开关系统

技术领域

本发明一般涉及开关系统，并且更特别地涉及包括半导体开关的开关系统。

背景技术

专利文献1公开了一种有源箝位电路(开关系统)，其包括：第一开关元件(半导体开关)；第一二极管，其由于第一开关元件两端的过电压而引起击穿；第一电阻器，用于检测流经第一二极管的电流；以及控制电路，用于通过放大第一电阻器两端的电压来控制流经第一开关元件的电流。第一开关元件被实现为N沟道MOSFET。

在专利文献1的开关系统中，如果在半导体开关两端所连接的负载电路的线路的电感组件中所产生的能量超过半导体开关可以耐受的量，则即使在箝位电压稳定时，半导体开关的特性也可能恶化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-4979

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有在半导体开关关断时降低施加到半导体开关的浪涌电压的能力的开关系统。

根据本发明一方面的开关系统包括半导体开关、电压箝位元件、有源箝位电路、第一控制单元和第二控制单元。所述半导体开关具有控制端子、第一主端子和第二主端子。所述电压箝位元件并联连接到所述半导体开关。所述有源箝位电路连接在所述半导体开关的所述控制端子和所述第一主端子之间。所述第一控制单元控制所述半导体开关。所述第二控制单元控制所述有源箝位电路。所述有源箝位电路包括第一二极管、第二二极管和控制开关。所述第一二极管具有第一阳极和第一阴极。所述第一二极管在被施加所述半导体开关的所述第一主端子和所述第二主端子之间的电压时引起击穿。所述第二二极管具有第二阳极和第二阴极。所述第二二极管的所述第二阳极连接到所述第一二极管的所述第一阳极。所述控制开关连接在所述第一二极管的所述第一阳极和所述半导体开关的所述控制端子之间。所述第二控制单元被配置为控制所述控制开关。所述第一二极管的击穿电压小于所述电压箝位元件的箝位电压。

根据本发明另一方面的开关系统包括半导体开关、电压箝位元件、有源箝位电路、第一控制单元和第二控制单元。所述半导体开关具有控制端子、第一主端子和第二主端子。所述电压箝位元件并联连接到所述半导体开关。所述有源箝位电路连接在所述半导体开关的所述控制端子和所述第一主端子之间。所述第一控制单元控制所述半导体开关。所述第二控制单元控制所述有源箝位电路。所述有源箝位电路包括第一二极管、第二二极管和控制开关。所述第一二极管具有第一阳极和第一阴极。所述第一二极管在被施加所述半导体开关的所述第一主端子和所述第二主端子之间的电压时引起击穿。所述第二二极管具有第二阳极和第二阴极。所述第二二极管的所述第二阳极连接到所述第一二极管的所述第一阳极。所述控制开关连接在所述第一二极管的所述第一阳极和所述半导体开关的所述控制端子之间。所述控制开关是具有基极、集电极和发射极的pnp晶体管。所述pnp晶体管的所述发射极连接到所述第二二极管的所述第二阴极。所述pnp晶体管的所述集电极连接到所述半导体开关的所述控制端子。所述第二控制单元包括第一电阻器、第二电阻器、场效应晶体管和延迟电路。所述第一电阻器连接在所述pnp晶体管的所述基极和所述发射极之间。所述第二电阻器连接到所述pnp晶体管的所述基极并且串联连接到所述第一电阻器。所述场效应晶体管具有栅极、漏极和源极。所述场效应晶体管连接在所述第二电阻器与所述半导体开关的所述第二主端子之间。所述延迟电路连接在所述第一控制单元与所述场效应晶体管的所述栅极之间。所述延迟电路包括栅极电阻器和电容器。所述栅极电阻器连接在所述第一控制单元与所述场效应晶体管的所述栅极之间。所述电容器连接在所述场效应晶体管的所述栅极和所述源极之间。所述第一二极管的击穿电压小于所述电压箝位元件的箝位电压。

根据本发明又一方面的开关系统包括半导体开关、电压箝位元件、有源箝位电路、第一控制单元和第二控制单元。所述半导体开关具有控制端子、第一主端子和第二主端子。所述电压箝位元件并联连接到所述半导体开关。所述有源箝位电路连接在所述半导体开关的所述控制端子和所述第一主端子之间。所述第一控制单元控制所述半导体开关。所述第二控制单元控制所述有源箝位电路。所述有源箝位电路包括第一二极管、第二二极管和控制开关。所述第一二极管具有第一阳极和第一阴极。所述第一二极管在被施加所述半导体开关的所述第一主端子和所述第二主端子之间的电压时引起击穿。所述第二二极管具有第二阳极和第二阴极。所述第二二极管的所述第二阴极连接到所述第一二极管的所述第一阴极。所述控制开关连接在所述第一二极管的所述第一阳极和所述半导体开关的所述控制端子之间。所述控制开关是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管。所述场效应晶体管的所述漏极连接到所述第一二极管的所述第一阳极。所述场效应晶体管的所述源极连接到所述半导体开关的所述控制端子。所述第二控制单元包括电容器和齐纳二极管。所述电容器具有第一端子和第二端子。所述电容器的所述第一端子连接到所述场效应晶体管的所述栅极。所述电容器的所述第二端子连接到所述第一二极管的所述第一阴极和所述第二二极管的所述第二阴极。所述齐纳二极管具有第三阳极和第三阴极。所述齐纳二极管的所述第三阴极连接到所述电容器的所述第一端子和所述场效应晶体管的所述栅极。所述齐纳二极管的所述第三阳极连接到所述场效应晶体管的所述源极。

附图说明

图1是根据第一实施例的开关系统的电路图；

图2例示该开关系统如何操作；

图3是根据第二实施例的开关系统的电路图；

图4是根据第三实施例的开关系统的电路图；

图5是根据第四实施例的开关系统的电路图；

图6是根据第五实施例的开关系统的电路图；

图7是根据第六实施例的开关系统的电路图；

图8是根据第七实施例的开关系统的电路图；

图9例示该开关系统如何操作；

图10是根据第八实施例的开关系统的电路图；

图11是根据第九实施例的开关系统的电路图；

图12例示该开关系统如何操作；

图13是根据第十实施例的开关系统的电路图；

图14例示该开关系统如何操作；

图15是根据第十一实施例的开关系统的电路图；

图16例示该开关系统如何操作；

图17是根据第十二实施例的开关系统的电路图；

图18是根据第十三实施例的开关系统的电路图；

图19是根据第十四实施例的开关系统的电路图；

图20是根据第十五实施例的开关系统的电路图；

图21是根据第十六实施例的开关系统的电路图；

图22是根据第十七实施例的开关系统的电路图；

图23是根据第十八实施例的开关系统的电路图；

图24例示该开关系统如何操作；以及

图25是根据第十九实施例的开关系统的电路图。

具体实施方式

(第一实施例)

将参考图1和图2来说明根据第一实施例的开关系统20。

(1.1)概述

如图1所示，开关系统20包括半导体开关1、电压箝位元件2、有源箝位电路3、第一控制单元4和第二控制单元5。半导体开关1具有控制端子10、第一主端子11和第二主端子12。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。有源箝位电路3连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。第一控制单元4控制半导体开关1。第二控制单元5控制有源箝位电路3。

在开关系统20中，例如，在半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间连接有包括负载201和电源202的串联电路的负载电路204。开关系统20例如还包括半导体开关1的第一主端子11连接到的第一外部端子Tm1、以及半导体开关1的第二主端子12连接到的第二外部端子Tm2。在开关系统20中，例如，负载电路204连接在第一外部端子Tm1和第二外部端子Tm2之间。负载201和电源202不是开关系统20的构成元件。电源202例如可以是DC电源。DC电源例如可以具有100V至400V的输出电压。

在开关系统20中，第一外部端子Tm1和第二外部端子Tm2是在半导体开关1处于接通状态(即，电导通)时流经半导体开关1的主电流I1所流经的端子。

(1.2)开关系统的各个构成元件

(1.2.1)半导体开关

半导体开关例如可以是结型场效应晶体管Tr1。

结型场效应晶体管Tr1例如可以是基于GaN的栅极注入晶体管(GIT)。在这种情况下，结型场效应晶体管Tr1例如包括基板、缓冲层、第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层、源极电极、栅极电极、漏极电极和p型层。缓冲层形成在基板上。第一氮化物半导体层形成在缓冲层上。第二氮化物半导体层形成在第一氮化物半导体层上。源极电极、栅极电极和漏极电极形成在第二氮化物半导体层上。p型层介于栅极电极和第二氮化物半导体层之间。在结型场效应晶体管Tr1中，由第二氮化物半导体层和p型层形成二极管结构。基板例如可以是硅基板。缓冲层例如可以是未掺杂的GaN层。第一氮化物半导体层例如可以是未掺杂的GaN层。第二氮化物半导体层例如可以是未掺杂的AlGaN层。p型层例如可以是p型AlGaN层。缓冲层、第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层各自例如可以包括在它们通过金属有机物气相外延(MOVPE)的生长过程期间不可避免地包含的诸如Mg、H、Si、C和O等的杂质。

半导体开关1的控制端子10是与结型场效应晶体管Tr1的栅极电极连接的栅极端子G1。半导体开关1的第一主端子11是与结型场效应晶体管Tr1的漏极电极连接的漏极端子D1。半导体开关1的第二主端子12是与结型场效应晶体管Tr1的源极电极连接的源极端子S1。

(1.2.2)电压箝位元件

如上所述，电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。电压箝位元件2具有过电压保护功能，该过电压保护功能将在半导体开关1关断时施加到半导体开关1的浪涌电压限制为固定箝位电压。也就是说，电压箝位元件2具有在半导体开关1关断时、将半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压限制为箝位电压的功能。电压箝位元件2例如可以是齐纳二极管(诸如TVS二极管等)。在用作电压箝位元件2的齐纳二极管中，其阳极连接到半导体开关1的第二主端子12，并且其阴极连接到半导体开关1的第一主端子11。电压箝位元件2不必一定是齐纳二极管，而也可以是变阻器。电压箝位元件2具有如下的功能：在向电压箝位元件2施加等于或大于预定电压值的电压时，降低电压箝位元件2两端的电压增加到大于预定电压值的电压值的可能性。同时，电流I2流经电压箝位元件2。

在电压箝位元件2开始进行箝位操作时流经电压箝位元件2的电流I2的电流值越大，电压箝位元件2的箝位电压越高。这就是为什么如果流经半导体开关1的主电流I1被切断、则电压箝位元件2的箝位电压根据恰好在主电流I1被切断之前流经半导体开关1的主电流I1的电流值的大小而变化。

(1.2.3)有源箝位电路

有源箝位电路3包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33。

第一二极管31具有第一阳极和第一阴极。在第一二极管31中，其第一阴极连接到半导体开关1的第一主端子11。第一二极管31在被施加半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压时引起击穿。第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。第一二极管31例如可以是齐纳二极管。

第二二极管32具有第二阳极和第二阴极。在第二二极管32中，其第二阳极连接到第一二极管31的第一阳极。第二二极管32的第二阴极经由控制开关33连接到半导体开关1的控制端子10。

控制开关33连接在第二二极管32的第二阴极和半导体开关1的控制端子10之间。因而，控制开关33连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。

控制开关33例如可以是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管Q1。在控制开关33中，场效应晶体管Q1的漏极连接到第二二极管32的第二阴极，场效应晶体管Q1的源极连接到半导体开关1的控制端子10，并且场效应晶体管Q1的栅极连接到第二控制单元5。在该实施例中，场效应晶体管Q1是结型场效应晶体管。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。可替代地，场效应晶体管Q1例如也可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

(1.2.4)第一控制单元

第一控制单元4控制半导体开关1。第一控制单元4连接到半导体开关1的控制端子10。更具体地，第一控制单元4连接在半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间。第一控制单元4包括第一DC电源(第一驱动电源)和第一互补金属氧化物半导体(CMOS)反相器。第一控制单元4可以将用以使半导体开关1接通的第一接通信号(例如，15V的电压信号)或者用以使半导体开关1关断的第一关断信号(例如，0V的电压信号)作为用于控制半导体开关1的第一控制信号输出。第一控制单元4例如可以使第一控制信号的电压值在0V至15V的范围内改变。

(1.2.5)第二控制单元

第二控制单元5被配置为控制控制开关33。第二控制单元5连接到用作控制开关33的场效应晶体管Q1的栅极。

第二控制单元5连接在场效应晶体管Q1的栅极和半导体开关1的第二主端子12之间。第二控制单元5包括第二DC电源(第二驱动电源)和第二互补金属氧化物半导体(CMOS)反相器。第二控制单元5可以将用以使场效应晶体管Q1接通的第二接通信号(例如，15V的电压信号)或者用以使场效应晶体管Q1关断的第二关断信号(例如，0V的电压信号)作为用于控制控制开关33的第二控制信号输出。第二控制单元5例如可以使第二控制信号的电压值在0V至15V的范围内改变。

