一种高效功率半导体组合器件制造技术

本发明专利技术公开一种高效功率半导体组合器件，包括MOS管、IGBT管和DIODE管，MOS管、IGBT管和DIODE管相互并联。MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极相连，MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极相连。与现有技术相比，本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术将MOS管、IGBT管和DIODE管三者并联，可以发挥三者的优点而避开三者的缺点，可以明显降低器件损耗，提高变换器的效率。此外，本电路复合器件适用范围广泛，可以使用于现在Si IGBT或者SiC MOSFET器件成熟使用的场合，例如BUCK、BOOST、APFC、INVERTER、DC/DC变换器等电能变换器。

【技术实现步骤摘要】
一种高效功率半导体组合器件
本专利技术为电力电子器件应用领域，具体涉及一种由MOS管、IGBT管和DIODE管三者并联的高效功率半导体组合器件。
技术介绍
随着半导体集成电路的发展，各种晶体管成为非常重要的电子元件，在这之中，MOS管、IGBT管与DIODE管由于其良好的性能受到了越来越多的关注。IGBT管具有高反向耐压和大电流特性，但是对驱动电路要求很严格，并且不适合工作在高频场合，一般IGBT管的工作频率为20kHz以下。MOS管具有工作频率高且耐高温能力强，同时又具有通态电阻低和开关损耗小等特点，是高频高压场合功率密度提高和效率提高的应用趋势，但是，MOS管相对于IGBT管导通内阻高，这就限制了它的应用。因此获得一种开关速度快且开关损耗小的电路组合器件十分重要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高效功率半导体组合器件，包括MOS管、IGBT管和DIODE管，MOS管、IGBT管和DIODE管相互并联。MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极相连，MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极相连。MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极通过低感导线相连、或通过集成电路板相连、或直接相连。MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极通过低感导线相连、或通过集成电路板相连、或直接相连。MOS管的栅极和IGBT管的门极形成高效功率半导体组合器件的驱动端。MOS管与IGBT管错时驱动，且MOS管优先于IGBT管开通。或采用MOS管和IGBT管同时驱动。作为复合器件的驱动端，MOS管的栅极和IGBT管的门极并不相连，而是分别与其他电子元件相连，这样才能实现本专利技术的错时驱动或同时驱动。MOS管、IGBT管和DIODE管集成封装，使得本专利技术更适合工业化生产。上述MOS管为SiCMOSFET管，IGBT管为SiIGBT管，DIODE管为SiCDIODE管。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：IGBT具有如下优点：高输入阻抗，电压控制，驱动功率小，开关速度快，工作频率可达10～40kHz，饱和压降低，电压电流容量较大，安全工作区宽。SiCMOSFET管不存在开启电压，所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。SiCMOSFET管具有工作频率高且耐高温能力强，同时又具有通态电阻低和开关损耗小等特点。在电路系统中，温度每升高10℃，系统失效的可能性就会加倍，过高的功率器件的温升甚至会导致整个电源的热失效，应用SiCDIODE管能降低系统工作温度，提升系统可靠性，同时由于SiCDIODE管的正向导通压降低于SiCMOSFET管的反并联二极管的正向导通压降，且SiCDIODE管的反向恢复特性明显好于SiIGBT管的反并联二极管的反向恢复特性，所以能显著降低器件的工作损耗。因此本专利技术将MOS管、IGBT管和DIODE管三者并联，可以发挥三者的优点而避开三者的缺点，可以明显降低器件损耗，提高变换器的效率。此外，本电路复合器件适用范围广泛，可以使用于现在SiIGBT或者SiCMOSFET器件成熟使用的场合，例如BUCK、BOOST、APFC、INVERTER、DC/DC变换器等电能变换器。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术错时驱动示意图；图3为本专利技术同时驱动示意图；图4为投入使用时本专利技术组合器件A2中DIODE管D1续流期间工作示意图；图5为投入使用时本专利技术组合器件A1中MOS管Q1开通期间工作示意图；图6为本专利技术组合器件中DIODE管反向恢复电流与传统DIODE管反向恢复电流的对比示意图；附图标记：Q1-MOS管；Q2-IGBT管；D1-DIODE管。