專利名稱：控制結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制JFET(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)晶體管的器件。
背景技術(shù)：
JFET晶體管是包含其功能是允許或禁止電流在漏極⑶與源極⑶之間流動(dòng)的控制柵極(G)的已知電源開關(guān)。如果柵極與源極之間的電壓Ves接近零，則這樣的晶體管是耗盡型(常開)晶體管。這意味著在控制電壓Ves不存在的情況下，漏極-源極溝道導(dǎo)通或者是導(dǎo)通的。相反，如果在不存在柵極與源極之間的電壓Ves的情況下漏極-源極溝道不導(dǎo)通，則JFET晶體管是增強(qiáng)型(常閉)晶體管。耗盡型JFET晶體管要求將負(fù)電壓Ves施加在柵極與源極之間，以便將晶體管截止。 這種電壓通常位于-5V到-15V之間。增強(qiáng)型JFET晶體管要求將正電壓Ves施加在柵極與源極之間，以便將晶體管導(dǎo)通。 這種正電壓通常位于+IV到+3V之間。由于JFET晶體管相對(duì)較新，還沒(méi)有設(shè)計(jì)出專門控制它們的器件。因此，美國(guó)專利 6，661，276已經(jīng)建議生產(chǎn)一種用于控制增強(qiáng)型JFET晶體管的器件，該增強(qiáng)型JFET晶體管包含習(xí)慣用于控制MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)晶體管的柵極控制電路10。 這種控制器件顯示在附圖IA中。如文獻(xiàn)US 6，661，276所述，傳統(tǒng)MOSFET晶體管要求電壓Ves高于10V，而增強(qiáng)型 JFET晶體管要求電壓Ves位于IV與3V之間。因此，現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)建議通過(guò)加入特定電路修改MOSFET的柵極控制電路10以便控制JFET。參考圖1A，柵極控制電路10因此包含經(jīng)由特定電路與JFET晶體管的柵極連接的第一輸出端100、和與JFET晶體管的源極⑶連接的第二輸出端101。就其本身而言，用于修改柵極控制電路10以便控制JFET晶體管的特定電路包含與晶體管的柵極(G)連接和與由第二電阻器Rl和電容器Cl并聯(lián)組成的組件串聯(lián)的柵極電阻器民，這種組件與控制電路10的第一輸出端100連接。電阻器Rl被選擇成將JFET晶體管導(dǎo)通之后流過(guò)柵極(G)的電流限制在大約IOOmA(毫安)的可接受值上，并且使電容器Cl的充分、迅速放電成為可能。與MOSFET晶體管相反，JFET晶體管固有地包含連接在它的柵極與它的源極之間和由柵極-源極二極管Dgs和柵極-源極電容器Cgs并聯(lián)組成的兩個(gè)寄生部件。在現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)US 6，661，276中未描述這兩個(gè)寄生部件。例如，考慮如下值-等于OV或15V的控制電路的輸出電壓Vs；-具有10Ω阻值的柵極電阻器Rg ；-具有100Ω阻值的第二電阻器Rl;-具有IOnF(毫微法)電容和可充電到12V的電容器Cl ；以及-具有3V的正向電壓的柵極-源極二極管Dgs，當(dāng)描述在現(xiàn)有技術(shù)中的器件導(dǎo)通并處在導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí)，它的操作如下。
將控制電路10的輸出電壓控制成15V，以便導(dǎo)通JFET晶體管。最初，當(dāng)電路的電容器Cl、Cgs未充電時(shí)，整個(gè)15V輸出電壓施加在柵極電阻器Rg 上，因此，柵極電阻器Rg將電流設(shè)置成1. 5A(圖1B)。然后，一旦電容器Cl和柵極-源極電容器Cgs充滿電，就通過(guò)二極管Dgs的正向電壓將JFET的柵極電壓Vgs設(shè)置成3V。因此，12V的電壓出現(xiàn)在由電容器Cl和電阻器Rl并聯(lián)組成的組件的兩端上。因此，當(dāng)柵極-源極電容器Cgs被充電時(shí)，因此無(wú)法阻止120mA的電流通過(guò)柵極-源極二極管流入電路中(圖1C)。但是，這個(gè)可能高達(dá)幾安培的電流可能使二極管Dgs變差，并且在電阻器Rl中造成由散熱引起的損失。由于電阻器Rl被選擇成具有較小值(為了實(shí)現(xiàn)JFET晶體管的迅速開關(guān)，這是絕對(duì)必要的)，所以這種情況更加如此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制JFET晶體管的器件，當(dāng)導(dǎo)通JFET晶體管時(shí)，不引起散熱損失，并且沒(méi)有使二極管變差的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)目的是通過(guò)包含如下的控制JFET晶體管的器件達(dá)到的-包含第一輸出端和與JFET晶體管的源極連接的第二輸出端的柵極控制電路；-由串聯(lián)的電容器和柵極電阻器組成的第一組件，所述第一組件連接在控制電路的第一輸出端與JFET晶體管的柵極之間；以及-由串聯(lián)的二極管和放電電阻器組成的第二組件，這個(gè)第二組件一端連接在第一組件的電容器與柵極電阻器之間，而另一端與柵極控制電路的第二輸出端連接。