具有非负温度系数的宽带隙双极可关断闸流管和相关控制电路制造技术

一种电子器件，包括具有阳极、阴极和栅极端子的宽带隙闸流管，和具有基极、集电极和发射极端子的宽带隙双极晶体管。所述双极晶体管的发射极端子直接耦接到所述闸流管的阳极端子，从而所述双极晶体管和所述闸流管串联。所述双极晶体管和所述闸流管限定了宽带隙双极功率开关器件，其构造为在非导通状态和导通状态之间切换，该导通状态允许电流在对应于所述双极晶体管的集电极端子的第一主端子和对应于所述闸流管的阴极端子的第二主端子之间流动，以响应于施加到所述双极晶体管基极端子的第一控制信号和施加到所述闸流管栅极端子的第二控制信号。还讨论了相关的控制电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】美国政府利益的声明本专利技术是在美国陆军研究实验室合同号No.W911NF-04-2-0022的政府支持下开发的。政府对本专利技术具有特定权利。
本专利技术涉及功率半导体器件，并且更具体地，涉及包括功率开关器件的装置和电路。
技术介绍
功率器件广泛用于传递大电流并支撑高电压。现代功率器件一般由单晶硅半导体材料制造。功率器件的一种类型是闸流管。闸流管是一种双稳态功率半导体器件，其可从非导通的“关”状态切换到导通的“开”状态，反之亦然。例如闸流管、高功率双极结晶体管(“HPBJT”)，或功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)的功率半导体器件为能够控制或通过大量电流并阻断高电压的半导体器件。闸流管已为人所熟知，其一般具有三个端子：阳极、阴极和栅极。当在闸流管栅极端子处接收到电流脉冲时可激励闸流管以便在其阳极及阴极端子之间传导电流。更具体地，可通过横跨栅极和阴极施加短路电流脉冲来接通闸流管。一旦闸流管接通，栅极可失去其关断器件的控制力。可通过横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.08 US 12/4379291.一种电子器件，包括：
具有阳极、阴极和栅极端子的宽带隙闸流管；和
具有基极、集电极和发射极端子的宽带隙双极晶体管，所述双极
晶体管的发射极端子耦合到所述闸流管的阳极端子，
其中，所述双极晶体管和所述闸流管限定宽带隙双极功率开关器
件，所述宽带隙双极功率开关器件构造为在非导通状态和导通状态之
间切换，使得电流在所述双极晶体管的集电极端子和所述闸流管的阴
极端子之间流动，以响应于施加到所述双极晶体管基极端子的第一控
制信号及响应于施加到所述闸流管栅极端子的第二控制信号。
2.如权利要求1所述的电子器件，进一步包括：
控制电路，其构造为产生所述第一及第二控制信号，将所述第一
控制信号提供给所述闸流管的栅极端子，及将所述第二控制信号提供
给所述双极晶体管的基极端子，以便将所述双极功率开关器件切换到
导通状态使得负载电流在所述双极晶体管的集电极端子和所述闸流
管的阴极端子之间流动，
其中，还将所述控制电路构造成将所述闸流管的栅极端子耦接到
所述双极晶体管的集电极端子，使得所述负载电流被换向到所述闸流
管的栅极端子，以将所述双极功率开关器件切换到非导通状态。
3.如权利要求2所述的电子器件，其特征在于，所述控制电路包
括：
第一电压源，其构造为产生将所述双极晶体管切换到导通状态的
所述第一控制信号；
第二电压源，其构造为产生将所述闸流管切换到导通状态的所述
第二控制信号；
第一开关元件，其构造为将所述第一电压源耦接到所述双极晶体
管的基极端子以向其提供所述第一控制信号；
第二开关元件，其构造为将所述第二电压源耦接到所述闸流管的
栅极端子以向其提供所述第二控制信号；和
第三开关元件，其构造为将所述闸流管的栅极端子耦接到所述双
极晶体管的集电极端子。
4.如权利要求2所述的电子器件，其特征在于，所述控制电路包
括：
耦接到所述闸流管的栅极端子上的第一开关元件；
反相驱动器器件，其构造为将所述第一控制信号提供给所述双极
晶体管的基极端子，且构造为切换所述第一开关元件以将所述第二控
制信号提供给所述闸流管的栅极端子；
耦接在所述闸流管的栅极端子和所述双极晶体管的集电极端子
之间的第二开关元件；和
非反相驱动器器件，其构造为切换所述第二开关元件以将所述闸
流管的栅极端子耦接到所述双极晶体管的集电极端子。
5.如权利要求4所述的电子器件，其特征在于：
所述第一开关元件包括宽带隙金属氧化物半导体(MOS)晶体管，
其具有耦接到所述闸流管的栅极端子的源/漏极端子和耦接到所述反
相驱动器器件的输出的栅极端子；和
所述第二开关元件包括宽带隙换向双极晶体管，其具有耦接到所
述双极晶体管的集电极端子的集电极端子、耦接到所述闸流管的栅极
端子的发射极端子，和耦接到所述非反相驱动器器件的输出的基极端
子。
6.如权利要求5所述的电子器件，其特征在于，所述控制电路进
一步包括：
光触发驱动器器件，其构造为响应于施加到其的光而提供输出信
号，
其中，所述反相驱动器器件和非反相驱动器器件耦接到所述光触
发驱动器器件的输出，
其中，所述反相驱动器器件构造为在光施加到所述光触发驱动器
器件时，为所述双极晶体管的基极端子提供所述第一控制信号，并且
将所述MOS晶体管切换到导通状态以将所述第二控制信号提供给所
述闸流管的栅极端子，
以及其中，非反相驱动器器件构造为在光未施加到所述光触发驱
动器器件上时，将所述换向双极晶体管切换到导通状态以将第一双极
晶体管的集电极端子耦接到所述闸流管的栅极端子。
7.如权利要求2所述的电子器件，其特征在于，所述控制电路进
一步包括：
耦接在所述闸流管的栅极端子和所述双极晶体管的集电极端子
之间的旁路级，所述旁路级构造为当所述双极晶体管的集电极端子和
所述闸流管的阴极端子之间的电流超过预定水平时在其间传导电流，
以便将所述双极功率开关器件切换到非导通状态。
8.如权利要求7所述的电子器件，其特征在于，所述旁路极包括
齐纳二极管，其被构造为在所述双极晶体管的集电极和所述闸流管的
栅极之间的电压降超过所述齐纳二极管的击穿电压时导通。
9.如权利要求8所述的电子器件，其特征在于，所述旁路级进一
步包括换向双极二极管，其具有耦接到所述双极晶体管的集电极端子
的集电极端子、耦接到所述闸流管栅极端子的发射极端子、和耦接到
所述齐纳二极管的基极端子，
其中，所述换向双极晶体管构造为响应所述齐纳二极管的导通而
切换到导通状态从而为所述闸流管的栅极端子提供负载电流，并且将
所述双极功率开关器件切换到非导通状态。
10.如权利要求7所述的电子器件，其特征在于，所述旁路级包

【专利技术属性】
技术研发人员：张清纯，J·T·里奇蒙德，R·J·卡拉南，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：