操作双向双基极双极结型晶体管(B-TRAN)的方法及系统

本申请案主张2020年12月10日申请的第63/123,704号美国临时申请案的权利。所述临时申请案以宛如下文全文复制引用的方式并入本文中。

背景技术

双向双基极双极结型晶体管(下文称为B-TRAN)是在块体区的第一侧上构造有基极及集电极-发射极且在与第一侧相对的块体区的第二侧上构造有不同及单独基极及集电极-发射极的结型晶体管。当由外部驱动器适当配置时，电流可选择性地在任一方向上流过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，电流流入到B-TRAN中)或发射极(例如，电流从B-TRAN流出)取决于所施加的外部电压的极性且因此取决于电流流过B-TRAN的方向。举例来说，考虑电流在特定方向上流过B-TRAN装置，例如从上集电极-发射极到下集电极-发射极。在此情形中，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。

发明内容

至少一个实例是一种操作具有双向双基极双极结型晶体管的电源模块的方法，所述方法包括：使第一负载电流从所述电源模块的上端子通过所述晶体管传导到所述晶体管的上集电极-发射极且从下集电极-发射极传导到所述电源模块的下端子；及接着响应于第一中断信号的断言，通过断开下主FET来中断从所述下集电极-发射极到所述下端子的所述第一负载电流且借此使第一关断电流通过所述晶体管的下基极换向到所述下端子；及通过所述晶体管阻断从所述上端子到所述下端子的电流。

在所述实例方法中：中断所述第一负载电流可进一步包括使用具有100伏特或更小的击穿电压的所述下主FET来中断所述第一负载电流；且阻断电流可进一步包括阻断600伏特或更大的跨所述上端子与所述下端子的施加电压。

所述实例方法可进一步包括在阻断从所述上端子到所述下端子的电流之后：使第二负载电流从所述电源模块的所述下端子通过所述晶体管传导到所述下集电极-发射极且从所述上集电极-发射极传导到所述上端子；及接着响应于第二中断信号的断言，通过断开上主FET来中断从所述上集电极-发射极到所述上端子的所述第二负载电流且借此使第二关断电流通过上基极换向到所述上端子；及通过所述晶体管阻断从所述下端子到所述上端子的电流。在所述实例方法中：中断所述第二负载电流可进一步包括使用具有100伏特或更小的击穿电压的所述上主FET来中断所述第二负载电流；且阻断从所述下端子到所述上端子的电流可进一步包括阻断600伏特或更大的跨所述下端子与所述上端子的施加电压。

另一实例是一种开关组合件，其包括：上端子、下端子及上控制输入；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；上主FET，其界定耦合到所述上端子的第一引线、耦合到所述上集电极-发射极的第二引线及栅极；下主FET，其界定耦合到所述下集电极-发射极的第一引线、耦合到所述下端子的第二引线及栅极；及控制器，其耦合到所述上控制输入、所述上主FET的所述栅极及所述下主FET的所述栅极且用于跨所述上端子与下端子的第一施加电压。所述控制器可经配置以：断言所述上主FET的所述栅极以使所述上主FET导电，布置所述晶体管用于从所述上集电极-发射极到所述下集电极-发射极的传导，且断言所述下主FET的所述栅极以使所述下主FET导电，使得第一负载电流从所述上端子流动到所述下端子；感测所述上控制输入的解除断言；及响应于所述上控制输入的解除断言，解除断言所述下主FET的所述栅极以中断所述第一负载电流且借此使第一关断电流通过所述下基极换向到所述下端子；及布置所述晶体管阻断从所述上端子到所述下端子的电流。

在所述实例开关组合件中，所述晶体管的击穿电压可为600伏特或更大，而所述下主FET的击穿电压可为100伏特或更小。

在所述实例开关组合件中，所述晶体管的所述击穿电压可为约1200伏特，而所述下主FET的所述击穿电压可为80伏特或更小。

所述实例开关组合件可进一步包括上基极FET，其具有耦合到所述上基极的第一引线、耦合到所述上端子的第二引线及栅极，且在所述第一负载电流从所述上端子流动到所述下端子的周期期间，所述上基极FET是导电的。且当所述控制器布置所述晶体管阻断从所述上端子到所述下端子的电流时，所述控制器可经进一步配置以解除断言所述上基极FET的所述栅极以使所述上基极电浮动。

所述实例开关组合件可进一步包括耦合到所述控制器的下控制输入。且对于跨所述上端子与下端子的第二施加电压，所述第二施加电压具有与所述第一施加电压相反的极性，所述控制器可经进一步配置以：断言所述下主FET的所述栅极以使所述下主FET导电，布置所述晶体管用于从所述下集电极-发射极到所述上集电极-发射极的传导，且断言所述上主FET的所述栅极以使所述上主FET导电，使得第二负载电流从所述下端子流动到所述上端子；感测所述下控制输入的解除断言；及响应于所述下控制输入的解除断言，解除断言所述上主FET的所述栅极以中断所述第二负载电流且借此使第二关断电流通过所述上基极换向到所述上端子；及布置所述晶体管阻断从所述下端子到所述上端子的电流。所述实例开关组合件可进一步包括下基极FET，其具有耦合到所述下基极的第一引线、耦合到所述下端子的第二引线及栅极，且在所述第二负载电流从所述上端子流动到所述下端子的周期期间，所述下基极FET是导电的。且当所述控制器布置所述晶体管阻断从所述下集电极-发射极到所述上集电极-发射极的电流时，所述控制器可经进一步配置以解除断言所述下基极FET的所述栅极以使所述下基极电浮动。所述晶体管的所述击穿电压可为600伏特或更大，而所述下主FET的所述击穿电压可为100伏特或更小。

另一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：通过将电流供应到所述晶体管的上基极且使所述晶体管的下基极电浮动来使所述晶体管从上集电极-发射极到下集电极-发射极导电；及接着通过使所述上基极电浮动、使所述下集电极-发射极电浮动及传导关断电流通过所述晶体管的所述下基极来使所述晶体管非导电。

