[发明专利]半导体开关和配备半导体开关的功率转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体开关和功率转换系统，并具体涉及用于抑制功 率转换电路中续流二极管的反向恢复电流的半导体开关，所述功率转 换电路具有其中续流二极管和主电路开关元件反向并联的结构；并且 本发明还涉及应用所述半导体开关的功率转换系统。

背景技术

在常规上，作为具有其中续流二极管和主电路中的开关元件反向 并联的结构的功率转换电路，已经提出了降低由于被导通的续流二极 管的反向恢复电流所导致的损耗的功率转换电路。例如，在日本专利 公开No.2006-141167(专利文献1)和日本专利公开No.2006-141168 (专利文献2)中公开了这种具有功率转换电路的功率转换系统。

但是，在如专利文献1或专利文献2中所公开的这种常规功率转 换系统中，主电路的大电流在续流二极管反向恢复时暂时流入附加电 路中，从而导致附加电路规模增大。结果，常规功率转换系统具有以 下问题：要求具有相对较大容量的相对较大容量辅助电源。此外，出 现了对用于产生附加电路中使用的开关元件的栅极脉冲信号的逻辑 电路的需要。因此，常规功率转换系统提出了其电路变得复杂的问题。 此外，在主电路的死区时间期间，需要使能附加电路中使用的开关元 件。这导致定时约束紧张，因此使得所述功率转换系统不适于高速开 关。

发明内容

为了解决上述问题完成了本发明。因此，本发明的目的是提供一 种半导体开关，通过有效地抑制续流二极管的反向恢复电流进一步降 低损耗并且增加开关速度，同时简化电路结构，以及提供一种应用所 述半导体开关的功率转换系统。

为了解决上述问题，根据本发明的半导体开关的特征在于包含： 主元件，具有反向导通性，并用作具有高耐受电压的电压驱动开关元 件；辅助元件，用作具有低于所述主元件的耐受电压的电压驱动开关 元件；以及高速续流二极管，具有等于主元件的耐受电压的耐受电压， 其中，主元件的负极连接到辅助元件的负极以便把主元件的正极定义 为正极端子，并把辅助元件的正极定义为负极端子，并且，高速续流 二极管并联在正极端子和负极端子之间，以使从负极端子向正极端子 的方向为正向。

主元件可以由MOSFET构成。

此外，辅助元件可以由FET构成。

通过把多个高速续流二极管串联可以构成高速续流二极管，以便 实现和主元件的相同的耐受电压。

高速续流二极管可以是使用具有比硅的禁带更宽的禁带的半导 体材料制造的二极管。

可以跨辅助元件的正极和负极并联电容器。

同样地，可以跨辅助元件的正极和负极并联其正向是从辅助元件 的负极向正极的二极管。

栅极驱动器的输出侧可以被连接到主元件和辅助元件的栅极端 子，公共栅极信号被输入到所述栅极驱动器。

电压箝位电路可以被沿着从负极端子到栅极驱动器的电源的正 极侧的方向连接。

此外，主元件、辅助元件和高速续流二极管的半导体芯片可以被 整体形成在单个衬底上。

此外，为了解决上述问题，根据本发明的功率转换系统的特征在 于：在通过把两个开关元件串联到DC主电源而构建的桥接电路中， 通过应用上述半导体开关中的任何一个来构建所述两个开关元件中 至少正极侧上的开关元件。

更进一步，为了解决上述问题，一种根据本发明的功率转换系统 的特征在于：在具有多个分别通过把两个开关元件串联到DC主电源 构建的桥接电路的多相桥接电路中，通过应用上述半导体开关中的任 何一个来构建所述两个开关元件中至少负极侧上的开关元件，并且负 极侧上的开关元件的栅极驱动电源被公用，以便从单个电源通过电阻 器给每一相提供功率，或者从单个电源通过开关给每一相提供功率。

更进一步，为了解决上述问题，一种根据本发明的功率转换系统 的特征在于：在具有至少两个分别通过把两个开关元件串联到DC主 电源构建的桥接电路的桥接电路中，通过把上述半导体开关中的任何 一个应用于所述两个开关元件来构建所述桥接电路中的至少一个，以 使所述桥接电路的开关频率高于其他桥接电路的开关频率。