使用双向双基极双极结型晶体管的开关组合件及其操作方法与流程

1.本技术案涉及双向双基极双极结型晶体管，及特定来说使用双向双基极双极结型晶体管的开关组合件。


背景技术：

2.双向双基极双极结型晶体管(下文为b
‑
tran)是在主体区的第一侧上经构造有基极及集电极
‑
发射极且在主体区的与第一侧相对的第二侧上经构造有不同且分离的基极及集电极
‑
发射极的结型晶体管。当由外部驱动器恰当地配置时，电流可选择性地沿任一方向流动通过b
‑
tran，且因此b
‑
tran装置被视为双向装置。基于双向性，集电极
‑
发射极被视为集电极(例如，进入b
‑
tran的电流流动)还是发射极(例如，离开b
‑
tran的电流流动)取决于经施加外部电压及因此通过b
‑
tran的电流流动的方向。当特定集电极
‑
发射极充当集电极时，主体区的同一侧上的基极可被称为集电极侧基极或c基极。相关地，当特定集电极
‑
发射极充当发射极时，主体区的同一侧上的基极可被称为发射极侧基极或e基极。考虑沿特定方向(例如从上集电极
‑
发射极到下集电极
‑
发射极)通过b
‑
tran装置的电流流动。在此情况下，上集电极
‑
发射极充当集电极，且下集电极
‑
发射极充当发射极。
3.b
‑
tran可具有变动的导电模式及对应的正向电压降。例如，在二极管导通模式下，上基极或c基极可直接耦合到上集电极
‑
发射极，且下基极或e基极可电浮动。在实例二极管导通模式中，跨b
‑
tran的正向电压降可约为基于硅的二极管的正向电压降(例如，约1.0v)。然而，在晶体管导通模式下在从上集电极
‑
发射极到下集电极
‑
发射极的电流流动的实例情况下，可通过相对于上集电极
‑
发射极增加上基极处的电压来减少正向电压降(例如，到约0.2v与0.3v之间，包含端值)。晶体管导通模式虽然就较低正向电压降而言具有益处，但也具有使b
‑
tran不导电的增加的关断时间。


技术实现要素：

4.一个实例是一种操作双向双基极双极结型晶体管的方法，所述方法包括：以第一速率将电荷载流子注入到所述晶体管的上基极中，以所述第一速率的所述注入导致从上集电极
‑
发射极到下集电极
‑
发射极通过所述晶体管的电流流动，且所述电流流动导致跨所述上集电极
‑
发射极及所述下集电极
‑
发射极测量的第一电压降；及接着，在所述晶体管的第一导电周期结束之前的预定时间段内，以低于所述第一速率的第二速率将电荷载流子注入到所述上基极中，以所述第二速率的所述注入导致跨所述上集电极
‑
发射极及所述下集电极
‑
发射极测量的第二电压降，所述第二电压降高于所述第一电压降；及接着在所述第一导电周期结束时使所述晶体管不导电。
5.在所述实例方法中，使所述晶体管不导电可进一步包括将所述晶体管的下基极直接耦合到所述晶体管的所述下集电极
‑
发射极，及从所述上基极提取电荷载流子。在从所述上基极提取电荷载流子之后，所述实例方法可包括使上基极电浮动。
6.所述实例方法可进一步包括在以所述第一速率注入电荷载流子之前，以高于所述
第一速率的第三速率将电荷载流子注入到所述上基极中，以所述第三速率注入电荷载流子减少从所述晶体管的关断模式到导电状态的切换时间。
7.在所述实例方法中，使所述晶体管不导电可进一步包括：停止将电荷载流子注入到所述上基极中；使所述上基极电浮动；及将所述晶体管的下基极直接耦合到所述晶体管的所述下集电极
‑
发射极。
8.在所述实例方法中，通过所述上基极以所述第一速率注入电荷载流子可进一步包括将第一电压源耦合在所述上集电极
‑
发射极与所述上基极之间。通过所述上基极以所述第二速率注入电荷载流子可进一步包括将第二电压源耦合在所述上集电极
‑
发射极与所述上基极之间，所述第二电压源与所述第一电压源不同。通过所述上基极以所述第二速率注入电荷载流子可进一步包括降低所述第一电压源的输出电压。
9.在所述实例方法中，通过所述上基极以所述第一速率注入电荷载流子可进一步包括将第一电流源耦合在所述上集电极
‑
发射极到所述上基极之间。通过所述上基极以所述第二速率注入电荷载流子可进一步包括将第二电流源耦合在所述上集电极
‑
发射极与所述上基极之间。通过所述上基极以所述第二速率注入电荷载流子可进一步包括降低所述第一电流源的电流输出。
10.所述实例方法可进一步包括在以所述第一速率注入电荷载流子之前，通过将所述上集电极
‑
发射极直接耦合到所述上基极来使所述晶体管导电。
11.在所述实例方法中，所述第一电压降可小于0.2伏或更小，且所述第二电压降可大于0.4伏。
12.所述实例方法可进一步包括在所述使所述晶体管不导电之后：以第三速率将电荷载流子注入到所述晶体管的所述下基极中，以所述第三速率的所述注入导致从所述下集电极
‑
发射极到所述上集电极
‑
发射极通过所述晶体管的电流流动，且所述电流流动导致跨所述下集电极
‑
发射极及所述上集电极
‑
发射极的第三压降；及接着，在第二导电周期结束的预定时间段内，以低于所述第三速率的第四速率将电荷载流子注入到所述下基极中，以所述第四速率的所述注入导致跨所述下集电极
‑
发射极及所述上集电极
‑
发射极测量的第四电压降，所述第四电压降高于所述第三电压降；及接着在所述第二导电周期结束时使所述晶体管不导电。
13.另一实例是一种开关组合件，其包括：双极结型晶体管，其界定上基极、上集电极
‑
发射极、下基极及下集电极
‑
发射极；驱动器，其界定耦合到所述上基极的上基极端子、耦合到所述上集电极
‑
发射极的上导电端子、耦合到所述下基极的下基极端子及耦合到所述下集电极
‑
发射极的下导电端子。所述驱动器可经配置以：以第一速率将电荷载流子注入到所述上基极中，以所述第一速率注入电荷载流子导致从所述上集电极
‑
发射极到所述下集电极
‑
发射极通过所述晶体管的第一导电率；预测第一导电周期的结束，且在所述第一导电期结束之前的预定时间段内，以低于所述第一速率的第二速率将电荷载流子注入到上所述基极中，以所述第二速率注入电荷载流子导致从所述上集电极
‑
发射极到所述下集电极
‑
发射极通过所述晶体管的第二导电率，所述第二导电率降低于所述第一导电率；及接着在所述第一导电周期结束时使所述晶体管不导电。
14.在所述实例开关组合件中，所述驱动器可进一步包括：控制器；第一电压源，其界定第一电压输出；及第一电控开关，其界定耦合到所述第一电压输出的第一连接、耦合到所
述上基极的第二连接及耦合到所述控制器的第一控制输入。当所述驱动器以所述第一速率将电荷载流子注入到所述上基极中时，所述控制器可经配置以通过断言所述第一控制输入来使所述第一电控开关导电。
15.所述实例开关组合件可进一步包括：第二电压源，其界定第二电压输出，所述第二电压源与所述第一电压源不同；及第二电控开关，其界定耦合到所述第二电压输出的第一连接、耦合到所述上基极的第二连接及耦合到所述控制器的第二控制输入。当所述驱动器以所述第二速率将电荷载流子注入到所述上基极中时，所述控制器可经配置以通过断言所述第二控制输入来使所述第二电控开关导电。
16.所述实例开关组合件可进一步包括设置点输入，所述设置点输入由所述第一电压源界定，所述设置点输入经耦合到所述控制器。当所述驱动器通过所述上基极以所述第二速率注入电荷载流子时，所述控制器可经配置以降低施加到所述第一电压输出的电压。
17.在所述实例开关组合件中，所述驱动器可进一步包括：控制器；第一电流源，其界定第一电流输出；及第一电控开关，其界定耦合到所述第一电流输出的第一连接、耦合到所述上基极的第二连接及耦合到所述控制器的第一控制输入。当所述驱动器以所述第一速率将电荷载流子注入到所述上基极中时，所述控制器经配置以通过断言所述第一控制输入来使所述第一电控开关导电。
18.所述实例开关组合件可进一步包括：第二电流源，其界定第二电流输出，所述第二电流源与所述第一电流源不同；及第二电控开关，其界定耦合到所述第二电流输出的第一连接、耦合到所述上基极的第二连接及耦合到所述控制器的第二控制输入。当所述驱动器以所述第二速率将电荷载流子注入到所述上基极中时，所述控制器可经配置以通过断言所述第二控制输入来使所述第二电控开关导电。
19.所述实例开关组合件可进一步包括设置点输入，所述设置点输入由所述第一电流源界定，所述设置点输入经耦合到所述控制器。当所述驱动器通过所述上基极以所述第二速率注入电荷载流子时，所述控制器可经配置以降低施加到所述第一电流输出的电流。
20.所述实例开关组合件可进一步包括：控制器；用于生成电荷载流子的部件；第一电控开关，其界定耦合到用于生成电荷载流子的所述部件的第一连接、耦合到所述上基极的第二连接及耦合到所述控制器的第一控制输入；第二电控开关，其界定耦合到所述下集电极
‑
发射极的第一连接、耦合到所述下基极的第二连接及耦合到所述控制器的第二控制输入。当所述驱动器使所述晶体管不导电时，所述控制器可经配置以：通过断言所述第一控制输入来使所述第一电控开关导电以通过所述上基极提取电荷载流子；且接着通过取消断言第一控制输入来使所述第一电控开关不导电；且通过断言所述第二控制输入来使所述第二电控开关导电。