在所述实例方法中，使所述下集电极-发射极电浮动可进一步包括使具有耦合到所述下集电极-发射极的第一引线的下主电控开关非导电。

在所述实例方法中，使所述晶体管导电可进一步包括：闭合耦合于上端子与所述上集电极-发射极之间的上主电控开关；及闭合耦合于下导体端子与所述下集电极-发射极之间的下主电控开关。使所述晶体管非导电可进一步包括：断开所述上主电控开关；通过与所述上主电控开关相关联的二极管将关断电流传导到所述上集电极-发射极；及通过断开所述下主电控开关来将所述关断电流从所述下集电极-发射极换向到所述下基极。

在所述实例方法中，传导所述关断电流通过所述下基极可进一步包括传导电流通过与具有耦合到所述下基极的第一引线的电控开关相关联的二极管。

在所述实例方法中，将电流供应到所述上基极可进一步包括选自包括以下的群组的至少一者：以约相同于施加到所述上集电极-发射极的集电极电压的基极电压供应电流；及以高于所述集电极电压的所述基极电压将电流供应到所述上基极。

附图说明

关于实例实施例的详细描述，现将参考附图，其中：

图1展示根据至少一些实施例的B-TRAN的横截面正视图；

图2展示根据至少一些实施例的包括B-TRAN的模型的实例开关组合件连同概念驱动器电路的电气原理图；

图3展示根据实例实施例的其中B-TRAN非导电的实例开关组合件；

图4展示根据至少一些实施例的经布置用于二极管传导的实例开关组合件；

图5展示根据至少一些实施例的经布置用于传导的实例开关组合件；

图6展示经布置用于晶体管切断的相关开关组合件；

图7展示根据至少一些实施例的经布置用于预切断的实例开关组合件；

图8展示根据至少一些实施例的开关组合件的部分框图、部分电气原理图；

图9展示根据至少一些实施例的开关组合件的部分电气原理图；

图10展示根据至少一些实施例的方法；及

图11展示根据至少一些实施例的用于转变到非导电状态的瞬态时间图。

各种术语用于参考特定系统组件。不同公司可参考不同名称组件，本发明不希望区分名称不同而功能非不同的组件。在以下讨论及权利要求书中，术语“包含”及“包括”以开放方式使用且因此应解译为意味着“包含(但不限于)...”。而且，术语“耦合”希望意味着间接或直接连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么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。

关于列举参数的“约”应意味着列举参数加上或减去列举参数的百分之十(+/-10％)。

“断言”应意味着改变布尔信号的状态。布尔信号可被断言为高或具有较高电压，且布尔信号可被断言为低或具有较低电压，由电路设计者决定。类似地，“解除断言”应意味着将布尔信号的状态改变为与断言状态相反的电压电平。

“双向双基极双极结型晶体管”应意味着在块体区的第一面或第一侧上具有基极及集电极-发射极且在块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-发射极不同于第二侧上的基极及集电极-发射极。

“FET”应意味着场效应晶体管，例如结栅FET(JFET)或金属氧化物硅FET(MOSFET)。

关于电控开关(例如FET)的“闭合”应意味着使电控开关导电。举例来说，闭合用作电控开关的FET可意味着将FET驱动到完全导电状态。

关于电控开关(例如FET)的“断开”应意味着使电控开关非导电。

“上基极”应意味着晶体管的块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解读为隐含基极相对于重力的位置。

“下基极”应意味着与第一侧相对的晶体管的块体区的第二侧上的双向双基极双极结型晶体管的基极且不应解读为基极相对于重力的位置。

“上集电极-发射极”应意味着晶体管的块体区的第一侧上的双向双基极双极结型晶体管的集电极-发射极位且不应解读为隐含基极相对于重力的位置。

“下集电极-发射极”应意味着与第一侧相对的晶体管的块体区的第二侧上的双向双基极双极结型晶体管的集电极-发射极且不应解读为隐含基极相对于重力的位置。

晶体管的“将电荷载子注入到[基极]中”或“电荷载子注入到[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)到晶体管的相同侧上的集电极-发射极。

晶体管的“从[基极]提取电荷载子”或“电荷载子从[基极]提取”(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)到晶体管的相同侧上的集电极-发射极。

术语“输入”及“输出”在用作名词时意味着连接(例如电、软件)且不应解读为需要行动的动词。举例来说，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。在直接实施于硬件上(例如，在半导体衬底上)的系统中，这些“输入”及“输出”界定电连接。在实施于软件中的系统中，这些“输入”及“输出”分别界定由实施功能的指令读取或写入的参数。

“控制器”应单独或组合意味着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)、具有控制软件的微控制器、精简指令集计算(RISC)、数字信号处理器(DSP)、具有控制软件的处理器、可编程逻辑装置(PLD)或场可编程门阵列(FPGA)。

具体实施方式

以下讨论涉及本发明的各种实施例。尽管可优选这些实施例中的一或多者，但所公开的实施例不应解译为或以其它方式用于限制包含权利要求书的本公开的范围。另外，所属领域的技术人员应理解，以下描述具有广泛应用，且任何实施例的讨论仅意味着所述实施例的示范且不希望暗示包含权利要求书的本公开的范围受限于所述实施例。

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，各种实例涉及以使得由β效应引起的上集电极-发射极与下集电极-发射极之间的击穿电压降低(且反之亦然)减少或消除且关断时间比三端子晶体管切断减少的方式操作B-TRAN。更特定来说，在晶体管接通模式期间，B-TRAN例如从上集电极-发射极到下集电极-发射极传导负载电流，且响应于控制信号改变状态，负载电流最初由具有低于B-TRAN的阻断电压的击穿电压的下主FET中断。中断负载电流使负载电流的一部分通过B-TRAN换向到下基极(换向部分称为关断电流)。关断电流使上集电极-发射极与下基极之间的PN结反向偏压，其因此快速阻断通过B-TRAN的电流。此后，施加电压由B-TRAN阻断。由相反极性的施加电压引起的相反方向上的负载电流(例如，从下集电极-发射极到上集电极-发射极)可类似地最初由上主FET中断且接着由B-TRAN阻断。说明书首先转向实例B-TRAN以引导读者。

图1展示实例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。名称“上”及“下”是任意的且仅用于方便讨论。上侧102面向与下侧104相反的方向。换句话说，法向于上侧102的向外指向向量(向量未具体展示)相对于法向于下侧104的向外指向向量(向量未具体展示)指向相反方向。

