用于驱动功率开关的电路制造技术

提出了一种用于驱动功率开关的电路。该电路包括经由开关节点耦接至第二功率开关的第一功率开关以及耦接至第一功率开关的驱动器，其中驱动器包含耦接至开关节点的能量存储元件。该电路还包含感测驱动器的电参数的传感器以及耦接至该传感器的充电器。该充电器提供充电电流以对能量存储元件充电并且基于电参数控制充电电流。具体地，提出了一种用于驱动基于III/V半导体的功率开关的电路。另外，提出了一种对功率开关驱动器供电的方法。该方法包括感测驱动器的电参数并且基于电参数调节对能量存储元件进行充电的电流。

Circuits for driving power switches

A circuit for driving power switch is proposed. The circuit includes a first power switch coupled to the second power switch via a switch node and a driver coupled to the first power switch, in which the driver includes an energy storage element coupled to the switch node. The circuit also includes a sensor for sensing the electrical parameters of the driver and a charger coupled to the sensor. The charger provides charging current to charge energy storage elements and controls charging current based on electrical parameters. Specifically, a circuit for driving power switches based on III/V semiconductor is proposed. In addition, a power supply method for power switch driver is proposed. The method includes sensing the electric parameters of the driver and adjusting the charging current of the energy storage element based on the electric parameters.

【技术实现步骤摘要】
用于驱动功率开关的电路
本公开涉及一种用于驱动功率开关(powerswitch)的电路。具体地，本公开涉及一种用于驱动基于III/V半导体的功率开关的电路。背景诸如氮化镓(GaN)二极管和GaNN沟道晶体管的基于III/V半导体的器件具有许多有益的特性。例如，GaN晶体管与它们基于硅的对应物相比具有相对低的导通电阻并且能够实现更高的开关速度。因此，GaN组件非常适合用于开关变换器和高压电源电路的设计。然而，诸如增强型或耗尽型高电子迁移率晶体管E-HEMT和D-HEMT的GaN器件要求精确的栅极电压以便利用低导通电阻(Rds_on)值完全接通。典型的电压栅极值可以是大约6V，然而，栅极电压会取决于制造工艺随着器件而变化。利用较高栅极电压驱动GaN晶体管会对GaN晶体管造成严重的劣化和过应力，从而缩短器件的使用寿命。相反，利用较低的栅极电压驱动GaN晶体管会限制Rds_on性能；例如，漏极至源极的电压会大大增加。开关变换器和其他电子电路包括半桥拓扑结构，在该半桥拓扑结构中，高压侧功率开关(high-sidepowerswitch)经由开关节点耦接至低压侧功率开关(low-sidepowerswitch)：由高压侧驱动器提供高压侧功率开关的栅极电压。由通常被称为自举电容器(bootcapacitor)的电容器对高压侧驱动器供电。当前的电路不允许对自举电容器两端的电压进行精确和可靠的控制，因此限制了它们与GaN晶体管一起使用。概述本公开的目的是解决上文所提及的限制中的一个或更多个。根据本公开的第一方面，提供了一种电子电路，包括：第一功率开关，其经由开关节点耦接至第二功率开关；驱动器，其耦接至第一功率开关，其中，该驱动器包括耦接至开关节点的能量存储元件；传感器，其感测驱动器的电参数；以及充电器，其耦接至传感器和能量存储元件，该充电器适于提供充电电流以对能量存储元件进行充电并且基于该电参数来控制充电电流。例如，第一功率开关可以耦接至正电压并且第二功率开关可以耦接至地。例如，能量存储元件可以适于向驱动器提供能量。可选择地，电参数包括电压、电流、电阻和温度中的至少一个。例如，电压可以是能量存储元件两端的电压或者是能量存储元件两端的电压的函数的电压。可选择地，驱动器适于向第一功率开关提供驱动电压，并且电参数指示驱动电压。例如，电参数可以大体上等于驱动电压。驱动电压可以是栅极电压。可选择地，传感器可以适于感测相对于开关节点的电参数。可选择地，驱动器包括适于控制驱动电压的第一晶体管；并且传感器包括耦接至第一电流源的第二晶体管；其中，第二晶体管与第一晶体管基本相同。可选择地，该传感器包括比较器，该比较器适于将第一电压与基准电压进行比较并且适于基于该比较生成控制信号以控制充电器。例如，第一电压可以是能量存储元件两端的电压的函数。例如，第一电压可以大体上等于驱动电压。可选择地，基准电压可以适于相对于开关节点处的电压而变化。可选择地，传感器包括：第三晶体管，其耦接至第二功率开关；以及基准电压源，其耦接至比较器和第三晶体管。例如，第三晶体管可以是用于感测开关节点处的电压的功率开关。可选择地，充电器包括耦接至第二电流源的第四晶体管。可选择地，充电器包括耦接至第二电流源和第二功率开关的第二能量存储元件。可选择地，第二功率开关经由电阻耦接至地。可选择地，该电路至少部分地基于III/V半导体形成。可选择地，第一功率开关是基于III/V半导体的。可选择地，III/V半导体包括氮化镓。根据本公开的第二方面，提供了一种对功率开关驱动器供电的方法，该功率开关驱动器包括能量存储元件，该方法包括：感测驱动器的电参数；并且基于该电参数调节电流以对能量存储元件进行充电。可选择地，驱动器适于向第一功率开关提供驱动电压，并且电参数表示驱动电压。例如，电参数可以是驱动电压或者大体上等于驱动电压。可选择地，相对于开关节点感测电参数。可选择地，该方法包括：将电参数与基准进行比较；并且基于该比较生成控制信号以调节电流。可选择地，该基准是适于相对于开关节点处的电压而变化的基准电压。附图说明在下面以示例方式并参考附图来更详细地描述本公开，在附图中：图1是用于对驱动器供电的方法的流程图；图2是用于实现图1的方法的电路的图；图3是用于实现图1的方法的另一电路的图；图4是用于实现图1的方法的又一个电路的图；图5是用于控制增强型器件的控制器；图6是用于控制耗尽型器件的控制器。专利技术详述图1是对包括能量存储元件的驱动器供电的方法的流程图。例如，驱动器可以是适于提供栅极电压以使高压侧功率开关接通或断开的高压侧驱动器。在步骤110，感测驱动器的电参数。电参数可以包括电压、电流、电阻和温度中的至少一个。例如，可以在能量存储元件两端测量电参数。在步骤120，基于电参数调节对能量存储元件进行充电的电流。图2示出了用于实现图1的方法的电路200的图。例如，电路200可以是诸如降压变换器、升压变换器或升降压变换器的开关变换器的一部分。电路200具有：基于GaN半导体的第一域(firstdomain)，其包括多个GaN器件；以及基于硅半导体的第二域(seconddomain)，其包括诸如一个或更多个控制器、电压源和电流源的其他器件。第二域可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路。电路200包括通过经由开关节点LX将高压侧功率开关205耦接至低压侧功率开关210而形成的半桥。例如，开关节点可以耦接至未被示出的电感器。高压侧驱动器电路220被提供用于控制高压侧功率开关205。高压侧驱动器220包括用于对该高压侧驱动器供电的电容器Cboot222。该电容器Cboot耦接至控制器224，该控制器用于控制由第一晶体管M1226和第二晶体管M2228形成的推挽级(push-pullstage)。第一晶体管226具有：第一端子，例如，耦接至正电压的漏极端子；第二端子，例如，耦接至节点P的源极端子；以及第三端子，例如，耦接至控制器224的栅极端子。第二晶体管228具有耦接至节点P的第一端子、耦接至开关节点LX的第二端子以及耦接至控制器224的第三端子。电容器Cboot222具有耦接至正电压Vboothigh的第一端子和耦接至开关节点LX的第二端子。提供低压侧驱动电路212以驱动低压侧功率开关210。测量电路230被提供用于估计高压侧功率开关的栅极端子(节点P)处的电压。测量电路230包括经由还被称为感测开关的电流开关238耦接至电流源236的第三晶体管M3232和第四晶体管M4234。第三晶体管M3232具有：第一端子，例如，在节点A处耦接至高电压源的漏极端子；第二端子，例如，耦接至第四晶体管M4234的源极端子；以及第三端子，例如，耦接至第一端子的栅极端子。由控制器235控制晶体管M4。电流开关238经由还被称为测量节点的节点S耦接至电流源236。提供晶体管M4234以在低压侧功率开关210断开(打开)时将CMOS集成芯片与GaN域的高电压隔离。电容器Cboot222的第一端子在节点A处耦接至测量电路230。用于对电容器Cboot222充电的充电器电路240耦接至测量电路230和高压侧驱动器220。充电器电路240包括由控制器243控制的、还被称为充电晶体管的第五晶体管M5242。晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子电路，包括：第一功率开关，其经由开关节点耦接至第二功率开关；驱动器，其耦接至所述第一功率开关，其中，所述驱动器包括耦接至所述开关节点的能量存储元件；传感器，其感测所述驱动器的电参数；以及充电器，其耦接至所述传感器和所述能量存储元件，所述充电器适于提供对所述能量存储元件充电的充电电流以及基于所述电参数控制所述充电电流。