21.在所述实例开关组合件中，当所述驱动器使所述晶体管不导电时，所述驱动器可经配置以将所述晶体管的所述下基极直接耦合到所述晶体管的所述下集电极
‑
发射极，且从所述上基极提取电荷载流子。当所述驱动器使所述晶体管不导电时，所述驱动器可进一步经配置以在从所述上基极提取电荷载流子之后，使所述上基极电浮动。
22.在所述实例开关组合件中，所述驱动器可进一步经配置以在以所述第一速率注入电荷载流子之前，以高于所述第一速率的第三速率将电荷载流子注入到所述上基极中，以所述第三速率注入电荷载流子减少从所述晶体管的关断模式到导电状态的切换时间。
附图说明
23.对于实例实施例的详细描述，现在将参考附图，其中：
24.图1展示根据至少一些实施例的b
‑
tran的横截面正视图；
25.图2展示根据至少一些实施例的b
‑
tran的实例模型连同概念性驱动器电路的电示意图；
26.图3a展示根据实例实施例的其中b
‑
tran不导电的实例模型及驱动器电路；
27.图3b展示根据至少一些实施例的经布置用于二极管导电的实例模型及驱动器电路；
28.图3c展示根据至少一些实施例的经布置用于导电的实例模型及驱动器电路；
29.图3d展示根据至少一些实施例的经布置用于预关断的实例模型及驱动器电路；
30.图4展示跨b
‑
tran装置的随时间变化的电压降的曲线图；
31.图5展示根据至少一些实施例的跨b
‑
tran装置的随时间变化的电压降的曲线图；
32.图6展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部框图、局部电示意图；
33.图7展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部框图、局部电示意图；
34.图8展示根据至少一些实施例的跨b
‑
tran装置的随时间变化的电压降的曲线图；
35.图9展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部电示意图；
36.图10展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部电示意图；及
37.图11展示根据至少一些实施例的方法。
38.定义
39.各种术语用于指代特定系统组件。不同公司可能用不同名称指代组件—本文献并非意在区分名称不同但功能相同的组件。在以下论述及权利要求书中，术语“包含”及“包括”以开放式方式使用，且因此应被解释为表示“包含但不限于
…”
。而且，术语“耦合(couple/couples)”意在表示间接或直接连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么那个连接可通过直接连接或通过经由其它装置及连接的间接连接。
40.关于所引用参数的“约”应表示所引用参数加上或减去所引用参数的百分之十( /
‑
10％)。
[0041]“断言”将表示改变布尔信号的状态。根据电路设计者的判断，布尔信号可被断言为高或具有较高电压，且布尔信号被断言为低或具有较低电压。类似地，“取消断言”应表示将布尔信号的状态改变为与经断言状态相反的电压电平。
[0042]“双向双基极双极结型晶体管”应表示在主体区的第一面或第一侧上具有基极及集电极
‑
发射极且在主体区的第二面或第二侧上具有基极及集电极
‑
发射极的结型晶体管。第一侧上的基极及集电极
‑
发射极与第二侧上的基极及集电极
‑
发射极不同。正交于第一侧的指向外的矢量指向与正交于第二侧的指向外的矢量相反的方向。
[0043]“上基极”应表示晶体管的主体区的第一侧上的双向双基极双极结型晶体管的基极，且不应被解读为暗指基极相对于重力的位置。
[0044]“下基极”应表示晶体管的主体区的与第一侧相对的第二侧上的双向双基极双极结型晶体管的基极，且不应被解读为暗指基极相对于重力的位置。
[0045]“上集电极
‑
发射极”应表示晶体管的主体区的第一侧上的双向双基极双极结型晶体管的集电极
‑
发射极，且不应被解读为暗指集电极
‑
发射极相对于重力的位置。
[0046]“下集电极
‑
发射极”应表示晶体管的主体区的与第一侧相对的第二侧上的双向双基极双极结型晶体管的集电极
‑
发射极，且不应被解读为暗指集电极
‑
发射极相对于重力的位置。
[0047]“将电荷载流子注入到晶体管的基极中”(例如，上基极、下基极)不应包含将基极直接耦合(例如，通过晶体管)到晶体管的同一侧上的集电极
‑
发射极。
[0048]“从晶体管的基极(例如，上基极、下基极)提取电荷”不应包含将基极直接耦合(例如，通过晶体管)到晶体管的同一侧上的集电极
‑
发射极。
[0049]
术语“输入”及“输出”在用作名词时是指连接(例如，电、软件)，且不应被解读为需要动作的动词。例如，定时器电路可界定时钟输出。实例定时器电路可在时钟输出上创建或驱动时钟信号。在以硬件(例如，在半导主体衬底上)直接实施的系统中，这些“输入”及“输出”界定电连接。在以软件实施的系统中，这些“输入”及“输出”界定分别由实施功能的指令读取或写入的参数。
[0050]“控制器”应单独或组合地表示经配置以读取输入且响应于输入而驱动输出的个别电路组件、专用集成电路(asic)、带有控制软件的微控制器、精简指令集计算机(risc)、数字信号处理器(dsp)、带有控制软件的过程、带有控制软件的处理器、可编程逻辑装置(pld)或现场可编程门阵列(fpga)。
具体实施方式
[0051]
本技术案主张2020年5月18日申请的标题为“用以改善b
‑
tran性能的外部电力供应器的调制(modulation of external power supply to improve b
‑
tran performance)”的第63/026,597号美国临时申请案的权益。所述临时申请案犹如下文全文复制一样以引用的方式并入本文中。
[0052]
以下论述涉及本发明的各种实施例。尽管这些实施例中的一或多者可为优选的，但是所公开实施例不应被解释为或以其它方式用于限制本公开(包含权利要求书)的范围。另外，所属领域的技术人员将理解，以下描述具有广泛应用，且对任何实施例的论述仅意指那个实施例的示范，且并非意在暗示本公开(包含权利要求书)的范围限于那个实施例。
[0053]
各种实例涉及操作双向双基极双极结型晶体管(b
‑
tran)的方法及系统。特定来说，各种实例涉及控制跨b
‑
tran的集电极
‑
发射极的正向电压降使得在导电周期的大部分时间内正向电压降为低(例如，0.1v到0.2v，包含端值)，且在导电周期结束之前的预定时间段内升高正向电压降(例如，到0.4v与1.0v之间，包含端值)。就导电率而言，各种实例涉及控制通过b
‑
tran的集电极
‑
发射极的导电率使得在导电周期的大部分时间内所述导电率为高，且在导电周期结束之前的预定时间段内所述导电率降低。在导电周期接近结束时增加正向电压降会稍微增加跨b
‑
tran的导电损耗；然而，在导电周期接近结束时增加正向电压降会减少切换时间及因此在将b
‑
tran转变为不导电状态时的切换损耗。净效应是b
‑
tran的更好的总操作效率。说明书首先转向实例b
‑
tran装置来引导读者。
[0054]
图1展示根据至少一些实施例的b
‑
tran的横截面正视图。特定来说，图1展示具有上面或上侧102及下面或下侧104的b
‑
tran 100。指称“上”及“下”是任意的且仅仅用于方便论述。上侧102面向与下侧104相反的方向。换句话说，正交于上侧102的指向外的矢量(未具体地展示的矢量)将指向相对于正交于下侧104的指向外的矢量(未具体地展示的矢量)的
相反方向。
[0055]
上侧102包含与漂移区或主体衬底108形成结的集电极
‑
发射极接触区106。上侧102进一步界定安置在集电极
‑
发射极接触区106之间的基极接触区110。集电极
‑
发射极接触区106经耦合在一起以形成上集电极
‑
发射极112。基极接触区110经耦合在一起以形成上基极114。类似地，下侧104包含与主体衬底108形成结的集电极
‑
发射极接触区116。下侧104进一步界定安置在下集电极
‑
发射极接触区116之间的基极接触区118。集电极
‑
发射极接触区116经耦合在一起以形成下集电极
‑
发射极120。下基极接触区118经耦合在一起以形成下基极122。
[0056]
实例b
‑
tran 100是npn结构，因此集电极
‑
发射极接触区106及116是n型，且基极接触区110及118是p型。在实例系统中，浅n 区提供从集电极
‑
发射极接触区106及116到相应集电极
‑
发射极112及120的欧姆接触。此外在实例系统中，浅p 接触掺杂提供从基极接触区110及118到相应基极114及122的欧姆接触。在这个实例中，电介质填充的沟槽124在基极接触区与集电极
‑
