 옴 강하, 실리콘에서 총 약 0.8 V에 대하여)로 떨어진다.
다음으로, 상기 트랜지스터-온 단계에서, (S13)이 턴 오프 되는 동안에 (S12)가 턴 온 된다. S12는 하기 기술된 바와 같은 콜렉터 단자로부터 유래한 가변-전압원(190)에 연결된다. 상기 c-베이스에서의 이러한 전압은 상기 트랜지스터를, 전압 강하(VCE)가 0.3 V 또는 이하인 저 전압 강하 상태로 만든다. 이러한 단계는 구동 전류가 필요한 한 계속된다.
오프 전 단계에서, 스위치(S12)는 턴 오프되고, 스위치들(S13, S23)은 모두 턴온 된다. 이는 상기 전압 강하를 다이오드 강하로 바로 이동시키지만, 장치 전류(IT)는 이미터 전류 밀도에 의해 결정된 레벨로 머무르게 된다. 이러한 전류가 외부 부하의 전압을 클램핑하기에 충분치 않은 때에, 상기 인가된 전압은 도시된 바와 같이 증가할 것이다.
마지막으로, 활성-오프 단계에서, 스위치(S13)는 턴 오프되지만, 스위치(S23)는 온(on)으로 머무르게 된다. 이는 장치 전류(IT)를 차단하고, 장치상의 전압은 무엇이 외부 접속에 의해 영향을 받든지 간에 그에 가까이 가게 된다.
스위치(S23)는 이러한 순서 동안에 절대 턴 온 되지 않았다는 것을 알아야 한다. 이러한 스위치는 외부 전압이 반전된 경우에(상기 장의 상단의 상기 이미터/콜렉터 단자 노드가 콜렉터 측보다는 이미터 측이도록) 트랜지스터-온 모드를 달성하도록 턴 온 될 것이다.
도 2는 도 1a의 샘플 실시형태에 유익하게 사용될 수 있는, 가변-전압 자기 동기 정류기의 일 샘플 실시형태를 도시한다. 가변-전압 공급장치(210)(도시된 실시예에서, 간단한 벅 컨버터이다)는 발진기(220)에 조정 가능한 공급 전압을 제공한다. 발진기(220)는 변압기(230)의 제1 권선(232)을 구동시킨다. 제1 2차 권선(234)은 변압기(230)를 통한 커플링으로 인한 위상 변이뿐 아니라, 발진기(220)의 전이와 동기인 보완 출력(A, B)을 제공한다. 또 다른 2차 권선(236)은 발진기(220)의 출력(전압 이동된)에 대응하는, 고 전류 및 저 전압 파형을 제공한다. 상기 두 개의 2차 권선들의 출력은 동기적이며, 그래서 제어 신호(A,B)는 상기 동기 인버터(240)를 구동하도록 사용될 수 있다. 상기 제어 신호(A,B)는 바람직하게는, 상기 동기 인버터의 4개의 트랜지스터에 대하여 적절한 게이트 전압, 예를 들어, 5V를 제공하도록 스케일링 된다. 따라서, 24V DC 공급은 전압이 변동될 수 있는 초저 전압 DC 출력으로 효율적으로 바뀌었다. 상기 벅 컨버터의 설정치 전압을 변경함에 의해, c-베이스 단자에 인가된 전압은 조정될 수 있다.
도 5를 지금 돌아가면, c-베이스 단자 상의 바이어스는 그것을 베이스 전류가 더는 일정치 않은 지점으로 조정함에 의해 최적화된다.
e-베이스 콘택트와 다르게, c-베이스 콘택트는 고 임피던스이며, 장치가 켜져 있을 때에 VCB가 상기 베이스-콜렉터 접합을 순방향 바이어싱할때까지 c-베이스에 들어가는 ICB는 명목상 일정하다는 것을 의미한다. 그 지점에서, VCE는 다이오드 강하 훨씬 아래이며(명목상 0.2V), ICB는 아래에 도시된 바와 같이 VCB의 추가적인 작은 증가와 함께 급격하게 증가를 시작한다.
본 출원서는 다른 개념들 중에서도, 최적 동작점을 찾기 위해 VCB가 동적으로 변동하거나 또는 "디더링(dithering)"되는 것을 개시한다. 상기 최적 동작점은 ICB가 ICB/VCB 곡선의 편평한 부분 위에서 작지만 측정 가능한 양을 증가시키는 곳에 들어있어야만 한다. 이는 상기 곡선의 경사가 최적 값인 VCB를 찾아냄으로써 이루어진다.
일 샘플 실시형태에서, "트랜스컨덕턴스"의 최적 값, 또는 상기 최적 동작점은 상기 c-베이스 대 콜렉터 단락 조건 VCB = 0 V에 대한 베이스 구동 전류에 걸쳐서 상기 베이스 구동 전류가 20%일 때이다. 이러한 지점은, 실제로, 많은 디더링 순서에 의해 찾을 수 있다; 일 실시예에서, ICB의 기준 값은 다이오드 모드에서 찾을 수 있으며, 다음으로 상기 기준 전류값을 10% 또는 20% 또는 30%만큼 증가시킴에 의해 목표값이 산출된다. 전압(VCB)은 그리고 나서 상기 측정된 콜렉터 전류가 상기 목표값에 도달할 때까지 작은 단계들로, 예를 들어, 1% 증분으로 증가한다. 선택적으로, 두 한계값들이 산출될 수 있으며, 동작 동안에 ICB의 상한값이 도달되는 경우에 제어 전압(VCB)은 다시금 떨어졌다. 선택적으로, 이러한 디더링 과정은 트랜지스터가 온 상태일 때에 장시간 동안 짧은 간격으로 반복될 수 있다.
