本发明专利技术描述了一种半桥，所述半桥具有至少一个晶体管，所述晶体管具有能够处于第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式的沟道，所述第一工作模式在至少一个方向上阻挡基本电压，所述第二工作模式在一个方向上通过该沟道传导基本电流，所述第三工作模式在相反方向上通过该沟道传导基本电流。所述半桥可具有带有这样的晶体管的两个电路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及桥式电路及其组成元件。
技术介绍
桥式电路用于很广泛的应用中。图1示出了用于电机驱动的典型三相桥式电路。 电路10中的三个半桥15、25、35各自包括两个开关(61-66)，所述开关能够在一个方向上 阻挡电流，并且能够在双方向上传导电流。由于通常用在电源电路中的晶体管(41-46)固 有地无法反向传导电流，所以电路10中的开关61-66中的每一个包括反并联到续流二极管 51-56的晶体管(41-46)。晶体管41-46各自能够在其偏置为截止状态时，阻挡至少与电路 10的高压(HV)源一样大的电压，并且二极管51-56各自能够在其反向偏置时，阻挡至少与 电路10的高压(HV)源一样大的电压。理想地，二极管51-56具有良好的开关特性以最小 化开关过程中的瞬变电流，因此通常使用肖特基二极管。晶体管41-46可以是增强型(常 闭，Vth>0)，即E型，或者是耗尽型(常开，乂&<0)，即0型器件。在电源电路中，通常使 用增强型器件来防止意外导通，以避免对器件或其他电路元件造成损害。节点17、18和19 全部经电感负载彼此耦接，即诸如电机线圈(图1中未示出)的电感元件。图2a示出图1中的全3相电机驱动的半桥15，和节点17和18之间的电机绕组 (电感元件21)以及电机电流馈送到其中的开关64。对于电源的这一相，晶体管44持续导 通(Vgs44 > Vth)，晶体管42持续截止(Vgs42 < Vth，即，如果使用增强型晶体管，Vgs42 = 0V)， 而晶体管41则以脉宽调制(PWM)信号来调制以实现所需电机电流。图2b是图2a中示图 的简化版本，其示出了晶体管41偏置为导通期间电流路径27。对于这一偏置，电机电流流 过晶体管41和44，而因为晶体管42偏置为截止并且二极管52反向偏置，所以没有电流流 过开关62。参照图2c，在晶体管41偏置为截止期间，没有电流能够流过晶体管41或二极 管51，因此电机电流流过二极管52。在这部分操作期间，电感元件21强制节点17处的电 压为足够负的值，以导致二极管52导电。目前，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通常用在高功率桥式电路中，硅M0S晶体管 (也称作M0SFET)用在低功率应用中。传统的IGBT固有地仅在一个方向导电，因此需要续 流二极管以便于带有IGBT的开关正确操作。标准M0S晶体管固有地包含反并联寄生二极 管。如从图3a看到的，如果M0S器件50的栅极和源极偏置在相同的电压，漏极偏置在较低 电压，例如当晶体管41截止时晶体管42中所发生的(图2c)，则寄生二极管60阻止本征 M0S晶体管71导通。因此，反向电流路径37穿过寄生二极管60。由于寄生二极管60固有 地具有差的开关特性，所以当M0S器件50导通或截止时，寄生二极管60经历大的瞬变。为了彻底防止寄生二极管60导通，经常采用图3b所示的3元件解决方案。在图 3b中，二极管69被添加到开关以防止任何电流流过寄生二极管60，并且添加肖特基二极管 68以在电流在图3b所示方向流动(即，从M0S器件50的源极侧流向漏极侧)期间输送电 流。
技术实现思路