发射极接触区之间提供横向分隔。应注意，也可考虑pnp型b
‑
tran装置；然而，为了使论述不过于冗长，未具体地展示pnp型b
‑
tran装置。
[0057]
在实例情况下，与上侧102相关联的各种结构及掺杂意在为与下侧104相关联的各种结构及掺杂的镜像。然而，在一些情况下，与上侧102相关联的各种结构及掺杂在与下侧104上的各种结构及掺杂不同的时间构造，且因此在两侧之间可能存在细微的结构及掺杂差异，所述差异可归因于制造公差，但此不会不利地影响作为双向双基极双极结型晶体管的装置的操作。为了描述实例b
‑
tran装置的操作，说明书现在转向b
‑
tran装置的实例模型连同简化的驱动器电路。
[0058]
图2展示b
‑
tran的实例模型的电示意图连同概念性驱动器电路的电示意图。特定来说，图2展示b
‑
tran的模型200，连同用于b
‑
tran的上侧的驱动器部分202及用于b
‑
tran的下侧的驱动器部分204。首先转向模型200，实例模型200界定上集电极
‑
发射极112及上基极114(尽管在图2中，上基极114被展示在左侧上)。驱动器部分202耦合到上集电极
‑
发射极112及上基极114。实例模型200进一步界定下集电极
‑
发射极120及下基极122(尽管在图2中，下基极122被展示在右侧上)。驱动器204耦合到下集电极
‑
发射极120及下基极122。
[0059]
在内部，实例模型200包括第一npn晶体管206，所述第一npn晶体管206具有耦合到上集电极
‑
发射极112的发射极e1、耦合到下集电极
‑
发射极120的集电极c1及界定上基极114的基极b1。实例模型200进一步包含第二npn晶体管208，所述第二npn晶体管208具有耦合到下集电极
‑
发射极120的发射极e2、耦合到上集电极
‑
发射极112的集电极c2及界定下基极122的基极b2。基极b1及b2通过串联电阻器210及212(表示主体衬底的漂移区)耦合在一起，串联电阻器210及212在其之间界定节点214。二极管216经耦合在节点214与上集电极
‑
发射极112之间，且二极管216表示上基极114与上集电极
‑
发射极112之间的上pn结。类似地，二极管218经耦合在节点214与下集电极
‑
发射极120之间，且二极管218表示下基极122与下集电极
‑
发射极120之间的下pn结。
[0060]
在模型200的外部，电控开关222(下文中仅称开关222)具有耦合到上集电极
‑
发射极112的第一引线及耦合到上基极114的第二引线。实例开关222被展示为呈断开或不导电配置的单极、单掷开关，但是实际上开关222可为场效应晶体管(fet)。因此，当开关222导电时，上基极114经耦合到上集电极
‑
发射极112。实例驱动器202进一步包括说明性地展示为
电池的电荷载流子源220。电荷载流子源220具有耦合到上集电极
‑
发射极112的负极引线。另一电控开关224(下文中仅开关224)具有耦合到电荷载流子源220的正极端子的第一引线及耦合到上基极114的第二引线。实例开关224被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关224可为fet。因此，当开关224导电时，电荷载流子源220经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。
[0061]
仍参考图2，电控开关228(下文中仅称开关228)具有耦合到下集电极
‑
发射极120的第一引线及耦合到下基极122的第二引线。实例开关228被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关228可为fet。因此，当开关228导电时，下基极122经耦合到下集电极
‑
发射极120。实例驱动器204进一步包括说明性地展示为电池的另一电荷载流子源226。电荷载流子源226具有耦合到下集电极
‑
发射极120的负极引线。电控开关230(下文中仅开关230)具有耦合到电池226的正极端子的第一引线及耦合到下基极122的第二引线。开关230被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关230可为fet。因此，当开关230导电时，电荷载流子源226经耦合在下集电极
‑
发射极120与下基极122之间。
[0062]
图3a展示在其中b
‑
tran不导电的模式下的实例模型及驱动器部分电路。不导电的开关被展示为开路，而导电的开关展示为电短路。特定来说，外部电压是跨上集电极
‑
发射极112及下集电极
‑
发射极120施加，其中在上集电极
‑
发射极112上具有正极性。在图3a中所展示的配置中，开关228是导电的且所有其余开关228是不导电的。导电的开关228将下集电极
‑
发射极120直接耦合到下基极122，这有效地使由二极管218所说明的下pn结旁通或短接且确保由二极管216所说明的上pn结被反向偏置。此外，上基极114是电浮动的。因此，没有电流流动通过b
‑
tran且对于所施加极性整个b
‑
tran是不导电的。因此，图3a的布置可被称为关断模式。
[0063]
现在考虑使b
‑
tran导电。图3b展示经布置用于任选二极管导通模式的实例模型及驱动器部分电路。特定来说，为了最初使b
‑
tran在外部电压下以所展示极性导电，使开关222导电且使开关228不导电。开关224及230保持不导电。在所展示配置中，由二极管216所说明的上pn结被旁通，且由二极管218所说明的下pn结被正向偏置。因此，在所谓二极管导通模式下，电流从上集电极
‑
发射极112及上基极114流动到下集电极
‑
发射极120。当使用时，二极管导通模式可持续预定时间段(例如，约1μs到5μs，包含端值)。在所展示配置中，正向电压降是相对低的。在一个实例中，在约200a/cm2的电流密度下，正向电压降为约1.0v。然而，可将正向电压降驱动为更低。
[0064]
图3c展示经布置用于导电的实例模型及驱动器电路。在其中使用二极管导通模式的情况下，为了进一步降低跨b
‑
tran的正向电压降，使开关222不导电，使开关224导电，且开关228及230保持不导电。在其中省略二极管导通模式的情况下，从关断模式(图3a)使开关228不导电，使开关224导电，且开关222及230保持不导电。在所展示配置中，电荷载流子源220经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。结果是上基极114上的电压被驱动为高于上集电极
‑
发射极112上的电压。尽管下基极122未在外部连接且电浮动，但是下基极122通过b
‑
tran的漂移区在内部连接，且因此下基极122可(取决于电荷载流子源220的实例电压)被驱动为高于上集电极
‑
发射极112上的电压。因此，模型200的两个实例晶体管部分或完全导电，且所述布置被称为晶体管导通模式。此外，将电荷载流子(在此处为空穴)注入到上基极114中。漂移区中的额外空穴的组合增加漂移区的导电率，这降低跨b
‑
tran装置的
正向电压降。在一个实例中，在跨上集电极
‑
发射极112及上基极114(例如，通过电荷载流子源220)施加约0.7v到约1.0v(包含端值)的电压的情况下，正向电压降可减少到约0.1v与约0.2v之间，包含端值。论述现在转向使b
‑
tran不导电。
[0065]
图3d展示经布置用于任选预关断模式的实例模型及驱动器电路。特定来说，在开始使b
‑
tran不导电的过程(例如，对于1200v装置，在完全关断之前约0.1μs到5μs)的一些实例中，使开关222及228导电，且使开关224不导电。开关230保持不导电。使开关224不导电且使开关222导电停止将电荷载流子从电荷载流子源220注入到漂移区中。此外，使开关228导电引起从漂移区的大电流汲取或流动。由此断定，这些动作从漂移区移除电荷载流子，使b
‑
tran脱离饱和，且增加正向电压降。因此，所述配置被称为预关断模式。在一个实例中，在预关断模式下，正向电压降可升高到约0.9v与3v之间，包含端值。接着，通过重新实施图3a的布置，对于外部电压的实例极性，可使图3a到3d中所展示的实例b
‑
tran完全不导电。在又其它情况下，特别是当b
‑
tran导电突然结束时(例如，断路器服务)，可省略预关断模式，且驱动器电路部分可将b
‑
tran直接从晶体管导通模式(图3c)转变为关断模式(图3a)。
[0066]
关于图3a到3d的实例是针对外部电压使其正电压施加到上集电极
‑
发射极112的情况。然而，实例b
‑
tran是对称装置，且现在了解如何控制以实例极性通过b
‑
tran的电流流动，紧接着了解控制沿相反方向的电流流动。在其中电流流动沿相反方向的此情况下，将使用电荷载流子源226及开关230来排除电荷载流子源220及开关224。
