开关性能改进的双向功率开关制造技术

一种双向功率开关，包括被反平行连接在开关的第一和第二导电端子之间的第一和第二晶闸管。第一晶闸管是阳极栅极晶闸管，而第二晶闸管是阴极栅极晶闸管。第一和第二晶闸管的栅极端子通过对应的偶极子电路耦合至开关的同一控制端子。偶极子电路中的至少一个通过至少一个二极管或至少一个电阻器来形成。

【技术实现步骤摘要】
优先权本申请要求2015年5月20日提交的法国专利申请第15/54494号的优先权，其内容通过参考以法律允许的最大程度整体结合于此。
本专利技术涉及双向功率开关。
技术介绍
已经具有许多类型的双向功率开关。例如，这些开关与在提供交流(AC)电源电压(例如，主电压)的端子之间供电的负载串联，以控制提供给负载的电能。需要一种克服已知开关的所有或部分缺陷的双向功率开关。
技术实现思路
因此，实施例提供了一种双向电源开关，包括被反平行连接在开关的第一和第二导电端子之间的第一和第二晶闸管，，第一晶闸管是阳极栅极晶闸管，第二晶闸管是阴极栅极晶闸管，并且第一和第二晶闸管的栅极连接至开关的同一控制端子，其中，至少一个二极管或至少一个电阻器将第一晶闸管的栅极与第二晶闸管的栅极分离。根据一个实施例，第一偶极子将第一晶闸管的栅极耦合至控制端子，以及第二偶极子将第二晶闸管的栅极耦合至控制端子，第一和第二晶闸管中的每一个都是电阻器、二极管、二极管和电阻器的串联集合或者导线和导电轨，并且第一和第二偶极子中的至少一个包括二极管或电阻器。根据一个实施例，第一偶极子是二极管，其阳极连接至第一晶闸管的栅极且阴极连接至控制端子；第二偶极子是二极管，其阳极连接
至第二晶闸管的栅极且阴极连接至控制端子。根据一个实施例，第一和第二晶闸管是在象限Q1中导通的类型。根据一个实施例，第一偶极子是其阴极连接至第一晶闸管的栅极且阳极连接至控制端子的二极管；第二偶极子是其阴极连接至第二晶闸管的栅极且阳极连接至控制端子的二极管。根据一个实施例，第一和第二晶闸管是在象限Q2中导通的类型。根据一个实施例，第一和第二偶极子中的至少一个包括值大于10欧姆的电阻器。根据一个实施例，第一和第二晶闸管布置在同一保护封装中，该保护封装包括相应地连接至开关的第一导电端子和第二导电端子、第一晶闸管的阳极栅极和第二晶闸管的阴极栅极的四个外部连接端子，第一和第二偶极子布置在封装之外。根据一个实施例，第一和第二晶闸管以及第一和第二偶极子被布置在同一保护封装中，该保护封装包括相应地连接至第一导电端子和第二导电端子以及开关的控制端子的三个外部连接端子。根据一个实施例，第一和第二偶极子被集成到包括第一和第二晶闸管的半导体芯片中。根据一个实施例，第一和第二偶极子是放置在包括第一和第二晶闸管的半导体芯片上的分立部件。根据一个实施例，第一和第二晶闸管被布置在不同半导体芯片中。根据一个实施例，第一和第二晶闸管被集成在同一半导体芯片中并且通过绝缘区域分离。附图说明将在以下结合附图的具体实施例的非限制性描述中详细讨论前述和其他特征和优势，其中：图1是双向功率开关的示例的简化表示；图2是双向功率开关的另一示例的简化表示；图3是双向功率开关的另一示例的简化表示；以及图4是双向功率开关的实施例的简化表示。具体实施方式在不同附图中，相同的元件用相同的参考标号来表示。在本说明书中，术语“连接”用于表示直接电连接而不存在中间电部件，例如通过多条导电轨迹中的一条或者多条导线中的一条，并且术语“耦合”或术语“链接”用于表示直接电连接(表示“连接”)或者经由一个或多个中间部件(电阻器、电容器、二极管等)的连接。除非另有指定，否则表述“近似”、“基本”和“数量级”表示在20％内，优选在10％内。在本公开中，双向功率开关表示针对电流和电压为双向的开关，其能够在断开状态抵抗相对较大的电压，例如大于100V的电压，通常为600V以上的数量级。这里更具体地考虑包括两个晶闸管的反平行集合的这种类型的双向功率开关。在这种开关中，一个晶闸管用于传导具有第一偏置的电流，另一个晶闸管用于传导相反偏置的电流。这种开关的接通通过在开关的控制端子上施加能够引起正向偏置的晶闸管导通的控制信号来得到。当传导的电流的强度降到活跃晶闸管(先前导通的晶闸管)之下或者该晶闸管的保持电流(IH)时，开关自然断开。所产生的问题在于，在断开这种开关时，例如在负载电源信号的半波的结束处，发生使得流过活跃晶闸管的电流反转的电荷重叠现象。通常，这种反向电流结束等于0，并且开关保持断开直到下一次在其控制端子上施加接通信号为止。然而，如果流过活跃晶闸管的反向电流的强度和持续时间太大，则存在由于可在两个晶闸管之间发生的载流子传输而不正确地(不可控)接通其他晶闸管(非活跃晶闸管)的风险。实际上，从接通状态到断开状态的切换流过活跃晶闸管的反向电流的持续时间和幅度取决于流过开关的电流的下降斜率和在切
换期间横跨开关再施加的电压的增长斜率。这些斜率越大，重叠电流越大，并且不正确地接通非活跃晶闸管的风险越大。在特定应用中，例如电机控制应用，重要的是具有良好开关性能的双向开关，即能够在开关看到的电源信号的变化斜率显著时断开而不存在不正确地重新接通的风险。实际上，为了期望在特定应用中要求的开关性能约束，电路设计者应该进行相对约束的措施，这尤其会导致增加器件的成本。例如，为了获得期望的开关性能，电路设计者通常根据开关看到的电流强度和电压幅度选择相对于应用的活跃需求过大的开关。这会进一步迫使在开关两端连接滤波电路(例如，电阻器电容器(RC)电路)以增加开关对抗不正确开启的稳健性。图1是三端双向可控硅开关元件TR的简化表示。三端子双向可控硅开关元件是最传统的双向功率开关。三端双向可控硅开关元件对应于两个晶闸管(图中未示出)的反平行集合。第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阴极连接至三端双向可控硅开关元件的第一主端子或导电端子A1。第一晶闸管的阴极和第二晶闸管的阳极连接至三端双向可控硅开关元件的第二主端子或导电端子A2。传统三端双向可控硅开关元件的栅极或控制端子G对应于形成其的两个晶闸管的栅极。施加给栅极G的控制信号参考两个导电端子A1和A2中的一个。传统三端双向可控硅开关元件是整体部件，即形成其的两个晶闸管形成在同一半导体芯片中。在两个晶闸管之间通常不设置绝缘，这两个晶闸管可以共享相同的半导体层，尤其在它们活跃部分的层级处。因此，载流子传送能够发生在两个晶闸管之间，这限制了这种部件的开关性能。图2是双向功率开关的另一示例的简化表示。图2的开关包括两个反平行连接的两个阴极栅极晶闸管TH1和TH2。在该示例中，晶闸管TH1和TH2相互绝缘，即，它们形成在不同的半导体芯片中，或者它们集成到相同半导体芯片中但是它们的活跃部分通过绝缘区域分离。晶闸管TH1的阳极和晶闸管TH2的阴极连接至开关的第一
主端子或导电端子A1。晶闸管TH1的阴极和晶闸管TH2的阳极连接至开关的第二主端子或导电端子A2。晶闸管TH1和TH2的阴极栅极连接至相互绝缘的两个控制端子G1和G2。如果端子A1和A2之间的电压为正，则通过向控制端子G2施加参考导电端子A2的控制信号来得到开关接通，这能够导通晶闸管TH2。如果端子A1和A2之间的电压为负，则通过向控制端子G1施加参考导电端子A1的控制信号来得到开关接通，这能够导通晶闸管TH1。在这种开关中，晶闸管TH1和TH2相互绝缘，两个晶闸管之间的载流子传输以及活跃晶闸管的断开期间的非活跃晶闸管的不正确接通的风险较低。因此，这种开关具有非常良好的开关性能。然而，这种开关的缺点在于，其包括参考开关的不同导电端子的两个绝缘的控制端子。因此，该开关要求相对复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向功率开关，包括：被反平行连接在第一导电端子和第二导电端子之间的第一晶闸管和第二晶闸管，所述第一晶闸管是阳极栅极晶闸管，所述第二晶闸管是阴极栅极晶闸管，并且所述第一晶闸管和所述第二晶闸管的栅极端子被连接至所述开关的同一控制端子，其中连接从由至少一个二极管和至少一个电阻器组成的组中选择的电路元件以将所述第一晶闸管的栅极端子与所述第二晶闸管的栅极端子分离。

