[发明专利]开关电源装置

说明书

提供一种开关电源装置(100)，其包括：常导通型晶体管(12)、常截止型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(14)，常截止型MOSFET(14)与常导通型晶体管(12)的源极端子(12S)串联连接、以及驱动器(16)，被连接到常导通型晶体管(12)的栅极端子(12G)并被布置为驱动常导通型晶体管(12)的栅极(12G)。然后，可以将开关晶体管(28)位于常导通型晶体管(12)的源极端子(12S)和驱动器(16)的公共连接(30)之间，以保护开关电源装置(100)不受有害的过电压和过电流峰值的影响。

技术领域

本发明涉及开关电源装置，特别是用于控制消费者电子产品或系统的开关电源装置。

背景技术

诸如电视机、电动车辆、雷达系统、电动机控制器和不间断供电系统之类的各种产品和系统需要相对大量的电力供给，其通常从高压电源传输。可以使用各种类型的半导体场效应晶体管(FET)作为电源开关来执行产品和/或系统所需的开关功能。

半导体FET依赖于硅材料和技术。典型的FET将包括用于将电源连接到负载的源极端子和漏极端子。然后，在FET中位于源极端子和漏极端子之间存在另一端子，被称为栅极，并且该栅极端子控制FET中的位于源极端子和漏极端子之间的栅极下方的载流沟道的电阻。相对于施加到栅极端子的公共地电压的电压在FET中产生电场，该电场用于控制其中的电阻，从而导通或截止晶体管。

当FET导通时，施加到栅极端子的电压降低了沟道中的电阻，从而允许源极端子和漏极端子之间相对较大的电流流动。当FET导通时，源极端子和漏极端子之间的总电阻可以被称为晶体管的导通电阻。导通电阻取决于沟道的电阻、源极端子下面和附近的FET区域的电流的电阻、以及漏极端子下面和附近的FET区域的电阻。源极端子和漏极端子中及其周围的各个区域被称为FET的接入区域(Access region)。

尽管基于硅(Si)的常规电源FET提供有用的开关功能，但是它们已经达到理论上的性能极限，并且不能支持进一步或更高的开关频率和/或实现系统尺寸的减小，以及提高效率。例如，这样的电力开关应用对于诸如电动机和车辆、快速充电器、不间断电源和光伏逆变器的装置的操作可能是有用的。适用于这些装置操作的开关有利地具有以下特征：当它们断开时具有相对高的击穿电压，在漏极和源极端子之间具有低电阻(低Rds(on))的高导通电流，以及相对较低的栅极和漏极泄漏电流。同样有利的是，开关能够在高结温下工作，并且对在从开关的断开和导通状态切换期间易于发生的电流和/或电压瞬变表现出良好的容限。当它们的栅极端子处于地电位时，断开这样的开关也是优选的。

例如，有利的是，半导体功率开关具有大于或等于约600V的击穿电压以及在断开时小于栅极周边每毫米约4nA的漏极泄漏电流。当开关导通时，有利的是，开关具有小于或等于栅极周边每毫米10Ω的导通电阻，并且还能够安全地支持大于或等于约50A的漏极电流。

此外，出于安全原因，通常有利的是，对于小于约2V的栅极电压开关是断开的，并且其对于超过175℃的结点温度能够不发生损坏地工作。硅半导体开关通常不可配置为提供这些规格，因为这种器件的半导体的带隙通常小于约1.5eV，并且材料中电子的饱和漂移速度和最大电场自然不支持高击穿电压和大导通电流。