描述了一种半桥，所述半桥包括至少一个晶体管，所述晶体管具有能够处于第一 工作模式、第二工作模式和第三工作模式的沟道，所述第一工作模式在至少一个方向上阻 挡基本电压，所述第二工作模式在所述至少一个方向上穿过沟道传导基本电流，所述第三 工作模式在相反方向上穿过沟道传导基本电流。描述了一种操作电路的方法，所述电路包括半桥电路级，所述半桥电路级包括第 一晶体管、第二晶体管和电感元件，其中所述电感元件耦接在第一晶体管和第二晶体管之 间，第一晶体管在电压源与第二晶体管之间，第二晶体管在地与第一晶体管之间。第一晶体 管偏置为导通，第二晶体管偏置为截止，从而允许电流流过第一晶体管和电感元件、并且阻 挡了跨越第二晶体管的电压。第一晶体管被改变为截止偏置，从而允许电流流过第二晶体 管和电感元件、并且导致第二晶体管处于二极管模式。描述了一种操作电路的方法，所述电路包括电感元件和半桥，所述半桥包括第一 晶体管和第二晶体管，其中电感元件耦接在第一晶体管和第二晶体管之间，第一晶体管耦 接到电压源，第二晶体管耦接到地。第一晶体管偏置为截止，第二晶体管偏置为导通，从而 允许电流流过电感元件并且流过第二晶体管，其中第一晶体管阻挡第一电压。第二晶体管 被改变为截止偏置，从而导致第一晶体管工作在二极管模式下以输送续流电流、并且导致 第二晶体管阻挡第二电压。本文所述的器件和方法的实施例可包括以下特征中的一个或多个。所述半桥可 包括至少两个晶体管，并且每个晶体管都可被构造为用作开关晶体管以及用作反并联二极 管。桥式电路可由本文所述半桥形成。栅极驱动电路可被构造为独立地控制每个晶体管的 栅极电压。所述晶体管可以是桥式元件的第一晶体管，所述桥式元件还可包括第二晶体管。 第一晶体管的栅极可电连接到第二晶体管的源极，并且第一晶体管的源极可电连接到第二 晶体管的漏极。第一晶体管可以是耗尽型器件，而第二晶体管可以是增强型器件。第一晶 体管可以是高压器件，而第二晶体管可以是低压器件。第一晶体管可被构造为阻挡至少等 于电路高压的电压。第二晶体管可被构造为阻挡至少等于第一晶体管的阈值电压的电压。 第二晶体管可被构造为阻挡大约为所述阈值电压两倍的电压。第一晶体管可以是高压耗 尽型晶体管，并且第二晶体管可以是低压增强型晶体管。第一晶体管可以是III-N HEMT或 SiCJFET。第二晶体管可以是III-N HEMT。第二晶体管可以是氮面III-NHEMT。第二晶体管 可以是硅基或SiC基器件。第二晶体管可以是垂直硅M0SFET或SiC JFET或SiC M0SFET。 所述半桥可包括至少两个桥式元件。第二晶体管可包括寄生二极管，并且所述半桥包括并 联到所述寄生二极管的低压二极管。所述低压二极管可被构造为阻挡至少如第二晶体管一 样的电压。所述低压二极管具有比所述寄生二极管的导通电压低的导通电压。所述半桥可 包括低压二极管，其中所述低压二极管被构造为阻挡比电路高压低的最大电压。所述半桥 可由两个晶体管组成，其中所述晶体管各自为FET、HEMT、MESFET或JFET器件。所述两个晶 体管可以是增强型晶体管。所述晶体管可以是增强型III-N晶体管或SiC JFET晶体管。所 述晶体管可以是氮面III-N HEMT。所述两个晶体管可具有至少2V的阈值电压。所述两个 晶体管可具有从源极到漏极的0. 5至2eV的内势垒。所述两个晶体管可具有小于5mohm-Cm2 的导通电阻以及至少600V的击穿电压。所述两个晶体管可具有小于lOmohm-cm2的导通电 阻以及至少1200V的击穿电压。每个半桥的两个晶体管之间可存在节点，每个节点都可经由电感负载彼此耦接。本文所述的包括半桥的桥式电路可不含二极管。所述半桥可不含二 极管。在将第一晶体管改变为截止偏置之后，第二晶体管可被改变为导通偏置。将第一晶 体管改变为截止偏置的步骤与将第二晶体管改变为导通偏置的步骤之间的时间可足以防 止从高压源至地的直通电流。将第二晶体管改变为截止偏置的步骤与将第一晶体管改变为 导通偏置的步骤之间的时间可足以防止从本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯霍尼亚，吴毅锋，
申请(专利权)人：特兰斯夫公司，
类型：发明
国别省市：US
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