(1.3)开关系统的示例性操作

接着，将参考图2来说明开关系统20的示例性操作。标记为“半导体开关(Tr1)”的波形指示供给到半导体开关1(结型场效应晶体管Tr1)的控制端子10的第一控制信号如何随时间而改变。另外，在图2中，标记为“控制开关(Q1)”的波形指示供给到控制开关33(场效应晶体管Q1)的第二控制信号如何随时间而改变。此外，在图2中，“Vgs”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在栅极端子G1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vgs”表示半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压。此外，在图2中，“Vds”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在漏极端子D1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vds”表示半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。因而，电压箝位元件2两端的电压与半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds相同。

图2例示例如在时刻t1处负载电路204发生短路故障而引起半导体开关1的主电流I1开始增加的情形下、开关系统20如何操作。

在时刻t2处从第二控制单元5输出的第二控制信号从关断信号(第二关断信号)改变为接通信号(第二接通信号)时，有源箝位电路3的控制开关33接通。

之后，例如，在时刻t3处主电流I1达到阈值而引起从第一控制单元4输出的第一控制信号从接通信号(第一接通信号)改变为关断信号(第一关断信号)时，半导体开关1关断。在该开关系统20中，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，第一二极管31与电压箝位元件2相比更早引起击穿，并且流经第一二极管31的电流经由电压箝位元件2和控制开关33流入半导体开关1的控制端子10。因此，半导体开关1从关断状态(非导通状态)转变为半导通状态，在该半导通状态中，主电流I1流动，以使半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds的电压值近似等于第一二极管31的箝位电压。结果，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被有源箝位电路3箝位，并且负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。流经半导体开关1的主电流I1在时刻t3处开始减少。半导通状态是非导通状态(关断状态)和导通状态(接通状态)之间的中间状态。半导通状态例如可以是在作为DC电源的电源202具有400V的输出电压并且有源箝位电路3具有200V的箝位电压的情况下、向半导体开关1施加200V的电压的状态。也就是说，本文中的半导通状态是指半导体开关1的电阻值与流经半导体开关1的漏电流(即，主电流I1)的乘积是200V的状态。

在自时刻t3起经过预定时间段T0时的时刻t4处，从第二控制单元5输出的第二控制信号从接通信号(第二接通信号)改变为关断信号(第二关断信号)。作为响应，半导体开关1关断，电流I2开始流经电压箝位元件2，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被箝位在电压箝位元件2的箝位电压处，并且半导体开关1的主电流I1的电流变化率(-dI1/dt)的绝对值增大而引起主电流I1急剧地减少到零。然后，电压箝位元件2的电流I2开始减少。

当在时刻t5处电压箝位元件2的电流I2变为零时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds变为比箝位电压低的恒定电压。

开关系统20可以使时刻t4处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值小于时刻t3处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值。这使得开关系统20能够减小电压箝位元件2的箝位电压，并由此降低半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds。

在开关系统20中，在输出用以使半导体开关1关断的第一关断信号之前、第一控制单元4正输出用以使半导体开关1接通的第一接通信号时，第二控制单元5输出用以使控制开关33接通的第二接通信号。另外，在该开关系统20中，在自从第一控制单元4输出第一关断信号起经过了预定时间段T0时，第二控制单元5输出使控制开关33关断的第二关断信号。开关系统20例如包括定时控制单元，该定时控制单元用于在负载电路204发生任何错误的情况下控制第一控制单元4和第二控制单元5。在负载电路204发生错误而使流经半导体开关1的主电流I1大于阈值的情况下，定时控制单元控制第一控制单元4和第二控制单元5。

(1.4)优势

根据第一实施例的开关系统20包括半导体开关1、电压箝位元件2、有源箝位电路3、第一控制单元4和第二控制单元5。半导体开关1具有控制端子10、第一主端子11和第二主端子12。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。有源箝位电路3连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。第一控制单元4控制半导体开关1。第二控制单元5控制有源箝位电路3。有源箝位电路3包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33。第一二极管31具有第一阳极和第一阴极。第一二极管31在被施加半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压时引起击穿。第二二极管32具有第二阳极和第二阴极。第二二极管32的第二阳极连接到第一二极管31的第一阳极。控制开关33连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。第二控制单元5被配置为控制控制开关33。第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。

根据第一实施例的开关系统20可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。更具体地，根据第一实施例的开关系统20可以在电压箝位元件2对半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds进行箝位时，减小流经半导体开关1的主电流I1的电流值并由此降低箝位电压。这使得开关系统20能够在半导体开关1关断时降低在半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间施加的浪涌电压。因此，开关系统20可以减少半导体开关1和电压箝位元件2的特性的劣化(例如，可以降低半导体开关1和电压箝位元件2变得具有更短寿命的可能性)。另外，开关系统20可以降低箝位电压，因此也可以减少负载电路204的负载201的特性的劣化。

(第二实施例)

接着，将参考图3来说明根据第二实施例的开关系统20A。

根据第二实施例的开关系统20A与根据第一实施例的开关系统20(参见图1)基本相同，但包括有源箝位电路3A和第二控制单元5A来分别代替有源箝位电路3和第二控制单元5，这是与根据第一实施例的开关系统20的不同之处。在以下的说明中，根据该第二实施例的开关系统20A中的、具有与根据第一实施例的开关系统20的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

有源箝位电路3A与有源箝位电路3一样包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33。在以下的说明中，用作控制开关33的场效应晶体管Q1在下文有时将被称为“第一场效应晶体管Q1”，并且场效应晶体管Q1的栅极、漏极和源极在下文有时将被分别称为第一栅极、第一漏极和第一源极。

有源箝位电路3A还包括第二场效应晶体管Q2。第二场效应晶体管Q2具有第二栅极、第二漏极和第二源极。第二场效应晶体管Q2连接在第一场效应晶体管Q1的第一栅极和半导体开关1的第二主端子12之间。在第二场效应晶体管Q2中，其第二漏极连接到第一场效应晶体管Q1的第一栅极，其第二源极连接到半导体开关1的第二主端子12，并且其第二栅极连接到第二控制单元5。在该实施例中，第二场效应晶体管Q2是结型场效应晶体管。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。可替代地，第二场效应晶体管Q2也可以是MOSFET。

第二控制单元5A控制第一场效应晶体管Q1和第二场效应晶体管Q2。

开关系统20A通过使第二控制单元5A使第二场效应晶体管Q2接通来使第一场效应晶体管Q1关断。在自第一场效应晶体管Q1的接通起经过了预定时间段时，第二控制单元5A使第二场效应晶体管Q2接通，从而使第一场效应晶体管Q1关断。这使得第二控制单元5A能够保持有源箝位电路3A的控制开关33仅接通预定时间段。

在开关系统20A中，与在开关系统20中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20A中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20A中，当有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第二实施例的开关系统20A与根据第一实施例的开关系统20一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第三实施例)

接着，将参考图4来说明根据第三实施例的开关系统20B。

根据第三实施例的开关系统20B与根据第二实施例的开关系统20A(参见图3)基本相同，但进一步包括延迟电路6，这与根据第二实施例的开关系统20A的不同之处。在以下的说明中，根据该第三实施例的开关系统20B中的、具有与根据第二实施例的开关系统20A的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

延迟电路6连接在将第二控制单元5A连接到第一场效应晶体管Q1的第一栅极的信号路径与第二场效应晶体管Q2的第二栅极之间。因而，在该开关系统20B中，第二场效应晶体管Q2的第二栅极经由延迟电路6连接到第二控制单元5A。

在该开关系统20B中，第一场效应晶体管Q1和第二场效应晶体管Q2响应于从第二控制单元5A供给的第二控制信号而接通和关断。第二场效应晶体管Q2的开关操作比第一场效应晶体管Q1的开关操作落后了经过预定时间段(即，由延迟电路6引入的时间延迟)。这使得有源箝位电路3A在自用作控制开关33的第一场效应晶体管Q1的接通起经过了预定时间段时关断。

在开关系统20B中，与在开关系统20A中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20B中，在控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20B中，在有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第三实施例的开关系统20B与根据第二实施例的开关系统20A一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第四实施例)

接着，将参考图5来说明根据第四实施例的开关系统20C。

根据第四实施例的开关系统20C与根据第二实施例的开关系统20A (参见图3)基本相同，但进一步包括非(NOT)电路7，这是与根据第二实施例的开关系统20A的不同之处。在以下的说明中，根据该第四实施例的开关系统20C中的、具有与根据第二实施例的开关系统20A的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

非电路7连接在将第一控制单元4连接到半导体开关1的控制端子10的信号路径与第一场效应晶体管Q1的第一栅极之间。第二控制单元5A连接到第二场效应晶体管Q2的第二栅极。

当从第一控制单元4输出的用以控制半导体开关1的第一控制信号从接通信号改变为关断信号时，非电路7向第一场效应晶体管Q1输出接通信号。因而，在开关系统20C中，当半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压增加以对有源箝位电路3A通电。当经过了预定时间段时，第二控制单元5A将使处于关断状态的第二场效应晶体管Q2接通。结果，在开关系统20C中，第一场效应晶体管Q1关断。然后，在开关系统20C中，半导体开关1完全关断。因此，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压进一步增加，由此使得电压箝位元件2开始进行箝位操作。

在开关系统20C中，与在开关系统20A中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20C中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20C中，当有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第四实施例的开关系统20C与根据第二实施例的开关系统20A一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第五实施例)

接着，将参考图6来说明根据第五实施例的开关系统20D。

根据第五实施例的开关系统20D与根据第四实施例的开关系统20C(参考图5)基本相同，但包括第二控制单元5D来代替第二控制单元5A，这与根据第四实施例的开关系统20C的不同之处。在以下的说明中，根据该第五实施例的开关系统20D中的、具有与根据第四实施例的开关系统20C的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

在开关系统20D中，第二控制单元5D包括延迟电路52。延迟电路52连接在将非电路7的输出端子连接到第一场效应晶体管Q1的信号路径与第二场效应晶体管Q2的第二栅极之间。延迟电路52输出通过将输入信号延迟预定时间段所产生的信号。延迟电路52例如可以是但不必一定是模拟延迟电路。可替代地，延迟电路52也可以是计时器IC、或者被实现为包括第一控制单元4的集成电路(IC)。

供给到第二控制单元5D的延迟电路52的信号是通过由非电路7反转从第一控制单元4输出的第一控制信号而产生的。第二控制单元5D的输出信号是通过由延迟电路52将供给到延迟电路52的信号延迟预定时间段而产生的。因而，切换第二场效应晶体管Q2的定时相对于切换场效应晶体管Q1的定时被延迟了预定时间段。

在开关系统20D中，当第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号时，第二控制信号从第二关断信号改变为第二接通信号。结果，在半导体开关1关断时，第一场效应晶体管Q1从关断变为接通。当自第一场效应晶体管Q1的接通起经过了预定时间段时，第二场效应晶体管Q2将从关断变为接通。在第二场效应晶体管Q2接通时，第一场效应晶体管Q1从接通变为关断。

在开关系统20D中，与在开关系统20C中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20D中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20D中，当有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第五实施例的开关系统20D与根据第四实施例的开关系统20C一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第六实施例)

接着，将参考图7来说明根据第六实施例的开关系统20E。

根据第六实施例的开关系统20E与根据第五实施例的开关系统20D(参考图6)基本相同，但进一步包括第一驱动电路8，这是与根据第五实施例的开关系统20D的不同之处。另外，根据第六实施例的开关系统20E包括第二控制单元5E来代替根据第五实施例的开关系统20D的第二控制单元5D，这是与根据第五实施例的开关系统20D的另一不同之处。在以下的说明中，根据第六实施例的开关系统20E中的、具有与根据第五实施例的开关系统20D的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

第一驱动电路8包括第一栅极电阻器Rg1。第一栅极电阻器Rg1连接在非电路7的输出端子和第一场效应晶体管Q1的第一栅极之间。在第二控制单元5E中，延迟电路52被实现为包括第二栅极电阻器Rg2和电容器C2的第二驱动电路9。第二栅极电阻器Rg2连接在非电路7的输出端子和第二场效应晶体管Q2的第二栅极之间。电容器C2连接在第二场效应晶体管Q2的第二栅极和第二源极之间。

在该开关系统20E中，当在半导体开关1关断期间从第一控制单元4供给的控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号时，第一场效应晶体管Q1接通。在该预定时间段中，第二场效应晶体管Q2也将接通。在有源箝位电路3A中，在第二场效应晶体管Q2接通时，第一场效应晶体管Q1关断。

在开关系统20E中，与在开关系统20D中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20E中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20E中，当有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第六实施例的开关系统20E与根据第五实施例的开关系统20D一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

另外，在根据第六实施例的开关系统20E中，延迟电路52可以被实现为第二栅极电阻器Rg2和电容器C2的组合，由此有助于削减成本。

(第七实施例)