【技术特征摘要】
2015.05.20 FR 15544941.一种双向功率开关，包括：被反平行连接在第一导电端子和第二导电端子之间的第一晶闸管和第二晶闸管，所述第一晶闸管是阳极栅极晶闸管，所述第二晶闸管是阴极栅极晶闸管，并且所述第一晶闸管和所述第二晶闸管的栅极端子被连接至所述开关的同一控制端子，其中连接从由至少一个二极管和至少一个电阻器组成的组中选择的电路元件以将所述第一晶闸管的栅极端子与所述第二晶闸管的栅极端子分离。2.根据权利要求1所述的开关，其中所述电路元件包括将所述第一晶闸管的栅极端子连接至所述控制端子的第一偶极子以及将所述第二晶闸管的栅极端子连接至所述控制端子的第二偶极子，其中所述第一偶极子包括从由电阻器、二极管、二极管和电阻器的串联集合、导线和导电轨组成的组中选择的电路，并且所述第二偶极子包括从由所述二极管和所述电阻器组成的组中选择的电路。3.根据权利要求2所述的开关，其中所述第一偶极子是其阳极连接至所述第一晶闸管的栅极端子并且其阴极连接至所述控制端子的二极管，并且其中所述第二偶极子是其阳极连接至所述第二晶闸管的栅极端子并且其阴极连接至所述控制端子的二极管。4.根据权利要求3所述的开关，其中所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是在象限Q1中导通的类型。5.根据权利要求2所述的开关，其中所述第一偶极子是其阴极连接至所述第一晶闸管的栅极端子并且其阳极连接至所述控制端子的二极管，并且其中所述第二偶极子是其阴极连接至所述第二晶闸管的栅极端子并且其阳极连接至所述控制端子的二极管。6.根据权利要求5所述的开关，其中所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是在象限Q2中导通的类型。7.根据权利要求2所述的开关，其中所述第一偶极子包括值大
\t于10欧姆的电阻器。8.根据权利要求2所述的开关，其中所述第一晶闸管和所述第二晶闸管被布置在同一保护封装中，所述保护封装包括相应地连接至所述开关的所述第一导电端子和所述第二导电端子、所述第一晶闸管...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·阿格，S·蒙纳德，
申请(专利权)人：意法半导体图尔公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR