[发明专利]高速整流器电路

说明书

美国政府利益的声明

本发明是在政府的支持下根据海军研究合同No.05-C-0226作出的。政府具有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明涉及功率转化，并且更具体地涉及将交流电转化为直流电的整流器电路。

背景技术

整流器电路将交流电(AC)转化为直流电(DC)。例如，一些整流器电路包括二极管电路，该二极管电路配置成通过导通AC输入信号的交变半周期而用作整流元件。这种整流器可能由于其中的总电容而在切换速度方面受限。这种整流器电路的效率可能受到用于使整流器电路变为导通的阈值正向电压(大约0.3V)的限制。对于高电流应用，二极管的阈值正向电压可能导致不可接受的热生成。

发明内容

在本发明的一些实施例中，整流器电路可以包括：耗尽模式半导体，其具有连接到整流器电路的整流信号输出节点的输出端；热载流子半导体二极管，其具有连接到耗尽模式半导体的源极节点的阴极和连接到耗尽模式半导体的栅极节点的阳极；以及交流(AC)输入节点，其连接到热载流子半导体二极管的阳极和耗尽模式半导体的栅极节点，并且配置成接收AC输入信号。

一些实施例设置成：响应于AC输入信号的第一半周期，热载流子半导体二极管被正向偏置，以使施加在耗尽模式半导体的源极节点的电压和施加在耗尽模式半导体的栅极节点的电压微微不同，这使耗尽模式半导体被正向偏置。在一些实施例中，响应于AC输入信号的第二半周期，热载流子半导体二极管被反向偏置，以使耗尽模式半导体的源极节点相对于耗尽模式半导体的栅极节点浮置，这使耗尽模式半导体被反向偏置，从而导致耗尽模式半导体在AC输入信号的至少第一半周期期间生成通过整流信号输出节点的整流输出信号。

一些实施例设置成热载流子半导体二极管包括肖特基(Schottky)二极管。一些实施例设置成热载流子半导体二极管包括硅肖特基二极管。

在一些实施例中，耗尽模式半导体包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，该高电子迁移率晶体管结合有作为导通通道的至少一个异质结。一些实施例设置成耗尽模式半导体包括GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)电路。

在一些实施例中，热载流子半导体二极管包括硅肖特基二极管，耗尽模式半导体包括GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，并且当AC输入信号的第一半周期被施加到AC输入节点时，AC输入节点与整流信号输出节点之间的电压降包括肖特基二极管正向偏置压降与由于GaN HEMT的源极到漏极的电阻导致的电压降之和。

本发明的一些实施例包括反向导通栅-阴放大器开关，该反向导通栅-阴放大器开关包括：耗尽模式半导体，其具有连接到开关的漏极节点的漏极节点；热载流子半导体二极管，其具有连接到耗尽模式半导体的源极输入端的阴极、以及连接到耗尽模式半导体的栅极节点和开关的源极节点的阳极；以及反向晶体管，其响应于在反向晶体管处接收的切换信号选择性地提供耗尽模式半导体的源极节点与耗尽模式半导体的栅极节点之间的导通连接。在一些实施例中，反向导通栅-阴放大器开关包括源极节点，该源极节点连接到热载流子半导体二极管的阳极、耗尽模式半导体的栅极节点以及反向晶体管的输出端子。

一些实施例设置成：响应于AC输入信号的第一半周期，热载流子半导体二极管被正向偏置，以使施加在耗尽模式半导体的源极节点的电压和施加在耗尽模式半导体的栅极节点的电压微微不同，这使得耗尽模式半导体饱和。在一些实施例中，响应于AC输入信号的第二半周期和在反向晶体管处接收的切换信号，反向晶体管饱和从而使施加在耗尽模式半导体的源极节点的电压和施加在耗尽模式半导体的栅极节点的电压微微不同，这使得耗尽模式半导体饱和并允许通过反向晶体管从开关的漏极节点到开关的源极节点的反向导通。

一些实施例设置成热载流子半导体二极管包括肖特基二极管。在一些实施例中，热载流子半导体二极管包括硅肖特基二极管。

一些实施例设置成耗尽模式半导体包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，该高电子迁移率晶体管结合有作为导通通道的至少一个异质结。在一些实施例中，耗尽模式半导体包括GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。

一些实施例设置成热载流子半导体二极管包括硅肖特基二极管，耗尽模式半导体包括GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，并且当AC输入信号的第一半周期被施加到AC输入节点时，AC输入节点与整流信号输出节点之间的电压降包括肖特基二极管正向偏置压降与由于GaN HEMT的源极到漏极的电阻导致的电压降之和。