[0067]
图4展示跨b
‑
tran的随时间变化的电压降的曲线图。特定来说，图4展示在单个导电周期内跨实例b
‑
tran的正向电压降(vf)，且标记关于图3a到3d所论述的各种模式。在实例时间t0与t1之间，b
‑
tran可能完全不导电且因此关断。因此，在关断时间或关断模式期间跨b
‑
tran的电压可为跨集电极
‑
发射极的经施加电压(例如，1200v)。在实例时间t1与t2之间，可将b
‑
tran装置置于任选二极管导通模式，如关于图3b所论述。在任选二极管导通模式期间，跨b
‑
tran的正向电压降可为约1.0v。在实例时间t2与t3之间，可将b
‑
tran装置置于晶体管导通模式，如关于图3c所论述。在晶体管导通模式期间，基于在充当集电极的集电极
‑
发射极与b
‑
tran的同一侧上的基极之间施加的电压，跨b
‑
tran装置的正向电压降可为约0.2v到0.3v，包含端值。在实例时间t3与t4之间，可将b
‑
tran装置置于任选预关断模式，如关于图3d所论述。在任选预关断模式期间，跨b
‑
tran装置的正向电压降可升高到0.9v与3.0v之间。最后，在时间t4之后，b
‑
tran装置再次经布置用于不导电，如图3a中所展示。
[0068]
本说明书的发明人已确定可实现更高的总效率。即，虽然增加基极相对于其充当集电极的集电极
‑
发射极的电压会减少跨所述装置的正向电压降，但基极相对于其集电极
‑
发射极的增加的电压也会增加将b
‑
tran转变为不导电状态的时间量，且因此也增加切换损耗。换句话说，虽然将电荷载流子注入到与充当集电极的集电极
‑
发射极相关联的基极中会减少正向电压降，但电荷载流子的注入会增加关断时间及相关联损耗。
[0069]
各种实例涉及控制跨b
‑
tran的正向电压降使得在导电周期的大部分时间内正向电压降为低(例如，0.1v到0.2v，包含端值)，且在导电周期结束之前的预定时间段内(例如，约4μs)及在预关断模式之前，升高正向电压降(例如，到0.4v与1.0v之间，包含端值)。就导电率而言，各种实例涉及控制通过b
‑
tran的导电率使得在导电周期的大部分时间内所述导电率为高，且在导电周期结束之前的预定时间段内所述导电率降低。在导电周期接近结束时增加正向电压降会稍微增加跨b
‑
tran的导电损耗；然而，在导电周期接近结束时增加正
向电压降会减小将b
‑
tran转变为不导电状态时的切换损耗。净效应是b
‑
tran的更好的总操作效率。
[0070]
图5展示跨b
‑
tran的随时间变化的电压降的曲线图。特定来说，图5展示在单个导电周期内且使用任选二极管导通模式及任选预关断模式两者的跨实例b
‑
tran的电压降。在实例时间t0与t1之间，b
‑
tran可完全不导电且因此关断。因此，在关断模式期间跨b
‑
tran的电压可为经施加电压(例如，1200v)。在实例时间t1与t2之间，可将b
‑
tran装置置于任选二极管导通模式，如关于图3b所论述。在二极管导通模式期间，跨b
‑
tran的正向电压降可下降到约1.0v。在实例时间t2与t3之间，可将b
‑
tran置于晶体管导通模式，如关于图3c所论述。在晶体管导通模式期间，基于在充当集电极的集电极
‑
发射极与b
‑
tran的同一侧上的基极之间施加的电压，跨b
‑
tran的正向电压降可下降到约0.2v。然而，与图4的情况不同，在转变为任选预关断模式或直接转变为关断模式之前，在实例方法及系统中，将b
‑
tran置于晶体管导通模式，其中正向电压降介于与装置饱和相关联的正向电压降和与二极管导通模式相关联的正向电压降之间。因此，在实例时间t3与t4之间，b
‑
tran仍处于晶体管导通模式，但是饱和状态减少使得正向电压增加(例如，到0.2v与1.0v之间，包含端值，且在许多情况下约0.6v)。此后，且在实例时间t4与t5之间，实例b
‑
tran进入任选预关断模式，且跨b
‑
tran装置的正向电压降可再次升高到0.9v与3.0v之间。最后，在时间t5之后，b
‑
tran装置再次经布置用于不导电，如图3a中所展示。
[0071]
可基于驱动b
‑
tran的驱动器的状态，在概念上将t2与t4之间的时间段划分成两个时段。作为实例，考虑其中上集电极
‑
发射极已被施加经施加电压的正极性的布置。在时间段t2与t3之间，驱动器可能正在以第一速率将电荷载流子注入到上基极中。以第一速率注入电荷载流子会导致从上集电极
‑
发射极到下集电极
‑
发射极通过晶体管的电流流动，且电流流动导致如时间t2与t3之间所展示的第一正向电压降。根据实例系统，在导电周期结束之前的预定时间段(例如，约4μs)内，电荷载流子的注入速率可改变，且在实例情况下，将电荷载流子注入到上基极中改变为低于第一速率的第二速率。以第二速率注入电荷载流子会导致高于第一正向电压降的第二正向电压降，如时间t3与t4之间所展示。此后，可实施任选预关断模式，后接在时间t5之后的关断模式，如所展示。说明书现在转向经设计及经构造以实施实例方法的实例开关装置。
[0072]
图6展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部框图、局部电示意图。特定来说，实例开关组合件600包括b
‑
tran 100及驱动器602。在npn配置中，b
‑
tran 100通过具有两个发射器及两个基极的实例电路符号来展示。电路符号展示上集电极
‑
发射极112、上基极114、下集电极
‑
发射极120及下基极122。上集电极
‑
发射极112经耦合到开关组合件600的上导电端子604。下集电极
‑
发射极120经耦合到开关组合件600的下导电端子606。实例驱动器602界定耦合到上基极114的上基极端子608、耦合到上集电极
‑
发射极112的上导电端子610、耦合到下基极122的下基极端子612及耦合到下集电极
‑
发射极120的下导电端子614。
[0073]
实例驱动器602包含控制器616、电隔离器618及隔离变压器620。为了将b
‑
tran100置于各种导电及不导电状态，实例驱动器602包含多个电控开关与用于注入到上基极114及下基极122中的电荷载流子源。特定来说，驱动器602包括开关222，所述开关222具有耦合到上集电极
‑
发射极112的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器616的控制输入。如前所述，实例开关222被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关222可为场效应晶
体管(fet)，其中控制输入是fet的栅极。因此，当通过断言开关222的控制输入而使开关222导电时，上基极114经耦合到上集电极
‑
发射极112。
[0074]
驱动器602进一步包括说明性地展示为电池的电荷载流子源622。电荷载流子源622具有耦合到上集电极
‑
发射极112的负极引线。另一电控开关624(下文中仅开关624)具有耦合到电荷载流子源622的正极端子的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器616的控制输入。实例开关624也被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关624可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关624导电时，电荷载流子源622经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。驱动器602进一步包括说明性地展示为电池的另一电荷载流子源626。电荷载流子源626具有耦合到上集电极
‑
发射极112的负极引线。另一电控开关628(下文中仅开关628)具有耦合到电荷载流子源626的正极端子的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器616的控制输入。实例开关628也被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关628可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关628导电时，电荷载流子源626经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。
[0075]
现在转向b
‑
tran 100的下侧，实例驱动器602进一步包括开关228，所述开关228具有耦合到下集电极
‑