上侧102包含与漂移区或块体衬底108形成结的集电极-发射极接触区106。上侧102进一步界定安置于集电极-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耦合在一起以形成上集电极-发射极112。基极接触区110耦合在一起以形成上基极114。类似地，下侧104包含与块体基板108形成结的集电极-发射极接触区116。下侧104进一步界定安置于下集电极-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耦合在一起以形成下集电极-发射极120。下基极接触区118耦合在一起以形成下基极122。

实例B-TRAN 100为NPN结构，因此集电极-发射极接触区106及116为N型，且基极接触区110及118为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。在本实例中，任选电介质填充沟槽124提供基极接触区与集电极-发射极接触区之间的横向分离。应注意，也可考虑PNP型B-TRAN装置；然而，为了不过度延长讨论，不具体展示PNP型B-TRAN装置。

在实例情况中，与上侧102相关联的各种结构及掺杂意味着与下侧104相关联的各种结构及掺杂的镜像。然而，在一些情况中，与上侧102相关联的各种结构及掺杂在不同于下侧104上的各种结构及掺杂的时间构造，且因此两侧之间的结构及掺杂可存在细微差异，差异可归因于制造公差，但此不会负面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，说明书现转向B-TRAN装置的模型连同简化驱动器电路。

图2展示包括B-TRAN的模型的实例开关组合件的电气原理图连同概念驱动器电路的简化电气原理图。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展示于左侧上)。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展示于右侧上)。驱动器部分204耦合到下集电极-发射极120及下基极122。

实例模型200内部包括第一NPN晶体管206，其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，其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通过表示块体衬底的漂移区的串联电阻器210及212耦合在一起，且串联电阻器210及212在它们之间界定节点214。二极管216耦合于节点214与上集电极-发射极112之间，且二极管216表示上集电极-发射极112与下基极122之间的PN结。类似地，二极管218耦合于节点214与下集电极-发射极120之间，且二极管218表示下集电极-发射极120与上基极114之间的PN结。

在模型200外部且首先参考上驱动器部分202，电控开关222(下文称为上主开关222)具有耦合到上集电极-发射器112的第一引线及耦合到且界定上端子224的第二引线。实例上主开关222展示为呈断开或非导电配置的单刀单掷开关，但实际上上主开关222可为FET。因此，当上主开关222导电时，上集电极-发射极112耦合到上端子224。另一电控开关226(下文简称开关226)具有耦合到上端子224的第一引线及耦合到上基极114的第二引线。实例开关226展示为呈断开或非导电配置的单刀单掷开关，但实际上开关226可为FET。因此，当开关226导电时，上基极114耦合到上端子224。实例驱动器部分202进一步包括说明性展示为电池的电荷载子源228。电荷载子源228具有耦合到上端子224的负引线。另一电控开关230(下文简称开关230)具有耦合到电荷载子源228的正端子的第一引线及耦合到上基极114的第二引线。实例开关230展示为单刀单掷开关，但实际上开关230可为FET。因此，当开关230导电时，电荷载子源228耦合于上端子224与上基极114之间。

现参考下驱动器部分204，电控开关232(下文称为下主开关232)具有耦合到下集电极-发射极120的第一引线及耦合到且界定下端子234的第二引线。实例下主开关232展示为呈断开或非导电配置的单刀单掷开关，但实际上下主开关232可为FET。因此，当下主开关232导电时，下集电极-发射极120耦合到下端子234。另一电控开关236(下文简称开关236)具有耦合到下端子234的第一引线及耦合到下基极122的第二引线。实例开关236展示为呈断开或非导电配置的单刀单掷开关，但实际上开关236可为FET。因此，当开关236导电时，下基极122耦合到下端子234。实例驱动器部分204进一步包括说明性展示为电池的电荷载子源238。电荷载子源238具有耦合到下端子234的负引线。另一电控开关240(下文简称开关240)具有耦合到电荷载子源238的正端子的第一引线及耦合到下基极122的第二引线。实例开关240展示为单刀单掷开关，但实际上开关240可为FET。因此，当开关240导电时，电荷载子源238耦合于下端子234与下基极122之间。

图3展示其中B-TRAN非导电且阻断电流的模式中的实例开关组合件。非导电开关展示为开路，且导电开关展示为电短路。特定来说，考虑跨上端子224与下端子234的外部施加电压，其中正极性在上端子224上。在图3中所展示的配置中，上主开关222连同下驱动器部分204中的开关236一起导电，且所有剩余开关非导电。当上主开关222导电时，上端子224耦合到上集电极-发射极112。当开关236导电时，下基极122耦合到下端子234。在所展示的配置中，展示为模型200的二极管216的PN结反向偏压。此外，下集电极-发射极120及上基极114两者电浮动。因此，B-TRAN因施加电压的极性而非导电，没有电流通过B-TRAN，且因此B-TRAN通过形成于上集电极-发射极112与下基极122之间的PN结阻断施加电压(例如从上端子224到下端子234的1200V)。因此，图3的布置可称为非导电模式或切断模式。

现考虑使B-TRAN导电。图4展示经布置用于任选二极管接通模式的实例开关组合件。特定来说，从图3的切断模式起，为了首先使用所展示的极性的外部施加电压使B-TRAN导电，使下主开关232导电，使开关226导电，且使开关236非导电。在二极管接通模式中，上主开关222可导电或非导电。在所展示的配置中，绕过由二极管216说明的上PN结，且使由二极管218说明的下PN结正向偏压。因此，电流从上端子224通过上基极114流动到下集电极-发射极120。当使用时，二极管接通模式可持续预定时段(例如约1微秒(μs)到5μs，含1μs及5μs)。在所展示的配置中，正向电压降相对较低。在一个实例中，在约200A/cm

图5展示经布置用于传导的实例开关组合件。在其中使用二极管接通模式的情况中，为了进一步降低跨B-TRAN的正向电压降，使开关226非导电且使开关230导电。在其中省略二极管接通模式的情况中，从切断模式(图3)起，使开关236非导电，使下主开关232导电，使开关230导电，且上主开关222保持导电。在所展示的配置中，电荷载子源228耦合于上端子224与上基极114之间。结果是上基极114上的电压被驱动到高于上集电极-发射极112上的电压。尽管下基极122电浮动，但下基极122通过B-TRAN的漂移区内部连接，且因此下基极122可(取决于电荷载子源228的实例电压)被驱动到高于上集电极-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，且布置称为导电模式或晶体管接通模式。在配置中，电荷载子(此处为空穴)通过电荷载子源228注入到上基极114中。漂移区中的额外空穴增加漂移区的导电性，其降低跨B-TRAN装置的正向电压降。在一个实例中，当跨上集电极-发射极112与上基极114(例如，通过电荷载子源228)的施加电压约为0.7V到约1.0V(含0.7V及1.0V)时，正向电压降可减小到约0.1V到0.2V之间(含0.1V及0.2V)。讨论现转向使B-TRAN非导电的相关技术方法及相关技术方法的潜在缺点。

