基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，包括MOSFET、N个JFET、N个JFET驱动电路、混合高压器件的源极、混合高压器件的栅极以及混合高压器件的漏极。本发明专利技术电路功率部分通过碳化硅器件串联，并通过稳压管、二极管、电阻、电容等元件实现JFET驱动，最终的混合型高压器件可实现至少6kV的高耐压，相对其他高压器件，本高压器件成本低，可实现高频率、高效率和高功率密度，适用中高压电力电子变换器应用领域。

Hybrid high voltage device based on silicon carbide MOSFET and JFET

The invention discloses a hybrid silicon carbide high voltage device based on JFET and MOSFET, including MOSFET, N JFET, N JFET drive circuit, mixed voltage device source, mixed high voltage devices and mixed gate drain voltage device. The circuit of the invention is part of a series of power through the silicon carbide devices, and through the zener diodes, and resistors, capacitors and other components to achieve JFET drive, high voltage hybrid high-voltage device can realize the final at least 6kV, relative to other high voltage devices, this device can realize low cost, high frequency, high efficiency and high power density, application high voltage power electronic converter applications.

【技术实现步骤摘要】
基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件
本专利技术涉及一种基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，属于电力电子

技术介绍
碳化硅(SiliconCarbide,SiC)作为第三代半导体材料,具有高耐压、高耐温等一系列优点，得到了功率器件领域的广泛关注。SiC器件历经了20多年的发展，到目前为止，只有1200V和1700VSiCMOSFET和SiCJFET已经有一些商业化产品，更高电压SiC器件还处于实验室研究阶段，由于技术和成本原因，目前还未得到大规模使用。其中SiCMOSFET具有开关频率高、导通电阻小、输入阻抗高、热稳定性能好、无二次击穿问题等优点,但电流反向流动时，其自身寄生二极管的导通压降大。SiCJFET管具有高温特性好、放大性能好、噪声低、结构简单、制备工艺成熟，可靠性高、价格低廉等优点，但其门极阀值常为负电压，在未加驱动负压时为常开器件，因此不能被工业界广泛接受。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，包括MOSFET、N个JFET、N个JFET驱动电路、混合高压器件的源极、混合高压器件的栅极以及混合高压器件的漏极；MOSFET的源极与混合高压器件的源极连接，MOSFET的栅极与混合高压器件的栅极连接，N个JFET依次串联，第i个JFET的漏极与其相邻的第i+1个JFET的源极连接，i为整数，0<i<N，第1个JFET的源极与MOSFET的漏极连接，第N个JFET的漏极与混合高压器件的漏极连接；N个JFET驱动电路依次串联，第i个JFET驱动电路的输出端与其相邻的第i+1个JFET驱动电路的输入端连接，第1个JFET驱动电路的输入端与混合高压器件的栅极连接，N个JFET驱动电路的输出端分别与N个JFET的栅极连接。还包括MOSFET驱动电阻和N个JFET驱动电阻；MOSFET驱动电阻的一端与MOSFET的栅极连接，另一端与混合高压器件的栅极连接，JFET驱动电阻两端分别与JFET驱动电路的输出端以及该JFET驱动电路驱动的JFET栅极连接。JFET驱动电路包括并联的稳压管串、二极管以及电阻电容串联回路，稳压管串的阳极、二极管的阳极以及电阻电容串联回路的一端连接成第一节点，第一节点为JFET驱动电路的输入端，稳压管串的阴极、二极管的阴极以及电阻电容串联回路的另一端连接成第二节点，第二节点为JFET驱动电路的输出端。稳压管串包括若干个串联的稳压管，第一个稳压管的阳极作为稳压管串的阳极，最后一个稳压管的阴极作为稳压管串的阴极，两个相邻稳压管的阳极与阴极连接。N＝5。本专利技术所达到的有益效果：1、本专利技术电路功率部分通过碳化硅器件串联，并通过稳压管、二极管、电阻、电容等元件实现JFET驱动，最终的混合型高压器件可实现至少6kV的高耐压，相对其他高压器件，本高压器件成本低，可实现高频率、高效率和高功率密度，适用中高压电力电子变换器应用领域；2、本专利技术开关频率较其他高压器件高很多，因此其组成的换流器功率密度高；3、本专利技术仅有一个驱动输入端口，驱动比较简单；4、稳压管串钳位电路仅在静态时有效，动态运行时，功率器件分压由电阻电容决定，稳压管无需击穿运行，因此，实际运行的开关损耗较小；5、本专利技术导通损耗相对较小，SiCMOSFET的正门极阀值具有很强的抗干扰能力；6、电路中电流反向流动时，通过对电容自动放电，电流仅流过SiCJFET通道，既降低了导通损耗，又节省了反并联二极管；7、利用SiCMOSFET的正电压驱动，并配置合适的正电压SiCJFET驱动电路，加速混合型高压器件的开通过程。