发射极120的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器616的控制输入。和上文一样，实例开关228被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关228可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当通过断言开关228的控制输入而使开关228导电时，下基极122经耦合到下集电极
‑
发射极120。驱动器602进一步包括说明性地展示为电池的电荷载流子源630。电荷载流子源630具有耦合到下集电极
‑
发射极120的负极引线。另一电控开关632(下文中仅开关632)具有耦合到电荷载流子源630的正极端子的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器616的控制输入。实例开关632也被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关632可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关632导电时，电荷载流子源630经耦合在下集电极
‑
发射极120与下基极122之间。
[0076]
驱动器602进一步包括说明性地展示为电池的另一电荷载流子源634。电荷载流子源634具有耦合到下集电极
‑
发射极120的负极引线。另一电控开关636(下文中仅开关636)具有耦合到电荷载流子源634的正极端子的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器616的控制输入。实例开关636也被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关636可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关636导电时，电荷载流子源634经耦合在下集电极
‑
发射极120与下基极122之间。
[0077]
控制器616界定控制输入638，以及分别耦合到开关628、624、222、228、632及636的控制输入的控制输出640、642、644、646、648及650。当控制输入638被断言时，控制器616经设计及经构造以通过控制各种开关来将b
‑
tran 100置于导电状态。相反地，当控制输入638被取消断言时，控制器616经设计及经构造以通过控制各种开关来将b
‑
tran 100置于不导电状态。b
‑
tran 100处于不导电状态的布置取决于经施加电压的极性。因此，实例控制器616进一步界定接收经施加极性的布尔指示的极性输入652。在实例驱动器602中，比较器654具有耦合到上导电端子604的第一输入(由气泡“a”所展示的连接)及耦合到下导电端子606的第二输入。比较器654界定耦合到极性输入652的比较输出。虽然图6展示直接耦合到相应导电端子的第一及第二输入，但是实际上跨在不导电状态下的b
‑
tran 100的电压可较大(例如，1200v)且因此第一及第二输入中的每一者可通过相应分压器电路耦合到其相应
导电端子。在又进一步情况下，经施加极性可由开关组合件600外部的系统及装置与跨电隔离器618发送的布尔信号来确定。
[0078]
如上文所论述，将b
‑
tran 100从不导电状态转变成导电状态，且接着回到不导电状态可为多步过程。因此，在一些实例情况下，控制器616可为经配置以读取控制输入638及极性输入652且驱动控制输出以实施如例如关于图5所论述的b
‑
tran 100的状态或模式转变的个别电路组件、专用集成电路(asic)、带有控制软件的微控制器、精简指令集计算机(risc)、数字信号处理器(dsp)、带有控制软件的过程、带有控制软件的处理器、可编程逻辑装置(pld)或现场可编程门阵列(fpga)。
[0079]
在实例系统中，开关组合件600是电浮动的。为了在开关组合件600的电域中接收控制输入638，实例驱动器602实施电隔离器618。实例电隔离器618可采取任何合适形式，例如光耦合器或电容性隔离装置。无论电隔离器618的精确性质如何，可将外部控制信号(例如，在被断言时指示应将b
‑
tran 100置于导电状态的布尔信号)可经耦合到电隔离器618的控制输入656。电隔离器618又将控制信号直通到开关组合件600的电域。在所述实例中，外部控制信号被直通以变为控制器616的控制输入638。
[0080]
现在转向隔离变压器620。开关组合件600内的各种装置可使用操作功率。例如，控制器616可使用总线电压及功率来实现b
‑
tran的各种操作模式的实施。此外，系统内的电荷载流子源实际上可被实施为呈切换功率转换器的形式的个别电压源，或也可使用切换功率转换器实施个别电流源。实施电荷载流子源的切换功率转换器可使用总线电压及功率。为了在开关组合件600的电域内提供操作功率，提供隔离变压器620。外部系统(未具体地展示)可跨隔离变压器620的初级引线658及660提供交流(ac)信号(例如，15v ac)。隔离变压器620在次级引线662及664上产生ac电压。可将隔离变压器620的次级上的ac电压提供给ac
‑
dc功率转换器668，所述ac
‑
dc功率转换器668对ac电压进行整流且通过总线电压v
bus
(例如，3.3v、5v、12v)相对于公共端670提供功率。由ac
‑
dc功率转换器668提供的功率可由开关组合件600的各种组件使用。在其它情况下，可能存在多重隔离变压器(例如，b
‑
tran的每一侧一个)。又此外，可使用具有多个次级绕组的单个隔离变压器。
[0081]
作为实例，考虑其中跨导电端子604及606的经施加电压在上导电端子604上具有正极性的情况。进一步考虑施加到电隔离器618的控制输入656的控制信号被取消断言，且因此施加到控制器616的控制输入638的控制信号被取消断言。基于控制输入638的经取消断言状态，控制器616经设计及经构造以考虑到经施加极性(如由控制器616通过极性输入652所读取)而将b
‑
tran 100置于不导电状态。因此，在实例布置中，控制器616可经设计及经构造以断言控制输出646以使开关228导电，且所有其它控制输出被取消断言使得所有其它开关不导电，这使上基极114电浮动。
[0082]
仍在上导电端子604处的正极性的实例布置中，现在考虑施加到电隔离器618的控制输入656的控制信号被断言，且因此施加到控制器616的控制输入638的控制信号被断言。基于所述断言，在图6的实例开关组合件600中，控制器616可经设计及经构造以首先通过取消断言控制输出646(因此使开关228不导电)及断言控制输出644(因此使开关222导电)来将b
‑
tran 100置于任选二极管导通模式。使开关222导电会将上集电极
‑
发射极112耦合到上基极114。所述布置导致通过b
‑
tran 100的电流流动及正向电压降与二极管导通模式相当。当被使用时，二极管导通模式可持续预定时段(例如，从约0.1μs到5μs)。控制器616可经
设计及经构造以接着通过以第一速率将电荷载流子注入到上基极114中来将b
‑
tran置于晶体管导通模式。在从二极管导通模式转变中，控制器616可经设计及经构造以取消断言控制输出644(使开关222不导电)及在确保开关222不导电的足够长时间之后，断言控制输出642(使开关624导电)。在缺乏二极管导通模式的情况下，控制器616可经设计及经构造以取消断言控制输出646(因此使开关228不导电)且断言控制输出642(因此开关624导电)。无论如何，使开关624导电会将电荷载流子源622耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。在一些实例系统中，电荷载流子源622产生跨上集电极
‑
发射极112及上基极114施加的约1.0v的受控电压，这导致到上基极114中的电流流动。如上文所论述，在所述布置中，到上基极114中的电流流动增加b
‑
tran 100的漂移区中的电荷载流子的数目，这将b
‑
tran 100驱动成饱和状态。
[0083]
在许多情况下，施加到开关组合件600以控制b
‑
tran 100的导电状态的控制信号是具有相对稳定频率的周期性信号。例如，当在产生直流电(dc)的太阳能电池板与ac电源之间的功率转换器中使用开关组合件600时，施加到开关组合件600的控制信号可具有与ac电源的频率相关的固定频率(例如，50hz、60hz)及可与由太阳能电池板收集的太阳能的量成正比的占空比。因此，每一导电周期的长度可在长时间段(例如，几分钟到几小时)内相对稳定。由此断定，在许多情况下，控制器616可能够预测控制信号将被取消断言的时间，及因此导电周期可能结束的时间。在此类情况下，在当前导电周期结束之前的预定时间段内，实例控制器616可经设计及经构造以增加正向电压降，且对应地通过以第二、较低速率将电荷载流子注入到上基极114中来减小通过b
‑
