半导体功率开关器件和电子设备的制作方法

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种半导体功率开关器件和电子设备。

背景技术：

半导体功率器件构成的开关管是现代功率变换器的核心，半导体功率器件的稳定性和可靠性对整个功率变换器系统的可靠性有至关重要的影响，因此提高半导体器件的稳定性和可靠性有重要意义。

经发明人研究发现，在现有的半导体功率器件中，由于控制信号容易在外部或内部的干扰因素的影响下产生波动，从而导致半导体功率开关产生误动作。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体功率开关器件和电子设备，以解决现有的半导体功率器件中半导体功率开关电路容易产生误动作的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种半导体功率开关器件，包括半导体功率开关电路、用于为所述半导体功率开关电路提供控制信号的电平转换电路以及用于为所述电平转换电路提供电能的供电电路。

所述半导体功率开关电路包括高电位端、低电位端和控制端，所述电平转换电路包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端和供电端，所述供电电路包括第三输入端和第三输出端。

所述半导体功率开关电路的高电位端分别与高电位引脚和所述供电电路的第三输入端连接，控制端与所述电平转换电路的第一输出端连接，低电位端分别与接地引脚和所述电平转换电路的第二输出端连接。

所述电平转换电路的第一输入端与控制引脚连接，第二输入端分别与信号地引脚和第二输出端连接，供电端与所述供电电路的第三输出端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述电平转换电路的第二输入端与第二输出端通过电感连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述电平转换电路包括第一电阻、第一场效应管、第二场效应管以及第三场效应管，所述第二场效应管与所述第三场效应管的极性相反。

所述第一电阻的第一端分别与所述供电电路的输出端和所述第二场效应管的高电位端连接，第二端分别与所述第一场效应管的高电位端、第二场效应管的控制端以及第三场效应管的控制端连接。

所述第一场效应管的控制端与所述控制引脚连接，低电位端分别与所述信号地引脚、所述第三场效应管的低电位端以及所述半导体功率开关电路的低电位端连接。

所述第二场效应管的低电位端分别与所述第三场效应管的高电位端和所述半导体功率开关电路的控制端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述半导体功率开关电路包括半导体功率开关。

所述半导体功率开关的高电位端分别与所述高电位引脚和供电电路的第三输入端连接，控制端与所述电平转换电路的第一输出端连接，低电位端分别与所述接地引脚和所述电平转换电路的第二输出端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述半导体功率开关电路还包括放电电阻，所述放电电阻连接于所述半导体功率开关的控制端与低电位端之间。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述半导体功率开关为三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、碳化硅晶体管、氮化镓晶体管、高电子迁移率晶体管以及绝缘栅双极型晶体管中的一种。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述供电电路包括二极管、第二电阻、第三电阻、第一电容以及稳压管。

所述二极管的阳极分别与所述高电位引脚和所述半导体功率开关电路的高电位端连接，阴极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述电平转换电路的供电端连接，所述第三电阻、第一电容和稳压管并联连接于所述第二电阻的第二端和地之间。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述供电电路包括二极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一三极管以及稳压管。

所述二极管的阳极分别与所述高电位引脚和所述半导体功率开关电路的高电位端连接，阴极与所述第二电阻的第一端连接。

所述第二电阻的第二端分别通过所述第一电容和第三电阻接地，并通过所述第四电阻分别与所述第五电阻的第一端和所述第一三极管的集电极连接。

所述第五电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接，所述第二电容和所述稳压管并联连接于所述第五电阻与地之间。

所述第一三极管的发射极与所述电平转换电路的供电端连接，并通过所述第三电容接地。

本发明实施例还提供了另一种半导体功率开关器件，所述半导体功率开关电路、电平转换电路以及供电电路封装于一体。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述半导体功率开关器件中，所述半导体功率开关电路、电平转换电路以及供电电路分别集成于不同的芯片，各所述芯片封装于一体。

在上述的基础上，本发明实施例还提供一种电子设备，包括驱动设备、待控制电路以及上述的半导体功率开关器件，所述半导体功率开关器件的高电位引脚与所述待控制电路的输出端口连接、控制引脚与所述驱动设备的驱动信号输出端口连接、信号地引脚与所述驱动设备的信号地端口连接、接地引脚接地。