도 1b는 더욱 완전한 베이스 구동 회로의 일 실시예를 도시한다. 이는 역평행 다이오드들이 다이오드-모드 구동 회로(110)에서 두 개의 상기 MOS 트랜지스터들 내에 있는 바디 다이오드들과 연결되는 도 1a의 구동 회로로부터 약간 다르다. 또한, 도 1b는 수동-오프 보호 회로(120)를 형성하는 쇼트기 브랜치뿐 아니라 JFET도 도시한다.
e-베이스(이미터 측 상의 베이스)가 상기 이미터에 단락되고, c-베이스(콜렉터 측 상의 베이스)가 개방될 때에 B-TRAN은 "활성 오프-상태"에 있다. NPN B-TRAN이 이러한 상태에서, 상기 콜렉터는 애노드(고 전압측)이고, 상기 이미터는 캐소드(저 전압측)이다.
양쪽 베이스가 개방될 때에 상기 B-TRAN도 오프되지만, 이러한 상태에서 상기 B-TRAN의 높은 이득으로 인해, 항복 전압은 낮다. 앞서 개시한 바와 같이, 그의 각각의 이미터/콜렉터 상의 각각의 베이스 사이에 부착된 명목상-온 JFET와 쇼트키 다이오드의 직렬 조합은 이러한 "수동 오프-상태"에서 차단 전압을 상당히 증가시킬 것이다. JFET는 정상 동작 동안에 턴 오프된다.
B-TRAN 턴 온의 한 바람직한 샘플 실시형태는 상기 활성 오프-상태 및 순방향 차단 전압으로부터, 상기 c-베이스 내지 상기 콜렉터를 단락시키면서 상기 e-베이스 내지 이미터 단락을 동시에 개방하는 것이다. 이는 IGBT 턴 온과 매우 유사하게, 하드 스위칭을 위한 매우 빠른, 순방향 바이어스된 턴 온을 달성하도록, 상기 콜렉터/베이스 접합 주위에 궁핍 영역의 최고 전계 영역으로 전하 캐리어를 도입시킨다.
상기 활성 오프-상태로부터 또 다른 유익한 턴 온 방법은 상기 B-TRAN을 포함한 회로가 상기 B-TRAN에 인가된 전압의 극성을 반전할 때에 발생하며, 이는 상기 하드 턴 온 방법에서 기술된 동일한 베이스 상태를 생성하지만 거의 0 전압이다. 즉, 상기 B-TRAN 전압이 활성 오프-상태 극성으로부터 반전됨에 따라 상기 이미터에 단락된 e-베이스는 상기 콜렉터에 단락된 c-베이스가 된다. 다시금, 턴 온은 빠르다.
상기 활성 오프-상태로부터 제3 턴 온 방법에서, 상기 e-베이스는 상기 이미터로부터 분리되고 전하 캐리어들을 베이스 영역으로 주입하기 위해 충분한 전압의 전류 또는 전압원에 연결된다. 상기 전하 캐리어들이 공핍 영역 바로 아래의 베이스로 들어가기 때문에, 상기 방법은 느려진다. 또한, e-베이스로의 캐리어 주입은 상기 c-베이스로의 캐리어 주입에 관련한 하위 이득(inferior gain)을 결과한다는 것이 공지된다.
상기 c-베이스를 이용하여 상기 방법들 중의 어느 하나로 턴 온이 달성된 후에, Vce는 다이오드 강하 이상이다. 다이오드 강하 아래로 VCE를 구동시키기 위해 전압원 또는 전류원을 통해 턴 온은 상기 c-베이스로의 증가한 전하 주입의 제2 단계로 가게 된다. 증가한 전하 주입의 양은 얼마나 많은 VCE가 다이오드 강하 아래로 감소되는지를 결정한다. 상기 e-베이스로의 주입은 VCE도 감소시킬 것이지만, 이득은 c-베이스 주입을 이용하는 것보다 많이 낮다.
턴-오프는 임의의 여러 방법에 의해 달성될 수 있다. 가장 유익한 방법은 두-단계 공정이다. 제1단계에서, 사전에 개방된 e-베이스가 이미터에 단락되는 동안에, 상기 c-베이스는 상기 캐리어 주입 전력 공급장치로부터 분리된다. 이는 각각의 베이스와 그의 이미터/콜렉터 사이에 대전류 흐름을 결과하고, 이는 상기 드리프트 영역으로부터 전하 캐리어를 신속하게 제거한다. 이는 결국, 상기 드리프트 영역의 저항률이 증가함에 따라 Vce 상승을 결과한다. 상기 베이스들이 단락한 후에 어떤 최적 시에, 상기 c-베이스와 상기 콜렉터 간의 접속은 개방되고, 이 후에, 상기 공핍 영역이 콜렉터/베이스 접합 주변에 형성됨에 따라 Vce가 증가한다.