tran 100的导电率。在图6的实例中，为了以较低速率注入电荷载流子，控制器616可经设计及经构造以取消断言控制输出642(使开关624不导电)且断言控制输出640(使开关628导电)。使开关628导电会将电荷载流子源626耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。在一些实例系统中，电荷载流子626产生跨上集电极
‑
发射极112及上基极114施加的约0.5v的受控电压，这导致相较于与实例电荷载流子源622相关联的较高电压有所减少的到上基极114中的电流流动。减少的到上基极114中的电流流动减少b
‑
tran100的漂移区中的电荷载流子的数目，这将b
‑
tran 100驱动成不太饱和的状态(与先前饱和相比)。虽然增加的正向电压降及减小的导电率会增加导电损耗，但是增加的导电损耗由于减少的切换时间而被b
‑
tran 100的切换损耗的减小大大地抵消。在实例情况下，当在晶体管导通模式的第二部分中增加正向电压时，正向电压降可增加较低正向电压降的10％与20％之间，包含端值。就电荷载流子注入而言，以第二、较低速率注入电荷载流子可能使电荷载流子注入的速率减小40％或更多，且在一个实例情况下使电荷载流子注入的速率减小约50％。
[0084]
此后，实例控制器616可将b
‑
tran 100转变成任选预关断模式。特定来说，实例控制器616可经设计及经构造以取消断言控制输出640(使开关628不导电)且断言控制输出644及646(使开关222及228导电)。使开关222及228导电会分别将上集电极
‑
发射极112直接耦合到上基极114，且将下集电极
‑
发射极120直接耦合到下基极122。当施加到控制输入656的控制信号被取消断言时，指示应使b
‑
tran 100完全不导电，所述实例控制器可将b
‑
tran 100置于关断模式，这在实例极性下通过取消断言控制输出646(使开关228不导电)且使控制输出644被断言(使开关222导电)来完成。在其中不使用预关断模式的情况(例如，断路器操作)下，控制器616可经设计及经构造以通过取消断言控制输出640(使开关628不导电)且
断言控制输出646(使开关228导电)将b
‑
tran直接从晶体管导通模式转变成关断模式。使开关628不导电使上基极114电浮动且使开关228导电使下集电极
‑
发射极120短接到下基极122。
[0085]
关于图6所论述的实例操作是关于由外部电压施加的假定极性。然而，同样，实例b
‑
tran 100是对称装置，且现在了解控制在晶体管导通模式期间以不同速率注入电荷载流子的方式，紧接着了解相对于电荷载流子源630及634与其相应开关632及636控制沿相反方向的电流流动。
[0086]
针对电荷载流子的两种注入模式，图6的开关组合件600利用与每一侧相关联的分离及独立的电荷载流子源。例如，上侧说明性地使用电荷载流子源622及电荷载流子源626，且下侧说明性地使用电荷载流子源630及634。然而，在其它情况下，b
‑
tran 100的每一侧可使用单个但可变的电荷载流子源来驱动电荷载流子。
[0087]
图7展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部框图、局部电示意图。特定来说，图7展示实例b
‑
tran 100以及包括控制器616的实例驱动器602。驱动器602将同样具有隔离变压器、ac
‑
dc功率转换器、电隔离器及用于极性确定的比较器，但是从图7省略那些组件以免使所述图过于复杂。图7的驱动器602包括与b
‑
tran 100的上侧相关联的说明性地展示为呈电池的形式的可调整电压源的可调整电荷载流子源700。说明性电荷载流子源700可实际上被实施为呈具有可控制或可调整输出电压的切换功率转换器的形式的个别电压源，或也可使用具有可控制或可调整输出的切换功率转换器实施个别电流源。电荷载流子源700具有耦合到上集电极
‑
发射极112的负极引线、耦合到电控开关624的正极引线及设置点输入702。因此，当开关624导电时，电荷载流子源700经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。在这个实例中，控制器616界定耦合到设置点输入702的设置点输出704(例如，模拟输出或数字输出)，且因此控制器616经设计及经构造以通过控制设置点输出704来控制由电荷载流子源700产生的电荷载流子的注入速率。
[0088]
图7的驱动器602还包括与b
‑
tran 100的下侧相关联的说明性地展示为呈电池的形式的可调整电压源的可调整电荷载流子源706。说明性电荷载流子源706可实际上被实施为呈具有可控制或可调整输出电压的切换功率转换器的形式的个别电压源，或也可使用具有可控制或可调整输出的切换功率转换器实施个别电流源。电荷载流子源706具有耦合到下集电极
‑
发射极120的负极引线、耦合到电控开关632的正极引线及设置点输入708。因此，当开关632导电时，电荷载流子源706经耦合在下集电极
‑
发射极120与下基极112之间。在这些实例中，控制器616界定耦合到设置点输入708的设置点输出710(例如，模拟输出或数字输出)，且因此控制器616经设计及经构造以通过控制设置点输出710来控制由电荷载流子源706产生的电荷载流子的注入速率。
[0089]
作为实例，考虑其中跨导电端子604及606的经施加电压在上导电端子604上具有正极性的情况。进一步考虑施加到控制输入638的控制信号被取消断言。基于控制输入638的经取消断言状态，控制器616经设计及经构造以考虑到经施加极性而将b
‑
tran100置于不导电状态。因此，在实例布置中，控制器616经设计及经构造以断言控制输出646以使开关228导电，且所有其它控制输出被取消断言使得所有其它开关不导电。
[0090]
现在考虑施加到控制器616的控制输入638的控制信号被断言，从而指示应使b
‑
tran 100导电。基于所述断言，在图7的实例开关组合件600中，控制器616可经设计及经构
造以首先通过取消断言控制输出646(因此使开关228不导电)且断言控制输出644(因此使开关222导电)取消断言来将b
‑
tran 100置于任选二极管导通模式。使开关222导电导致通过b
‑
tran 100的电流流动及正向电压降与二极管导通模式相当。在预定时间段之后，控制器616可经设计及经构造以通过以第一速率将电荷载流子注入到上基极114中来将b
‑
tran 100转变成晶体管导通模式。在图7的实例中，为了以第一速率注入电荷载流子，控制器616可经设计及经构造以取消断言控制输出644(使开关222不导电)且在确保开关222不导电的足够时间量之后，断言控制输出642(使开关624导电)。此外，在实例系统中，控制器616可将设置点信号驱动到设置点输出704及因此电荷载流子源700的设置点输入702。驱动设置点信号且使开关624导电会第一速率将电荷载流子注入到上基极114中。在其中省略任选二极管导通模式的情况下，实例控制器616可经设计及经构造以通过以下步骤将b
‑
tran 100直接从关断模式转变为晶体管导通模式：取消断言控制输出646(因此使开关228不导电)，断言控制输出642(使开关624导电)，及将设置点信号驱动到设置点输出704及因此电荷载流子源700的设置点输入702。无论如何，在一些实例系统中，电荷载流子源700跨上集电极
‑
发射极112及上基极114施加约1.0v的受控电压，这导致到上基极114中的电流流动。如上文所论述，到上基极114中的电流流动增加b
‑
tran 100的漂移区中的电荷载流子的数目，这将b
‑
tran 100驱动成饱和状态。
[0091]
和上文一样，控制器616预测施加到控制输入的控制信号将被取消断言的时间，及因此导电周期可能结束的时间。在此类情况下，在当前导电周期结束之前的预定时间段内，实例控制器616可经设计及经构造以通过以第二、较低速率将电荷载流子注入到上基极114中来增加正向电压降，且对应地减小通过b
‑
tran 100的导电率。在图7的实例中，为了以较低速率注入电荷载流子，控制器616可经设计及经构造以将第二、不同设置点信号驱动到设置点输出704及因此电荷载流子源700的设置点输入702。在一些实例系统中，跨上集电极
‑
发射极112及上基极114施加的受控电压为约0.5v，这导致相较于较高电压有所减小的到上基极114中的电流流动。减小的到上基极114中的电流流动减少b
‑
tran 100的漂移区中的电荷载流子的数目，这将b
‑
tran 100驱动成不太饱和的状态(与先前饱和相比)。虽然增加的正向电压降及减小的导电率会增加导电损耗，但是增加的导电损耗被切换损耗的减小大大地抵消。
[0092]
关于图7所论述的实例操作是关于由外部电压施加的假定极性。然而，同样，实例b
‑