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，从而对本专利技术要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本专利技术的某些具体实施例对本专利技术进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本专利技术构思的某些具体实施方式仅是本专利技术的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本专利技术，各具体特征并不当然、直接地限定本专利技术的实施范围。参阅附图所示，本专利技术采用以下技术方案，一种高效功率半导体组合器件，包括MOS管、IGBT管和DIODE管，MOS管、IGBT管和DIODE管相互并联。MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极相连，MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极相连。MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极通过低感导线相连、或通过集成电路板相连、或直接相连。MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极通过低感导线相连、或通过集成电路板相连、或直接相连。MOS管的栅极和IGBT管的门极形成高效功率半导体组合器件的驱动端。作为复合器件的驱动端，MOS管的栅极和IGBT管的门极并不相连，而是分别与其他电子元件相连，这样才能实现本专利技术的错时驱动或同时驱动。上述MOS管为SiCMOSFET管，IGBT管为SiIGBT管，DIODE管为SiCDIODE管。(一)错时驱动：是指SiCMOSFET管优先于SiIGBT管开通，利用了SiCMOSFET管低开关损耗的特点，当SiCMOSFET管完全导通后再导通SiIGBT管，这样SiIGBT管的发射极和集电极之间电压为零，可以无损耗开通，即软开通。SiIGBT管优先于SiCMOSFET管关闭，这样SiIGBT管的发射极和集电极之间电压为零，可以无损耗关断，即软关断，如图2所示：T0时刻：驱动SiCMOSFET管开通，利用SiCMOSFET管低开关损耗的特点。T0～T1阶段：SiCMOSFET管导通，为SiIGBT管形成零电压开关条件。T1时刻：SiCMOSFET管已经完全导通，SiIGBT管发射极E和集电极C之间已经形成零电压，此时驱动SiIGBT管开通，形成事实上的零电压开通，作用类似于软开关，开通损耗极低。T1-T2阶段：SiIGBT管和SiCMOSFET管已经导通，选择导通压降低的SiIGBT管，避免了SiCMOSFET管导通内阻高的缺点，进一步降低电力变换的损耗。T2时刻：关闭SiIGBT管的驱动，使IGBT零电压关断。T2-T3阶段：SiIGBT管零电压关闭，几乎没有损耗。T3时刻：关闭SiCMOSFET管的驱动，利用SiCMOSFET管低开关损耗的特点。T3-T4阶段：本专利技术高效功率半导体组合器件关闭阶段。T4时刻：即为下一个开关周期开始，同T0。(二)同时驱动：是指SiCMOSFET管与SiIGBT管同步开通和关闭，如图3所示：T0时刻：驱动SiCMOSFET管和SiIGBT管开通。T0-T1阶段：本专利技术高效功率半导体组合器件导通阶段；T1时刻：关闭驱动；T1-T2阶段：本专利技术高效功率半导体组合器件关闭阶段；T2时刻：即为下一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效功率半导体组合器件，其特征在于：包括MOS管、IGBT管和DIODE管，所述MOS管、IGBT管和DIODE管相互并联。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效功率半导体组合器件，其特征在于：包括MOS管、IGBT管和DIODE管，所述MOS管、IGBT管和DIODE管相互并联。


2.根据权利要求1所述的高效功率半导体组合器件，其特征在于：所述MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极相连，MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极相连。


3.根据权利要求2所述的高效功率半导体组合器件，其特征在于：所述MOS管的漏极、IGBT管的集电极和DIODE管的阴极通过低感导线相连、或通过集成电路板相连、或直接相连。


4.根据权利要求3所述的高效功率半导体组合器件，其特征在于：所述MOS管的源极、IGBT管的发射极和DIODE管的阳极通过低感导线相连、或通过集成电路板相连、或直接相连。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王一鸣，张波，魏万腾，
申请(专利权)人：锦浪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33