图6展示经布置用于晶体管切断的相关技术开关组合件。特定来说，图6展示上文所讨论的模型200以及两个外部开关600及602。在相关技术系统中，开关600选择性地将上基极114直接耦合到上集电极-发射极112，其中上集电极-发射极112界定上端子。开关602选择性地将下基极122直接耦合到下集电极-发射极120，其中下集电极-发射极120界定下端子。因此，对于具有所展示的极性的实例施加电压，晶体管切断通过使上基极114浮动且将下基极122直接耦合到下集电极-发射极120来实现。因此，通过使电荷载子通过下基极122及下集电极-发射极120排放直到展示为二极管216的上PN结变成反向偏压来实现使B-TRAN非导电。以此方式使B-TRAN非导电可称为晶体管切断。

通过所展示的配置使B-TRAN转变到晶体管切断是当电流渐近接近于零时具有长“拖尾”且因此需要不少时间量的过程。即，使用相关技术使通过B-TRAN的电流达到零的时间量可取决于流过B-TRAN的负载电流量、施加电压的量值及通过下基极122从漂移区排放电荷载子有多快。举例来说，基于模拟，使用图6中所展示的配置，从载送100A电流的完全导电转变到非导电需要约6μs。可在相关技术中实施各种技术以减少转变时间，例如使用其中开关600及602两者在一时段内导电的布置，但虽然此类技术可缩短转变时间，但电流“拖尾”仍存在于转变中。

此外，在相关技术中实施由图6展示的晶体管切断可减小击穿电压。特定来说，虽然实例开关602展示为导电且因此将下基极122直接耦合到下集电极-发射极，但实际上开关602可为晶体管，例如FET。即使是设计及构造良好的FET，在完全导电状态中也会具有非零电压降(例如，在0.1V到0.3V之间)。另外，B-TRAN与外部驱动器电路(包含开关602)之间的电连接各自具有小但非零电阻。结果是：下基极122可携载比下集电极-发射极120更高的电势，而非实例下基极122及下集电极-发射极120具有相同电势。下基极122上的较高电势与B-TRAN的β的组合增大漏泄电流且降低B-TRAN从上集电极-发射极112到下集电极-发射极120的击穿电压。随着B-TRAN的温度升高，较低击穿电压可进一步降低。

此外，在许多情况中，从上集电极-发射极112载送到下集电极-发射极120的实例负载电流可具感应性，因为负载本身具感应性(例如电机)、与B-TRAN相关联的各种连接的感应效应或两者。例如图6中所展示，相关技术开关组合件在存在感应负载时可能难以转变到非导电。换句话说，下基极122与下集电极-发射极120之间的非零电势差与外部感应负载的组合可使B-TRAN非常缓慢地转变到非导电且在针对较高感应电流的一些情况中，可使B-TRAN无法转变到非导电。

上述问题至少部分通过在实例开关组合件中使用上主及下主开关来解决。端子返回到图5，图5再次展示经配置用于晶体管接通模式的实例开关组合件。即，对于施加电压的实例极性，负载电流从上端子224通过上主开关222传导到上集电极-发射极112，通过B-TRAN，且从下集电极-发射极120通过下主开关232传导到下端子234。在实例系统中，基于中断信号或控制信号的状态变化(下文更多讨论)，使B-TRAN非导电涉及通过上主或下主开关中的一者中断电流。在图5的施加电压的实例极性中，电流由下主开关232中断。

返回到图3。根据一些实例，使开关组合件从导电或晶体管接通模式(图5中展示)转变到图3的非导电或切断模式可涉及再次实施图3的布置。即，在一些实例中，从晶体管接通模式(图5中展示)转变到切断模式可涉及直接再实施图3的布置。特定来说，使开关组合件非导电可包括使开关230非导电、使下主开关232非导电、使开关236导电及使上主开关222导电。使开关230非导电停止通过上基极114注入电荷载子。使下主开关232断开或非导电中断从下集电极-发射极120到下端子234的负载电流。此外，使下主开关232非导电使负载电流的一部分换向以流过下基极122及开关236。负载电流的换向部分(即，关断电流)流动一短时段直到上集电极-发射极112与下基极122之间的说明为二极管216的PN结变成反向偏压，且接着电流基本上降到零。一旦展示为二极管216的PN结反向偏压，则实例系统通过B-TRAN阻断从上端子224到下端子234的电流。以此方式使B-TRAN非导电可称为二极管切断，其明显快于晶体管切断。在其它情况中，可通过使用任选预切断模式来使开关组合件从导电转变到非导电。

使用二极管切断可具有若干优点，但不是所有优点必然存在于所有情况中。特定来说，除比晶体管切断快之外，二极管切断的击穿电压也比晶体管切断高。此外，随着温度升高，二极管的击穿电压增大。此外，在感应负载下，二极管切断可在切断期间比晶体管切断阻挡更高电压及电流。

图7展示经配置用于任选预切断模式的实例开关组合件。在一些实例中，使B-TRAN非导电的初始过程(例如1200V装置完全切断之前的约0.1μs到5μs)可涉及使开关226及236导电、使开关230非导电及使上主开关222及下主开关232导电。使开关230非导电且使开关226导电停止从电荷载子源228注入电荷载子。此外，使开关236导电引起电流排放或流出漂移区。由此可见，这些动作减少及/或移除来自漂移区的电荷载子，使B-TRAN不饱和，且增大正向电压降。配置称为预切断模式。在一个实例中，在预切断模式中，从上集电极-发射极112到下集电极-发射极120的正向电压降可升高到约0.9V到3V之间，含0.9V及3V。接着，可针对实例极性通过再实施图3的切断模式来使实例B-TRAN完全非导电。实施预切断模式进一步减少开关组合件转变到切断模式的时间量(例如，与直接将图5的布置改变为图3的布置相比)。

