本申请提供了一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构，该开关结构由两条并联支路构成，第一条电流支路为SiC MOSFET，第二条电流支路为Si IGBT与低压Si MOSFET串联结构。该混合开关结构相较于现有的SiC MOSFET混合Si IGBT开关结构，增加了一个低压Si MOSFET，器件成本基本没有增加，混合开关结构中的电流大部分流经IGBT，可靠性更高，同时也解决了IGBT关断拖尾电流的问题。也解决了IGBT关断拖尾电流的问题。也解决了IGBT关断拖尾电流的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构
[0001]本申请涉及半导体器件
，具体涉及一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构。
技术介绍
[0002]近年来，随着智能电网、新能源汽车、全电飞机等领域的高速发展，对电力电子器件提出了高频、低损耗、高效和高功率密度等要求。Si IGBT因自身材料特性和电力电子器件结构的限制，其开关频率极限值在20 kHz以下，显然无法满足现代电力电子装置的需求。以SiC MOSFET为代表的第三代半导体功率器件具有开关速度快、反向耐压高、开关损耗小和芯片热导率高等优点，但是目前受制作工艺的限制，SiC MOSFET的制造成本仍然居高不下，并且SiC MOSFET的功率等级明显小于IGBT，只能应用于部分中小功率场合。将Si IGBT和SiC MOSFET并联组成的SiC/Si的混合器件，可以充分发挥SiC MOSFET的高频、高耐压等优点和Si IGBT低导通损耗、高功率等级和低成本等优势。一些研究表明，SiC MOSFET混合SiIGBT的器件可以实现更高的效率和功率密度，同时也可以降低系统成本和体积。因此，SiC MOSFET混合Si IGBT有望成为未来电力电子器件领域的主流技术。
[0003]现有的开关结构主要使用单一类型的器件，在一些小功率消费级电力电子器件领域主要使用Si MOSFET，而在大中功率的工业生产制造中，则主要使用Si IGBT。而在目前较为火热的新能源汽车领域，由于其应用场景需要经受高温、强电磁辐射和高频的挑战，因此一般使用SiC MOSFET，而为降低SiC MOSFET器件的成本以及提高整个开关结构的坚固性，有研究提出SiC MOSFET和Si IGBT的混合开关结构。
[0004]现有技术存在如下缺点：（1）纯IGBT结构，器件的开关损耗较大，并且存在拖尾电流现象，因此开关频率较低。纯Si MOSFET结构，单颗器件的最大耐压不超过800V，无法应用于高压场合。纯SiC MOSFET结构，器件的成本过高；（2）SiC MOSFET混合Si IGBT结构，本质上没有解决IGBT拖尾电流的问题，开关的极限工作频率还是受其限制，并且在SiC MOSFET关闭的瞬间，Si IGBT上会感生出瞬间的电流尖峰。
技术实现思路
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提出了一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构，该开关结构由两条并联支路构成，第一条电流支路为SiC MOSFET，第二条电流支路为Si IGBT与低压Si MOSFET串联结构。该开关结构具有开关速度快，成本低、开关损耗和导通损耗低等优点。本专利技术所采用的技术方案如下：一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构，所述混合开关结构包括并联的两条电流支路，第一条电流支路由场效应管Q1与二极管D1并联组成，第二条电流支路由场效应管Q2和二极管D2并联、场效应管Q3和二极管D3并联，然后串联构成。
[0006]进一步的，该混合开关结构中Q1为1200V或者1700V的SiC MOSFET，Q2为与SiC MOSFET相同电压等级的Si IGBT，Q3为与Q2相同电流等级的低压Si MOSFET。
[0007]进一步的，Q1的额定电流为Q2的1/3至1/2。
[0008]进一步的，D1、D2和D3是与Q1、Q2和Q3电压和电流等级相匹配的快恢复二极管。
[0009]进一步的，在t0
‑
t1阶段，Q1、Q2和Q3在t0时刻将同时接受驱动回路的开启信号，两条电流支路共同承担负载电流，待Q1、Q2和Q3完全导通后，第一条电流支路和第二条电流支路的电流占比为1:2至1:3。
[0010]进一步的，在t1
‑
t2阶段，Q3在t1时刻开始关断，第二条电流支路开始向第一条电流支路转移，由于此时Q1一直处于开通状态，则Q2为零电压关断。
[0011]进一步的，在t2
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t3阶段，Q2在t2时刻开始关断，由于之前第二条电流支路的Q3已经关断，而Q1还处于导通状态，则Q3为零电压、零电流关断。
[0012]进一步的，在t3
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t4阶段，Q3在t3时刻开始关断，当Q3关断后，整个混合开关结构也将完全关断。
[0013]进一步的，三个器件关断信号发送的先后顺序为Q3、Q2、Q1。
[0014]进一步的，关断信号之间的时间间隔为0.2us到0.3us。
[0015]通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：（1）所提出的混合开关结构相较于现有的纯IGBT开关结构，其开关损耗有大幅度降低，开关频率更高。所提出的混合开关结构相较于现有的纯Si MOSFET开关结构，其额定工作电压更高，应用场合更加广泛；（2）所提出的混合开关结构相较于现有的纯SiC MOSFET开关结构，其器件成本有幅度降低，并且混合开关结构中的电流大部分流经IGBT，所以提出的混合开关结构的可靠性也更高。所提出的混合开关结构相较于现有的SiC MOSFET混合Si IGBT开关结构，增加了一个低压Si MOSFET，器件成本基本没有增加，但是解决了IGBT关断拖尾电流的问题。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为混合开关结构示意图；图2为Si /SiC混合开关结构的电流分配示意图；图3为SiC MOSFET、Si IGBT混合开关结构关断过程中的电压、电流波形图；图4为SiC MOSFET、Si IGBT与Si MOSFET混合开关结构关断过程中的电压、电流波形图；图5为混合开关结构中器件开关顺序示意图。
具体实施方式
[0018]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019]图1为混合开关结构示意图。该混合开关结构中Q1为1200V或者1700V的SiC MOSFET，Q2为与SiC MOSFET相同电压等级的Si IGBT，Q3为与Q2相同电流等级的低压Si MOSFET；其中，Q1的额定电流为Q2的1/3至1/2；D1、D2和D3是与Q1、Q2和Q3电压和电流等级相匹配的快恢复二极管；所述混合开关结构包括并联的两条电流支路，第一条电流支路由Q1与D1并联组成，第二条电流支路由Q2和D2并联、Q3和D3并联，然后串联构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构，其特征在于，所述混合开关结构包括并联的两条电流支路，第一条电流支路由场效应管Q1与二极管D1并联组成，第二条电流支路由场效应管Q2和二极管D2并联、场效应管Q3和二极管D3并联，然后串联构成。2.根据权利要求1所述的混合开关结构，其特征在于，该混合开关结构中Q1为1200V或者1700V的SiC MOSFET，Q2为与SiC MOSFET相同电压等级的Si IGBT，Q3为与Q2相同电流等级的低压Si MOSFET。3.根据权利要求2所述的混合开关结构，其特征在于，Q1的额定电流为Q2的1/3至1/2。4.根据权利要求2所述的混合开关结构，其特征在于，D1、D2和D3是与Q1、Q2和Q3电压和电流等级相匹配的快恢复二极管。5.根据权利要求1所述的混合开关结构，其特征在于，在t0
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t1阶段，Q1、Q2和Q3在t0时刻将同时接受驱动回路的开启信号，两条电流支路共同承担负载电流，待Q...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈显平，钱靖，
申请(专利权)人：重庆平创半导体研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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