다른 방법으로, 상기 c-베이스를 간단히 개방하고 상기 e-베이스를 상기 이미터에 단락시킴에 의해 턴 오프가 달성될 수 있지만, 이는 상기 드리프트 영역(베이스)이 공핍 영역 형성의 시작에서 높은 레벨의 전하 캐리어를 가질 것이기 때문에 더 높은 턴 오프 손실을 결과할 것이다.
또는, 상기 c-베이스를 간단히 개방하고 상기 e-베이스를 개방되게 함에 의해 턴 오프가 달성될 수 있지만, 이는 더 높은 턴 오프 손실 및 낮은 항복 전압을 결과할 것이다.
일 샘플 실시형태에서, 상기 베이스 구동장치는 N-채널 MOSFET만을 사용하여 B-TRAN을 구동한다. 이는 낮은 MOSFET 출력 전압(0.7V 미만)을 유익하게 사용한다. 상기 입력은 가장 바람직하게는 가변 전압이며, 이는 전류 감지를 이용하여, 초적의 베이스 구동 전압을 결정하도록 사용될수 있다.
다른 샘플 실시형태는 더 높은 전압을 지지할 수 있지만, N-채널 및 P-채널 MOSFET들 모두를 사용한다.
이점들
상기 개시된 혁신들은, 다양한 실시형태들에서, 적어도 다음 이점들 중의 하나 이상을 제공한다. 그러나 이들 이점 모두가 개시된 혁신들의 모두로부터 결과하는 것은 아니며, 이러한 이점들의 열거가 다양한 청구 발명을 제한하는 것은 아니다.
- 높은 이득;
- 낮은 온-상태 전압 강하;
- 고장의 회피;
- 고유 전류 제한;
- 간단한 회로 구현;
- 최소화된 전력 손실;
- 조절 가능한 공급 전원
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 본 출원서는 다른 혁신들 중에서도, B-TRAN(이중-베이스 양방향 양극성 접합 트랜지스터)을 동작하기 위한 방법 및 회로를 개시한다. 콜렉터로서 동작하는(소정의 순간에) 장치의 측 상에서 베이스 콘택트 영역에 고-임피던스 구동을 제공하는 베이스 구동 전류가 기재된다(다른 양극성 접합 트랜지스터와 다르게, 상기 B-TRAN은 인가 전류보다는 인가 전압에 의해 조절된다). 상기 구동 회로의 바람직한 구현은 저 전압 강하(상기 "트랜지스터-온" 상태)를 갖는 하드 온 상태뿐만 아니라 다이오드-모드 턴 온 및 턴 오프-전 동작을 제공하도록 제어 신호에 의해 동작된다. 반드시 모든 바람직한 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에서, 게이트 구동 회로의 조절 가능한 저 전압은 자기-동기 정류기 회로에 의해 제공된다. 또한, 반드시 모든 바람직한 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에서, 상기 c-베이스 영역(콜렉터 측 상의)을 구동시키도록 사용되는 베이스 구동 전압은 저 단자에서 베이스 전류가 모니터링 되는 동안에 가변하며, 그래서 필요 이상으로 더 많은 베이스 전류가 인가되지 않는다. 이는 B-TRAN에서 베이스 구동을 최적화하는 어려운 문제를 해결한다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 시스템으로서, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터와; 상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 제1 및 제2 트랜지스터-모드 구동 회로들로서, 각각의 구동 회로는, 전압원으로서, 대응하는 베이스 콘택트 영역과 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역 사이에 조절 가능한 전압을 선택적으로 인가하도록 구성되는, 상기 제1 및 제2 트랜지스터-모드 구동 회로들과; 상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 제1 및 제2 다이오드-모드 구동 회로들로서, 각각의 구동 회로는 대응하는 베이스 콘택트 영역을 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역에 선택적으로 연결하도록 구성되는, 상기 제1 및 제2 다이오드-모드 구동 회로들을 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템을 제공한다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 시스템으로서, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터와; 상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들로서, 각각의 트랜지스터-모드 구동 회로는 전압-모드 구동 회로인 상기 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들과; 상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 다이오드-모드 구동 회로들로서, 각각의 다이오드-모드 구동 전류는 대응하는 베이스 콘택트 영역을 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역에 선택적으로 연결하도록 구성되는 상기 한 쌍의 다이오드-모드 구동 회로들을 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템을 제공한다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 시스템으로서, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터와; 상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들로서, 각각의 구동 회로는, 전압원으로서, 대응하는 베이스 콘택트 영역과 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역 사이에 조절 가능한 전압을 선택 가능한 값으로 선택적으로 인가하도록 구성되는, 상기 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들을 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템을 제공한다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 방법으로서, 트랜지스터-온 모드에서, 최소의 전압 강하를 원할 때에, 외부에서 인가된 전압 극성에 의해 정의된 바대로, 상기 이미터/콜렉터 영역들 중에서 상기 콜렉터로서 작용하게 위치한 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 