[实用新型]一种化合物半导体晶体管功率电子模块

说明书

本实用新型公开了一种化合物半导体晶体管功率模块，其中使用控制集成电路通过两个控制信号，同时控制一个具有正导通控制电压的继电器和一个具有负阈值电压的化合物半导体晶体管，通过协调两个控制信号的时序，保证继电器在晶体管关断之后，才联通高压和晶体管漏端，而在继电器关断之后，晶体管的控制电压才恢复到零电平。本功率模块避免了在功率模块中使用常开型化合物半导体晶体管带来的高压短路风险，能够安全的充分发挥化合物半导体晶体管在功率电子中的高效率、耐高压的优势。

技术领域

本实用新型涉及一种功率电子开关模块。

背景技术

功率电子开关模块被广泛应用到电力电子、电源中，是目前直流/直流、交流/直流转换中基础的功能模块。传统的固态功率电子开关模块采用硅材料实现。其性能由于硅材料基本性质的约束，在模块效率、散热、速度等方面已经接近了提高的极限。采用化合物半导体材料，如氮化镓，来构建功率电子开关模块已经是电力电子业界的发展趋势。这是由于化合物半导体材料具有高耐压、低电阻、低电容的特点，比硅有成百上千倍的性能提高潜力。

化合物半导体功率电子模块面临一个硅材料模块中没有的挑战——即常闭型的化合半导体功率晶体管难获得。大部分化合物半导体晶体管是常开型器件。仅使用常开型化合物半导体器件构建功率模块的缺点是，模块安全性得不到保障。具体来说，就是对常开型器件，需要给控制端提供负电压，才能保证器件关断。在系统尚未通电的自然状态，常开型器件是导通的。这就导致，在负电压控制模块失效的情况下，存在常开型器件不能阻断高压，提供了一个从高压到地极的通路，可能造成系统短路烧毁等危险情况。

为解决这一问题，一种解决方案是制造常闭型化合物半导体晶体管。化合物半导体器件公司，都在极力尝试这一途径。例如，美国发明专利US8193562B2，描述了一种采用P型栅技术达到常闭型化合物半导体功率晶体管的结构。然而目前的常闭型化合物半导体晶体管的性能，和常开型化合物半导体晶体管的性能相比，存在不小差距；并且由于能够得到的导通控制电压正值离零电平距离小（如0 – 1伏之间）。所以尚不能完全解决短路烧毁风险。

本实用新型描述一种在电路级别解决使用常开型化合物半导体晶体管的问题，避免潜在短路烧毁风险。

发明内容

为了克服现有技术中，使用常开型化合物半导体晶体管构建功率电子模块时，存在的短路烧毁风险，本使用新型提供一种采用常开型化合物半导体晶体管与继电器串联，并通过集成电路控制，对两者协调驱动的功率电子模块，使用直流继电器实现短路保护，并充分发挥化合物半导体晶体管在功率电子应用中的性能优势。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种功率电子模块，使用一个常开型化合物半导体晶体管、一个继电器、一个时序控制集成电路和一个继电器控制电路，晶体管的漏端与继电器一端欧姆接触相连，继电器另一端欧姆接触与高压输入相连，时序控制集成电路输出第一控制信号到上述晶体管的栅极，继电器控制电路输出第二控制信号到继电器的控制端。

上述功率电子模块，所述继电器直接受第二控制信号控制，在第二控制信号无输出或者输出为低电平的状态下——断开，在第二控制信号为高电平的状态下——导通；所述化合物半导体晶体管栅极直接受第一控制信号控制，在第一控制信号比晶体管自身的阈值电压更负时——关断，在第一控制信号比晶体管自身的阈值电压更正时——导通。

上述晶体管的阈值电压小于0，即晶体管为常开型晶体管。

上述继电器控制电路，在所述时序控制电路开始通电正常工作之前，保证所述继电器处于关断状态。

上述继电器在所述继电器控制电路断电的状态下，处于关断状态。

上述时序控制电路，使用脉冲调制电路控制晶体管的输出。