[发明专利]为低电压至高电压应用提供双向功率流和功率调节的系统

说明书

一种为高电压应用提供双向功率流和功率调节的系统。所述系统包括常断四象限功率电子开关，该电子开关具有两个栅极和两个常通结型场效应晶体管。常断4Q开关和两个常断JFET以双级联配置彼此耦合。

技术领域

本发明涉及一种用于为高电压应用提供双向功率流和功率调节的系统。

背景技术

使用诸如四象限开关之类的功率半导体开关器件来在两个方向上传导电流，并针对正极性和负极性两者阻断电压是已知的。

没有单个器件具有这些特性，因此通常通过以适当的方式组合可用的功率电子器件来构成四象限开关。例如，两个MOSFET的反串联连接(及其体二极管)能够构成四象限开关。

但是，使用双极常断半导体或高电压常通JFET及低电压常断MOSFET的更演进的级联结构来控制级联的接通和关断是已知的。

文献EP2707959A1描述了可以在诸如AC-AC矩阵转换器的器件中使用的完全受控的双向功率开关，以为转换器提供与常规的DC链接的AC-AC转换器相比更高的工作效率。

但是，这些解决方案不能完全令人满意。

这种配置导致整个开关具有高传导损耗。

本发明旨在解决传导损耗问题。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种用于为低电压至高电压应用提供双向功率流和功率调节的系统，所述系统包括：

·具有两个栅极的常断四象限(4Q)功率电子开关；以及

·两个常通结型场效应晶体管(JFET)；

其中，常断4Q开关和两个常断JFET以双级联配置彼此耦合。

在本发明的含义内，低电压是指低于1500V的电压。

在本发明的含义内，高电压是指高于1500V的电压。

这种配置，特别是与JFETS耦合的常断4Q开关，允许实现低的导通状态和开关电损耗。确实，4Q开关的优点是该结构使得例如在不同用途之间共享有源区域。

这种配置，特别是与JFETS耦合的常断4Q开关，允许实现较高的半导体利用率。

这种配置，特别是与JFETS耦合的常断4Q开关，允许实现高功率密度。

在实施例中，常断4Q开关用作级联的控制开关。

这种配置，更具体地说，使用常断4Q开关作为级联的控制开关，允许即使在高电压用途中，也能获得低的电损耗。

根据实施例，通过常断4Q开关彼此耦合的两个常通JFET中的每个分别以级联连接方式与至少另一个常通JFET连接。

这种配置允许在高电压应用时获得非常低的导通状态和开关电损耗。

根据实施例，常通JFET由碳化硅(SiC)制成。

根据实施例，常通JFET由金刚石(C)制成。

根据实施例，常通JFET由硅(Si)制成。

根据实施例，常断4Q开关是单片双向功率电子开关。

根据实施例，常断4Q开关包括宽带隙半导体材料。

这样的实施例允许系统在诸如300℃的高温下使用。

这样的实施例允许系统在高电压下使用。

这样的实施例允许系统在高频率下使用。

根据实施例，宽带隙半导体材料是氮化铝镓/氮化镓(AIGaN/GaN)。