베이스 콘택트 영역들 중의 하나로, 선택된 조절 가능한 전압을 공급하도록, 한 쌍의 제1 구동 회로들 중의 하나를 사용하고, 다이오드-온 모드에서, 상기 장치를 가로지르는 다이오드 강하가 허용될 때에, 상기 베이스 콘택트 영역들 중의 하나를 상기 이미터/콜렉터 영역들 중에서 각기 가장 가까운 하나에 클램핑 하도록 한 쌍의 제2 구동 회로들 중의 하나를 사용하며, 턴 오프 전 모드에서, 상기 베이스 콘택트 영역들의 각각을 상기 이미터/콜렉터 영역들 중에서 각기 가장 가까운 하나에 클램핑 하도록 상기 한 쌍의 제2 구동 회로들 양쪽을 사용함에 의해, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계를 포함하는, 전력 스위칭을 위한 방법이 제공된다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 방법으로서, 트랜지스터-온 모드에서, 최소의 전압 강하를 원할 때에, 외부에서 인가된 전압 극성에 의해 정의된 바대로, 상기 이미터/콜렉터 영역들 중에서 상기 콜렉터로서 작용하게 위치한 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 베이스 콘택트 영역들 중의 하나로, 선택된 조절 가능한 전압을 공급하도록, 한 쌍의 제1 구동 회로들 중의 하나를 사용하고, 다이오드-온 모드에서, 상기 장치를 가로지르는 다이오드 강하가 허용될 때에, 상기 베이스 콘택트 영역들 중의 하나를 상기 이미터/콜렉터 영역들 중에서 각기 가장 가까운 하나에 클램핑 하도록 한 쌍의 제2 구동 회로들 중의 하나를 사용함에 의해, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계를 포함하는, 전력 스위칭을 위한 방법이 제공된다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 방법으로서, 트랜지스터-온 모드에서, 최소의 전압 강하를 원할 때에, 외부에서 인가된 전압 극성에 의해 정의된 바대로, 상기 이미터/콜렉터 영역들 중에서 상기 콜렉터로서 작용하게 위치한 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 베이스 콘택트 영역들 중의 하나로, 선택된 조절 가능한 전압을 공급하도록, 한 쌍의 제1 구동 회로들 중의 하나를 사용함에 의해, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계를 포함하는, 전력 스위칭을 위한 방법이 제공된다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 가변-전압 저-전압 출력을 제공하는 방법으로서, a) 발진기를 공급하도록 조절 가능한 전압을 제공하는 단계와; b) AC 파형을 변압기의 1차 권선에 적용하도록 상기 발진기를 사용하는 단계와; c) 상기 변압기의 한 2차 권선에서, 보완적 제어 신호를 생성하는 단계와; d) 상기 동일한 변압기의 또 다른 2차 권선에 연결된 동기 정류기를 동작하도록 상기 보완적 제어 신호를 사용하여, 저-전압 출력을 제공하는 단계의 동작들을 포함하는, 가변-전압 저-전압 출력을 제공하는 방법이 제공된다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 가변-전압 저-전압 전력 회로로서, 조절 가능한 전압을 제공하도록 연결되는 조절 가능한 전압 공급 회로와; 공급 전압으로서 상기 조절 가능한 전압을 수신하도록 연결되고, AC 파형으로 변압기의 1차 권선을 구동하도록 연결되는 발진기 회로와; 보완적 제어 신호를 출력하도록 연결되는 상기 변압기의 제1 2차 권선과; 상기 제1 2차 권선보다 적은 권선을 갖는 상기 변압기의 제2 2차 권선과; 상기 보완적 제어 신호에 의해 게이트(gate) 되고, 브리지 구성으로 연결되는 적어도 4개의 트랜지스터들을 포함하고, 상기 2차 권선의 출력을 정류하도록 연결되는 동기 정류기를 포함하며, 상기 동기 정류기에 의한 정류 이후에, 상기 제2 2차 권선의 출력은 다이오드 강하보다 작은 실질적으로 DC 출력을 제공하는, 가변-전압 저-전압 전력 회로가 제공된다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리된 다른 위치들에 제1 도전형의 제1 및 제2 이미터/콜렉터 영역들을 갖고, 제1 및 제2 이미터/콜렉터 영역들에 각각 근접하지만 서로 근접하지는 않는, 상호 간에 분리된 위치에서 상기 벌크한 베이스 영역에 연결되는 두 개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 마찬가지로 갖는 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법으로서, a) 낮은 온-상태 저항을 원할 때에, 베이스 구동 전압을 상기 베이스 콘택트 영역들 중에 상기 장치의 콜렉터 측 상에 있는 베이스 콘택트 영역으로 인가하는 단계와; b) 베이스 전류를 모니터링하면서 상기 베이스 구동 전압을 가변하여 베이스 구동 전압과 함께 베이스 전류가 증가하기 시작하는 목표 베이스 구동 전압을 찾고, 대략 상기 목표 베이스 구동 전압에서 상기 트랜지스터를 동작시키는 단계의 동작들을 포함하는, 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법이 제공된다.
반드시 모든 실시형태는 아니지만 일부 실시형태들에 따르면, 전력 스위칭을 위한 시스템으로서, 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 두 개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 베이스 영역에 상호 간에 분리된 위치들에서 연결되는 두 개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터와; 상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들을 포함하고, 저 전압 강하가 소망되는 상기 트랜지스터-온 상태 동안에, 외부 전압 극성에 의해 결정된 바대로 상기 구동 회로들 중의 하나는, 베이스 콘택트 영역들 중에서 선택된 하나에 조절 가능한 전압을 인가하고, 상기 조절 가능한 전압을 디더링하여, 상기 선택된 베이스 콘택트에서의 전류가 인가된 전압으로 증가하기 시작하는 동작점 전압을 찾고 상기 조절 가능한 전압을 대략 상기 동작점 전압에서 유지시키도록 구성되는, 전력 스위칭을 위한 시스템이 제공된다.