接着，将参考图8和图9来说明根据第七实施例的开关系统20F。

根据第七实施例的开关系统20F与根据第六实施例的开关系统20E(参考图7)基本相同，但进一步包括第三驱动电路13，这是与根据第六实施例的开关系统20E的不同之处。另外，根据第七实施例的开关系统20F包括非电路7F来代替根据第六实施例的开关系统20E的非电路7，这是与根据第六实施例的开关系统20E的另一不同之处。在以下的说明中，根据该第七实施例的开关系统20F中的、具有与根据第六实施例的开关系统20E的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

第三驱动电路13连接在第一控制单元4与半导体开关1的控制端子10之间。第三驱动电路13包括连接在第一控制单元4与半导体开关1的控制端子10之间的第三栅极电阻器Rg3。

非电路7F包括电源71、电阻器72、第三场效应晶体管Q3和第四驱动电路74。电源71是DC电源。电阻器72串联连接到电源71。第三场效应晶体管Q3具有第三栅极、第三漏极和第三源极。第三场效应晶体管Q3串联连接到电阻器72。在第三场效应晶体管Q3中，其第三漏极连接到电阻器72，并且其第三源极连接到第二场效应晶体管Q2的第二源极和半导体开关1的第二主端子12。在该实施例中，第三场效应晶体管Q3是结型场效应晶体管。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。可替代地，第三场效应晶体管Q3例如也可以是MOSFET。第四驱动电路74连接在第一控制单元4与第三场效应晶体管Q3的第三栅极之间。第四驱动电路74包括连接在第一控制单元4与第三场效应晶体管Q3的第三栅极之间的栅极电阻器Rg4(第四栅极电阻器Rg4)。

在根据第七实施例的开关系统20F中，当从第一控制单元4输出的控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号以使半导体开关1关断时，使第一场效应晶体管Q1接通所需的时间比半导体开关1开始关断所需的时间短。另外，在开关系统20F中，当自第一场效应晶体管Q1的接通起经过了预定时间段时，第二场效应晶体管Q2接通。在开关系统20F中，当第二场效应晶体管Q2接通时，第一场效应晶体管Q1关断。

接着，将参考图9来说明开关系统20F的示例性操作。在图9中，标记为“半导体开关(Tr1)”的波形指示供给到半导体开关1(结型场效应晶体管Tr1)的控制端子10的第一控制信号如何随时间而改变。此外，在图9中，标记为“控制开关(Q1)”的波形指示供给到控制开关33(第一场效应晶体管Q1)的第二控制信号如何随时间而改变。在图9中，标记为“第二FET(Q2)”的波形指示供给到第二场效应晶体管Q2的第二栅极的第三控制信号如何随时间而改变。在图9中，标记为“第三FET(Q3)”的波形指示供给到第三场效应晶体管Q3的第三栅极的控制信号如何随时间而改变。此外，在图9中，“Vgs”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在栅极端子G1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vgs”表示半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压。此外，在图9中，“Vds”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在漏极端子D1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vds”表示半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。因此，电压箝位元件2两端的电压与半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds相同。

图9例示例如在时刻t11处负载电路204发生短路故障而引起半导体开关1的主电流I1开始增加的情形下、开关系统20F如何操作。

在时刻t12处，第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号，第二控制信号从第二关断信号改变为第二接通信号，并且针对第三场效应晶体管Q3的控制信号从接通信号改变为关断信号。这不仅使得半导体开关1开始关断，而且使得有源箝位电路3的控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通。当有源箝位电路3的控制开关33接通时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被有源箝位电路3箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。流经半导体开关1的主电流I1在时刻t12处开始减少。

在自时刻t12起经过预定时间段T0时的时刻t13处，针对第二场效应晶体管Q2的第三控制信号从关断信号改变为接通信号，并且针对控制开关33的第二控制信号从接通信号(第二接通信号)改变为关断信号(第二关断信号)。作为响应，电流I2开始流经电压箝位元件2，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被箝位在电压箝位元件2的箝位电压处，并且半导体开关1的主电流I1的电流变化率(-dI1/dt)的绝对值增大而引起主电流I1急剧地减少到零。然后，电压箝位元件2的电流I2开始减少。

当在时刻t14处电压箝位元件2的电流I2变为零时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds变为比箝位电压低的恒定电压。

开关系统20F可以使时刻t13处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值小于时刻t12处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值。这使得开关系统20F能够降低电压箝位元件2的箝位电压。

在开关系统20F中，与在开关系统20E中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20F中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20F中，当有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第七实施例的开关系统20F与根据第六实施例的开关系统20E一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第八实施例)

接着，将参考图10来说明根据第八实施例的开关系统20G。

根据第八实施例的开关系统20G与根据第七实施例的开关系统20F(参考图8)基本相同，但包括第三驱动电路13G来代替根据第七实施例的开关系统20F的第三驱动电路13，这是与根据第七实施例的开关系统20F的不同之处。另外，根据第八实施例的开关系统20G包括非电路7G来代替根据第七实施例的开关系统20F的非电路7F，这是与根据第七实施例的开关系统20F的另一不同之处。非电路7G不包括非电路7F的第四驱动电路74。因而，第三场效应晶体管Q3的第三栅极直接连接到第一控制单元4。在以下的说明中，根据该第八实施例的开关系统20G中的、具有与根据第七实施例的开关系统20F的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

第三驱动电路13G具有用以使半导体开关1接通的第一路径131和用以使半导体开关1关断的第二路径132。如本文所使用的，用以使半导体开关1接通的第一路径131是指用于利用电荷对半导体开关1的控制端子10进行充电的充电路径。用以使半导体开关1关断的第二路径132是指用于从半导体开关1的控制端子10放电电荷的放电路径。

第一路径131包括第三二极管133和第三栅极电阻器Rg3。第三二极管133具有第三阳极和第三阴极。第三二极管133的第三阴极连接到半导体开关1的控制端子10。第三二极管133的第三阳极连接到第一控制单元4。第三栅极电阻器Rg3串联连接到第三二极管133。在第一路径131中，第三二极管133的第三阴极经由第三栅极电阻器Rg3连接到半导体开关1的控制端子10。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。可替代地，第三二极管133的第三阴极可以直接连接到半导体开关1的控制端子10，并且第三二极管133的第三阳极可以经由第三栅极电阻器Rg3连接到第一控制单元4。如本文所使用的，表述“第三二极管133的第三阴极直接连接到半导体开关1的控制端子10”意味着第三二极管133的第三阴极不经由任何其他电路组件(诸如第三栅极电阻器Rg3等)连接到半导体开关1的控制端子10。

第二路径132包括电阻器134。电阻器134连接在第一控制单元4与半导体开关1的控制端子10之间。更具体地，在第二路径132中，电阻器134的一端连接到第一控制单元4，并且电阻器134的另一端连接到半导体开关1的控制端子10。在开关系统20G中，有源箝位电路3A的第一场效应晶体管Q1在半导体开关1关断之前接通。第二路径132上的电阻器134的电阻值小于第一路径131上的第三栅极电阻器Rg3的电阻值。这使得开关系统20G例如在用作半导体开关1的结型场效应晶体管Tr1是基于GaN的GIT的情况下，能够降低在半导体开关1接通时电阻器134对接通特性的影响。另外，在开关系统20G中，在半导体开关1关断时，不使用第一路径131而使用第二路径132，由此防止半导体开关1在有源箝位电路3A的控制开关33接通之前关断。

在开关系统20G中，与在开关系统20F中一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20G中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20G中，当有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第八实施例的开关系统20G与根据第七实施例的开关系统20F一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第九实施例)

接着，将参考图11和图12来说明根据第九实施例的开关系统20H。

根据第九实施例的开关系统20H与根据第一实施例的开关系统20(参考图1)基本相同，但包括有源箝位电路3H和第二控制单元5H来代替根据第一实施例的开关系统20的有源箝位电路3和第二控制单元5，这是与根据第一实施例的开关系统20的不同之处。在以下的说明中，根据第九实施例的开关系统20H中的、具有与根据第一实施例的开关系统20的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

有源箝位电路3H连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。有源箝位电路3H包括控制开关33H来代替根据第一实施例的开关系统20的有源箝位电路3的控制开关33。控制开关33H连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。控制开关33H是具有基极、集电极和发射极的pnp晶体管Qp1。pnp晶体管Qp1的发射极连接到第二二极管32的第二阴极。pnp晶体管Qp1的集电极连接到半导体开关1的控制端子10。因而，pnp晶体管Qp1的集电极连接到第一控制单元4与半导体开关1的控制端子10之间的信号路径。

第二控制单元5H控制有源箝位电路3H。第二控制单元5H包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、场效应晶体管Q4和延迟电路54。

第一电阻器R1连接在pnp晶体管Qp1的基极和发射极之间。因而，第一电阻器R1连接到第二二极管32的第二阴极。第二电阻器R2连接到pnp晶体管Qp1的基极并且串联连接到第一电阻器R1。

场效应晶体管Q4具有栅极、漏极和源极。场效应晶体管Q4连接在第二电阻器R2与半导体开关1的第二主端子12之间。在该实施例中，场效应晶体管Q4被实现为结型场效应晶体管。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。可替代地，场效应晶体管Q4也可以是MOSFET。

延迟电路54连接在第一控制单元4与场效应晶体管Q4的栅极之间。延迟电路54包括栅极电阻器Rg4和电容器C4。栅极电阻器Rg4连接在第一控制单元4与场效应晶体管Q4的栅极之间。电容器C4连接在场效应晶体管Q4的栅极和源极之间。延迟电路54将从第一控制单元4向半导体开关1供给的第一控制信号延迟预定时间段，并将如此延迟的第一控制信号提供到有源箝位电路3H的场效应晶体管Q4的栅极。

在开关系统20H中，与在开关系统20中一样，第一二极管31的击穿电压也小于电压箝位元件2的箝位电压。

接着，将参考图12来说明开关系统20H的示例性操作。在图12中，标记为“半导体开关(Tr1)”的波形指示供给到半导体开关1(结型场效应晶体管Tr1)的控制端子10的第一控制信号如何随时间而改变。此外，在图12中，标记为“控制开关(Qp1)”的波形指示控制开关33H(pnp晶体管Qp1)的状态如何随时间而改变。在图12中，标记为“Q4”的波形指示供给到场效应晶体管Q4的栅极的控制信号如何随时间而改变。此外，在图12中，“Vgs”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在栅极端子G1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vgs”表示半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压。此外，在图12中，“Vds”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在漏极端子D1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vds”表示半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。因而，电压箝位元件2两端的电压与半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds相同。

图12例示例如在时刻t21处负载电路204发生短路故障而引起半导体开关1的主电流I1开始增加的情形下、开关系统20H如何操作。

在时刻t22处，第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号。这使得半导体开关1开始关断。延迟电路54使得场效应晶体管Q4迟于半导体开关1开始关断。因而，在时刻t22处，场效应晶体管Q4仍处于接通状态。随着在时刻t22处半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds增加，第一二极管31引起击穿以使得电流能够流经第一电阻器R1、第二电阻器R2和场效应晶体管Q4。结果，pnp晶体管Qp1接通。当有源箝位电路3H的控制开关33接通时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被有源箝位电路3H箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。流经半导体开关1的主电流I1在时刻t22开始减少。

在自时刻t22起经过预定时间段T0时的时刻t23处，针对场效应晶体管Q4的控制信号从接通信号改变为关断信号以使得控制开关33H关断。作为响应，在开关系统20H中，电流I2开始流经电压箝位元件2，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被箝位在电压箝位元件2的箝位电压处，并且半导体开关1的主电流I1的电流变化率(-dI1/dt)的绝对值增大而引起主电流I1急剧地减少到零。然后，电压箝位元件2的电流I2开始减少。

当在时刻t24处电压箝位元件2的电流I2变为零时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds变为比箝位电压低的恒定电压。

开关系统20F可以使时刻t23处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值小于时刻t22处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值。这使得开关系统20H能够降低电压箝位元件2的箝位电压。

上述的根据第九实施例的开关系统20H包括半导体开关1、电压箝位元件2、有源箝位电路3H、第一控制单元4和第二控制单元5H。半导体开关1具有控制端子10、第一主端子11和第二主端子12。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。有源箝位电路3H连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。第一控制单元4控制半导体开关1。第二控制单元5H控制有源箝位电路3H。有源箝位电路3H包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33H。第一二极管31具有第一阳极和第一阴极。第一二极管31在被施加半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压时引起击穿。第二二极管32具有第二阳极和第二阴极。第二二极管32的第二阳极连接到第一二极管31的第一阳极。控制开关33H连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。控制开关33H是具有基极、集电极和发射极的pnp晶体管Qp1。pnp晶体管Qp1的发射极连接到第二二极管32的第二阴极。pnp晶体管Qp1的集电极连接到半导体开关1的控制端子10。第二控制单元5H包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、场效应晶体管Q4和延迟电路54。第一电阻器R1连接在pnp晶体管Qp1的基极和发射极之间。第二电阻器R2连接到pnp晶体管Qp1的基极并且串联连接到第一电阻器R1。场效应晶体管Q4具有栅极、漏极和源极。场效应晶体管Q4连接在第二电阻器R2与半导体开关1的第二主端子12之间。延迟电路54连接在第一控制单元4与场效应晶体管Q4的栅极之间。延迟电路54包括栅极电阻器Rg4和电容器C4。栅极电阻器Rg4连接在第一控制单元4与场效应晶体管Q4的栅极之间。电容器C4连接在场效应晶体管Q4的栅极和源极之间。第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。