按照一種特征，所述二極管的取向是從JFET晶體管的源極到柵極導(dǎo)通，以便當(dāng) JFET晶體管被切換到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，防止電流流過(guò)電阻器R1。按照另一種特征，所述柵極控制電路能夠輸送15伏的電壓，以便導(dǎo)通JFET晶體管。優(yōu)選的是，將本發(fā)明的控制器件設(shè)計(jì)成控制增強(qiáng)型JFET晶體管。按照本發(fā)明，所使用的JFET晶體管由例如碳化硅或氮化鎵制成，從而賦予它低的導(dǎo)通電阻。


其它特征和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)在參考如下附圖給出的詳細(xì)描述中-圖IA到圖IC示出了用于控制JFET晶體管的現(xiàn)有技術(shù)控制器件的電路圖；以及-圖2A到圖2C和圖3示出了控制JFET晶體管的本發(fā)明控制器件的電路圖。
具體實(shí)施例方式既然所使用的部件是相同的，用在圖形中的標(biāo)號(hào)在示出現(xiàn)有技術(shù)的圖IA到圖IC 與示出本發(fā)明的圖2A到圖2C和圖3之間保持不變。圖IA到圖IC上面已經(jīng)描述過(guò)。顯示在圖2A到圖2C和圖3中的本發(fā)明的控制器件旨在控制增強(qiáng)型JFET晶體管。 可以看出，它也可以用于控制耗盡型JFET晶體管。按照本發(fā)明，受控JFET晶體管最好由寬帶隙材料，例如，碳化硅或氮化鎵制成，以便具有低導(dǎo)通狀態(tài)電阻(RDS。n)，因此造成有限損失，和以便承受得住高壓(高于600V)。眾所周知，JFET晶體管包含其功能是允許或禁止電流在漏極(D)與源極( 之間流動(dòng)的控制柵極(G)。此外，還已知JFET晶體管包含寄生部件。這些寄生部件由并聯(lián)地放置在JFET晶體管的柵極(G)與源極( 之間的柵極-源極二極管Dgs和柵極-源極電容器Cgs組成。 尤其使二極管Dgs的取向是從JFET晶體管的柵極到源極導(dǎo)通。更確切地說(shuō)，增強(qiáng)型JFET晶體管可以用在幾千赫茲到幾十萬(wàn)赫茲的頻率上的開關(guān)應(yīng)用、像變速驅(qū)動(dòng)那樣的應(yīng)用、開關(guān)式電源、或不間斷電源(UPS)中。本發(fā)明的控制器件包含例如設(shè)計(jì)成控制M0SFET/IGBT (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管/絕緣柵雙極晶體管)和例如能夠輸送OV的輸出電壓Vs或15V的正輸出電壓Vs的柵極控制電路10。這種柵極控制電路10包含例如由電源供給的輸入端、第一輸出端100、 和直接與JFET晶體管的源極連接的第二輸出端101。假設(shè)使用位于IV與3V之間的正電壓、例如3V導(dǎo)通增強(qiáng)型JFET晶體管，為了控制 JFET晶體管，必須修改M0SFET/IGBT柵極控制電路10。為此，本發(fā)明的控制器件包含加入柵極控制電路10中以便能夠控制JFET晶體管的特定電路。如上所述，加入的特定電路必須特別限制控制器件中的損失，因此優(yōu)化由控制器件和JFET晶體管組成的組件的能效。為了使損失最小，本發(fā)明在于防止電流流過(guò)JFET晶體管的柵極，因此流入整個(gè)控制器件中。為此，用在本發(fā)明中的特定電路包含由串聯(lián)在柵極控制電路10的第一輸出端 100與JFET晶體管的柵極(G)之間的電容器Cl和柵極電阻器Rg組成的第一組件。因此， 當(dāng)柵極-源極電容器Cgs和電容器Cl充滿電時(shí)，就沒(méi)有電流流入控制器件中。按照本發(fā)明，為了使電容器Cl放電，甚至部分放電，本發(fā)明的器件的特定電路包含由串聯(lián)的第二電阻器Rl和二極管Dl組成的第二組件。該第二組件一端連接在電容器Cl 與柵極電阻器Rg之間，另一端與控制電路10的第二輸出端101連接。二極管Dl被連接成從JFET晶體管的源極到柵極導(dǎo)通，以便當(dāng)JFET被切換到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，防止電流流過(guò)電阻器 R1。因此，電容器Cl的放電電阻器Rl不再直接在JFET晶體管的柵極⑷)的控制線，它與二極管Dl串聯(lián)的地點(diǎn)使得只在電容器Cl的放電周期期間才在電阻器中散熱。