변형 및 변동
본 기술분야의 당업자에 의해 인지될 수 있는 바와 같이, 본 출원서에 기재된 혁신적인 개념들은 상당한 범위의 출원서들에 걸쳐 변형 및 가변될 수 있으며, 이에 따라, 특허 주제의 범위는 임의의 주어진 특정한 예시적 개시에 의해 제한되지 않는다. 첨부된 청구항의 사상 및 광범위 내에 속하는 상기와 같은 대안, 변형 및 변동들을 모두 포함하는 것을 의도로 한다.
하나의 예를 들면, 상술한 주요 실시형태들은 NPN B-TRAN 트랜지스터들을 사용한다. 그러나, 전압들의 적절한 도치(inversion)와 함께, 동일한 원리들이 PNP B-TRAN 트랜지스터들에 적용된다.
다른 예를 들면, 여기 개시들은 필요한 차단 전압 및 전류 용량에 따라, 다양한 크기의 B-TRAN 장치들에 적용될 수 있다.
다른 예를 들면, 광범위의 다양한 다른 센서 및/또는 제어 관계가 이 출원서에 도시된 개념적인 회로 관계들 상에 추가될 수 있다.
다른 예를 들면, B-TRAN이 대형 회로(예를 들어, PPSA 변환기)의 일부로서 사용되는 곳에, 단일 제어 모듈이 상기 B-TRAN의 구동 회로들 각각에 적절한 제어 신호를 인가하도록 선택적으로 연결될 수 있다.
다른 예를 들면, 전압-모드 구동이 사용되기 때문에, 다수의 B-TRAN을 병렬로 구동하도록 단일 B-TRAN 구동 회로가 선택적으로 사용될 수 있다. 이는 다른 양극성 접합 트랜지스터들과는 실용되지 않는다.
본 출원서의 기재들 중에 임의의 특정 구성요소, 단계 또는 기능이 청구항 범위에 포함되어야만 하는 필수 구성요소임을 암시하는 것으로서 판독되어야 하는 기재는 없다: 특허 주제의 범위는 허용 가능한 청구항들에 의해서만 정의된다. 또한, 정확한 단어 "~를 위한 수단"은 분사가 붙지 않는 한 이들 청구항 중에 아무것도 미국 특허법 제112조 (35 U.S.C. 112)의 6번째 단락의 적용을 의도로 하지 않는다.
출원되는 청구항들은 가능한 포괄적인 것으로 의도되며, 고의적으로 포기되거나, 전용되거나(dedicated) 또는 폐기되는 주제는 없다.

Claims (18)

  1. 전력 스위칭을 위한 시스템으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터와;
    상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 제1 및 제2 트랜지스터-모드 구동 회로들로서, 각각의 트랜지스터-모드 구동 회로는 전압원으로서, 대응하는 베이스 콘택트 영역과 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역 사이에 조절 가능한 전압을 선택적으로 인가하도록 구성되는 것인, 상기 제1 및 제2 트랜지스터-모드 구동 회로들과;
    상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 제1 및 제2 다이오드-모드 구동 회로들로서, 각각의 구동 회로는 상기 대응하는 베이스 콘택트 영역을 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역에 선택적으로 연결하도록 구성되는 것인, 상기 제1 및 제2 다이오드-모드 구동 회로들
    을 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템.
  2. 전력 스위칭을 위한 시스템으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터와;
    상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들로서, 각각의 트랜지스터-모드 구동 회로는 전압-모드 구동 회로인 것인, 상기 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들과;
    상기 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 다이오드-모드 구동 회로들로서, 각각의 다이오드-모드 구동 회로는 대응하는 베이스 콘택트 영역을 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역에 선택적으로 연결하도록 구성되는 것인, 상기 한 쌍의 다이오드-모드 구동 회로들
    을 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템.
  3. 전력 스위칭을 위한 시스템으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터와;
    상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들로서, 각각의 트랜지스터-모드 구동 회로는 전압원으로서, 대응하는 베이스 콘택트 영역과 그 베이스 콘택트 영역에 가장 가까운 이미터/콜렉터 영역 사이에 조절 가능한 전압을 선택 가능한 값으로 선택적으로 인가하도록 구성되는 것인, 상기 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들
    을 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템.
  4. 전력 스위칭을 위한 방법으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 다른 위치들에 있는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계를 포함하고,
    상기 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계는:
    트랜지스터-온 모드(transistor-ON mode)에서, 상기 양방향 양극성 트랜지스터에 인가되는 외부 전압의 극성에 정의되는, 상기 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중 콜렉터로서 작용하도록 배치되는 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 하나로, 선택된 조절 가능한 전압을 공급하도록 한 쌍의 제1 구동 회로들 중의 하나를 사용하고, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 가로지르는 전압 강하를 감소시키도록 상기 선택된 조절 가능한 전압을 조정하는 단계와,
    다이오드-온 모드(diode-ON mode)에서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 하나를, 상기 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중에서 가장 가까운 하나에 연결하도록, 한 쌍의 제2 구동 회로들 중의 하나를 사용하여, 다이오드 강하가 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 통해 흐르는 전류에 가해지도록 하는 단계와,
    턴 오프 전 모드(preturnoff mode)에서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 각각을, 상기 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중에서 각기 가장 가까운 하나에 연결하도록, 상기 한 쌍의 제2 구동 회로들 전부를 사용하는 단계에 의해 수행되는 것인, 전력 스위칭을 위한 방법.