根据第九实施例的开关系统20H可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。更具体地，根据第九实施例的开关系统20H可以减小在电压箝位元件2对半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds进行箝位时流经半导体开关1的主电流I1的电流值(即，可以降低箝位电压)。因此，开关系统20H可以减少半导体开关1的特性的劣化(例如，可以降低半导体开关1变得具有更短寿命的可能性)。

(第十实施例)

接着，将参考图13和图14来说明根据第十实施例的开关系统20I。

根据第十实施例的开关系统20I与根据第一实施例的开关系统20(参考图1)基本相同，但包括有源箝位电路3I和第二控制单元5I来代替根据第一实施例的开关系统20的有源箝位电路3和第二控制单元5，这是与根据第一实施例的开关系统20的不同之处。另外，根据第十实施例的开关系统20I包括电压箝位元件2I来代替根据第一实施例的开关系统20的电压箝位元件2，这是与根据第一实施例的开关系统20的另一不同之处。在以下的说明中，根据第十实施例的开关系统20I中的、具有与根据第一实施例的开关系统20的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分相同的附图标记来表示，并且本文中将省略其说明。

有源箝位电路3I连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。有源箝位电路3I包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33。在有源箝位电路3I中，第二二极管32的第二阳极连接到半导体开关1的第一主端子11，并且第二二极管32的第二阴极经由第一二极管31连接到控制开关33。第二二极管32的第二阴极连接到第一二极管31的第一阴极。控制开关33连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。第一二极管31在被施加半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压时引起击穿。控制开关33是场效应晶体管Q1。场效应晶体管Q1的漏极连接到第一二极管31的第一阳极。场效应晶体管Q1的源极连接到半导体开关1的控制端子10。

第二控制单元5I控制有源箝位电路3I。第二控制单元5I包括电容器55和齐纳二极管56。电容器55具有第一端子和第二端子。在电容器55中，其第一端子连接到场效应晶体管Q1的栅极，并且其第二端子连接到第一二极管31的第一阴极和第二二极管32的第二阴极。齐纳二极管56具有第三阳极和第三阴极。在齐纳二极管56中，其第三阴极连接到电容器55的第一端子和场效应晶体管Q1的栅极，并且其第三阳极连接到场效应晶体管Q1的源极。因而，齐纳二极管56的第三阳极连接到第一控制单元4与半导体开关1的控制端子10之间的信号路径。

电压箝位元件2I并联连接到半导体开关1。更具体地，电压箝位元件2I连接在半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间。电压箝位元件2I例如可以是变阻器。然而，电压箝位元件2I不必一定是变阻器，而也可以是齐纳二极管(诸如TVS二极管等)。

接着，将参考图14来说明开关系统20I的示例性操作。在图14中，标记为“半导体开关(Tr1)”的波形指示供给到半导体开关1(结型场效应晶体管Tr1)的控制端子10的第一控制信号如何随时间而改变。此外，在图14中，标记为“控制开关(Q1)”的波形指示控制开关33(场效应晶体管Q1)的状态如何随时间而改变。此外，在图14中，“Vgs”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在栅极端子G1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vgs”表示半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压。此外，在图14中，“Vds”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在漏极端子D1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vds”表示半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。因而，电压箝位元件2两端的电压与半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds相同。

图14例示例如在时刻t31处负载电路204发生短路故障而引起半导体开关1的主电流I1开始增加的情形下、开关系统20I如何操作。

在时刻t32处，从第一控制单元4输出的第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号。作为响应，半导体开关1关断，并且半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds增加。然后，通过第二控制单元5I的电容器55对场效应晶体管Q1的栅极进行充电以使场效应晶体管Q1接通。在开关系统20I中，当场效应晶体管Q1接通时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds停止增加，由此使场效应晶体管Q1关断。在开关系统20I中，当场效应晶体管Q1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds增加，并且通过第二控制单元5I的电容器55对场效应晶体管Q1的栅极进行充电，由此使场效应晶体管Q1接通。在开关系统20I中，场效应晶体管Q1重复地交替接通和关断，由此引起半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds增加。在开关系统20I中，当半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds增加以在时刻t33处达到电压箝位元件2I的箝位电压时，停止经由电容器55向场效应晶体管Q1的栅极的电力供给。也就是说，在开关系统20I中，有源箝位电路3I结束进行箝位操作。结果，在开关系统20I中，电压箝位元件2I对半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds进行箝位。在开关系统20I中，在时刻t32和时刻t33之间的时间段中，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。流经半导体开关1的主电流I1在时刻t33处开始减少。

在时刻t33处，电压箝位元件2I对半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds进行箝位。然后，半导体开关1的主电流I1的电流变化率(-dI1/dt)的绝对值增大而引起主电流I1急剧地减少到零。当流经半导体开关1的主电流I1变为零时，流经电压箝位元件2I的电流I2减少。之后，在时刻t34处，流经电压箝位元件2I的电流I2变为零，并且半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds变为比箝位电压低的恒定电压。

开关系统20I可以使时刻t33处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值小于时刻t32处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值。这使得开关系统20I能够降低电压箝位元件2I的箝位电压，并由此降低半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds。

上述的根据第十实施例的开关系统20I包括半导体开关1、电压箝位元件2I、有源箝位电路3I、第一控制单元4和第二控制单元5I。半导体开关1具有控制端子10、第一主端子11和第二主端子12。电压箝位元件2I并联连接到半导体开关1。有源箝位电路3I连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。第一控制单元4控制半导体开关1。第二控制单元5I控制有源箝位电路3I。有源箝位电路3I包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33。第一二极管31具有第一阳极和第一阴极。第一二极管31在被施加半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压时引起击穿。第二二极管32具有第二阳极和第二阴极。第二二极管32的第二阴极连接到第一二极管31的第一阴极。控制开关33连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。控制开关33是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管Q1。场效应晶体管Q1的漏极连接到第一二极管31的第一阳极。场效应晶体管Q1的源极连接到半导体开关1的控制端子10。第二控制单元5I包括电容器55和齐纳二极管56。电容器55具有第一端子和第二端子。电容器55的第一端子连接到场效应晶体管Q1的栅极。电容器55的第二端子连接到第一二极管31的第一阴极和第二二极管32的第二阴极。齐纳二极管56具有第三阳极和第三阴极。齐纳二极管56的第三阴极连接到电容器55的第一端子和场效应晶体管Q1的栅极。齐纳二极管56的第三阳极连接到场效应晶体管Q1的源极。

根据第十实施例的开关系统20I可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。更具体地，根据第十实施例的开关系统20I可以减小在电压箝位元件2I对半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压进行箝位时流经半导体开关1的主电流I1的电流值(即，可以降低箝位电压)。因此，开关系统20I可以减少半导体开关1的特性的劣化(例如，可以降低半导体开关1变得具有更短寿命的可能性)。

(第十一实施例)

接着，将参考图15和图16来说明根据第十一实施例的开关系统20J。

根据第十一实施例的开关系统20J与根据第七实施例的开关系统20F(参考图8)基本相同，但进一步包括检测电路14和开关元件15，这是与根据第七实施例的开关系统20F的不同之处。另外，根据第十一实施例的开关系统20J包括根据第八实施例的开关系统20G的非电路7G来代替根据第七实施例的开关系统20F的非电路7F(参考图8)，这是与根据第七实施例的开关系统20F的另一不同之处。在以下的说明中，根据该第十一实施例的开关系统20J中的、具有与根据第七实施例的开关系统20F的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

检测电路14连接在半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间。检测电路14检测半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压。检测电路14包括齐纳二极管142和电阻器141。齐纳二极管142具有阳极和阴极。齐纳二极管142的阴极连接到半导体开关1的控制端子10，并且齐纳二极管142的阳极经由电阻器141连接到半导体开关1的第二主端子12。

开关元件15连接在半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间。开关元件15是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管Q5。在场效应晶体管Q5中，其漏极连接到半导体开关1的控制端子10，其源极连接到半导体开关1的第二主端子12，并且其栅极连接到齐纳二极管142的阳极。因而，电阻器141连接在场效应晶体管Q5的栅极和源极之间。

在开关系统20J中，当检测电路14所检测到的电压超过阈值电压Vth时，开关元件15接通。检测电路14的阈值电压Vth可以由齐纳二极管142的齐纳电压确定。阈值电压Vth例如可以是5V，其大于结型场效应晶体管Tr1的接通状态下的栅极电压Vg1(例如，3V)、并且小于第一控制单元4中所包括的第一DC电源的输出电压(例如，15V)。

在开关系统20J中，半导体开关1是结型场效应晶体管Tr1。如果采用MOSFET作为半导体开关1，则第一控制单元4的第一DC电源的输出电压将等于MOSFET的接通状态下的栅极电压。在这种情况下，检测电路14的阈值电压Vth应被设置为比第一控制单元4中所包括的第一DC电源的输出电压大的值(例如，20V)。

另一方面，在开关系统20J中，半导体开关1是结型场效应晶体管Tr1。因而，如果负载电路204和结型场效应晶体管Tr1都没有引起任何错误，则关于结型场效应晶体管Tr1的栅极电压Vgs，结型场效应晶体管Tr1的接通状态下的栅极电压Vg1小于第一控制单元4的第一DC电源的输出电压。从第一控制单元4输出的第一控制信号的第一接通信号的电压值与第一控制单元4的第一DC电源的输出电压相同。在开关系统20J中，半导体开关1是结型场效应晶体管Tr1。因而，供在检测电路14中使用的阈值电压Vth可以是大于结型场效应晶体管Tr1的接通状态下的栅极电压Vg1且小于第一控制单元4的第一DC电源的输出电压的电压值。阈值电压Vth不必一定是5V，而例如也可以是落在从6V到14V的范围内的电压值。

接着，将参考图16来说明开关系统20J的示例性操作。在图16中，标记为“半导体开关(Tr1)”的波形指示供给到半导体开关1(结型场效应晶体管Tr1)的控制端子10的第一控制信号如何随时间而改变。此外，在图16中，标记为“控制开关(Q1)”的波形指示供给到控制开关33(场效应晶体管Q1)的第二控制信号如何随时间而改变。在图16中，标记为“第二FET(Q2)”的波形指示供给到第二场效应晶体管Q2的第二栅极的第三控制信号如何随时间而改变。在图16中，标记为“第三FET(Q3)”的波形指示供给到第三场效应晶体管Q3的第三栅极的控制信号如何随时间而改变。在图16中，标记为“开关元件(Q5)”的波形指示供给到场效应晶体管Q5的栅极的控制信号如何随时间而改变。此外，在图16中，“Vgs”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在栅极端子G1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vgs”表示半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压，并且表示结型场效应晶体管Tr1的栅极电压。此外，在图16中，“Vds”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在漏极端子D1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vds”表示半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。因而，电压箝位元件2两端的电压与半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds相同。

图16例示例如在时刻t41处负载电路204发生短路故障而引起半导体开关1的主电流I1开始增加的情形下、开关系统20J如何操作。

在时刻t42处，第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号，第二控制信号从第二关断信号改变为第二接通信号，并且针对第三场效应晶体管Q3的控制信号从接通信号改变为关断信号。这不仅使半导体开关1开始关断，而且使有源箝位电路3A的控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通。当有源箝位电路3A的控制开关33接通时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。流经半导体开关1的主电流I1在时刻t42处开始减少。

