[發明專利]使用多個電流決定開關模式操作混合功率器件的方法和系統

有效

• 申請號: 201580049549.2
• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN107078732B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 趙鐵夫;何降彪;維賈伊·巴華拉朱;楊孟斌本
• 申請（專利權）人: 伊頓智能動力有限公司
• 主分類號: H03K17/12
• 分類號: H03K17/12;H03K17/567
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

優先權申請引用

本申請要求于2014年7月24日提交的美國臨時專利序列號62/028,349和于2014年7月24日提交的美國臨時申請序列號62/028,354的優先權。

技術領域

本發明涉及集成電路器件，并且更具體地涉及用于功率開關應用的集成電路器件和操作該器件的方法。

背景技術

對于許多大功率應用，寬帶隙(WBG)功率器件(諸如SiC和GaN功率器件)可以提供相對于Si功率器件的優越的性能特征。例如，如在J.Burm等人在Journal of Semiconductor Technology and Science，Vol.6，No.3，pp.175-182，September(2006)上發表的名稱為“Wide Band-Gap FETs for High Power Amplifiers”的文章中公開的，具有在從大約2eV到大約6eV的范圍內的帶隙能量等級的寬帶隙半導體材料可以用來為功率放大器中的大功率生成提供高擊穿電壓，并為更好的隔離提供低介電常數和低耦連。類似的，如J.Reed等人在Vehicle Power and Propulsion Conference(VPPC)，2010IEEE，September 1-3(2010)上發表的名稱為“Modeling Power Semiconductor Losses in HEV Powertrains using Si and SiC Devices”的文章中公開的，碳化硅(SiC)功率器件相比傳統的基于硅的器件可能具有潛在的好處，特別是在大功率電子變換器中。

體現寬帶隙半導體的大功率開關的示例在以下文件中公開：Sankin等人的美國專利號7,556,994和7,820,511(其圖解說明常閉垂直JFET集成功率開關)；Kitabatake等人的美國專利號7,230,273(其描述并聯連接以提高器件產出的多個寬帶隙開關元件)，以及Lidow等人的美國專利號8,017,978(其圖解說明串聯連接的不同類型的多個功率器件)。這些SiC和其它寬帶隙功率器件可以通過在較高的開關頻率和溫度下操作提供更大的功率轉換效率和功率密度。然而，排他性地具有SiC器件的所有SiC大功率變換器會顯著提高半導體器件成本，特別是如果功率變換器需要滿足任何過載要求，并且半導體器件根據過載要求確定尺寸。例如，在不間斷電源(UPS)應用中，通常，過載性能是150％過載10秒到60秒，200％過載10到20個周期(具有電流極限)。

為了解決此過高的成本問題并滿足過載要求，較高和較低成本的器件可以并聯在一起作為混合器件，這能夠更全面地利用各個器件的正面特征中的每一個，使得可以以較低的總成本實現較高功率額定值。這些混合器件的示例在由Jih-Sheng Lai等人在IEEE Transactions on Industry Applications，Vol.50，No.3，May/June(2014)上發表的名稱為“A Hybrid-Switch-Based Soft-Switching Inverter for Ultrahigh-Efficiency Traction Motor Drives”、Pengwei Sun等人在IEEE Transactions on Industry Applications，Vol.48，No.3，May/June(2012)上發表的名稱為“A 55-kW Three-Phase Inverter Based on Hybrid-Switch Soft-Switching Modules for High-Temperature Hybrid Electric Vehicle Drive Application”的文章中公開。還有另外的混合功率器件在名稱為“Hybrid Power Devices and Switching Circuits for High Power Load Sourcing Applications”的共同受讓的美國公布申請號2014/0185346中公開，其公開內容通過引用被并入本文中。盡管有這些器件，但為了更高的性能和效率以及更低的總成本，仍然需要操作混合功率器件的更高效的方法。

發明內容