[发明专利]MOSFET驱动器器件

说明书

技术领域

本文所描述的实施例涉及包括MOSFET的固态功率开关，尤其涉及用于固态功率开关的驱动器结构。本文所描述的另外的实施例涉及用于驱动固态功率开关的方法。

背景技术

固态功率开关，尤其是场效应控制的开关器件诸如金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，已经用于各种应用，包括但不限于，在电源和功率转换器、电动汽车、空调、甚至可再生能源供应商使用的电网中用作开关。尤其是针对能够切换大电流并且/或者能够在高电压下工作的功率器件，可以基于驱动器电路的不同设计来控制在这类器件中的固态功率开关。

通常，这类驱动器电路在低电压区中工作，而固态功率开关在高电压下工作。此外，包括在高功率开关器件中的驱动器电路设计用于控制具有正或负控制电压的固态开关。功率开关的栅极电压可以为正或者为负。传统地，驱动器电路连接至逻辑电路，该逻辑电路将控制信号提供给连接至相应逻辑电路的驱动器电路。通常，逻辑电路和驱动器电路均在低电压下工作。

不同的功能部件，诸如逻辑电路、驱动器电路和固态功率开关等，可以借由不同的技术而制造，产生不同片的半导体衬底。通常地，逻辑电路和驱动器电路为基于硅的，其中相应衬底直接连接至接地，例如以便例如改善相相应部件的冷却。对于基于硅的固态功率开关而言，可以采用垂直布置，其中漏极端子在背侧，而栅极/源极端子在正侧。对于更高的切换频率和更高的功率密度，可以使用基于宽带隙的固态功率开关，诸如SiC-JFET或者GaN-HEMT开关。这些器件可以设计为常通器件，对于给定的阻断电压和给定的导通电阻，与通常为常断器件的基于硅的可比较的固态功率开关器件相比，这些器件可以制造为芯片尺寸更小十数倍。由于在这些器件中流动的电流平行于衬底表面，所以这些器件可以设置为源极端子在衬底的背侧而栅极/漏极在衬底的正侧。为了在高电流工作期间实现高频率和有效冷却，需要具有低电感的短连接，需要在不同功能部件之间的大连接面积，并且还需要高集成度。

鉴于上述情况，需要改善用于高电压开关的驱动器结构。

发明内容

根据一个实施例，固态开关器件包括：高电压开关晶体管，包括源极、漏极和栅极，并且适用于基于开关信号来切换高电压；以及开关驱动器电路，可操作地连接至高电压开关晶体管，该开关驱动器电路包括低电压驱动器晶体管，该低电压驱动器晶体管包括源极、漏极和栅极，该低电压驱动器晶体管串联连接至高电压开关晶体管并且适用于将开关信号传送至高电压开关晶体管，其中高电压开关晶体管源极在下地布置在低电压驱动器晶体管的漏极之上。

根据一个实施例，固态开关器件包括：高电压开关晶体管，包括源极、漏极和栅极，并且适用于基于开关信号来切换高电压；以及集成逻辑开关驱动器电路，可操作地连接至高电压开关晶体管，该集成逻辑开关驱动器电路包括，适用于生成用于高电压开关晶体管的开关信号的逻辑电路、以及包括低电压驱动器晶体管的开关驱动器电路，该低电压驱动器晶体管包括源极、漏极和栅极，该低电压驱动器晶体管串联连接至高电压开关晶体管并且适用于将开关信号传送至高电压开关晶体管，其中高电压开关晶体管源极在下地布置在低电压驱动器晶体管的漏极之上。

根据一个实施例，半桥电路包括串联连接的至少两个固态开关器件，每个开关器件具有：高电压开关晶体管，适用于基于开关信号来切换高电压；以及开关驱动器电路，可操作地连接至高电压开关晶体管，该开关驱动器电路包括低电压驱动器晶体管，该低电压驱动器晶体管包括源极、漏极和栅极，该低电压驱动器晶体管串联连接至高电压开关晶体管并且适用于将开关信号传送至高电压开关晶体管，其中高电压开关晶体管源极在下地布置在低电压驱动器晶体管的漏极之上。

根据一个实施例，用于切换高电压的方法包括：生成开关信号；将开关信号施加于包括源极、漏极和栅极的低电压驱动器晶体管，将开关信号传送至高电压开关晶体管；以及，基于传送的开关信号，借由高电压开关晶体管来切换高电压，该高电压开关晶体管串联连接至低电压驱动器晶体管并且源极在下地布置在低电压驱动器晶体管的漏极之上。

通过阅读下文的详细说明，并且通过查阅附图，本领域的技术人员将认识到其它的特征和优点。

附图说明

附图中的部件未必按比例绘制，而是重在图示本发明的原理。此外，在附图中，类似的附图标号表示对应的零部件。在附图中：

图1为了解释高电压切换图示了包括单独的逻辑电路和驱动器电路的开关器件的方框图；