关于图3到5及7的实例是针对在上端子224处具有正极性的外部施加电压的情形。然而，实例B-TRAN是对称装置，且现理解如何控制以所展示的实例极性通过B-TRAN的电流，控制相反方向上的电流直接可推断出。在电流在相反方向上流动的情形中，将使用电荷载子源238及开关240来排除电荷载子源228及开关230。

图8展示实例开关组合件的部分框图、部分电气原理图。特定来说，实例开关组合件800包括B-TRAN 100及驱动器802。在NPN配置中，B-TRAN 100通过具有两个发射极及两个基极的实例电路符号展示。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耦合到开关组合件800的上端子224。下集电极-发射极120耦合到开关组合件800的下端子234。实例驱动器802界定耦合到上基极114的上基极端子808、耦合到上集电极-发射极112的上传导端子810、耦合到下基极122的下基极端子812及耦合到下集电极-发射极120的下传导端子814。

实例驱动器802进一步包括控制器816、电隔离器818及隔离变压器820。为了将B-TRAN 100置于各种传导及非传导模式中，实例驱动器802包含多个电控开关及电荷载子源。特定来说，驱动器802包括开关226，其具有耦合到上端子224的其第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。如前所述，实例开关226展示为单刀单掷开关，但实际上开关226可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当开关226通过断言其控制输入来导电时，上基极114耦合到上端子224。

驱动器802进一步包括说明性展示为电池的电荷载子源822。电荷载子源822具有耦合到上端子224的负引线。另一电控开关824(下文简称开关824)具有耦合到电荷载子源822的正端子的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。实例开关824也展示为单刀单掷开关，但实际上开关824可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当开关824导电时，电荷载子源822耦合于上端子224与上基极114之间。驱动器802进一步包括说明性展示为电池的另一电荷载子源826。电荷载子源826具有耦合到上端子224的负引线。另一电控开关828(下文简称开关828)具有耦合到电荷载子源826的正端子的第一引线、耦合到上基极114的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。实例开关828也展示为单刀单掷开关，但实际上开关828可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当开关828导电时，电荷载子源826耦合于上端子224与上基极114之间。电荷载子源822及826可单独或组合为图2的实例电荷载子源228。

驱动器802进一步包括上主开关222，其具有耦合到上端子224的第一引线、界定耦合到上集电极-发射极112的上传导端子810的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。如前所述，实例上主开关222展示为单刀单掷开关，但实际上上主开关222可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当使上主开关222导电(例如，通过断言其控制输入)时，上端子224耦合到上集电极-发射极112。

现转向B-TRAN 100的下侧，实例驱动器802进一步包括开关236，其具有耦合到下端子234的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。实例开关236展示为单刀单掷开关，但实际上开关236可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当开关236通过断言其控制输入来导电时，下基极122耦合到下端子234。

驱动器802进一步包括说明性展示为电池的电荷载子源830。电荷载子源830具有耦合到下端子234的负引线。另一电控开关832(下文简称开关832)具有耦合到电荷载子源830的正端子的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。实例开关832展示为单刀单掷开关，但实际上开关832可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当开关832导电时，电荷载子源830耦合于下端子234与下基极122之间。驱动器802进一步包括说明性展示为电池的另一电荷载子源834。电荷载子源834具有耦合到下端子234的负引线。另一电控开关836(下文简称开关836)具有耦合到电荷载子源834的正端子的第一引线、耦合到下基极122的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。实例开关836展示为单刀单掷开关，但实际上开关836可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当开关836导电时，电荷载子源834耦合于下端子234与下基极122之间。电荷载子源830及834可单独或组合为图2的实例电荷载子源238。

驱动器802进一步包括下主开关232，其具有耦合到下端子234的第一引线、界定耦合到下集电极-发射极120的下传导端子814的第二引线及耦合到控制器816的控制输入。如前所述，实例下主开关232展示为单刀单掷开关，但实际上下主开关232可为FET，其中控制输入是FET的栅极。因此，当下主开关232导电(例如，通过断言其控制输入)时，下端子234耦合到下集电极-发射极120。

控制器816界定控制输入838及840及分别耦合到开关222、828、824、226、236、832、836及232的控制输入的控制输出842、844、846、848、850、852及854。当断言控制输入838时，控制器816经设计及构造以布置B-TRAN 100用于从上端子224到下端子234的传导(例如图4或5)。相反地，当解除断言控制输入838时，控制器816经设计及构造以布置B-TRAN 100用于阻断从上端子224到下端子234的电流(例如图3的切断模式)。类似地，当断言控制输入840时，控制器816经设计及构造以布置B-TRAN 100用于从下端子234到上端子224的传导。且相反地，当解除断言控制输入840时，控制器816经设计及构造以布置B-TRAN 100用于阻断从下端子234到上端子224的电流。当断言控制输入838及840两者时，控制器816布置B-TRAN100用于两个方向上的电流(例如AC断路器服务)，及当解除断言控制输入838及840两者时，控制器816阻断两个方向上的电流。

在一些情况中，布置B-TRAN 100处于非导电取决于施加电压的极性。因此，实例控制器816可进一步界定接收施加极性的布尔指示的极性输入856。在实例驱动器802中，比较器858具有耦合到上端子224(由气泡“A”展示的连接)的第一输入及耦合到下端子234的第二输入。比较器858界定耦合到极性输入856的比较输出。虽然图8展示直接耦合到相应传导端子的第一及第二输入，但实际上当非导电时，跨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传导端子。在进一步情况中，施加极性可由开关组合件800外部的系统及装置及跨电隔离器818发送到控制输入856的布尔信号确定。

使B-TRAN 100从非导电转变到导电及接着回到非导电可为多步骤过程。为了实施多步骤过程，控制器816可为经配置以读取控制输入838及840、读取极性输入856及驱动控制输出以实施B-TRAN 100的模式转变的个别电路组件、专用集成电路(ASIC)、具有控制软件的微控制器、精简指令集计算(RISC)、数字信号处理器(DSP)、具有控制软件的处理器、可编程逻辑装置(PLD)或场可编程门阵列(FPGA)及/或组合。

在实例系统中，开关组合件800电浮动。为了在开关组合件800的电域中接收控制输入838及840，实例驱动器802实施电隔离器818。实例电隔离器818可采用任何适合形式，例如光耦合器或电容隔离装置。不管电隔离器818的精确性如何，外部控制信号(例如布尔信号)可耦合到电隔离器818的控制输入860及862。电隔离器818继而将控制信号传递到开关组合件800的电域。在实例中，外部控制信号通过以变成控制器816的控制输入838及840。