tran 100是对称装置，且现在了解控制在晶体管导通模式期间以不同速率注入电荷载流子的方式且紧接着了解使用可控电荷载流子源、控制沿相反方向的电流流动。
[0093]
到此为止所论述的各种实例在导电周期结束的预定时间段内增加正向电压降使得切换损耗减小，且净效应是增加b
‑
tran的总效率。除了此类技术以外或代替此类技术的是，进一步实例通过在从不导电或关断模式到导电模式(例如，二极管导通模式、晶体管导通模式及/或预关断模式)的状态转变期间将电荷载流子主动注入到漂移区中来减少切换时间且因此减少切换损耗。此外，其它实例通过在从任何导电模式(例如，二极管导通模式、晶体管导通模式及/或预关断模式)到不导电或关断模式的状态转变期间从漂移区主动提取电荷载流子来减少切换时间且因此减少切换损耗。
[0094]
图8展示跨b
‑
tran装置的随时间变化的电压降的曲线图。特定来说，图8展示在单个导电周期内且使用任选二极管导通模式及任选预关断模式两者的跨实例b
‑
tran的电压
降。图8还通过放大区段800展示在时间t1从关断模式到导电模式的转变。图8还通过放大区段802展示在时间t5从导电模式到关断模式的转变。即，较大图8中的转变被展示为恰好在经指定时间发生的理想转变。然而，实际上在时间t1从关断模式(例如，在时间t1之前)到导电模式(例如，如所展示到二极管导通模式或到晶体管导通模式)的转变需要有限且非零的时间量。类似地，实际上在时间t5从导电模式到关断模式的转变(例如，如所展示从预关断模式，或从晶体管导通模式)需要有限且非零的时间量。
[0095]
本说明书的发明人已发现，可通过在转变期间借助c基极将电荷载流子注入到漂移区中且在一些情况下注入到c基极及e基极两者中来减少从关断模式转变为导电模式所需的时间量。在一些情况下，在转变期间注入电荷载流子是以高于上文关于晶体管导通模式所论述的实例注入电荷载流子的速率。因此，减少切换时间会减少切换损耗，且虽然注入电荷载流子本身要使用能量，但是考虑到较低切换损耗，净效应是更高的总效率。类似地，本说明书的发明人已发现，可通过在转变期间借助c基极从漂移区提取电荷载流子且在一些情况下从c基极及e基极两者提取来减少从导电模式转变为关断模式所需的时间量。因此，减少开关时间会减少切换损耗，且虽然提取电荷载流子本身要使用能量，但是考虑到较低切换损耗，净效果是更高的总效率。在继续论述之前，应注意，虽然下文所论述的实例实施例既在从关断模式的转变期间注入电荷载流子又在到关断模式的转变期间提取电荷载流子，但是在其它情况下，可使用在到导电模式的转变期间注入电荷载流子而排除在到不导电或关断模式的转变期间提取电荷载流子，且反之亦然。
[0096]
仍参考图8，放大区800展示从时间t1之前的关断模式到时间t1之后的实例二极管导通模式的转变。同样，到二极管导通模式的转变仅仅是说明性的，且在其它情况下从关断模式的转变可直接到晶体管导通模式。特定来说，根据实例实施例，从关断模式的转变开始于在实例时间t1
‑
1将电荷载流子主动注入到c基极中。注入电荷载流子会影响时间t1
‑
1与t1
‑
2之间的正向电压降的斜率，其中较高注入速率导致较陡向下斜率。换句话说，电荷载流子的注入速率影响b
‑
tran转变为导电模式的速度，其中较高注入速率导致较快切换时间。在实例时间t1
‑
2，在实例系统中，与转变相关联的电荷载流子的注入停止。在其中使用任选二极管导通模式的情况下，实例系统因此可停止电荷载流子的注入及到二极管导通模式配置的转变，如上文所论述。在其中不使用任选二极管导通模式的情况下，实例系统可因此停止以与转变相关联的速率注入电荷载流子，且开始以与晶体管导通模式相关联的速率注入电荷载流子，如上文所论述。
[0097]
类似地，关于到关断模式的转变，放大区802展示从时间t5之前的任选预关断模式到时间t5之后的实例关断模式的转变。同样，从预关断模式的转变仅仅是说明性的，且在其它情况下，到关断模式的转变可直接从晶体管导通模式(以上文所论述的任何电荷载流子注入方式)。根据实例实施例，从导电模式到关断模式的转变开始于在实例时间t5
‑
1从c基极(或c基极及e基极两者)主动提取电荷载流子。提取电荷载流子会影响时间t5
‑
1与t5
‑
2之间的正向电压降的斜率，其中较高提取速率导致较陡向上斜率。换句话说，电荷载流子的提取速率影响b
‑
tran转变为关断模式的速度，其中较高提取速率导致较快切换时间。在实例时间t5
‑
2，实例b
‑
tran可完全不导电。在一些情况下，当b
‑
tran变得完全不导电时，与转变相关联的电荷载流子的提取停止。然而，停止提取的时序不是关键的，且用于电荷载流子的提取的布置可延伸非零时间量到在b
‑
tran不导电的时段期间中。在一个实例情况下，用于
提取电荷载流子的布置可延伸直到从关断模式到导电模式的下一次转变。换句话说，用于提取电荷载流子的布置可为b
‑
tran的替代关断模式。
[0098]
图9展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部电示意图。特定来说，图9展示实例b
‑
tran 100以及实例驱动器602的部分。驱动器602同样将具有隔离变压器、ac
‑
dc功率转换器、电隔离器、控制器及比较器，但是从图9的缩写符号省略那些组件。出于论述的目的，图9展示全部如最初关于图6所呈现那样的开关222、624、628、228、632及636，以及实例电荷载流子源622、626、630及634。
[0099]
首先参考b
‑
tran 100的上侧，图9的驱动器602进一步包含说明性地展示为电池的电荷载流子源900。电荷载流子源900具有耦合到上集电极
‑
发射极112的正极引线。另一电控开关902(下文中仅开关902)具有耦合到电荷载流子源900的负极端子的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器616(未展示)的控制输入。实例开关902被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关902可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关902导电时，电荷载流子源900经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。
[0100]
仍参考b
‑
tran 100的上侧，图9的驱动器602进一步包含说明性地展示为电池的电荷载流子源904。电荷载流子源904具有耦合到上集电极
‑
发射极112的负极引线。另一电控开关906(下文中仅开关906)具有耦合到电荷载流子源904的正极端子的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器616(未展示)的控制输入。实例开关906被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关906可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关906导电时，电荷载流子源904经耦合在上集电极
‑
发射极112与上基极114之间。
[0101]
现在转向b
‑
tran 100的下侧，图9的实例驱动器602进一步包含说明性地展示为电池的电荷载流子源908。电荷载流子源908具有耦合到下集电极
‑
发射极120的正极引线。另一电控开关910(下文中仅开关910)具有耦合到电荷载流子源908的负极端子的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器616(未展示)的控制输入。实例开关910被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关910可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关910导电时，电荷载流子源908经耦合在下集电极
‑
发射极120与下基极122之间。
[0102]
仍参考b
‑
tran 100的下侧，图9的实例驱动器602进一步包含说明性地展示为电池的电荷载流子源912。电荷载流子源912具有耦合到下集电极
‑
发射极120的负极引线。另一电控开关914(下文中仅开关914)具有耦合到电荷载流子源912的正极端子的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器616(未展示)的控制输入。实例开关914被展示为单极、单掷开关，但是实际上开关912可为fet，其中控制输入是fet的栅极。因此，当开关912导电时，电荷载流子源912经耦合在下集电极
‑
发射极120与下基极122之间。
[0103]