  5. 전력 스위칭을 위한 방법으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 다른 위치들에 있는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계를 포함하고,
    상기 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계는:
    트랜지스터-온 모드(transistor-ON mode)에서, 상기 양방향 양극성 트랜지스터에 인가되는 외부 전압의 극성에 정의되는, 상기 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중 콜렉터로서 작용하도록 배치되는 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 하나로, 선택된 조절 가능한 전압을 공급하도록 한 쌍의 제1 구동 회로들 중의 하나를 사용하고, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 가로지르는 전압 강하를 감소시키도록 상기 선택된 조절 가능한 전압을 조정하는 단계
    다이오드-온 모드(diode-ON mode)에서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 하나를, 상기 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중에서 가장 가까운 하나에 연결하도록, 한 쌍의 제2 구동 회로들 중의 하나를 사용하여, 다이오드 강하가 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 통해 흐르는 전류에 가해지도록 하는 단계에 의해 수행되는, 전력 스위칭을 위한 방법.
  6. 전력 스위칭을 위한 방법으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 다른 위치들에 있는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계를 포함하고,
    상기 양방향 양극성 트랜지스터를 구동시키는 단계는:
    트랜지스터-온 모드(transistor-ON mode)에서, 상기 양방향 양극성 트랜지스터에 인가되는 외부 전압의 극성에 정의되는, 상기 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중 콜렉터로서 작용하도록 배치되는 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역에 가장 가까운 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 하나로, 선택된 조절 가능한 전압을 공급하도록 한 쌍의 제1 구동 회로들 중의 하나를 사용하고, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 가로지르는 전압 강하를 감소시키도록 상기 선택된 조절 가능한 전압을 조정하는 단계에 의해 수행되는, 전력 스위칭을 위한 방법.
  7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 도전형은 n-형인, 전력 스위칭을 위한 시스템.
  8. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 트랜지스터-모드 구동 회로들과 병렬로 각각 연결되고, 각각이 노멀리(normally)-오프 스위치와 직렬인 쇼트키 다이오드를 포함하는 2개의 추가 구동 회로들을 더 포함하는, 전력 스위칭을 위한 시스템.
  9. 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 도전형은 n-형인, 전력 스위칭을 위한 방법.
  10. 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 구동 회로들과 병렬로 각각 연결되고, 각각이 노멀리(normally)-오프 스위치와 직렬인 쇼트키 다이오드를 포함하는 2개의 추가 구동 회로들을 더 포함하는, 전력 스위칭을 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 다른 위치들에 있는 제1 도전형인 제1 및 제2 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있고, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 각각은, 상기 제1 도전형인 제1 및 제2 도전형 이미터/콜렉터 영역들 중의 대응하는 이미터/콜렉터 영역 각각에 가장 근접하는 것인, 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법으로서,
    a) 온-상태 저항(on-state resistance)을 감소시키기 위해, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중 상기 양방향 양극성 트랜지스터의 콜렉터 측 상에 있는 베이스 콘택트 영역에, 베이스 구동 전압을 인가하는 단계와;
    b) 베이스 전류를 모니터링 하면서 상기 베이스 구동 전압을 가변하여, 베이스 구동 전압과 함께 베이스 전류가 증가하기 시작하는 목표 베이스 구동 전압을 찾고, 상기 목표 베이스 구동 전압에서 상기 양방향 양극성 트랜지스터를 동작시키는 단계
    를 포함하는, 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 도전형인 제1 및 제2 이미터/콜렉터 영역들 각각은, 제2 도전형 반도체 다이의 2개의 대향면들 중의 상이한 대향면 상에 위치하는, 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 베이스 전류는, 0의 베이스 구동 전압으로 초기에 측정되는, 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 베이스 구동 전압을 가변하는 것은, 상기 양방향 양극성 트랜지스터의 전원이 켜진 동안에 복수회 반복되는, 양방향 양극성 트랜지스터를 동작하는 방법.