现转向隔离变压器820。开关组合件800内的各种装置可使用操作功率。举例来说，控制器816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，系统内的电荷载子源实际上可以开关功率转换器的形式实施为个别电压源，或也使用开关功率转换器实施为个别电流源。实施电荷载子源的开关功率转换器可使用总线电压及功率。为了在开关组合件800的电域内提供操作功率，提供隔离变压器820。外部系统(未具体展示)可跨隔离变压器820(例如15V AC)的初级引线864与866提供交流(AC)信号。隔离变压器820在次级引线868及870上产生AC电压。隔离变压器820的次级上的AC电压可提供到AC-DC功率转换器872，其整流AC电压且通过相对于共同点874的总线电压V

以其中施加电压在上端子224上具有正极性的情形为例。此外，考虑解除断言施加到电隔离器818的控制输入860且因此解除断言施加到控制器816的控制输入838的控制信号。基于控制输入838的解除断言状态，控制器816经设计及构造以鉴于施加极性(例如，由控制器816通过极性输入856读取)来将B-TRAN 100置于切断模式中。因此，在实例布置中，上主开关222导电且开关236导电。在一些实例中，通过控制器816分别断言控制输出842及850来使开关222及236导电。然而，在其它情况中且如下文更详细描述，开关222及236实施为具有内部体二极管的FET。因此，上主开关222的导电性可最初到少基于使实施上主开关222的FET的体二极管正向偏压的施加电压。类似地，开关236的导电性可最初至少基于使实施开关236的FET的体二极管正向偏压的施加电压。由此可见，控制器816不一定需要采取积极措施来实现施加电压的假定极性的电流阻断。当经布置用于阻断相反极性的电流时，下主开关232及开关226可存在类似布置及/或操作。

仍考虑上端子224处正极性的实例布置，现考虑断言施加到电隔离器818的控制输入860的控制信号且因此断言施加到控制器816的控制输入838的控制信号。基于断言，在实例开关组合件800中，控制器816可经设计及构造以首先通过以下来将B-TRAN 100置于任选二极管接通模式中：断言控制输出842(使上主开关222导电)、断言控制输出854(使下主开关232导电)、解除断言控制输出850(使开关236非导电)及断言控制输出848(使开关226导电)。使开关226导电将上端子224耦合到上基极114。布置导致电流通过B-TRAN 100及正向电压降与二极管接通模式相称。当使用时，二极管接通模式可持续预定周期(例如，从约0.1μs到5μs)。控制器816可经设计及构造以接着通过将电荷载子注入到上基极114中来将B-TRAN置于晶体管接通模式中。在从二极管接通模式到晶体管接通模式的转变中，控制器816可经设计及构造以解除断言控制输出848(使开关226非导电)且在确保开关226非导电的足够时间量之后断言控制输出846(使开关824导电)。如果没有实施二极管接通模式(即，从图3的切断模式起)，那么控制器816可经设计及构造以断言控制输出842(使上主开关222导电)、断言控制输出854(使下主开关232导电)、解除断言控制输出850(使开关236非导电)及断言控制输出846(使开关824导电)。无论如何，使开关824导电将电荷载子源822耦合于上集电极-发射极112与上基极114之间。在一些实例系统中，电荷载子源822产生跨上集电极-发射极112与上基极114施加的约1.0V的控制电压，其导致电流流入到上基极114中。在布置中，将电荷载子注入到上基极114中增加B-TRAN 100的漂移区中电荷载子的数目，其驱动B-TRAN 100进入饱和状态。

第二电荷载子源826及相关开关828可用于在不同开关组合件800中执行不同功能。举例来说，由电荷载子源826产生的电压可高于由电荷载子源822产生的电压，且因此为了减少从非导电到完全导电的切换时间，电荷载子源826可耦合到上基极114达预定时段，且此后由于提高总效率的原因(例如，鉴于由开关组合件800使用的能量)，电荷载子的注入可转变到电荷载子源822。

在其它情况中，由电荷载子源826产生的电压可低于由电荷载子源822产生的电压，且为了减少从导电变到非导电的开关损耗，在下一转变之前的预定时间，实例开关组合件800可使用电荷载子源826来转变到电荷载子的注入，其可增大跨B-TRAN 100的正向电压降，但可减少下一转变的开关损耗。

关于图8所讨论的实例操作是针对在上端子224上具有正极性的实例施加电压。然而，同样地，实例B-TRAN 100是对称装置，且现应理解如何将B-TRAN 100布置成各种导电及非导电状态，控制相反方向上的电流直接可推断出。

图8的开关组合件800利用与每一侧相关联的单独及独立电荷载子源用于电荷载子的两种注入模式。举例来说，上侧说明性使用电荷载子源822及电荷载子源826，且下侧说明性使用电荷载子源830及834。然而，在其它情况中，B-TRAN 100的每一侧可使用单个但可变电荷载子源(每一侧上各一个)来驱动注入载子。

图9展示实例开关组合件的部分电气原理图。特定来说，图9展示实例B-TRAN 100以及实例驱动器802的部分。驱动器802可同样具有隔离变压器、AC-DC功率转换器、电隔离器、控制器及比较器，但这些组件从图9的简化符号省略。为了讨论，针对上侧102，图9展示开关222、824、226及828以及实例电荷载子源822及826。针对下侧104，图9展示开关232、832、236及836以及实例电荷载子源830及834。

如上所述，许多开关实施为FET。在图9的实例开关组合件中，上主开关222展示为FET，其具有耦合到上端子224的源极、耦合到上集电极-发射极112的漏极、界定控制输入的栅极及耦合于源极与漏极之间的体二极管。当施加电压在上端子224上具有正极性时，体二极管正向偏压且因此使上主开关222导电(无需控制器816的动作(图8))。在B-TRAN 100的导电状态期间且无论施加极性如何，控制器816驱动栅极使FET导电以降低总电压降。在实例情况中，用于实施上主开关222的FET可具有100V或更小且在一些情况中约80V的击穿电压，尽管事实是B-TRAN 100可具有600V或更大且在一些情况中约1200V的击穿电压。

