[发明专利]用于将磁场能转换到电场能的电子线路装置

说明书

本发明涉及一种用于将磁场能转换到电场能的电子线路装置，包括至少一个用于磁场能的第一存储元件，一个用于电场能的第二存储元件，一个半导体整流元件和一个电气开关元件。其中，电气开关元件可以至少包含第一和第二开关状态(S1，S2)。这些元件以这种方式相互连接，以便在开关元件的第一开关状态，磁场能能够存储在第一存储元件中，而在开关元件的第二开关状态，该磁场能从第一存储元件流向半导体整流元件，并转换为第二存储元件中的电场能。

公知的那种用于将磁场能转换到电场能的电子线路装置中的半导体整流元件特别表现出的一个弱点是：在每次的能量转换过程中，半导体整流元件一方面要在导通时承受高达接近线路装置输入电压的巨大的电压波动，另一方面，要在截止时承受耐压达线路装置输入电压的数倍。此时，半导体整流元件要在导通状态和截止状态之间承受巨大的交变载荷。因此，半导体整流元件的效率直接限制了线路装置的总体效率。

传统的半导体整流元件通常是由硅Si制造出来的。这种方法的缺点是：高的截止电压只能通过适当增加半导体整流元件中的半导体结层厚度来实现。但加厚的半导体结层的缺点是加大了动态开关损耗。而动态开关损耗主要产生于半导体整流元件从截止状态到导通状态的转换或相反的过程中，特别是在少数载流子或多数载流子的建立和消除过程中。动态开关损耗相应地导致高的热损耗，因而可能导致半导体整流元件的不稳定。此外，半导体整流元件能够输出的最大损耗功率，因其最大的热稳定性限定了线路装置开关元件的开关频率，因而也限定了其效率。特别地，用于磁场能的第一存储元件和用于电场能的第二存储元件的尺寸大小是与开关频率成反比的。开关频率越高，元件的体积可相应地越小。

本发明的任务是，给出一种用于将磁场能转换到电场能的电子线路装置，这种装置可以显著地减少上述缺点。

该任务的解决方法是采用由权利要求1，5，7和9所给出的电子线路装置，以及根据权利要求15至20所应用的电子线路装置。

根据本发明所述的电子线路装置的优点是，半导体整流元件的半导体材料的能带宽度至少为2eV，其击穿强度至少为5^*10＾5V／cm。

根据本发明所述的电子线路装置的其它实施例的特别优点是，半导体整流元件的半导体材料包含碳化硅、氮化稼、或金刚石。

根据本发明所述的电子线路装置的其它实施例的特别优点是，半导体整流元件的半导体材料包含碳化硅，特别地，其能带宽度大约为3eV，其击穿强度大约为25^*10^5V／cm。

根据本发明所述的电子线路装置的其它实施例的特别优点是，半导体整流元件的半导体材料包含氮化稼，特别地，其能带宽度大约为3．2eV，其击穿强度大约为30^*10^5V／cm。

根据本发明所述的电子线路装置的其它实施例的特别优点是，半导体整流元件的半导体材料包含金刚石，特别地，其能带宽度大约为5．5eV，其击穿强度大约为100^*10^5V／cm。

与硅材料相比，根据本发明所述的电子线路装置中的半导体整流元件的对应的半导体材料具有更大的能带宽度，其优点是，半导体整流元件具有高的热稳定性。因而，半导体整流元件即使在高的工作温度下，也能保持完全的高效能，并处于稳定的工作状态。此外，与硅材料相比，根据本发明所述的电子线路装置，由于其半导体整流元件的对应的半导体材料具有更高的击穿强度，也能工作在高工作电压下。由此，根据本发明所述的电子线路装置可以有利地作为功率电路工作在高的截止电压下。

特别地，由于击穿强度高，半导体整流元件的半导体材料的厚度可以减小。由此可以有利地降低半导体整流元件的动态损耗和热损耗。一方面，半导体整流元件因此只承受很小的负荷，另一方面，可以增大线路装置开关元件的开关频率。更高的开关频率使得显著地降低元件的尺寸大小成为可能，优选的是降低用于磁场能的第一存储元件和用于电场能的第二存储元件的尺寸。由此，一方面，可以提高整个电子线路装置的效率，另一方面，可以减小电子线路装置的体积。