附图说明图1为本专利技术的电路图。图2为混合型高压器件关断时各器件电压图。图3为混合型高压器件各器件电压实测图。图4为混合型高压器件开通时各器件电压图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，包括MOSFET、MOSFET驱动电阻、5个JFET、5个JFET驱动电路、5个JFET驱动电阻、混合高压器件的源极、混合高压器件的栅极以及混合高压器件的漏极。MOSFET的源极与混合高压器件的源极连接，MOSFET的栅极通过MOSFET驱动电阻与混合高压器件的栅极连接，5个JFET依次串联，两个相邻JFET的漏极与源极连接，第1个JFET的源极与MOSFET的漏极连接，第5个JFET的漏极与混合高压器件的漏极连接。5个JFET驱动电路依次串联，两个相邻JFET驱动电路的输出端与输入端连接，第1个JFET驱动电路的输入端与混合高压器件的栅极连接，5个JFET驱动电路的输出端分别通过5个JFET驱动电阻与5个JFET的栅极连接。JFET驱动电路包括并联的稳压管串、二极管以及电阻电容串联回路，稳压管串的阳极、二极管的阳极以及电阻电容串联回路的一端连接成第一节点，第一节点为JFET驱动电路的输入端，稳压管串的阴极、二极管的阴极以及电阻电容串联回路的另一端连接成第二节点，第二节点为JFET驱动电路的输出端。稳压管串包括若干个串联的稳压管，第一个稳压管的阳极作为稳压管串的阳极，最后一个稳压管的阴极作为稳压管串的阴极，相邻两个稳压管的阳极与阴极连接。电阻电容串联回路包括串联的电阻和电容。上述混合高压器件的工作原理具体分为静态工作、正常关断过程、正常硬开关开通过程以及正常软开关开通过程。为了更好的说明上述工作原理，对图1中的各符号进行说明：J1～J5分别代表5个JFET，M1代表MOSFET，R1～R5分别代表5个电阻电容串联回路中的电阻，C1～C5分别代表5个电阻电容串联回路中的电容，DZ1～DZ5分别代表5个JFET驱动电路中的稳压管串，DF1～DF5分别代表5个JFET驱动电路中的二极管，MGD1代表MOSFET驱动电阻，JGD1～JGD5代表5个JFET驱动电阻，CJS代表混合高压器件源极，CJD代表混合高压器件漏极，CJG代表混合高压器件栅极，CJS1～CJS5分别代表J1～J5的源极，CJG1～CJG5分别代表J1～J5的驱动节点，即5个JFET驱动电路的输出端，PGS代表驱动脉冲信号。A、静态工作(即没有开关动作)：此时加在CJG的驱动电路输出信号为-5V或0V(0V即驱动电路不工作)，此值小于M1的门极阈值，因此M1是关断态。当高压直流电压接入混合型高压器件的CJD和CJS之间时，M1漏极和源极两端电压会逐步上升；此时R1C1串联回路两端电压也随之上升，而DZ1和DF1必然反向截止；虽然M1漏极和源极两端电压以及R1C1串联回路两端电压的上升率不同，但在该模式下，最终的运行状态是，当CJG1和CJG两端电压等于DZ1的数值时，DZ1被击穿，此后M1漏极和源极以及R1C1串联回路两端电压被DZ1钳位到固定数值，即M1的耐压由DZ1击穿电压决定。如果高压直流电压很高，DZ2～DZ5会陆续被击穿，即CJG2～CJG5也将会继续被钳位，该过程可以保证SiCMOSFET和各SiCJFET的承受耐压在器件额定值范本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，其特征在于：包括MOSFET、N个JFET、N个JFET驱动电路、混合高压器件的源极、混合高压器件的栅极以及混合高压器件的漏极；MOSFET的源极与混合高压器件的源极连接，MOSFET的栅极与混合高压器件的栅极连接，N个JFET依次串联，第i个JFET的漏极与其相邻的第i+1个JFET的源极连接，i为整数，0<i<N，第1个JFET的源极与MOSFET的漏极连接，第N个JFET的漏极与混合高压器件的漏极连接；N个JFET驱动电路依次串联，第i个JFET驱动电路的输出端与其相邻的第i+1个JFET驱动电路的输入端连接，第1个JFET驱动电路的输入端与混合高压器件的栅极连接，N个JFET驱动电路的输出端分别与N个JFET的栅极连接。

【技术特征摘要】
1.基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，其特征在于：包括MOSFET、N个JFET、N个JFET驱动电路、混合高压器件的源极、混合高压器件的栅极以及混合高压器件的漏极；MOSFET的源极与混合高压器件的源极连接，MOSFET的栅极与混合高压器件的栅极连接，N个JFET依次串联，第i个JFET的漏极与其相邻的第i+1个JFET的源极连接，i为整数，0<i<N，第1个JFET的源极与MOSFET的漏极连接，第N个JFET的漏极与混合高压器件的漏极连接；N个JFET驱动电路依次串联，第i个JFET驱动电路的输出端与其相邻的第i+1个JFET驱动电路的输入端连接，第1个JFET驱动电路的输入端与混合高压器件的栅极连接，N个JFET驱动电路的输出端分别与N个JFET的栅极连接。2.根据权利要求1所述的基于碳化硅MOSFET和JFET的混合高压器件，其特征在于：还包括MOSFET驱动电阻和N个JFET驱动电阻；MOSFET驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪喜军，李先允，韩焕菊，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32