功率转换电路的装置与部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明相关于功率转换电路，如升压模式功率转换与功率因数校正电路。
【背景技术】
[0002]如升压模式功率转换、功率因数校正、以及桥接电路的功率转换电路常见用在各种应用中。在这些应用中用作开关的晶体管装置，在被偏压于关闭(OFF)状态时，需要能够阻挡至少如电路高电压(HV) —般大的电压。换句话说，在任一晶体管的栅极对源极电压Ves小于晶体管临限电压Vth时，在漏极对源极电压VDS(也即漏极相对于源极的电压)位于OV与HV之间时，实质上没有电流流动通过晶体管。在偏压于开启(ON)状态中时(也即Ves大于晶体管临限电压)，晶体管传导负载电流，且因此需要能够对使用电路的应用传导足够高的电流。
[0003]在本文中使用的用词“阻挡电压”，代表晶体管、装置、或部件位于在晶体管、装置、或部件上施加电压时，防止显著的电流(如大于在正规开启状态导通期间的平均操作电流的0.001倍的电流)流动通过晶体管、装置、或部件的状态。换句话说，在晶体管、装置、或部件正阻挡施加于晶体管、装置、或部件上的电压的同时，传输通过晶体管、装置、或部件的总和电流将不会大于在正规开启状态导通期间的平均操作电流的0.001倍。
[0004]在具有超过90 %的效率的功率转换电路为相当常见的同时，需要改良晶体管装置、电路拓朴、及/或电力电路操作方法，以进一步提升这些电路的效率。
【发明内容】
[0005]在第一方面中描述了一种电子电路。电路包含切换装置以及电感组件，所述切换装置包含控制端点以及第一与第二电力端点，所述电感组件具有第一端点，所述第一端点电连接至所述切换装置的所述第二电力端点。所述电子电路经配置而使得在第一操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，电流流动通过所述电感组件，且所述切换装置阻挡第一电压。在第二操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，且所述切换装置所阻挡的电压从所述第一电压下降至第二电压。在第三操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为开启，且流动通过所述电感组件的所述电流流动通过所述切换装置。此外，所述切换装置经配置而使得，所述切换装置在所述第一电力端点与所述第二电力端点处的电压实质上相同时的输出电容值，小于所述切换装置在所述装置阻挡至少600伏特(V)时的所述输出电容值的100倍。
[0006]在第二方面中描述了另一种电子电路。电路包含切换装置以及电感组件，所述切换装置包含控制端点以及第一与第二电力端点，所述电感组件具有第一端点，所述第一端点电连接至所述切换装置的所述第二电力端点。所述电子电路经配置而使得在第一操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，电流流动通过所述电感组件，且所述切换装置阻挡第一电压。在第二操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，且所述切换装置所阻挡的电压从所述第一电压下降至第二电压。在第三操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为开启，且流动通过所述电感组件的所述电流流动通过所述切换装置。再者，所述切换装置包含晶体管，所述晶体管包含传导通道且缺少任何在所述传导通道的路径中的内部p-n结。
[0007]在第三方面中又描述另一种电子电路。电路包含切换装置以及电感组件，所述切换装置包含控制端点以及第一与第二电力端点，所述电感组件具有第一端点，所述第一端点电连接至所述切换装置的所述第二电力端点。所述电子电路经配置而使得在第一操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，电流流动通过所述电感组件，且所述切换装置阻挡第一电压。在第二操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，且所述切换装置所阻挡的电压从所述第一电压下降至第二电压。在第三操作模式中，所述切换装置的所述控制端点被偏压为开启，且流动通过所述电感组件的所述电流流动通过所述切换装置。再者，所述切换装置包含晶体管，所述晶体管具有半导体材料层、源极、栅极与漏极，其中所述源极、所述栅极与所述漏极的每一者都位于所述半导体材料层的第一侧上。