在自时刻t42起经过预定时间段T0时的时刻t44之前，栅极电压Vgs开始增加。之后，当在时刻t43处检测电路14所检测到的栅极电压Vgs变得等于或大于阈值电压Vth时，从检测电路14向开关元件15供给接通信号以使开关元件Q5接通。在开关系统20J中，当开关元件15接通时，结型场效应晶体管Tr1的栅极电压Vgs变为零，半导体开关1关断，并且半导体开关1的主电流I1变为零。在从时刻t43到时刻t44的时间段中，流经了半导体开关1的主电流I1可能变为仅流经第一二极管31和电压箝位元件2中的第一二极管31的电流(以下称为“第一情况”)、或者被分流为分别流经第一二极管31和电压箝位元件2的两个电流(以下称为“第二情况”)。在图16中，例示出第一情况。第一情况是第一二极管31可以维持流经半导体开关1的电流量的情形。如果开关系统20J需要在第一情况情景中操作，则关于第一二极管31和控制开关33，可以选择允许预期流经半导体开关1的电流量的组件。作为第一二极管31，例如，可以使用变阻器。在第二情况中，第一二极管31是规格防止第一二极管31允许流经了半导体开关1的电流量所流经的二极管。因而，在第二情况中，流经了半导体开关1的电流流经电压箝位元件2，并且将电压箝位元件2的箝位电压施加到半导体开关1。此外，还将电压箝位元件2的箝位电压施加到第一二极管31、第二二极管32、控制开关33和开关元件15的串联电路。在该串联电路中，施加到第一二极管31的电压最大。因此，优选选择峰值反向电压大于电压箝位元件2的箝位电压的二极管作为第一二极管31。另外，在第一情况和第二情况各自中，在从时刻t43到时刻t44的时间段中，大量电流(其显著不同于如在从时刻t42到时刻t43的时间段中那样在有源箝位电路3A处于正常操作状态时流动的电流)流经有源箝位电路3A。可替代地，在从时刻t43到时刻t44的时间段中，将高电压(其显著不同于如在从时刻t42到时刻t43的时间段中那样在有源箝位电路3A处于正常操作状态时施加的电压)施加到有源箝位电路3A。这就是从时刻t43到时刻t44的时间段优选尽可能短的原因。因此，在设计开关系统20J时，例如可以确定预定时间段T0以在从时刻t43到时刻t44的时间段中减少有源箝位电路3A的特性的劣化，并且可以基于预定时间段T0来设置第二控制单元5E的电路常数。在开关系统20J中，在时刻t44处，将接通信号输入到第二场效应晶体管Q2以使第二场效应晶体管Q2接通，由此使得控制开关33关断。之后，当在时刻t45处电压箝位元件2的电流I2变为零时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds变为比箝位电压低的恒定电压。

在开关系统20J中，与根据第七实施例的开关系统20F(参考图8)一样，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，在开关系统20J中，当控制开关33(第一场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3A箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20J中，当在有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断之前开关元件15接通时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。此外，在开关系统20J中，除非在有源箝位电路3A的控制开关33从接通变为关断之前开关元件15接通，否则在控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2箝位。

根据第十一实施例的开关系统20J与根据第七实施例的开关系统20F一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。另外，根据第十一实施例的开关系统20J还可以减少由于在有源箝位电路3A正在进行箝位操作时半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压(栅极电压Vgs)的增加而引起的半导体开关1的特性的劣化。

(第十二实施例)

接着，将参考图17来说明根据第十二实施例的开关系统20K。

根据第十二实施例的开关系统20K与根据第八实施例的开关系统20G(参考图10)基本相同，但包括半导体开关1K来代替开关系统20G的半导体开关1，这是与开关系统20G的不同之处。另外，根据第十二实施例的开关系统20K包括多个(例如，两个)栅极电阻器R20，这是与根据第八实施例的开关系统20G的另一不同之处。在以下的说明中，根据该第十二实施例的开关系统20K中的、具有与根据第八实施例的开关系统20G的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

半导体开关1K由并联连接的多个(例如，两个)场效应晶体管Tr2构成。多个场效应晶体管Tr2各自具有栅极、漏极和源极。在半导体开关1K中，第一主端子11连接到多个场效应晶体管Tr2的各个漏极，并且第二主端子12连接到多个场效应晶体管Tr2的各个源极。

多个栅极电阻器R20与半导体开关1K的各个栅极一对一地相对应，并且连接在第一控制单元4和各个栅极之间。多个栅极电阻器R20连接到有源箝位电路3A。

根据第十二实施例的开关系统20K与根据第八实施例的开关系统20G一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

在根据第十二实施例的开关系统20K中，半导体开关1K由并联连接的多个场效应晶体管Tr2构成。这可以使流经多个场效应晶体管Tr2中的各场效应晶体管的电流的电流值小于流经结型场效应晶体管Tr1的电流的电流值。

另外，根据第十二实施例的开关系统20K包括多个栅极电阻器R20。这与没有设置多个栅极电阻器R20的情形相比，使得能够增加多个场效应晶体管Tr2中的各场效应晶体管的包括漏极和栅极的回路的阻抗，由此降低产生振荡的可能性。

(第十三实施例)

接着，将参考图18来说明根据第十三实施例的开关系统20L。

根据第十三实施例的开关系统20L与根据第八实施例的开关系统20G(参考图10)基本相同，但包括半导体开关1L来代替开关系统20G的半导体开关1，这是与开关系统20G的不同之处。半导体开关1L是双向开关。另外，根据第十三实施例的开关系统20L包括电压箝位元件2I来代替电压箝位元件2，这是与开关系统20G的另一不同之处。此外，开关系统20L包括两个有源箝位电路3A、两个第一控制单元4、两个非电路7、两个第二控制单元5E和两个第一驱动电路8，这是与根据第八实施例的开关系统20G的又一不同之处。除此之外，根据第十三实施例的开关系统20L不包括根据第八实施例的开关系统20G的第三驱动电路13G，这是与根据第八实施例的开关系统20G的又一不同之处。在以下的说明中，根据该第十三实施例的开关系统20L中的、具有与根据第八实施例的开关系统20G的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

在开关系统20L中，连接在第一外部端子Tm1和第二外部端子Tm2之间的负载电路204的电源202例如可以是AC电源。

在开关系统20L中，半导体开关1L包括第一开关元件101和第二开关元件102。第一开关元件101和第二开关元件102各自例如可以是结型场效应晶体管。结型场效应晶体管例如可以是基于GaN的GIT。

第一开关元件101包括第一栅极端子G11、第一漏极端子D11和第一源极端子S11。

第二开关元件102包括第二栅极端子G12、第二漏极端子D12和第二源极端子S12。

第二开关元件102串联连接到第一开关元件101。在半导体开关1L中，第一开关元件101的第一漏极端子D11与第二开关元件102的第二漏极端子D12彼此连接。

半导体开关1L包括各自由控制端子、第一主端子和第二主端子组成的两组。在这两组中的一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第一栅极端子G11、第二源极端子S12和第一源极端子S11。在这两组中的另一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第二栅极端子G12、第一源极端子S11和第二源极端子S12。

电压箝位元件2I是变阻器。电压箝位元件2I并联连接到半导体开关1L。更具体地，电压箝位元件2I连接在半导体开关1L的第一源极端子S11和第二源极端子S12之间。

在开关系统20L中，两个第一控制单元4中的一个第一控制单元4连接在第一开关元件101的第一栅极端子G11和第一源极端子S11之间，而另一第一控制单元4连接在第二开关元件102的第二栅极端子G12和第二源极端子S12之间。

如上所述，开关系统20L包括两个有源箝位电路3A。在开关系统20L中，两个有源箝位电路3A中的一个有源箝位电路3A连接在第一栅极端子G11和第二源极端子S12之间，而另一有源箝位电路3A连接在第二栅极端子G12和第一源极端子S11之间。

根据第十三实施例的开关系统20L可以在主电流正从半导体开关1L的第一源极端子S11朝向其第二源极端子S12流动的情况下，在半导体开关1L关断时降低施加到半导体开关1L的浪涌电压。另外，根据第十三实施例的开关系统20L还可以在主电流正从半导体开关1L的第二源极端子S12朝向其第一源极端子S11流动的情况下，在半导体开关1L关断时降低施加到半导体开关1L的浪涌电压。

(第十四实施例)

接着，将参考图19来说明根据第十四实施例的开关系统20M。

根据第十四实施例的开关系统20M与根据第八实施例的开关系统20G(参考图10)基本相同，但包括开关系统20G的两个半导体开关1和两个电压箝位元件2，这与根据第八实施例的开关系统20G的不同之处。另外，根据第十四实施例的开关系统20M包括两个有源箝位电路3A，这是与根据第八实施例的开关系统20G的另一不同之处。此外，根据第十四实施例的开关系统20M不包括根据第八实施例的开关系统20G的第三驱动电路13G，这是与根据第八实施例的开关系统20G的又一不同之处。除此之外，根据第十四实施例的开关系统20M包括非电路7M来代替开关系统20G的非电路7G，这是与根据第八实施例的开关系统20G的又一不同之处。在以下的说明中，根据该第十四实施例的开关系统20M中的、具有与根据第八实施例的开关系统20G的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

在两个半导体开关1各自中，控制端子10、第一主端子11和第二主端子12分别是栅极端子G1、漏极端子D1和源极端子S1。在该开关系统20M中，两个半导体开关1通过将它们各自的源极端子S1彼此连接而串联连接在一起。因而，开关系统20M包括包含两个半导体开关1的双向开关。在开关系统20M中，连接在第一外部端子Tm1和第二外部端子Tm2之间的负载电路204的电源202例如可以是AC电源。

两个电压箝位元件2与两个半导体开关1一对一地相对应。两个电压箝位元件2各自并联连接到两个半导体开关1中的相应半导体开关。两个有源箝位电路3A与两个半导体开关1一对一地相对应。两个有源箝位电路3A各自连接在两个半导体开关1中的相应半导体开关的栅极端子G1和漏极端子D1之间。此外，在该开关系统20M中，第二场效应晶体管Q2由两个有源箝位电路3A共用。

非电路7M包括二极管73来代替开关系统20G的非电路7G的电阻器72。二极管73例如可以通过将常开型的结型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起而形成。

根据第十四实施例的开关系统20M可以在主电流正从第一外部端子Tm1朝向第二外部端子Tm2流经各半导体开关1的情况下，在半导体开关1关断时降低施加到各半导体开关1的浪涌电压。另外，根据第十四实施例的开关系统20M还可以在主电流正从第二外部端子Tm2朝向第一外部端子Tm1流经各半导体开关1的情况下，在半导体开关1L关断时降低施加到各半导体开关1的浪涌电压。

(第十五实施例)

接着，将参考图20来说明根据第十五实施例的开关系统20N。

根据第十五实施例的开关系统20N与根据第十三实施例的开关系统20L(参考图18)基本相同，但包括半导体开关1N来代替开关系统20L的半导体开关1L，这是与开关系统20L的不同之处。半导体开关1N是双栅极型双向开关。在以下的说明中，根据该第十五实施例的开关系统20N中的、具有与根据第十三实施例的开关系统20L的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

在开关系统20N中，连接在第一外部端子Tm1和第二外部端子Tm2之间的负载电路204的电源202例如可以是AC电源。

半导体开关1N是双栅极型双向开关，其具有第一栅极端子G11、与第一栅极端子G11相对应的第一源极端子S11、第二栅极端子G12、以及与第二栅极端子G12相对应的第二源极端子S12。半导体开关1N包括各自由控制端子、第一主端子和第二主端子组成的两组。在这两组中的一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第一栅极端子G11、第二源极端子S12和第一源极端子S11。在这两组中的另一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第二栅极端子G12、第一源极端子S11和第二源极端子S12。

半导体开关1N是基于GaN的GIT的一种。半导体开关1N例如包括基板、缓冲层、第一氮化物半导体层、第二氮化物半导体层、第一源极电极、第一栅极电极、第二栅极电极、第二源极电极、第一p型层和第二p型层。缓冲层形成在基板上。第一氮化物半导体层形成在缓冲层上。第二氮化物半导体层形成在第一氮化物半导体层上。第一源极电极、第一栅极电极、第二栅极电极和第二源极电极形成在第二氮化物半导体层上。第一p型层介于第一栅极电极和第二氮化物半导体层之间。第二p型层介于第二栅极电极和第二氮化物半导体层之间。在半导体开关1N中，第一源极端子S11包括第一源极电极。第一栅极端子G11包括第一栅极电极和第一p型层。第二栅极端子G12包括第二栅极电极和第二p型层。第二源极端子S12包括第二源极电极。基板例如可以是硅基板。缓冲层例如可以是未掺杂的GaN层。第一氮化物半导体层例如可以是未掺杂的GaN层。第二氮化物半导体层例如可以是未掺杂的AlGaN层。第一p型层和第二p型层各自例如可以是p型AlGaN层。缓冲层、第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层各自例如可以包括在它们通过金属有机物气相外延(MOVPE)的生长过程期间不可避免地包含的诸如Mg、H、Si、C和O等的杂质。

在半导体开关1N中，第二氮化物半导体层与第一氮化物半导体层一起形成异质结部。在第一氮化物半导体层中，在异质结部的附近产生了二维电子气。包括二维电子气的区域(以下称为“二维电子气层”)也可以用作n沟道层(电子传导层)。

此外，在以下的说明中，在第一栅极端子G11和第一源极端子S11之间未施加等于或高于第一阈值电压(例如，1.3V)的电压的状态在下文将被称为“第一栅极端子G11关断的状态”。此外，在第一栅极端子G11具有更高电位的状态下在第一栅极端子G11和第一源极端子S11之间施加等于或高于第一阈值电压的电压的状态在下文将被称为“第一栅极端子G11接通的状态”。此外，在第二栅极端子G12和第二源极端子S12之间未施加等于或高于第二阈值电压(例如，1.3V)的电压的状态在下文中将被称为“第二栅极端子G12关断的状态”。此外，在第二栅极端子G12具有更高电位的状态下在第二栅极端子G12和第二源极端子S12之间施加等于或高于第二阈值电压的电压的状态在下文将被称为“第二栅极端子G12接通的状态”。