例如，考慮如下值-等于OV或15V的控制電路的輸出電壓Vs；-具有10Ω阻值的柵極電阻器Rg ；-具有100Ω阻值的第二電阻器Rl ；-具有IOnF電容和可充電到12V的電容器Cl；以及-具有3V的正向電壓的柵極-源極二極管Dgs，本發(fā)明的控制器件的操作如下。當(dāng)導(dǎo)通該器件時(shí)，控制電路10施加的電壓是15V。最初，電容器Cl和Cgs仍然未充電，因此15V的整個(gè)電壓都施加在柵極電阻器Rg 上。該電阻器Rg具有例如10 Ω的阻值，因此供應(yīng)給JFET晶體管的柵極的電流是1. 5Α(圖 2Β)。當(dāng)電容器Cl和Cgs充滿電時(shí)，電容器Cl兩端的電壓是12V，并且，電容器Cgs兩端的電壓通過(guò)二極管Dgs的正向電壓降、S卩3V設(shè)置。因此，柵極電阻器Rg兩端的電壓是0V，和因此，只要JFET晶體管保持在導(dǎo)通狀態(tài)上，就沒(méi)有電流流過(guò)該電阻器Rg，或流過(guò)JFET晶體管的柵極(圖2C)。一旦截止，作為輸出從控制電路10施加的電壓Vs因此是0V。然后12V的初始電壓出現(xiàn)在電阻器Rl的兩端上，使電容器Cl通過(guò)電阻器Rl和二極管Dl放電(圖3)。然后， 在電阻器Rl中出現(xiàn)由散熱引起的損失。柵極-源極電容器Cgs也放電到電路的所有電壓相互抵消。本發(fā)明的控制器件也適用于控制耗盡型JFET晶體管。當(dāng)柵極控制電路10輸送OV 的輸出電壓Vs時(shí)，簡(jiǎn)單地保證JFET晶體管保持在截止?fàn)顟B(tài)，即，具有低于其導(dǎo)通閾值(取決于制造商，可能從-5V到-3V)的電壓Ves就足夠了。為此，有必要使電容器Cl中的電荷保持足夠高的水平。為了使電容器Cl中的電荷保持足夠高的水平，可以周期性地控制JFET 晶體管，例如，通過(guò)迅速地開關(guān)它，以便經(jīng)常對(duì)電容器再充電，或應(yīng)用對(duì)電容器Cl充電的外部電路。因此，本發(fā)明的控制器件使JFET晶體管可以在JFET晶體管未切換時(shí)沒(méi)有散熱損失地得到控制。當(dāng)然，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以想像出其它變種和些許改進(jìn)等，以展望等效手段的使用。
權(quán)利要求
1.一種控制JFET晶體管的器件，其特征在于，它包含-包含第一輸出端(100)和與JFET晶體管的源極(S)連接的第二輸出端(101)的柵極控制電路(10)；-由串聯(lián)的電容器(Cl)和柵極電阻器(Rg)組成的第一組件，所述第一組件連接在控制電路(10)的第一輸出端(100)與JFET晶體管的柵極(G)之間；以及-由串聯(lián)的二極管(Dl)和放電電阻器(Rl)組成的第二組件，該第二組件一端連接在第一組件的電容器(Cl)與柵極電阻器(Rg)之間，而另一端與柵極控制電路(10)的第二輸出端(101)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述二極管(Dl)的取向是從JFET晶體管的源極⑶到柵極(G)導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求1和2之一所述的器件，其特征在于，所述柵極控制電路(10)能夠輸送 15伏的電壓，以便導(dǎo)通JFET晶體管。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的器件，其特征在于，所述JFET晶體管是增強(qiáng)型JFET晶體管。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的器件，其特征在于，所述JFET晶體管由碳化硅制成。
6.如權(quán)利要求1至4之一所述的器件，其特征在于，所述JFET晶體管由氮化鎵制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使得能夠使用習(xí)慣用于控制MOSFET/IGBT的柵極控制電路控制JFET晶體管的器件。該器件包括由串聯(lián)的電容器(C1)和柵極電阻器(Rg)組成的第一單元，所述第一單元連接在控制電路(10)的第一輸出端(100)與JFET晶體管的柵極(G)之間；由串聯(lián)的二極管(D1)和放電電阻器(R1)組成的第二單元，所述第二單元連接在第一單元的電容器(C1)與柵極電阻器(Rg)之間，還連接到柵極控制電路(10)的第二輸出端(101)。
文檔編號(hào)H03K17/00GK102301595SQ201080005548
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月27日
發(fā)明者S.卡考伊特 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司