[发明专利]一种半导体器件、控制方法以及变流器

说明书

本申请实施例公开了一种半导体器件以及变流器。本申请提供的半导体器件包括：低压开关器件、第一二极管以及第二二极管；低压开关器件和第一二极管构成串联结构；第二二极管并联在低压开关器件和第一二极管构成的串联结构的两端；第一二极管和第二二极管的通流方向一致。其中，所述第一二极管为低导通压降二极管，所述第二二极管为低反向恢复二极管。当半导体器件处于导通状态时，控制设备控制低压开关器件导通，利用第一二极管和第二二极管同时续流，以降低半导体器件的导通压降；当半导体器件关断时，控制设备控制低压开关器件提前预设时间关断，从而将负载电流全部转移到第二二极管中，利用第二二极管和互补器件实现换流，以降低半导体器件的反向恢复电流。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种半导体器件、控制方法以及变流器。

背景技术

变流器作为电能转化的核心环节，广泛应用于各种电气设备中，实现交流电(英文：Alternating Current，简称：AC)/直流电(英文：Direct Current，简称：DC)、AC/AC、DC/DC、DC/AC间的能量转换。为了提高变流器的功率密度，降低设备的重量和体积，金属氧化物半导体场效应管(英文：Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，简称：MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(英文：Insulated Gate Bipolar Transistor，简称：IGBT)由于开关频率高、开关损耗低，在变流器中得到广泛利用。

在变流器中，二极管通常跟MOSFET、IGBT等主动型半导体器件构成换流桥臂，实现负载电流的续流。硅基二极管加工工艺成熟，可靠性高，广泛应用在各种变流器中，但硅材料击穿场强低，高压硅基二极管中通过引入P-i-N结构以增加器件的击穿电压，而P-i-N型二极管在前向通流期间会在漂移区存储少子电荷，该部分电荷会在器件关断瞬间产生反向恢复电流，在器件本身上导致严重的电压应力和开关损耗，同时互补器件的开关损耗也相应增加。随着宽禁带材料的快速发展，碳化硅肖特基二极管可实现高电压，并且不存在反向恢复电流，可大幅度降低器件的开关损耗及电压应力，进而可提升变流器性能。但相比硅基二极管，碳化硅二极管前向导通压降大，尤其在高温大电流时，如图1(a)所示。图1(a)中曲线显示，在高温大电流下，硅基二极管前向导通压降有所下降，而碳化硅肖特基二极管的前向导通压降明显增加，导致变流器的导通损耗增加。同时，当前阶段，碳化硅二极管的成本还远高于硅基二极管，若大量采用碳化硅二极管，产品的成本相应增加，从而降低产品的市场竞争力。

MOSFET和IGBT作为主动型开关器件，广泛地应用在高功率密度变流器中，但相比IGBT，MOSFET为多子器件，不存在少子注入现象，因此开关速度快，开关频率高，但通流能力差，通态压降高，不适合大功率应用。另一方面，MOSFET存在反并的体二极管，但高压MOSFET的体二极管反向恢复性能差，利用该体二极管续流时可造成严重的反向恢复损耗，甚至导致器件本身和互补器件过流损坏。因此，MOSFET常应用在高频中小功率的变流器中。为了消除MOSFET体二极管的反向恢复问题，目前常用的技术如图1(b)所示，即在MOSFET通流支路中增加低压二极管FWD2以阻断MOSFET体二极管D1的导通，并在MOSFET和FWD2串联结构的两端反向并联快恢复二极管FWD1以构成续流回路。由于二极管FWD1的反向恢复特性远优于MOSFET的体二极管D1，从而可大幅度降低器件的反向恢复问题。