本发明提供一种半导体功率开关器件和电子设备，通过设置电平转换电路和供电电路，在外部驱动设备输出的驱动信号的驱动下，可以为半导体功率开关电路提供稳定的控制信号，以解决现有技术中半导体功率开关电路容易产生误动作的问题，有效地提高了半导体功率开关器件的稳定性和可靠性。

进一步地，在电平转换电路的第二输入端与第二输出端之间设置电感，即在电平转换电路的输入参考地和输出参考地之间设置电感，可以将输入参考地和输出参考地进行隔离，有效地避免了输出参考地存在的干扰信号对输入参考地的干扰，进而避免了对驱动信号的干扰，极大地提高了半导体功率开关器件的稳定性和可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半导体功率开关器件的结构框图。

图2为本发明实施例提供的半导体功率开关电路的电路原理图。

图3为本发明实施例提供的电平转换电路的电路原理图。

图4为本发明实施例提供的供电电路的电路原理图。

图5为本发明实施例提供的半导体功率开关器件的整体电路原理图。

图6为本发明实施例提供的供电电路的另一电路原理图。

图7为本发明实施例提供的半导体功率开关器件的另一整体电路原理图。

图标：10-半导体功率开关器件；100-半导体功率开关电路；s1-半导体功率开关；r0-放电电阻；200-电平转换电路；210-第一输入端；230-第二输入端；250-第一输出端；270-第二输出端；vcc-供电端；r1-第一电阻；q1-第一场效应管；q2-第二场效应管；q3-第三场效应管；l-电感；300-供电电路；310-第三输入端；330-第三输出端；d1-二极管；d2-稳压管；r2-第二电阻；r3-第三电阻；r4-第四电阻；r5-第五电阻；c1-第一电容；c2-第二电容；c3-第三电容；q4-第一三极管；hv-高电位引脚；lv-接地引脚；sig-控制引脚；sig_gnd-信号地引脚。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种半导体功率开关器件10，包括半导体功率开关电路100、电平转换电路200、供电电路300以及高电位引脚hv、接地引脚lv、控制引脚sig和信号地引脚sig_gnd。

所述电平转换电路200用于为所述半导体功率开关电路100提供控制信号。所述供电电路300用于为所述电平转换电路200提供电能以使所述电平转换电路200能够在外部驱动设备的驱动信号的驱动下产生所述控制信号。所述高电位引脚hv用于与外部待控制电路连接，并将外部待控制电路的电流输入到所述供电电路300。所述接地引脚lv用于与地连接。所述控制引脚sig用于与外部驱动设备的驱动信号输出端口连接，以获取所述驱动信号。所述信号地引脚sig_gnd用于与外部驱动设备的信号地端口连接。

进一步地，在本实施例中，所述半导体功率开关电路100包括高电位端、低电位端和控制端。所述电平转换电路200包括第一输入端210、第二输入端230、第一输出端250、第二输出端270和供电端vcc。所述供电电路300包括第三输入端310和第三输出端330。

所述半导体功率开关电路100的高电位端分别与高电位引脚hv和所述供电电路300的第三输入端310连接，控制端与所述电平转换电路200的第一输出端250连接，低电位端分别与接地引脚lv和所述电平转换电路200的第二输出端270连接。所述电平转换电路200的第一输入端210与控制引脚sig连接，第二输入端230分别与信号地引脚sig_gnd和第二输出端270连接，供电端vcc与所述供电电路300的第三输出端330连接。

通过上述设置，可以实现：外部待控制电路通过所述高电位引脚hv与所述供电电路300连通，并经过所述供电电路300的处理后向所述电平转换电路200输出一稳定电压，该稳定电压在外部驱动设备的驱动信号的控制下转换为稳定的控制信号输出至所述半导体功率开关电路100的控制端以控制所述半导体功率开关电路100的高电位端和低电位端之间是否导通，从而实现对所述外部待控制电路是否导通的控制。