该半导体开关1N包括第一p型层和第二p型层，由此实现常闭型的晶体管。

根据施加到第一栅极端子G11的第一栅极电压和施加到第二栅极端子G12的第二栅极电压的组合，半导体开关1N可以从双向接通状态、双向关断状态、第一二极管状态和第二二极管状态中的一个状态切换到另一状态。第一栅极电压是在第一栅极端子G11和第一源极端子S11之间施加的电压。第二栅极电压是在第二栅极端子G12和第二源极端子S12之间施加的电压。双向接通状态是使得电流能够双向地(即，在第一方向和与第一方向相反的第二方向)通过的状态。双向关断状态是电流被双向地阻断的状态。第一二极管状态是使得电流能够在第一方向上通过的状态。第二二极管状态是使得电流能够在第二方向上通过的状态。

在第一栅极端子G11接通并且第二栅极端子G12接通的状态下，半导体开关1N变为双向接通状态。在第一栅极端子G11关断并且第二栅极端子G12关断的状态下，半导体开关1N变为双向关断状态。在第一栅极端子G11关断并且第二栅极端子G12接通的状态下，半导体开关1N变为第一二极管状态。在第一栅极端子G11接通并且第二栅极端子G12关断的状态下，半导体开关1N变为第二二极管状态。

开关系统20N包括两个有源箝位电路3A。在开关系统20N中，两个有源箝位电路3A中的一个有源箝位电路3A连接在第一栅极端子G11和第二源极端子S12之间，而另一有源箝位电路3A连接在第二栅极端子G12和第一源极端子S11之间。

根据第十五实施例的开关系统20N可以在主电流正从半导体开关1N的第一源极端子S11朝向其第二源极端子S12流动的情况下，在半导体开关1N关断时降低施加到半导体开关1N的浪涌电压。另外，根据第十五实施例的开关系统20N还可以在主电流正从半导体开关1N的第二源极端子S12朝向其第一源极端子S11流动的情况下，在半导体开关1N关断时降低施加到半导体开关1N的浪涌电压。

(第十六实施例)

接着，将参考图21来说明根据第十六实施例的开关系统20O。

根据第十六实施例的开关系统20O与根据第一实施例的开关系统20(参考图1)基本相同，但进一步包括电流检测单元16，这是与开关系统20的不同之处。另外，根据第十六实施例的开关系统20O包括有源箝位电路3O来代替根据第一实施例的开关系统20的有源箝位电路3，这是与开关系统20的另一不同之处。此外，根据第十六实施例的开关系统20O包括电压箝位元件2I来代替电压箝位元件2，这是与开关系统20的另一不同之处。在以下的说明中，根据该第十六实施例的开关系统20O中的、具有与根据第一实施例的开关系统20的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

电流检测单元16检测流经半导体开关1的第二主端子12的电流。电流检测单元16连接在半导体开关1的第二主端子12与第二外部端子Tm2之间。

有源箝位电路3O连接在半导体开关1的控制端子10和第一主端子11之间。有源箝位电路3O包括第一二极管31、第二二极管32和控制开关33。在有源箝位电路3O中，第二二极管32的第二阳极连接到半导体开关1的第一主端子11，并且第二二极管32的第二阴极经由第一二极管31连接到控制开关33。第二二极管32的第二阴极连接到第一二极管31的第一阴极。控制开关33连接在第一二极管31的第一阳极和半导体开关1的控制端子10之间。第一二极管31在被施加半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压时引起击穿。控制开关33是场效应晶体管Q1。场效应晶体管Q1的漏极连接到第一二极管31的第一阳极。场效应晶体管Q1的源极连接到半导体开关1的控制端子10。

电压箝位元件2I并联连接到半导体开关1。更具体地，电压箝位元件2I连接在半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间。电压箝位元件2I例如可以是变阻器。然而，电压箝位元件2I不必一定是变阻器，而也可以是齐纳二极管(诸如TVS二极管等)。

在开关系统20O中，第二控制单元5根据电流检测单元16的输出来对控制开关33进行控制。更具体地，第二控制单元5根据电流检测单元16的输出来改变控制开关33的导通时间段。当发现在有源箝位电路3O正在进行箝位操作时电流检测单元16所检测到的电流值大于预定值时，该电流值越大，第二控制单元5使控制开关33的导通时间段越短。在电流检测单元16所检测到的电流值变得等于或大于阈值时，第二控制单元5使控制开关33接通以使有源箝位电路30开始进行箝位操作。当发现在有源箝位电路3O正在进行箝位操作时电流检测单元16所检测到的电流值达到比阈值大的预定值时，该电流值越大，第二控制单元5越早进行使控制开关33从接通变为关断的控制。如本文所使用的，预定值是落在电压箝位元件2I的安全操作范围内的电流值。

在开关系统20O中，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2I的箝位电压。因而，在开关系统20O中，当控制开关33(场效应晶体管Q1)接通以使半导体开关1关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被有源箝位电路3O箝位。结果，负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。在开关系统20O中，当有源箝位电路3O的控制开关33从接通变为关断时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压被电压箝位元件2I箝位。

根据第十六实施例的开关系统20O与根据第一实施例的开关系统20一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第十七实施例)

接着，将参考图22来说明根据第十七实施例的开关系统20P。

根据第十七实施例的开关系统20P与根据第七实施例的开关系统20F(参考图8)基本相同，但进一步包括电流检测单元16P，这是与开关系统20F的不同之处。另外，开关系统20P包括第二控制单元5P来代替开关系统20F的第二控制单元5E，这是与开关系统20F的另一不同之处。此外，开关系统20P包括根据第八实施例的开关系统20G(参考图10)的非电路7G来代替开关系统20F的非电路7F，这是与开关系统20F的又一不同之处。在以下的说明中，根据该第十七实施例的开关系统20P中的、具有与根据第七实施例的开关系统20F的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

电流检测单元16P检测流经半导体开关1的第二主端子12的电流。

第二控制单元5P包括第三场效应晶体管Q13。第三场效应晶体管Q13具有第三栅极、第三漏极和第三源极。

电流检测单元16P包括检测电阻器161和积分电路162。检测电阻器161连接到半导体开关1的第二主端子12并且串联连接到半导体开关1。更具体地，检测电阻器161连接在半导体开关1的第二主端子12与第二外部端子Tm2之间。积分电路162对检测电阻器161两端的电压进行积分。积分电路162包括运算放大器163和电容器165。积分电路162还包括偏置电阻器164。在积分电路162中，半导体开关1的第二主端子12连接到运算放大器163的非反相输入端子，并且电容器165连接在运算放大器163的反相输入端子和输出端子之间。运算放大器163的输出端子连接到第二场效应晶体管Q2的第二栅极。此外，在积分电路162中，偏置电阻器164连接在运算放大器163的反相输入端子与第二外部端子Tm2之间。

在开关系统20P中，第二场效应晶体管Q2的第二栅极连接到积分电路162的输出端子。在开关系统20P中，第三场效应晶体管Q13的第三漏极连接到积分电路162的输出端子。在开关系统20P中，第三场效应晶体管Q13的第三栅极连接到第一控制单元4与半导体开关1的控制端子10之间的信号路径。

在开关系统20P中，在第一控制单元4正在输出第一接通信号时，半导体开关1和第三场效应晶体管Q13处于接通状态，因此运算放大器163的输出端子和反相输入端子短路。当从第一控制单元4输出的第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号时，第三场效应晶体管Q13关断。在电流检测单元16P中，在第三场效应晶体管Q13关断的瞬时，积分电路162开始进行积分操作。在开关系统20P中，当积分电路162的积分值达到阈值时，积分电路162的输出信号使得第二场效应晶体管Q2接通。在有源箝位电路3A中，当第二场效应晶体管Q2接通时，第一场效应晶体管Q1关断，由此结束箝位操作。

电流检测单元16包括积分电路162。因而，运算放大器163的非反相输入端子处的电位变得高于反相输入端子处的电位(例如，6V)所需的时间根据流经检测电阻器161的电流的电流值而变化。设置偏置电阻器164以将运算放大器163的非反相输入端子处的电位(即，基准电位)偏置为预定电位(例如，6V)。在电流检测单元16P中，流经检测电阻器161的电流的电流值越大，使第二场效应晶体管Q2接通所需的时间越短，并且使第一场效应晶体管Q1关断所需的时间越短。这使得开关系统20P能够根据流经检测电阻器161的电流的电流值来改变有源箝位电路3A的控制开关33的导通时间段。

根据第十七实施例的开关系统20P与根据第七实施例的开关系统20F一样还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第十八实施例)

接着，将参考图23和图24来说明根据第十八实施例的开关系统20Q。

根据第十八实施例的开关系统20Q与根据第一实施例的开关系统20(参考图1)基本相同，但包括第二控制单元5Q来代替第二控制单元5，这是与开关系统20的不同之处。在以下的说明中，根据该第十八实施例的开关系统20Q中的、具有与根据第一实施例的开关系统20的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

在根据第十八实施例的开关系统20Q中，在第一控制单元4在正输出用以使半导体开关1接通的第一接通信号时输出用以使半导体开关1关断的第一关断信号之前，第二控制单元5输出用以使控制开关33关断的第二关断信号。在开关系统20Q中，在自从第一控制单元4输出第一关断信号起经过了第一时间段(由图24中的T1指定)时，第二控制单元5Q输出用以使控制开关33接通的第二接通信号。在开关系统20Q中，在自从第一控制单元4输出第一关断信号起经过了第二时间段(由图24中的T2指定)时，第二控制单元5Q输出用以使控制开关33关断的第二关断信号。开关系统20Q满足T1<(T2-T1)且T1≤T3，其中：T1是第一时间段(参考图24)，T2是第二时间段(参考图24)，并且T3是第一控制单元输出了第一关断信号的时间点和流经电压箝位元件2的电流I2变得等于零的时间点之间的第三时间段(参考图24)。

接着，将参考图24来说明开关系统20Q的示例性操作。在图24中，标记为“半导体开关(Tr1)”的波形指示供给到半导体开关1(结型场效应晶体管Tr1)的控制端子10的第一控制信号如何随时间而改变。此外，在图24中，标记为“控制开关(Q1)”的波形指示供给到控制开关33(场效应晶体管Q1)的第二控制信号如何随时间而改变。此外，在图24中，“Vgs”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在栅极端子G1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vgs”表示半导体开关1的控制端子10和第二主端子12之间的电压。此外，在图24中，“Vds”表示以结型场效应晶体管Tr1的源极端子S1为基准的在漏极端子D1和源极端子S1之间的电压。因而，“Vds”表示半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压。电压箝位元件2并联连接到半导体开关1。因而，电压箝位元件2两端的电压与半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds相同。

图24例示例如在时刻t51处负载电路204发生短路故障而引起半导体开关1的主电流I1开始增加的情形下、开关系统20Q如何操作。

当在时刻t52处从第一控制单元4输出的第一控制信号从第一接通信号改变为第一关断信号时，流经半导体开关1的主电流I1变为零，并且电流I2流经电压箝位元件2。

之后，当在时刻t53处从第二控制单元5Q输出的第二控制信号从第二关断信号改变为第二接通信号时，有源箝位电路3的控制开关33接通。在开关系统20Q中，第一二极管31的击穿电压小于电压箝位元件2的箝位电压。因而，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被有源箝位电路3箝位，并且负载电路204的线路203的电感组件中所储存的能量的一部分被半导体开关1消耗。

之后，在自时刻t52起经过第二时间段T2时的时刻t54处，从第二控制单元5Q输出的第二控制信号从第二接通信号改变为第二关断信号。作为响应，电流I2开始再次流经电压箝位元件2，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds被箝位在电压箝位元件2的箝位电压处，并且半导体开关1的主电流I1的电流变化率(-dI1/dt)的绝对值增大而引起主电流I1急剧地减少到零。在开关系统20Q中，当半导体开关1的主电流I1变为零时，电压箝位元件2的电流I2开始减少。

当在时刻t55处电压箝位元件2的电流I2变为零时，半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds变为比箝位电压低的恒定电压。

开关系统20Q可以使时刻t54处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值小于时刻t52处的流经半导体开关1的主电流I1的电流值。这使得开关系统20Q能够降低电压箝位元件2的箝位电压，并由此降低半导体开关1的第一主端子11和第二主端子12之间的电压Vds。

根据第十八实施例的开关系统20Q还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(第十九实施例)