作为实例，考虑其中跨导电端子604及606的经施加电压在上导电端子604上具有正极性的情况。对于关断模式、任选二极管导通模式、晶体管导通模式及任选预关断模式，图9的实例开关组合件600的操作可与关于图3a到3c及/或图6所论述的相同，且在此将不再重复以免使论述过于冗长。然而，当控制器616(未展示)将b
‑
tran 100从不导电模式或关断模式转变为导电模式(例如，二极管导通模式或直接转变为晶体管导通模式)时，图9的进一步实例系统可通过开关906及电荷载流子源904将电荷载流子注入到上基极114中。特定来说，当控制器616从关断模式转变为导电状态时，控制器616可经设计及经构造以断言开关906的控制输入，从而使开关906导电且因此将电荷载流子源904耦合在上基极114与上集电
极
‑
发射极112之间。电荷载流子源904的极性通过上基极114将电荷载流子(在此处为空穴)注入到漂移区中，这与例如使上集电极
‑
发射极112短接到上基极114相比实现到导电状态的更快转变。就正向电压降的斜率而言，电荷载流子源904的实例极性增加正向电压降的向下斜率(参见，例如图8的放大区800)，这减少切换时间且因此减少切换损耗。在实例情况下，电荷载流子源904可为电压源(例如，在5.0v与15v之间，包含端值)，且与应用二极管导通模式或直接移到晶体管导通模式相比，注入电荷载流子可使从关断模式转变为导电模式的时间减少约0.5μs与2μs之间，包含端值。
[0104]
现在同样在上导电端子604处的正极性的实例情况下，考虑从导电模式(例如，晶体管导通模式或预关断模式)到不导电模式或关断模式的转变。当控制器616(未展示)将b
‑
tran 100从导电模式转变为不导电模式时，图9的进一步实例系统可借助开关902及电荷载流子源900通过上基极114提取电荷载流子。特定来说，当控制器616从导电模式转变为不导电模式时，控制器616可经设计及经构造以断言开关902的控制输入，从而使开关902导电且因此将电荷载流子源900耦合在上基极114与上集电极
‑
发射极112之间。电荷载流子源900的极性通过上基极114从漂移区提取电荷载流子，这与例如使上基极114电浮动相比，实现到不导电模式的更快转变。就正向电压降的斜率而言，电荷载流子源900的实例极性增加正向电压降的向上斜率(参见，例如图8的放大区802)，这减少切换时间且因此减少切换损耗。在实例情况下，电荷载流子源900可为电压源(例如，在5.0v与15v之间，包含端值)，且与移到其中上基极114电浮动且下集电极
‑
发射极120短接到下基极122的实例关断模式相比，提取电荷载流子可使从导电状态转变为关断模式的时间减少约0.5μs与2μs之间。
[0105]
同样在上导电端子604处的正极性的实例情况下，考虑从导电模式(例如，晶体管导通模式或预关断模式)到不导电模式或关断模式的转变。当控制器616(未展示)将b
‑
tran 100从导电模式转变为不导电模式时，图9的进一步实例系统可通过开关910及电荷载流子源908通过下基极122提取电荷载流子。特定来说，当控制器616从导电模式转变为不导电模式时，控制器616可经设计及经构造以断言开关910的控制输入，从而使开关910导电且因此将电荷载流子源908耦合在下基极122与下集电极
‑
发射极120之间。电荷载流子源908的极性通过下基极122从漂移区提取电荷载流子，这与例如将下集电极
‑
发射极120电短接到下基极122相比，实现到不导电模式的更快转变。就正向电压降的斜率而言，电荷载流子源908的实例极性增加正向电压降的向上斜率(参见，例如图8的放大区802)，这减少切换时间且因此减少切换损耗。在实例情况下，电荷载流子源908可为电压源(例如，在5.0v与15v之间，包含端值)，且与移到其中将下集电极
‑
发射极120直接耦合到下基极122的实例关断模式相比，提取电荷载流子可使从导电状态转变为关断模式的时间减少约0.5μs与2μs之间。
[0106]
同样在上导电端子604处的正极性的实例情况下，再次考虑从导电模式(例如，晶体管导通模式或预关断模式)到不导电模式或关断模式的转变。当控制器616(未展示)将b
‑
tran 100从导电模式转变为不导电模式时，图9的进一步实例系统可通过上基极114提取电荷载流子且同时通过下基极122提取电荷载流子，如上文在个别提取情况中所论述。
[0107]
如关于图8所暗示，停止提取的时序不是关键的，且用于电荷载流子的提取的布置可延伸非零时间量以进入不导电模式。在一个实例情况下，用于提取电荷载流子的布置可延伸直到下一次转变为导电模式。换句话说，用于提取电荷载流子的布置可为b
‑
tran的替代关断模式。
[0108]
关于图9所论述的实例操作是关于由外部电压施加的假定极性。再者，然而，实例b
‑
tran 100是对称装置，且现在了解在控制从关断模式转变为导电模式期间注入电荷载流子的方式，及进一步理解控制在从导电模式转变为关断模式期间提取电荷载流子，紧接沿相反方向控制b
‑
tran 100的方式。
[0109]
仍参考图9，且特别是与b
‑
tran 100的上侧相关联的电荷载流子源，应注意，电荷载流子源904的极性与电荷载流子源622及626的极性相同。图7描述其中单个、可调整电荷载流子源700与上侧相关联的替代布置。现在了解电荷载流子的注入是减少切换时间的机制，由此断定，图7的电荷载流子源700可同样用于通过适当地将设置点驱动到电荷载流子源700来在从关断模式或不导电模式转变为导电模式期间注入电荷载流子。关于与b
‑
tran 100的下侧相关联的电荷载流子源914及可调整电荷载流子源706，也进行类似论述。
[0110]
仍考虑图9，且特别是b
‑
tran 100的上侧，应注意，尽管图9展示四个分离且不同的电荷载流子源，但是在所述实例中，在任何时候仅使用一个电荷载流子源。因此，由此断定，在替代实例中，单个、可调整电荷载流子源可与b
‑
tran 100的上侧连同适当切换网络相关联地使用以控制将单个、可调整电荷载流子源耦合到上集电极
‑
发射极112与上基极114之间的极性。类似论述同样适于b
‑
tran 100的下侧。又此外，同时考虑上侧及下侧两者，在其中在任何时候仅一个电荷载流子源活动的情况下，可使用单个、可调整电荷载流子源及对应开关网络来实施本文中所论述的所有实例。
[0111]
图10展示根据至少一些实施例的开关组合件的局部电示意图。特定来说，图10展示实例b
‑
tran 100以及以缩写符号展示的实例驱动器602的部分。图10展示开关902、906、222、624、628、910、914、228、632及636。然而，在图10中，实例电荷载流子源900、904、622、626、908、912、630及634说明性地被展示为电流源而非电压源或电池。图10的实例实施例的操作与图6(没有电荷载流子源900、904、908、912)或图9(具有任选电荷载流子源900、904、908、912)类似。当使用电流源作为电荷载流子源而非在基极与集电极
‑
发射极之间施加并维持特定电压时，电荷载流子源调制经施加电压以提供进入或离开相应基极的恒定电流。例如，对于在晶体管导通模式期间可能活动的电流源，恒定电流设置点可为约20a到30a(对于100a b
‑
tran装置)，但如果通过b
‑
tran的负载电流减少，那么设置点电流也可相应地减少。例如，对于30a负载电流，基极电流可约为5a到20a。对于提取情况，基极电流可为约5a到20a。
[0112]
在又其它情况下，尽管未具体地展示，但是恒定电流源本身可为可调整的，且因此关于呈电压源的形式的电荷载流子源的变动同样适用于呈电流源的形式的电荷载流子源。
[0113]
图11展示根据至少一些实施例的方法。特定来说，所述方法开始(框1100)且包括：以第一速率将电荷载流子注入到晶体管的上基极中，以第一速率的注入导致从上集电极
‑
发射极到下集电极
‑
发射极通过晶体管的电流流动，且电流流动导致跨上集电极
‑
发射极及下集电极
‑
发射极测量的第一电压降(框1102)；在晶体管的第一导电周期结束之前的预定时间段内，以低于第一速率的第二速率将电荷载流子注入到上基极中，以第二速率的注入导致跨上集电极
‑
发射极及下集电极
‑
发射极测量的第二电压降，第二电压降高于第一电压降(框1104)；及在第一导电周期结束时使晶体管不导电(框1106)。此后，所述方法结束(框1108)，可能在下一导电周期中重新开始。
[0114]
附图中的许多电连接被展示为不具有中介装置的直接耦合，但是在上文描述中未
如此明确地陈述。然而，本段应作为权利要求书的前置基础以将任何电连接引用为附图中所展示的没有(若干)中介装置的电连接的“直接耦合”。
[0115]
以上论述意在说明本发明的原理及各种实施例。一旦完全明白上述公开，许多变动及修改对于所属领域的技术人员将变得显而易见。意在将所附权利要求书解释为涵盖所有此类变动及修改。