实例开关226展示为一对背对背FET。特定来说，开关226展示为具有耦合到上端子224的源极的第一FET、具有耦合到上基极114的源极的第二FET，且FET的漏极耦合在一起。FET的栅极可个别耦合到控制器816(图8)，或栅极可耦合在一起且作为单个单元由控制器816驱动。FET各自具有体二极管，且在所展示的布置中，体二极管的阴极耦合在一起。具有背对背FET实现双向电流阻断(尽管存在体二极管)以及双向电流流动。举例来说，开关226可在任选二极管接通模式(图4)期间导电，其中针对上端子224处的正极性，电流可从上端子224通过开关226流动到上基极114。然而，在晶体管接通模式期间，开关226需要为非导电的(例如，使其它装置能够注入电荷载子)。因此，针对上端子224的正极性，当解除断言栅极时，但背对背FET阻断电流，尽管第一FET的体二极管正向偏压。在其中正极性在下端子234处的情形中，开关226也可在转变到晶体管切断模式及晶体管切断模式期间导电。举例来说，转变到晶体管切断模式的关断电流可连同晶体管切断模式中的任何漏泄电流由开关226载送。

类似地，开关824展示为一对背对背FET。特定来说，开关824展示为具有耦合到电荷载子源822的源极的FET 900、具有耦合到上基极114的源极的FET 902，且FET 900及902的漏极耦合在一起。FET 900及902的栅极可个别耦合到控制器816(图8)，或栅极可耦合在一起且作为单个单元由控制器816驱动。FET 900及902各自具有体二极管，且在所展示的布置中，体二极管的阴极耦合在一起。具有背对背FET实现双向电流阻断(尽管存在体二极管)以及双向电流流动。当上端子224上具有正极性时，晶体管接通模式可通过电荷载子源822通过FET 900及902将电荷载子注入到上基极114中来实施。在其它模式中，从电荷载子源822到上基极114的电流可由FET 902阻断，尽管事实是FET 900的体二极管可由电荷载子源822正向偏压。

在实例情况中，电阻器904及906使开关824能够具有开关226及开关230两者(图2)的功能。即，当电荷载子源822用于将电荷载子注入到上基极114中时，开关824具有开关230的功能。然而，实例开关824的FET 902连同电阻器904及906也使开关824能够具有开关226的功能。举例来说，当正极性在下端子234上且上主开关222非导电时，关断电流可流过FET902的体二极管，流过与FET 900并联的电阻器904，且流过与电荷载子源922并联的电阻器906。虽然最终控制器816(图8)可使开关226导电，但时序约束更宽容，因为在实例情形中，FET 902的体二极管传导与产生关断电流的换向同时发生。

仍考虑开关824及电阻器904及906(及与下侧104上的开关832相关联的对应电阻器908及910)，体二极管可用于启用通电安全模式。即，电阻器904及906确保开关组合件800在通电时的竞态条件不引起通过B-TRAN 100的意外传导。特定来说，开关组合件800可使上端子224及下端子234耦合于整个系统内。在AC-DC功率转换器872(图8)通电之前及/或在控制器816有机会自举到操作状态之前，电压可以任一极性跨上端子224与下端子234出现。以其中在控制器816操作之前正极性出现于上端子224处的通电条件为例。在此情形中，实施上主开关222的FET的体二极管导电。此外，开关832的FET 912的体二极管将正向偏压以引起关断电流及/或漏泄电流从下基极122流动到下端子234。当正极性出现于下端子234上时，发生类似布置。因此，即使没有控制器816的控制，B-TRAN 100进入非导电安全模式，无论跨上端子224与下端子234施加的电压的极性如何。

开关828展示为单个FET，其具有耦合到上基极114的源极、耦合到电荷载子源826的正引线的漏极、界定控制输入的栅极及耦合于源极与漏极之间的体二极管。如上所述，电荷载子源826可用于使B-TRAN 100转变到导电的预定时段。当FET本身非导电时，与电荷载子源826相关联的电压可使FET的体二极管保持反向偏压，且因此关于开关828，无需背对背FET。

图9进一步将下主开关232展示为FET，其具有耦合到下端子234的源极、耦合到下集电极-发射极120的漏极、界定控制输入的栅极及耦合于源极与漏极之间的体二极管。当施加电压在下端子234上具有正极性时，体二极管正向偏压且因此使下主开关232导电(无需控制器816的动作(图8))。在B-TRAN 100的导电状态期间且无论施加极性如何，控制器816驱动栅极使FET导电以降低总电压降。在实例情况中，用于实施下主开关232的FET可具有100V或更小且在一些情况中约80V的击穿电压，尽管事实是B-TRAN 100可具有600V或更大且在一些情况中约1200V的击穿电压。

以类似于开关226的方式，开关236可实施为背对背FET。此外，以类似方式，开关832可实施为背对背FET。鉴于施加电压的极性，开关236及832的操作的描述是开关226及824的描述的重复，且在此将不再重复以免过度延长描述。类似地，电荷载子源834可与由于相同于关于开关828所讨论的原因而说明性展示为单个FET的开关836相关联。

如图9中所展示，当各种开关实施为具有体二极管的FET时，状态转变可更容易及快速地由控制器816实施(图8)。以正极性在上端子224上且驱动器802具有经布置用于晶体管接通模式的B-TRAN 100为例。在此情形中，上主开关222导电，开关824导电，下主开关232导电，且剩余开关非导电。现考虑驱动器802接收使B-TRAN 100非导电的命令(例如控制输入838的解除断言(图8))。如所展示，当开关实施为FET时，布置驱动器802实施晶体管切断模式可涉及使控制器816(图8)解除断言所有FET的所有栅极。基于体二极管正向偏压及导电，上主开关222将保持导电。下主开关232中断电流且其体二极管反向偏压。虽然下主开关232用于中断电流(例如100A)，但下主开关232不是阻断较高电压的主要装置，B-TRAN 100执行所述任务。因此，下主开关232具有100V或更小且在一些情况中约80V的击穿电压已足够了。电流的中断使关断电流换向以流过开关832的FET 912的体二极管及电阻器908及910。在实例情形的某一点，控制器816可使开关236导电以减小通过电阻器908及910的电流，但此不严格要求。