可选地，所述半导体功率开关电路100、电平转换电路200以及供电电路300设置方式不受限制，既可以是分别集成于不同芯片，并通过导线连接，也可以是集成于同一半导体芯片，例如硅芯片或氮化镓芯片。在本实施例中，所述半导体功率开关电路100、电平转换电路200以及供电电路300分别集成于不同的芯片。

可选地，所述半导体功率开关电路100、电平转换电路200以及供电电路300集成于不同的芯片后，各所述芯片既可以是封装于一体，也可以封装于不同的壳体。在本实施例中，各所述芯片封装于一体。通过将各所述芯片封装于一体，可以有效降低所述电平转换电路200与所述半导体功率开关电路100之间的电路路径，进而降低该电路上产生的寄生电感，进一步提高了所述半导体功率开关器件10的稳定性和可靠性。

结合图2，可选地，所述半导体功率开关电路100包括的电气元件不受限制，只要具有在控制信号的控制下可以实现电路的导通与否的控制即可。例如，可以包括一个半导体功率开关s1，或多个并联的半导体功率开关s1，也可以是包括一些其它的附属电气元件。在本实施例中，所述半导体功率开关电路100包括半导体功率开关s1。所述半导体功率开关s1的高电位端作为所述半导体功率开关电路100的高电位端分别与所述高电位引脚hv和供电电路300的第三输入端310连接，控制端作为所述半导体功率开关电路100的控制端与所述电平转换电路200的第一输出端250连接，低电位端作为所述半导体功率开关电路100的低电位端分别与所述接地引脚lv和所述电平转换电路200的第二输出端270连接。

可选地，所述半导体功率开关s1的具体类型不受限制，例如，可以是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、碳化硅晶体管、氮化镓晶体管、高电子迁移率晶体管以及绝缘栅双极型晶体管中的一种。在本实施例中，所述半导体功率开关s1为n型场效应管。

进一步地，在本实施例中，所述半导体功率开关电路100还可以包括放电电阻r0。所述放电电阻r0连接于所述半导体功率开关s1的控制端与低电位端之间，可以将所述控制端存在的电流导入所述接地引脚lv，无需外接电气器件即可实现对该电流的处理，进而有效避免了对控制信号产生干扰的问题。

可选地，所述电平转换电路200包括的电气元件不受限制，只要能实现在所述驱动信号的控制下将所述供电电路300输出的稳定电压转换为所述控制信号即可。结合图3，在本实施例中，所述电平转换电路200包括第一电阻r1、第一场效应管q1、第二场效应管q2以及第三场效应管q3。

进一步地，在本实施例中，所述第一电阻r1的第一端分别与所述供电电路300的输出端和所述第二场效应管q2的高电位端连接，第二端分别与所述第一场效应管q1的高电位端、第二场效应管q2的控制端以及第三场效应管q3的控制端连接。所述第一场效应管q1的控制端作为所述电平转换电路200的第一输入端210与所述控制引脚sig连接，低电位端作为所述电平转换电路200的第二输入端230分别与所述信号地引脚sig_gnd、所述第三场效应管q3的低电位端以及所述半导体功率开关电路100的低电位端连接。所述第二场效应管q2的低电位端与所述第三场效应管q3的高电位端连接后作为所述电平转换电路200的第二输出端250与所述半导体功率开关电路100的控制端连接，所述第三场效应管q3的低电位端作为所述电平转换电路200的第二输出端270。

可选地，所述第一场效应管q1、第二场效应管q2以及第三场效应管q3的具体类型不受限制，只要所述第二场效应管q2与所述第三场效应管q3的极性相反以使所述电平转换电路200可以对外输出不同的控制信号即可。在本实施例中，所述第一场效应管q1和所述第三场效应管q3为n型场效应管，所述第二场效应管q2为p型场效应管。

通过上述设置，可以实现：在所述驱动信号为高电平时，所述第一场效应管q1导通，所述第二场效应管q2的控制端和所述第三场效应管q3的控制端的电平变为低电平，以使所述第二场效管导通、所述第三场效应管q3关断，从而向所述半导体功率开关s1的控制端输出高电平，所述半导体功率开关s1导通。在所述驱动信号为高低电平时，所述第一场效应管q1关断，所述第二场效应管q2的控制端和所述第三场效应管q3的控制端的电平变为高电平，以使所述第二场效管关断、所述第三场效应管q3导通，从而向所述半导体功率开关s1的控制端输出低电平，所述半导体功率开关s1关断。