接着，将参考图25来说明根据第十九实施例的开关系统20R。

根据第十九实施例的开关系统20R与根据第七实施例的开关系统20F(参考图8)基本相同，但包括非电路7M来代替非电路7F，这是与开关系统20F的不同之处。此外，根据第十九实施例的开关系统20R不包括根据第七实施例的开关系统20F的第三驱动电路13，这是与开关系统20F的另一不同之处。在以下的说明中，根据该第十九实施例的开关系统20R中的、具有与根据第七实施例的开关系统20F的对应部分相同的功能的任何构成元件将由与该对应部分的附图标记相同的附图标记指定，并且本文中将省略其说明。

非电路7M包括电源71、二极管73和第三场效应晶体管Q3。电源71是DC电源。二极管73通过将场效应晶体管的栅极和源极连接在一起而形成。二极管73串联连接到电源71。第三场效应晶体管Q3具有第三栅极、第三漏极和第三源极。第三场效应晶体管Q3串联连接到二极管73。在第三场效应晶体管Q3中，其第三漏极连接到二极管73，并且其第三源极连接到第二场效应晶体管Q2的第二源极和半导体开关1的第二主端子12。第三场效应晶体管Q3可以是例如结型场效应晶体管。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。可替代地，第三场效应晶体管Q3也可以是MOSFET。第一控制单元4以及第三场效应晶体管Q3的第三栅极连接到第一控制单元4和半导体开关1之间的信号路径。

在根据第十九实施例的开关系统20R中，与根据第十八实施例的开关系统20Q一样，在第一控制单元4在正输出用以使半导体开关1接通的第一接通信号时输出用以使半导体开关1关断的第一关断信号之前，第二控制单元5E输出用以使控制开关33关断的第二关断信号。在开关系统20R中，在自从第一控制单元4输出第一关断信号起经过了第一时间段时，第二控制单元5E输出用以使控制开关33接通的第二接通信号。在开关系统20R中，在自从第一控制单元4输出第一关断信号起经过了第二时间段(即，由延迟电路52确定的时间延迟)时，第二控制单元5E输出用以使控制开关33关断的第二关断信号。开关系统20R满足T1<(T2-T1)且T1≤T3，其中：T1是第一时间段(参考图24)，T2是第二时间段(参考图24)，并且T3是第一控制单元4输出了第一关断信号的时间点和流经电压箝位元件2的电流I2变得等于零的时间点之间的第三时间段(参考图24)。

根据第十九实施例的开关系统20R还可以在半导体开关1关断时降低施加到半导体开关1的浪涌电压。

(变形例)

注意，上述的第一实施例至第十九实施例仅是本发明的各种实施例中的典型实施例，并且不应被解释为限制性的。相反，在不背离本发明的范围的情况下，可以根据设计选择或任何其他因素以各种方式容易地修改第一实施例至第十九实施例。

例如，半导体开关1不必一定是结型场效应晶体管Tr1，而例如也可以是MOSFET或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

(各方面)

上述的第一实施例至第十九实施例及其变形例是本发明的以下方面的具体实现。

根据第一方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20J；20K；20O；20P)包括半导体开关(1；1K)、电压箝位元件(2)、有源箝位电路(3；3A；3O)、第一控制单元(4)和第二控制单元(5；5A；5D；5E)。半导体开关(1；1K)具有控制端子(10)、第一主端子(11)和第二主端子(12)。电压箝位元件(2)并联连接到半导体开关(1；1K)。有源箝位电路(3；3A；3O)连接在半导体开关(1；1K)的控制端子(10)和第一主端子(11)之间。第一控制单元(4)控制半导体开关(1；1K)。第二控制单元(5；5A；5D；5E)控制有源箝位电路(3；3A；3O)。有源箝位电路(3；3A；3O)包括第一二极管(31)、第二二极管(32)和控制开关(33)。第一二极管(31)具有第一阳极和第一阴极。第一二极管(31)在被施加半导体开关(1；1K)的第一主端子(11)和第二主端子(12)之间的电压时引起击穿。第二二极管(32)具有第二阳极和第二阴极。第二二极管(32)的第二阳极连接到第一二极管(31)的第一阳极。控制开关(33)连接在第一二极管(31)的第一阳极和半导体开关(1)的控制端子(10)之间。第二控制单元(5；5A；5D；5E)被配置为控制控制开关(33)。第一二极管(31)的击穿电压小于电压箝位元件(2)的箝位电压。

根据第一方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20J；20K；20O；20P)可以在半导体开关(1；1K)关断时降低施加到半导体开关(1；1K)的浪涌电压。

在可以结合第一方面来实现的根据第二方面的开关系统(20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G)中，控制开关(33)是具有第一栅极、第一漏极和第一源极的第一场效应晶体管(Q1)。有源箝位电路(3A)还包括第二场效应晶体管(Q2)。第二场效应晶体管(Q2)具有第二栅极、第二漏极和第二源极。第二场效应晶体管(Q2)连接在第一场效应晶体管(Q1)的第一栅极和半导体开关(1；1K)的第二主端子(12)之间。第二控制单元(5A；5D；5E)控制第二场效应晶体管(Q2)。

根据第二方面的开关系统(20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G)可以通过使第二控制单元(5A；5D；5E)使第二场效应晶体管(Q2)接通来使第一场效应晶体管(Q1)关断。

可以结合第二方面来实现的根据第三方面的开关系统(20B)还包括延迟电路(6)。延迟电路(6)连接在将第二控制单元(5A)连接到第一场效应晶体管(Q1)的第一栅极的信号路径与第二场效应晶体管(Q2)的第二栅极之间。

在根据第三方面的开关系统(20B)中，当第二控制单元(5A)输出使第一场效应晶体管(Q1)接通的控制信号时，第一场效应晶体管(Q1)接通，并且当第二场效应晶体管(Q2)在由延迟电路(6)引入的时间延迟之后接通时，第一场效应晶体管(Q1)关断。因而，根据第三方面的开关系统(20B)可以通过由延迟电路(6)引入的时间延迟来确定第一场效应晶体管(Q1)的导通时间段。另外，根据第三方面的开关系统(20B)可以使用单个第二控制单元(5A)来控制第一场效应晶体管(Q1)和第二场效应晶体管(Q2)。

可以结合第二方面来实现的根据第四方面的开关系统(20C；20D；20E；20F；20G)还包括非电路(7；7F；7G)。非电路(7；7F；7G)连接在将第一控制单元(4)连接到半导体开关(1；1K)的控制端子(10)的信号路径与第一场效应晶体管(Q1)的第一栅极之间。第二控制单元(5A；5D；5E)连接到第二场效应晶体管(Q2)的第二栅极。

根据第四方面的开关系统(20C；20D；20E；20F；20G)可以使用第一控制单元(4)来控制半导体开关(1；1K)和场效应晶体管(Q1)。

在可以结合第四方面来实现的根据第五方面的开关系统(20D；20E；20F；20G)中，第二控制单元(5D)包括延迟电路(52)。延迟电路(52)连接在非电路(7；7F；7G)的输出端子和第二场效应晶体管(Q2)的第二栅极之间。

根据第五方面的开关系统(20D；20E；20F；20G)使得第二控制单元(5D；5E)能够使用从第一控制单元(4)供给的控制信号，由此有助于削减成本。

可以结合第五方面来实现的根据第六方面的开关系统(20E；20F；20G)还包括第一驱动电路(8)。第一驱动电路(8)具有第一栅极电阻器(Rg1)。第一栅极电阻器(Rg1)连接在非电路(7；7F；7G)的输出端子和第一场效应晶体管(Q1)的第一栅极之间。延迟电路(52)被实现为包括第二栅极电阻器(Rg2)和电容器(C2)的第二驱动电路(9)。第二栅极电阻器(Rg2)连接在非电路(7；7F；7G)的输出端子和第二场效应晶体管(Q2)的第二栅极之间。电容器(C2)连接在第二场效应晶体管(Q2)的第二栅极和第二源极之间。

根据第六方面的开关系统(20E；20F；20G)使得延迟电路(52)能够由第二栅极电阻器(Rg2)和电容器(C2)构成，由此有助于削减延迟电路(52)的成本。

可以结合第六方面来实现的根据第七方面的开关系统(20F)还包括第三驱动电路(13)。第三驱动电路(13)连接在第一控制单元(4)与半导体开关(1；1K)的控制端子(10)之间。非电路(7)包括电源(71)、电阻器(72)、第三场效应晶体管(Q3)和第四驱动电路(74)。电阻器(72)串联连接到电源(71)。第三场效应晶体管(Q3)具有第三栅极、第三漏极和第三源极。第三场效应晶体管(Q3)串联连接到电阻器(72)。第四驱动电路(74)连接在第一控制单元(4)与第三场效应晶体管(Q3)的第三栅极之间。

可以结合第六方面来实现的根据第八方面的开关系统(20G)还包括第三驱动电路(13G)。第三驱动电路(13G)连接在第一控制单元(4)与半导体开关(1；1K)的控制端子(10)之间。非电路(7G)包括电源(71)、电阻器(72)和第三场效应晶体管(Q3)。电阻器(72)串联连接到电源(71)。第三场效应晶体管(Q3)具有第三栅极、第三漏极和第三源极。第三场效应晶体管(Q3)串联连接到电阻器(72)。第三驱动电路(13G)具有用以使半导体开关(1；1K)接通的第一路径(131)和用以使半导体开关(1；1K)关断的第二路径(132)。第一路径(131)包括第三二极管(133)和第三栅极电阻器(Rg3)。第三二极管(133)具有第三阳极和第三阴极。第三二极管(133)的第三阴极连接到半导体开关(1；1K)的控制端子(10)。第三栅极电阻器(Rg3)串联连接到第三二极管(133)。第二路径(132)包括具有比第三栅极电阻器(Rg3)小的电阻值的电阻器(134)。电阻器(134)连接在第一控制单元(4)和半导体开关(1；1K)的控制端子(10)之间。在开关系统(20G)中，在半导体开关(1；1K)关断之前，有源箝位电路(3A)的第一场效应晶体管(Q1)接通。

在根据第八方面的开关系统(20G)中，如果半导体开关(1；1K)是基于GaN的GIT，则第一路径(131)用于使半导体开关(1；1K)接通，由此降低引起栅极电压下降的可能性。另外，在该开关系统(20G)中，第二路径(132)用于使半导体开关(1；1K)关断。这降低了在有源箝位电路(3A)的控制开关(33)接通之前半导体开关(1；1K)关断的可能性。

根据第九方面的开关系统(20H)包括半导体开关(1；1K)、电压箝位元件(2)、有源箝位电路(3H)、第一控制单元(4)和第二控制单元(5H)。半导体开关(1；1K)具有控制端子(10)、第一主端子(11)和第二主端子(12)。电压箝位元件(2)并联连接到半导体开关(1；1K)。有源箝位电路(3H)连接在半导体开关(1；1K)的控制端子(10)和第一主端子(11)之间。第一控制单元(4)控制半导体开关(1；1K)。第二控制单元(5H)控制有源箝位电路(3H)。有源箝位电路(3H)包括第一二极管(31)、第二二极管(32)和控制开关(33H)。第一二极管(31)具有第一阳极和第一阴极。第一二极管(31)在被施加半导体开关(1；1K)的第一主端子(11)和第二主端子(12)之间的电压时引起击穿。第二二极管(32)具有第二阳极和第二阴极。第二二极管(32)的第二阳极连接到第一二极管(31)的第一阳极。控制开关(33H)连接在第一二极管(31)的第一阳极和半导体开关(1；1K)的控制端子(10)之间。控制开关(33H)是具有基极、集电极和发射极的pnp晶体管(Qp1)。pnp晶体管(Qp1)的发射极连接到第二二极管(32)的第二阴极。pnp晶体管(Qp1)的集电极连接到半导体开关(1；1K)的控制端子(10)。第二控制单元(5H)包括第一电阻器(R1)、第二电阻器(R2)、场效应晶体管(Q4)和延迟电路(54)。第一电阻器(R1)连接在pnp晶体管(Qp1)的基极和发射极之间。第二电阻器(R2)连接到pnp晶体管(Qp1)的基极并且串联连接到第一电阻器(R1)。场效应晶体管(Q4)具有栅极、漏极和源极。场效应晶体管(Q4)连接在第二电阻器(R2)与半导体开关(1；1K)的第二主端子(12)之间。延迟电路(54)连接在第一控制单元(4)与场效应晶体管(Q4)的栅极之间。延迟电路(54)包括栅极电阻器(Rg4)和电容器(C4)。栅极电阻器(Rg4)连接在第一控制单元(4)与场效应晶体管(Q4)的栅极之间。电容器(C4)连接在场效应晶体管(Q4)的栅极和源极之间。第一二极管(31)的击穿电压小于电压箝位元件(2)的箝位电压。