  18. 전력 스위칭을 위한 시스템으로서,
    벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 의해 분리되는 2개의 제1 도전형 이미터/콜렉터 영역들과, 상기 벌크한 제2 도전형 베이스 영역에 연결되는 2개의 다른(distinct) 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들을 갖는 양방향 양극성 트랜지스터로서, 상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들은, 상호 간에 분리된 위치들에 있는, 상기 양방향 양극성 트랜지스터와;
    상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중의 제1 및 제2 베이스 콘택트 영역들에 각각 개별적으로 연결되는 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들
    을 포함하고,
    상기 양방향 양극성 트랜지스터를 가로지르는 전압 강하를 감소시키기 위한 트랜지스터-온 모드(transistor-ON mode)에서, 상기 양방향 양극성 트랜지스터에 인가되는 외부 전압의 극성에 의해 결정되는 상기 한 쌍의 트랜지스터-모드 구동 회로들 중 하나는:
    상기 2개의 다른 제2 도전형 베이스 콘택트 영역들 중에서 선택된 베이스 콘택트 영역에 조절 가능한 전압을 인가하고,
    상기 조절 가능한 전압을 동적으로 변경(dynamically vary)함으로써, 상기 선택된 베이스 콘택트 영역에서의 전류가 인가된 전압과 함께 증가하기 시작하는 동작점 전압을 찾고, 상기 조절 가능한 전압을 상기 동작점 전압으로 유지시키도록 구성되는, 전력 스위칭을 위한 시스템.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016891A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Schneider Electric Solar Inverters Usa, Inc. Isolated uni-polar transistor gate drive
US11637016B2 (en) 2013-12-11 2023-04-25 Ideal Power Inc. Systems and methods for bidirectional device fabrication
US11069797B2 (en) 2016-05-25 2021-07-20 Ideal Power Inc. Ruggedized symmetrically bidirectional bipolar power transistor
US11135936B2 (en) 2019-03-06 2021-10-05 Fermata, LLC Methods for using temperature data to protect electric vehicle battery health during use of bidirectional charger
US11335674B2 (en) 2019-06-27 2022-05-17 Globalfoundries U.S. Inc. Diode triggered silicon controlled rectifier (SCR) with hybrid diodes
US11958372B2 (en) 2019-11-26 2024-04-16 Fermata Energy Llc Device for bi-directional power conversion and charging for use with electric vehicles
US11430881B2 (en) * 2020-03-05 2022-08-30 Globalfoundries U.S. Inc. Diode triggered compact silicon controlled rectifier
US11411557B2 (en) 2020-05-18 2022-08-09 Ideal Power Inc. Method and system of operating a bi-directional double-base bipolar junction transistor (B-TRAN)
US11496129B2 (en) 2020-06-08 2022-11-08 Ideal Power Inc. Method and system of current sharing among bidirectional double-base bipolar junction transistors
US11777018B2 (en) 2020-11-19 2023-10-03 Ideal Power Inc. Layout to reduce current crowding at endpoints
EP4260375A1 (en) 2020-12-10 2023-10-18 Ideal Power Inc. Method and system of operating a bi-directional double-base bipolar junction transistor (b-tran)
WO2023018769A1 (en) 2021-08-10 2023-02-16 Ideal Power Inc. System and method for bi-directional trench power switches

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004342718A (ja) 2003-05-14 2004-12-02 Toshiba Corp 半導体装置及びコンバータ
WO2014122472A1 (en) 2013-02-07 2014-08-14 John Wood A bipolar junction transistor structure

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3476993A (en) 1959-09-08 1969-11-04 Gen Electric Five layer and junction bridging terminal switching device
DE2231777A1 (de) 1971-08-27 1973-03-08 Halbleiterwerk Frankfurt Oder Symmetrisch schaltendes mehrschichtenbauelement und verfahren zu seiner herstellung
CH609714A5 (en) 1974-07-15 1979-03-15 Agfa Gevaert Ag Process for the production of a hydrophilic surface on silicone rubber mouldings
US3996601A (en) 1974-07-15 1976-12-07 Hutson Jerald L Shorting structure for multilayer semiconductor switching devices
US4131902A (en) 1977-09-30 1978-12-26 Westinghouse Electric Corp. Novel bipolar transistor with a dual-dielectric tunnel emitter
US4816892A (en) 1982-02-03 1989-03-28 General Electric Company Semiconductor device having turn-on and turn-off capabilities
JPS58218168A (ja) 1982-06-14 1983-12-19 Toshiba Corp 双方向トランジスタ
CA1200322A (en) 1982-12-13 1986-02-04 General Electric Company Bidirectional insulated-gate rectifier structures and method of operation
JPH0821713B2 (ja) 1987-02-26 1996-03-04 株式会社東芝 導電変調型ｍｏｓｆｅｔ
JP2703240B2 (ja) 1987-12-03 1998-01-26 株式会社東芝 導電変調型ｍｏｓｆｅｔ
ATE93654T1 (de) 1988-04-22 1993-09-15 Asea Brown Boveri Abschaltbares leistungshalbleiterbauelement.
