[发明专利]半导体器件

说明书

一种半导体器件，包括具有带不同阈值电压的至少两个可开关区的有效面积。具体地，该器件包括：半导体基底，其包括定义功率器件的有效面积的多个可开关晶胞，每个可开关晶胞包括发射极区以及集电极区；发射极金属化件，其与可开关晶胞的发射极区进行欧姆接触；以及集电极金属化件，其与可开关晶胞的集电极区进行欧姆接触。

技术领域

本文所述的实施例涉及功率器件、故障保护电路、功率逆变器和斩波器应用程序。

背景技术

在功率系统中提供可以传导额定电流的功率器件。在功率系统中发生故障或短路的情况下，功率器件被阻断以避免功率器件的损坏。例如，对于为功率逆变器提供的功率器件而言，在功率逆变器故障或短路（例如电桥短路）的情况下，开关被脉冲阻断以避免功率器件和整个逆变器系统的损坏。然而，这导致被连接到功率逆变器的负载的不对称短路。在被连接到功率逆变器的风力涡轮机的发电机的情况下，在风力涡轮机中发生可导致风力涡轮机毁坏的机械应力（具体地以交变扭矩的形式）。

鉴于上述内容，需要进行改进。期望一种能够使负载短路对称的功率器件。因此，设想开发一种能够在没有去饱和作用的情况下传导达到额定电流的20倍的电流的功率器件。

发明内容

根据实施例，一种功率器件包括具有定义功率器件的有效面积（active area）的多个可开关晶胞（cell）的半导体基底，所述可开关晶胞中的每一个具有发射极区以及集电极区、与可开关晶胞的发射极区进行欧姆接触的发射极金属化件以及与可开关晶胞的集电极区进行欧姆接触的集电极金属化件。所述有效面积包括第一可开关区和不同于第一可开关区的第二可开关区，其中，第一和第二可开关区中的每一个包括可开关晶胞中的一个或多个的至少一部分。第一可开关区具有在定义器件阈值的5V至10V范围内的第一阈值，在所述器件阈值下功率器件变得导电以便在发射极金属化件与集电极金属化件之间连续地传导功率器件的额定电流。其中，第二可开关区具有在定义功率器件的浪涌阈值的15V至25V范围内的第二阈值，在该浪涌阈值下，功率器件变得可操作用于在发射极金属化件与集电极金属化件之间传导浪涌电流，其中，功率器件的浪涌电流为功率器件的额定电流的至少五倍大。根据实施例，功率器件可以是IGBT。

根据实施例，一种用于功率系统的故障保护电路包括功率器件，其中，所述功率器件具有与功率器件的集电极区进行欧姆接触的集电极端子和与功率器件的发射极区进行欧姆接触的发射极端子，其中，集电极端子和发射极端子可与将受到故障保护电路保护的功率系统的各输入端子相连。故障保护电路还包括可操作用于针对功率系统检测过电压或过电流的检测电路，其中，该检测电路可操作用于施加等于或高于功率器件的第二阈值的电压，以在功率系统的输入端子之间传导浪涌电流，并因此使功率系统的输入端子短路。根据实施例，功率器件可以是IGBT。

根据实施例，功率逆变器包括电桥电路，其包括第一半桥，该第一半桥包括被连接在第一节点与中间电路存储器的高侧节点之间的高侧功率器件以及被连接在第一节点与中间电路存储器的低侧节点之间的低侧功率器件。电桥电路还包括至少第二半桥，其具有被连接在第二节点与中间电路存储器的高侧节点之间的高侧功率器件以及被连接在第二节点与中间电路存储器的低侧节点之间的低侧功率器件。该功率逆变器还包括栅极驱动电路，其被与第一和第二半桥的高侧器件和低侧功率器件的每个栅极相连，并可操作用于为每个栅极提供各电压以控制各功率器件的操作，其中，该栅极驱动电路可操作用于提供高于各功率器件的第一阈值电压的第一电压以及高于各功率器件的浪涌阈值的第二电压，在所述第一阈值电压下，各功率器件变得导电以便连续地传导各功率器件的额定电流，其中，浪涌阈值为第一阈值的至少两倍高，并定义各功率器件的浪涌电流操作面积的开始，在该开始时，各功率器件变得可操作用于传导浪涌电流，其为各功率器件的额定电流的至少五倍高。

根据实施例，断续器（crow bar）包括第一二极管电桥、第一节点以及功率器件。

根据实施例，斩波器应用包括用于与电源相连的第一输入端子、用于与负载相连的第一输出端子以及功率器件，其中，功率器件被与第一输入端子和第一输出端子并联地电连接。