[0008]在第四方面中描述一种升压模式功率转换电路。电路包含切换装置以及电感组件，所述切换装置包含控制端点以及第一与第二电力端点，所述电感组件具有第一端点，所述第一端点电连接至所述切换装置的所述第二电力端点。所述功率转换电路经配置而使得在操作中，所述切换装置的所述控制端点的电压是由脉冲宽度调变(PWM)电压供应来控制，所述脉冲宽度调变电压操作在某一频率处。在所述功率转换电路的第一操作模式期间内，所述切换装置的所述控制端点被偏压为关闭，且所述切换装置阻挡第一电压，所述第一电压大于电路输入电压。在所述功率转换电路的第二操作模式期间内，所述切换装置的所述控制端点被偏压为开启，且流动通过所述电感组件的所述电流流动通过所述切换装置。此外，所述电路输入电压为230V或更少，且所述电路的输出电压至少为400V，所述脉冲宽度调变电压供应的所述频率为大于500kHz，且所述功率转换电路的效率至少为99%。
[0009]在第五方面中描述一种操作电子电路的方法。所述电子电路包含切换装置与电感组件，所述切换装置包含控制端点以及第一与第二电力端点，且所述电感组件具有第一端点，所述第一端点电连接至所述切换装置的所述第二电力端点。所述方法包含以下步骤。在第一时间期间内，将所述切换装置的所述控制端点偏压为关闭，使所述切换装置阻挡第一电压，所述第一电压至少为300V，其中在所述第一时间期间内电流流动通过所述电感组件。在第二时间期间内，将所述切换装置的所述控制端点偏压为关闭，同时所述切换装置所阻挡的电压从所述第一电压下降至第二电压，所述第二电压为小于200V。在跨所述切换装置的电压等于所述第二电压时，将所述切换装置的所述控制端点切换为开启，使流动通过所述电感组件的所述电流也流动通过所述切换装置。再者，所述切换装置经配置而使得在所述切换装置阻挡75V时，所述切换装置的输出电容中的储存能量乘上所述切换装置在25°C的温度下的导通电阻为小于0.18微焦耳*欧姆。
[0010]本文所描述的电路与方法，可包含下列特征的一或更多个特征。所述切换装置可包含三族氮化物(II1-Nitride)晶体管。所述三族氮化物晶体管可为耗尽型晶体管，且所述切换装置进一步包含增强型晶体管，所述增强型晶体管具有较所述三族氮化物晶体管为低的击穿电压，且所述三族氮化物晶体管的源极电连接至所述增强型晶体管的漏极。所述切换装置可包含晶体管，所述晶体管包含传导通道且缺少任何在所述传导通道的路径中的内部p-n结。所述晶体管可不具有P型半导体材料。所述切换装置可经配置而使得在所述切换装置阻挡75V时，所述切换装置的储存输出电容能量乘上所述切换装置在25°C的温度下的导通电阻小于0.18微焦耳*欧姆。所述第一电压可为基本上固定。所述第一电压可为400V或更大，且所述第二电压可小于100V。所述电路可为功率转换电路。所述切换装置可经配置为具有至少600V的击穿电压。所述电路可经配置而使得在操作中时，在控制端点被偏压为关闭时跨所述切换装置的电压小于200V。所述半导体材料层可包含三族氮化物通道层与三族氮化物阻隔层，其中所述三族氮化物通道层与所述三族氮化物阻隔层之间的成分差异使得在所述三族氮化物通道层中诱发传导通道。
[0011]描述了高效率的电力电路以及操作此种电路的方法。下文的附加图式与说明揭示了本发明的一或更多种实施例的细节。本发明的其它特征与优点在阅读说明与图式以及申请专利范围之后将更明显。
【附图说明】
[0012]第I图说明升压模式功率转换电路的电路图。
[0013]第2A图至第2B图图示说明操作第I图电路的方法。
[0014]第3A图至第3C图图示说明操作第I图电路的另一种方法。
[0015]第4图图示说明在第3A图至第3C图图示说明的操作方法内，切换装置的节点处的电压。
[0016]第5图为电子部件的电路图，所述电子部件经配置以作为第I图电路中的切换装置。
[0017]第6图为半导体晶体管的截面图。
[0018]第7图为功率转换电路的效率与PWM频率对输出功率的关系示图。
[0019]第8A图至第SB图分别为半导体装置的输出电容值与储存能量的曲线图(随着电压变化)。
[0020]第9A图至第9B图分别为另一半导体装置的输出电容值与储存能量的曲线图(随着电压变化)。
[0021]在各种图式中，类似的组件符号代表类似的组件。
【具体实施方式】
[0022]本文描述具有提升的性能以及极高的效率的电子电路(例如功率转换电路)，与操作电子电路的方法。电路利用高压晶体管，高压晶体管具有与传统高电压切换装置相比降低的低电压输出电容值。另外，电路操作于软式切换(soft-switching)模式中，软式切换模式使晶体管被在接近零电压或低电压状态下被切换关闭，此减少了电路中的