进一步地，考虑到所述半导体功率开关电路100在导通与关断的过程中会形成震荡电压，该震荡电压在传递至所述信号地引脚sig_gnd时会对所述驱动信号产生干扰，在本实施例中，所述电平转换电路200还可以包括电感l。所述电感l连接于所述信号地引脚sig_gnd与所述第三场效应管q3的低电位端之间，即所述电平转换电路200的第二输入端230与第二输出端270之间。应说明的是，在本发明中，为了解决对所述驱动信号产生干扰的问题，所述电感l也可以采用其他具有同等抗干扰效果的元件代替，或者除了电感l之外，还可以在第二输入端230与第二输入端270之间加入其它适用的电子元件。

可选地，所述供电电路300包括的电气元件不受限制，只要能将所述外部待控制电路提供的电能转换为稳定的电压向所述电平转换电路200输出即可。结合图4和图5，在本实施例中，所述供电电路300可以包括二极管d1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1以及稳压管d2。

在本实施例中，所述二极管d1的阳极作为所述供电电路300的第三输入端310分别与所述高电位引脚hv和所述半导体功率开关电路100的高电位端连接，阴极与所述第二电阻r2的第一端连接，所述第二电阻r2的第二端作为所述供电电路的第三输出端330与所述电平转换电路200的供电端vcc连接，所述第三电阻r3、第一电容c1和稳压管d2并联连接于所述第二电阻r2的第二端和地之间。

结合图6和图7，在本实施例中，所述供电电路300也可以包括二极管d1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一三极管q4以及稳压管d2。

在本实施例中，所述二极管d1的阳极作为所述供电电路300的第三输入端310分别与所述高电位引脚hv和所述半导体功率开关电路100的高电位端连接，阴极与所述第二电阻r2的第一端连接。所述第二电阻r2的第二端分别通过所述第一电容c1和第三电阻r3接地，并通过所述第四电阻r4分别与所述第五电阻r5的第一端和所述第一三极管q4的集电极连接。所述第五电阻r5的第二端与所述第一三极管q4的基极连接，所述第二电容c2和所述稳压管d2并联连接于所述第五电阻r5与地之间。所述第一三极管q4的发射极作为所述供电电路的第三输出端330与所述电平转换电路200的供电端vcc连接，并通过所述第三电容c3接地。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括驱动设备、待控制电路以及所述半导体功率开关器件10。所述半导体功率开关器件10的高电位引脚hv与所述待控制电路的输出端口连接、控制引脚sig与所述驱动设备的驱动信号输出端口连接、信号地引脚sig_gnd与所述驱动设备的信号地端口连接、接地引脚lv接地。

由于所述电子设备包括所述半导体功率开关器件10，因此具有与所述半导体功率开关器件10相同的技术特征，在此不再一一赘述，请参考对所述半导体功率开关器件10的解释说明。

综上所述，本发明提供的一种半导体功率开关器件10和电子设备，通过设置电平转换电路200和供电电路300，在外部驱动设备输出的驱动信号的驱动下，可以为半导体功率开关电路100提供稳定的控制信号，以解决现有技术中半导体功率开关电路100容易产生误动作的问题，有效地提高了半导体功率开关器件10的稳定性和可靠性。其次，在电平转换电路200的第二输入端230与第二输出端270之间设置电感l，即在电平转换电路200的输入参考地和输出参考地之间设置电感l，可以将输入参考地和输出参考地进行隔离，有效地避免了输出参考地存在的干扰信号对输入参考地的干扰，进而避免了对驱动信号的干扰，极大地提高了半导体功率开关器件10的稳定性和可靠性。最后，通过将半导体功率开关电路100、电平转换电路200以及供电电路300分别集成于不同的芯片，并将各芯片封装于一体，可以有效降低电平转换电路200与半导体功率开关电路100之间的电路路径，进而降低该电路上产生的寄生电感，进一步提高了半导体功率开关器件10的稳定性和可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。