再次考虑从晶体管接通模式转变到切断模式，再次在上端子224处的正极性的实例情形中。当控制器816(图8)使B-TRAN 100从导电转变到非导电时，图9的实例系统可通过说明性展示为FET 914的开关及电荷载子源916通过上基极114提取电荷载子。特定来说，当控制器816从晶体管接通模式转变到切断模式时，控制器816可经设计及构造以通过断言FET 914的栅极来实施中间步骤以使FET导电且因此将电荷载子源916耦合于上基极114与上端子224之间。电荷载子源916的极性通过上基极114从漂移区提取电荷载子，其实现比例如实施预切断模式(图7)或使上基极114电浮动更快地转变到非导电。从正向电压降的斜率看，电荷载子源916的实例极性增大正向电压降的向上斜率，其减少开关时间且因此减少开关损耗。在实例情况中，电荷载子源916可为电压源(例如，在5.0V到15V之间(含5.0V及15V)，说明性展示为12V)，且提取电荷载子可使从导电状态转变到切断模式的时间减少约0.5μs到2μs之间，含0.5μs及2μs。二极管918确保阻断通过驱动器802的此路径流动到上基极114的反向电流。针对其中正极性在下端子234上的情形，可通过FET 920、电荷载子源922及二极管924实现转变时间的类似减少。

在其它情况中，在从晶体管接通模式转变到切断模式期间，FET 914及FET 920两者可导电且因此两个电荷载子源916及922可提取电荷载子。FET 914及920两者导电的周期可为相对较短周期，在约0.5μs到2μs之间，含0.5μs及2μs。此外，作为转变的部分，可使FET914及920中的仅一者导电，无关于跨端子224与234施加的极性。

图10展示根据至少一些实施例的方法。特定来说，方法开始(框1000)且包括：使第一负载电流从电源模块的上端子通过晶体管传导到晶体管的上集电极-发射极且从下集电极-发射极传导到电源模块的下端子(框1002)；及接着响应于第一中断信号的断言，通过断开下主FET来中断从下集电极-发射极到下端子的第一负载电流且借此使第一关断电流通过晶体管的下基极换向到下端子(框1004)；及通过晶体管阻断从上端子到下端子的电流(框1006)。实例可进一步包括：使第二负载电流从电源模块的下端子通过晶体管传导到下集电极-发射极且从上集电极-发射极传导到上端子(框1008)；及接着响应于第二中断信号的断言，通过断开上主FET来中断从上集电极-发射极到上端子的第二负载电流且借此使第二关断电流通过上基极换向到上端子(框1010)；及通过晶体管阻断从下端子到上端子的电流(框1012)。此后，方法结束(框1014)。

图11展示用于使B-TRAN从导电转变到非导电的瞬态时间图。特定来说，图11共同绘制本文中的实例的二极管切断的若干实施方案连同相关技术的三端子或晶体管切断的对应实例。纵轴为通过B-TRAN的负载电流(以安培为单位)，且横轴为从任意开始时间起的瞬态时间(以微秒为单位)。使用模拟程序(例如技术计算机辅助设计(TCAD)程序)与到电阻负载的开关组合件控制器电流来创建各种绘图。实例绘图1100展示未使用预切断模式的二极管切断的瞬态时间，例如从晶体管接通模式(图5)直接转变到切断模式(图3)。此外，针对绘图1100，转变开始于任意时间30μs，且因此从实例100A电流到实际上零电流的瞬态时间发生在约3μs内(即，在30μs点到33μs点之间)。相比之下，绘图1102展示未使用预切断模式的相关技术的晶体管切断的瞬态时间，例如从导电模式转变到非导电模式(图6)。如前所述，针对绘图1102，转变开始于任意时间30μs，且因此从实例100A电流到实际上零电流的瞬态时间发生在约6μs内，是本文中的实例情况的两倍长。

由绘图1100展示的二极管切断的瞬态时间也没有任何预切断。然而，可通过在晶体管接通模式(例如图5)与切断模式(例如图3)之间实施预切断模式(例如图7)来使瞬态时间更短。举例来说，绘图1104展示使用5μs的预切断模式的二极管切断的瞬态时间。即，在实例系统中，在转变到切断模式(图3)之前的约5μs内，开关组合件可从晶体管接通模式(图5)转变到预切断模式(图7)。即，从晶体管接通模式(图5)起，开关组合件在图11的水平时标的约25μs点实施预切断模式(图7)。如上所述，预切断模式可使电荷载子从B-TRAN的漂移区排放且因此降低装置的饱和状态，但如所展示，通过B-TRAN的电流量仅略微减少。在约30μs点，实例开关组合件转变到切断模式(图3)，且绘图1104展示与转变相关联的瞬态时间。因此，使用预切断模式(图7)可使瞬态时间(从图3的切断模式的实施测量)小于1μs。相比之下，如由绘图1106所展示，即使实施具有持续时间5μs的预切断，但晶体管切断可缩短到略低于3μs。

具有较短瞬态时间可具有若干优点，不是所有优点需要存在于每一实施方案中。举例来说，在二极管切断的较短瞬态中，开关损耗可比晶体管切断减少。比较二极管切断(无预切断)的开关损耗与晶体管切断(无预切断)的开关损耗，开关损耗可减半。较短瞬态时间也实现其中期望提高频率的情形的较高频率操作。

虽然上主开关及下主开关在完全导电时各自具有对应电压降，但当实施为功率FET时，正向电压降很小(例如0.01V到0.1V)且在许多情况中忽略不计，与相关联B-TRAN的正向电压降(例如0.2V到0.6V)相比。此外，应注意，在从导电转变到非导电期间从正极性流过相对侧上的基极的关断电流可具有约等于负载电流的峰值电流；然而，虽然基极区及连接可不设计为长时间处置满负载电流，但本说明书的发明者已通过模拟发现，鉴于关断电流的瞬态性(例如1μs到3μs)，即使具有等于负载电流的峰值的关断电流也不负面影响装置的操作。

图式中的许多电连接展示为不具有介入装置的直接耦合，但在以上描述中未明确如此说明。尽管如此，本段落应充当权利要求书中用于将任何电连接称为“直接耦合”的前提基础用于图式中所展示的没有介入装置的电连接。此外，本段落不应否定通过晶体管电连接到集电极-发射极的基极可称为“直接耦合”。

上述讨论意在说明本发明的原理及各种实施例。所属领域的技术人员将在完全了解上述公开之后明白许多变化及修改。希望将所附权利要求书解译为涵盖所有此类变化及修改。