FR2635930B1 (fr) * 1988-08-31 1990-11-23 Sgs Thomson Microelectronics Commutateur bidirectionnel monolithique a transistors mos de puissance
EP0394859A1 (de) * 1989-04-28 1990-10-31 Asea Brown Boveri Ag Bidirektionals, abschaltbares Halbeiterbauelement
CH678245A5 (ko) 1989-06-07 1991-08-15 Asea Brown Boveri
JPH03147378A (ja) 1989-11-02 1991-06-24 Nec Corp ソリッド・ステート・リレー
EP0438700A1 (de) 1990-01-25 1991-07-31 Asea Brown Boveri Ag Abschaltbares, MOS-gesteuertes Leistungshalbleiter-Bauelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP3352840B2 (ja) * 1994-03-14 2002-12-03 株式会社東芝 逆並列接続型双方向性半導体スイッチ
US5793064A (en) 1996-09-24 1998-08-11 Allen Bradley Company, Llc Bidirectional lateral insulated gate bipolar transistor
US5852559A (en) 1996-09-24 1998-12-22 Allen Bradley Company, Llc Power application circuits utilizing bidirectional insulated gate bipolar transistor
US5910664A (en) 1996-11-05 1999-06-08 International Rectifier Corporation Emitter-switched transistor structures
SE9901410D0 (sv) 1999-04-21 1999-04-21 Abb Research Ltd Abipolar transistor
US6961253B1 (en) * 1999-10-08 2005-11-01 Lambda Electronics Drive circuits for synchronous rectifiers
JP4635304B2 (ja) 2000-07-12 2011-02-23 富士電機システムズ株式会社 双方向超接合半導体素子およびその製造方法
EP2463912B1 (en) 2001-01-19 2015-07-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
US6674658B2 (en) * 2001-02-09 2004-01-06 Netpower Technologies, Inc. Power converter including circuits for improved operational control of synchronous rectifiers therein
GB2380604B (en) 2001-06-01 2005-02-09 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor switch
FR2830127B1 (fr) 2001-09-21 2004-12-24 St Microelectronics Sa Commutateur monolithique bidirectionnel vertical a commande en tension
WO2003105212A1 (en) 2002-05-20 2003-12-18 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Double side igbt phase leg architecture and clocking method for reduced turn on loss
CA2427039C (en) * 2003-04-29 2013-08-13 Kinectrics Inc. High speed bi-directional solid state switch
US7279731B1 (en) * 2006-05-15 2007-10-09 Udt Sensors, Inc. Edge illuminated photodiodes
US7064069B2 (en) 2003-10-21 2006-06-20 Micron Technology, Inc. Substrate thinning including planarization
DE102004005384B4 (de) 2004-02-03 2006-10-26 De Doncker, Rik W., Prof. Dr. ir. Bidirektionales, MOS-gesteuertes Halbleiterbauelement, Verfahren zu seinem Betreiben, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
JP4791704B2 (ja) 2004-04-28 2011-10-12 三菱電機株式会社 逆導通型半導体素子とその製造方法
US7129144B2 (en) * 2004-04-30 2006-10-31 Lite-On Semiconductor Corp. Overvoltage protection device and manufacturing process for the same
GB0417749D0 (en) 2004-08-10 2004-09-08 Eco Semiconductors Ltd Improved bipolar MOSFET devices and methods for their use
JP5011681B2 (ja) 2004-12-02 2012-08-29 日産自動車株式会社 半導体装置
KR100677816B1 (ko) 2005-03-28 2007-02-02 산요덴키가부시키가이샤 능동 소자 및 스위치 회로 장치
US20060261346A1 (en) 2005-05-18 2006-11-23 Sei-Hyung Ryu High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities and methods of fabricating the same
DE102005047101B3 (de) 2005-09-30 2007-01-04 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterschalteranordnung und Ansteuerverfahren
JP4695961B2 (ja) * 2005-10-20 2011-06-08 パナソニック株式会社 高耐圧半導体スイッチング素子及びそれを用いたスイッチング電源装置
US7354809B2 (en) 2006-02-13 2008-04-08 Wisconsin Alumi Research Foundation Method for double-sided processing of thin film transistors
US8796750B2 (en) * 2006-05-15 2014-08-05 Osi Optoelectronics, Inc. Edge illuminated photodiodes
JP4471967B2 (ja) 2006-12-28 2010-06-02 株式会社ルネサステクノロジ 双方向スイッチモジュール
JP5251102B2 (ja) 2007-12-10 2013-07-31 株式会社デンソー 半導体装置
JP4912353B2 (ja) 2008-05-16 2012-04-11 三菱電機株式会社 電力用半導体装置およびその製造方法
JP5245157B2 (ja) 2008-06-03 2013-07-24 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体双方向スイッチング装置
US8163624B2 (en) 2008-07-30 2012-04-24 Bowman Ronald R Discrete semiconductor device and method of forming sealed trench junction termination
WO2011008567A2 (en) 2009-06-29 2011-01-20 Ideal Power Converters, Inc. Power transfer devices, methods, and systems with crowbar switch shunting energy-transfer reactance
KR101031217B1 (ko) * 2009-10-21 2011-04-27 주식회사 오리엔트전자 고정 시비율로 동작하는 ｌｌｃ 공진 컨버터를 사용한 2단 방식 절연형 양방향 ｄｃ／ｄｃ 전력변환기
FR2953995B1 (fr) 2009-11-24 2012-02-10 St Microelectronics Tours Sas Interrupteur de puissance bidirectionnel commandable a la fermeture et a l'ouverture
US8576583B2 (en) 2010-09-17 2013-11-05 Fairchild Semiconductor Corporation Sampled charge control for resonant converter
US8735289B2 (en) * 2010-11-29 2014-05-27 Infineon Technologies Ag Method of contacting a doping region in a semiconductor substrate
WO2013136898A1 (ja) 2012-03-16 2013-09-19 富士電機株式会社 半導体装置
US8963253B2 (en) * 2012-10-23 2015-02-24 Macronix International Co., Ltd. Bi-directional bipolar junction transistor for high voltage electrostatic discharge protection
US9082648B2 (en) 2013-02-27 2015-07-14 Pakal Technologies Llc Vertical insulated-gate turn-off device having a planar gate
JP6491201B2 (ja) * 2013-06-24 2019-03-27 アイディール パワー インコーポレイテッド 双方向バイポーラトランジスタを有するシステム、回路、素子、及び方法
US9490704B2 (en) * 2014-02-12 2016-11-08 Delta Electronics, Inc. System and methods for controlling secondary side switches in resonant power converters

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004342718A (ja) 2003-05-14 2004-12-02 Toshiba Corp 半導体装置及びコンバータ
WO2014122472A1 (en) 2013-02-07 2014-08-14 John Wood A bipolar junction transistor structure

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