[發明專利]一種基于光伏應用的NEXFET旁路開關

有效

• 申請號: 201610171548.1
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105703756B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 劉建;劉青;稅國華;張劍喬
• 申請（專利權）人: 重慶中科渝芯電子有限公司
• 主分類號: H03K17/74
• 分類號: H03K17/74;H01L31/042
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

本發明公開了一種基于光伏應用的NEXFET旁路開關，由N溝道的具有超低導通壓降的NEXFET、驅動控制模塊和電容組成，NEXFET為核心部分，C+接電容正端，C?接電容負端，G接NEXFET柵級，D?接NEXFET陽極，D+接NEXFET陰級，該電路具有旁路開關能力。其基本工作原理類似于肖特基二極管，電容和驅動控制模塊用于NEXFET的驅動控制，而功率NEXFET器件作為光伏電池元胞的旁路開關，當光伏電池元胞中出現熱點時，電流就會經旁路開關流過而不會阻斷，在一切都正常的情況下旁路開關不會起作用的。本發明旁路二極管具有極低的導通壓降，反向漏電流更小，功耗更低，溫度特性更好，壽命更長和特性更穩定。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及半導體器件及制造工藝，尤其設計一種基于光伏應用的NEXFET旁路開關。

背景技術

隨著太陽能的廣泛應用，光伏電池等太陽能相關產業發展迅速。其中光伏板就是由一系列的光伏電池元胞組成。在最佳條件下，所有的細胞都同樣輻照和作用在同一電流水平。然而，在正常操作下一些電池元胞可能會有部分陰影或模糊的。和完全輻照元胞相比這些陰影元胞限制電流產生，在極端的情況下，這些元胞被完全遮蔽了，電流被阻斷。在這種情況下陰影元胞就像一個負載，輻照元胞產生的電流導致過電壓產生，其值完全可以達到擊穿閾值。這種現象被稱作一個“熱點”，會導致陰影元胞的過熱，在某些情況下，甚至永久損傷導致漏電。為了防止熱點的出現，因此，旁路二極管并聯連接于元胞中，可以很好地解決這種情況，如圖1。本發明所提供的就是一種基于光伏應用的旁路開關。

發明內容

本發明提出一種具有極低的正向導通壓降，更小的反向漏電流，更低的功耗，更長的壽命和更穩定的特性的NEXFET旁路開關。

為實現上述目的，本發明提供了一個由1只N溝道的NEXFET、一個驅動控制模塊和一個電容C1構成的電路結構，電容C1和驅動電路控制NEXFET的門極驅動，該電路具有旁路開關的作用。所述的結構制作在一塊n型單晶硅上，既可以把電路全部集成在一起，也可以實現單獨連接。NEXFET作為核心部分，其陽極與陰極之間寄生并聯一個二極管；所述驅動控制模塊的C+端接電容C1正端，C-端接電容C1負端，G接NEXFET柵級，D-接NEXFET陽極，D+接NEXFET陰級，構成了本發明的整個電路結構，具體參見圖3。

本發明的最重要之處是利用受驅動電路控制的NEXFET的特點來代替肖特基二極管實現旁路開關。NEXFET不僅可以將品質因數(Q_g*R_on)與trench-MOS相比提高兩倍以上，其寄生的二極管還可以將LDMOS的漏源壓降鉗位到二極管的擊穿電壓，這樣LDMOS就不會出現雪崩擊穿事件。

本發明的工作原理是：其工作原理類似于肖特基二極管，作為光伏電池元胞的旁路開關，當光伏電池元胞中出現熱點時，電流就會經旁路開關流過而不會阻斷，而在光伏電池一切都正常的情況下，旁路開關不會起作用，處于關斷狀態。在電流流經旁路開關時，首先NEXFET處于關斷狀態，電流流經寄生的二極管，振蕩器開始工作，配合電荷泵將寄生的二極管壓升壓給電容充電，充至比較器預設的高電平值時完成充電，此階段旁路開關的壓降約為一普通二極管的壓降。當電容充電階段完成后，驅動模塊開始工作，比較器輸出的使能信號關斷電荷泵，電容上的電荷用于驅動NEXFET直到電容C1上電壓達到比較器預設的低電平值，NEXFET導通形成低阻抗路徑，電流絕大部分流過NEXFET。此階段旁路開關的壓降約為NEXFET的導通壓降，由于充電階段的占空比小，平均導通壓降很低。