根据第九方面的开关系统(20H)可以在半导体开关(1；1K)关断时降低施加到半导体开关(1；1K)的浪涌电压。

根据第十方面的开关系统(20I)包括半导体开关(1；1K)、电压箝位元件(2I)、有源箝位电路(3I)、第一控制单元(4)和第二控制单元(5I)。半导体开关(1；1K)具有控制端子(10)、第一主端子(11)和第二主端子(12)。电压箝位元件(2I)并联连接到半导体开关(1；1K)。有源箝位电路(3I)连接在半导体开关(1；1K)的控制端子(10)和第一主端子(11)之间。第一控制单元(4)控制半导体开关(1；1K)。第二控制单元(5I)控制有源箝位电路(3I)。有源箝位电路(3I)包括第一二极管(31)、第二二极管(32)和控制开关(33)。第一二极管(31)具有第一阳极和第一阴极。第一二极管(31)在被施加半导体开关(1；1K)的第一主端子(11)和第二主端子(12)之间的电压时引起击穿。第二二极管(32)具有第二阳极和第二阴极。第二二极管(32)的第二阴极连接到第一二极管(31)的第一阴极。控制开关(33)连接在第一二极管(31)的第一阳极和半导体开关(1；1K)的控制端子(10)之间。控制开关(33)是具有栅极、漏极和源极的场效应晶体管(Q1)。场效应晶体管(Q1)的漏极连接到第一二极管(31的第一阳极。场效应晶体管(Q1)的源极连接到半导体开关(1；1K)的控制端子(10)。第二控制单元(5I)包括电容器(55)和齐纳二极管(56)。电容器(55)具有第一端子和第二端子。电容器(55)的第一端子连接到场效应晶体管(Q1)的栅极。电容器(55)的第二端子连接到第一二极管(31)的第一阴极和第二二极管(32)的第二阴极。齐纳二极管(56)具有第三阳极和第三阴极。齐纳二极管(56)的第三阴极连接到电容器(55)的第一端子和场效应晶体管(Q1)的栅极。齐纳二极管(56)的第三阳极连接到场效应晶体管(Q1)的源极。

根据第十方面的开关系统(20I)可以在半导体开关(1；1K)关断时降低施加到半导体开关(1；1K)的浪涌电压。

可以结合第一方面至第十方面中任一方面来实现的根据第十一方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J)还包括检测电路(14)和开关元件(15)。检测电路(14)连接在半导体开关(1)的控制端子(10)和第二主端子(12)之间。检测电路(14)检测半导体开关(1；1K)的控制端子(10)和第二主端子(12)之间的电压。开关元件(15)连接在半导体开关(1；1K)的控制端子(10)和第二主端子(12)之间。在开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J)中，在检测电路(14)所检测到的电压超过阈值电压(Vth)时，开关元件(15)接通。

在根据第十一方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J)中，当开关元件(15)接通时，半导体开关(1；1K)关断。这降低了由于半导体开关(1；1K)的控制端子(10)和第二主端子(12)之间的电压增加而引起半导体开关(1；1K)的特性劣化的可能性。

在可以结合第十一方面来实现的根据第十二方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J)中，半导体开关(1)是结型场效应晶体管(Tr1)。关于结型场效应晶体管(Tr1)的栅极电压(Vgs)，阈值电压(Vth)大于结型场效应晶体管(Tr1)的接通状态下的栅极电压(Vg1)，并且小于第一控制单元(4)中所包括的DC电源的输出电压。

根据第十二方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J)可以减少由于在有源箝位电路(3；3A)正在进行箝位操作时的结型场效应晶体管(Tr1)的栅极电压(Vgs)的增加而引起的半导体开关(1)的特性劣化。

在可以结合第一方面至第十二方面中任一方面来实现的根据第十三方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J；20K)中，半导体开关(1K)由并联连接的多个场效应晶体管(Tr2)构成。多个场效应晶体管(Tr2)各自具有栅极、漏极和源极。半导体开关(1K)的第一主端子(11)连接到多个场效应晶体管(Tr2)的各个漏极。半导体开关(1K)的第二主端子(12)连接到多个场效应晶体管(Tr2)的各个源极。开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J；20K)还包括多个栅极电阻器(R20)。多个栅极电阻器(R20)与各个栅极一对一地相关联，并且连接在第一控制单元(4)和各个栅极之间。多个栅极电阻器(R20)连接到有源箝位电路(3；3A)。

根据第十三方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20I；20J；20K)使得半导体开关(1K)能够具有电流值增大的许可电流。

在可以结合第一方面至第十三方面中任一方面来实现的根据第十四方面的开关系统(20L)中，半导体开关(1L)包括第一开关元件(101)和第二开关元件(102)。第一开关元件(101)具有第一栅极端子(G11)、第一漏极端子(D11)和第一源极端子(S11)。第二开关元件(102)具有第二栅极端子(G12)、第二漏极端子(D12)和第二源极端子(S12)。第二开关元件(102)串联连接到第一开关元件(101)。在半导体开关(1L)中，第一开关元件(101)的第一漏极端子(D11)和第二开关元件(102)的第二漏极端子(D12)彼此连接。半导体开关(1L)包括各自由控制端子、第一主端子和第二主端子组成的两组。在两组中的一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第一栅极端子(G11)、第二源极端子(S12)和第一源极端子(S11)。在两组中的另一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第二栅极端子(G12)、第一源极端子(S11)和第二源极端子(S12)。开关系统(20L)包括两个有源箝位电路(3A)，其各自是有源箝位电路(3A)。在开关系统(20L)中，两个有源箝位电路(3A)中的一个有源箝位电路连接在第一栅极端子(G11)和第二源极端子(S12)之间，并且另一有源箝位电路(3A)连接在第二栅极端子(G12)和第一源极端子(S11)之间。

第十四方面的开关系统(20L)可应用于包括AC电源的负载电路(204)。

可以结合第一方面至第十三方面中任一方面来实现的根据第十五方面的开关系统(20M)包括两个半导体开关(1)(其各自是半导体开关(1))、两个电压箝位元件(2)(其各自是电压箝位元件(2))和两个有源箝位电路(3A)(其各自是有源箝位电路(3A))。在两个半导体开关(1)各自中，其控制端子(10)、第一主端子(11)和第二主端子(12)分别是栅极端子(G1)、漏极端子(D1)和源极端子(S1)。在开关系统(20M)中，两个半导体开关(1)通过将其各自的源极端子(S1)连接在一起而串联连接。两个电压箝位元件(2)分别与两个半导体开关(1)一对一地相关联。两个电压箝位元件(2)各自并联连接到两个半导体开关(1)中的关联的半导体开关。两个有源箝位电路(3A)分别与两个半导体开关(1)一对一地相关联。两个有源箝位电路(3A)各自连接在两个半导体开关(1)中的关联的半导体开关的栅极端子(G1)和漏极端子(D1)之间。

根据第十五方面的开关系统(20M)可应用于包括AC电源的负载电路(204)。

在可以结合第一方面至第十三方面中任一方面来实现的根据第十六方面的开关系统(20N)中，半导体开关(1N)是双栅极型双向开关，该双栅极型双向开关具有第一栅极端子(G11)、与第一栅极端子(G11)相对应的第一源极端子(S11)、第二栅极端子(G12)和与第二栅极端子(G12)相对应的第二源极端子(S12)。半导体开关(1N)包括各自由控制端子、第一主端子和第二主端子组成的两组。在两组中的一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第一栅极端子(G11)、第二源极端子(S12)和第一源极端子(S11)。在两组中的另一组中，控制端子、第一主端子和第二主端子分别是第二栅极端子(G12)、第一源极端子(S11)和第二源极端子(S12)。开关系统(20N)包括两个有源箝位电路(3A)，其各自是有源箝位电路(3A)。在开关系统(20N)中，两个有源箝位电路(3A)中的一个有源箝位电路连接在第一栅极端子(G11)和第二源极端子(S12)之间，并且另一有源箝位电路(3A)连接在第二栅极端子(G12)和第一源极端子(S11)之间。

根据第十六方面的开关系统(20N)可应用于包括AC电源的负载电路(204)。

可以结合第一方面至第十六方面中任一方面来实现的根据第十七方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20J；20K；20L；20M；20N；20O；20P；20Q；20R)还包括电流检测单元(16)。电流检测单元(16)检测流经半导体开关(1；1K；1L；1N)的第二主端子(12)的电流。第二控制单元(5；5A；5H；5E)根据电流检测单元(16)的输出来改变控制开关(33；33H)的导通时间段。

根据第十七方面的开关系统(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H；20J；20K；20L；20M；20N；20O；20P；20Q；20R)可以降低使得过电流流经电压箝位元件(2)而引起电压箝位元件(2)的性能劣化的可能性。

可以结合第二方面来实现的根据第十八方面的开关系统(20P)还包括电流检测单元(16P)。第二控制单元(5P)包括第三场效应晶体管(Q13)。电流检测单元(16P)检测流经半导体开关(1)的第二主端子(12)的电流。第三场效应晶体管(Q13)具有第三栅极、第三漏极和第三源极。电流检测单元(16P)包括检测电阻器(161)和积分电路(162)。检测电阻器(161)连接到半导体开关(1)的第二主端子(12)并且串联连接到半导体开关(1)。积分电路(162)对检测电阻器(161)两端的电压进行积分。在开关系统(20P)中，第二场效应晶体管(Q2)的第二栅极连接到积分电路(162)的输出端子。在开关系统(20P)中，第三场效应晶体管(Q13)的第三漏极连接到积分电路(162)的输出端子。在开关系统(20P)中，第三场效应晶体管(Q13)的第三栅极连接到第一控制单元(4)与半导体开关(1)的控制端子(10)之间的信号路径。

在根据第十八方面的开关系统(20P)中，第二场效应晶体管(Q2)接通的定时根据流经半导体开关(1)的第二主端子(12)的电流量而变化，由此改变第一场效应晶体管(Q1)通电的持续时间。

在可以结合第一方面来实现的根据第十九方面的开关系统(20)中，在输出用以使半导体开关(1)关断的第一关断信号之前、第一控制单元(4)正输出用以使半导体开关(1)接通的第一接通信号时，第二控制单元(5)输出用以使控制开关(33)接通的第二接通信号。在开关系统(20)中，当自从第一控制单元(4)输出第一关断信号起经过了预定时间段(T0)时，第二控制单元(5)输出用以使控制开关(33)关断的第二关断信号。

在可以结合第一方面来实现的根据第二十方面的开关系统(20Q；20R)中，在输出用以使半导体开关(1)关断的第一关断信号之前、第一控制单元(4)正输出用以使半导体开关(1)接通的第一接通信号时，第二控制单元(5Q；5E)输出用以使控制开关(33)关断的第二关断信号。在开关系统(20Q；20R)中，当自从第一控制单元(4)输出第一关断信号起经过了第一时间段时，第二控制单元(5)输出用以使控制开关(33)接通的第二接通信号。在开关系统(20Q；20R)中，当自从第一控制单元(4)输出第一关断信号起经过了第二时间段时，第二控制单元(5Q；5E)输出用以使控制开关(33)关断的第二关断信号。开关系统(20Q；20R)满足T1<(T2-T1)且T1≤T3，其中：T1是第一时间段，T2是第二时间段，并且T3是第一控制单元4输出了第一关断信号的时间点与流经电压箝位元件(2)的电流(I2)变得等于零的时间点之间的第三时间段。

附图标记说明

1,1K,1L,1N 半导体开关

10 控制端子

11 第一主端子

12 第二主端子

101 第一开关元件

102 第二开关元件

2,2i 电压箝位元件

3,3A,3H,3I,3O有源箝位电路

31 第一二极管

32 第二二极管

33,33H 控制开关

4 第一控制单元

5,5A,5D,5E,5H,5I,5Q 第二控制单元

52 延迟电路

54 延迟电路

55 电容器

56 齐纳二极管

6 延迟电路

7,7F,7G,7M非电路

71 电源

72 电阻器

74 第四驱动电路

8 第一驱动电路

9 第二驱动电路

13,13G 第三驱动电路

131 第一路径

132 第二路径

133 第三二极管

134 电阻器

14 检测电路

15 开关元件

16 电流检测单元

16P 电流检测单元

161 检测电阻器

162 积分电路

20,20A,20B,20C,20D,20E,20F,20G,20H,20I,20J,20K,20L,20M,20N,20O,20P,20Q,20R 开关系统

C2 电容器

C4 电容器

D1 漏极端子

D11 第一漏极端子

D12 第二漏极端子

G1 栅极端子

G11 第一栅极端子

G12 第二栅极端子

Q1 场效应晶体管(第一场效应晶体管)

Q2 第二场效应晶体管

Q3 第三场效应晶体管

Q4 场效应晶体管

Q13 第三场效应晶体管

Qp1 pnp晶体管

R1 第一电阻器

R2 第二电阻器

Rg1 第一栅极电阻器

Rg2 第二栅极电阻器

Rg3 第三栅极电阻器

Rg4 栅极电阻器

R20 栅极电阻器

S1 源极端子

Tr1 结型场效应晶体管

Tr2 场效应晶体管