【技术特征摘要】
2017.09.29 US 15/719,9971.一种电子电路，包括：第一功率开关，其经由开关节点耦接至第二功率开关；驱动器，其耦接至所述第一功率开关，其中，所述驱动器包括耦接至所述开关节点的能量存储元件；传感器，其感测所述驱动器的电参数；以及充电器，其耦接至所述传感器和所述能量存储元件，所述充电器适于提供对所述能量存储元件充电的充电电流以及基于所述电参数控制所述充电电流。2.根据权利要求1所述的电子电路，其中，所述电参数包括电压、电流、电阻和温度中的至少一个。3.根据权利要求1或2所述的电子电路，其中，所述驱动器适于向所述第一功率开关提供驱动电压，并且其中，所述电参数表示所述驱动电压。4.根据前述权利要求中的任一项所述的电子电路，其中，所述传感器适于相对于所述开关节点感测所述电参数。5.根据权利要求3或4所述的电子电路，其中，所述驱动器包括适于控制所述驱动电压的第一晶体管；并且其中，所述传感器包括耦接至第一电流源的第二晶体管；其中，所述第二晶体管基本上与所述第一晶体管相同。6.根据前述权利要求中任一项所述的电子电路，其中，所述传感器包括比较器，所述比较器适于将第一电压与基准电压进行比较并且基于所述比较生成控制信号以控制所述充电器。7.根据权利要求6所述的电子电路，其中，所述基准电压适于相对于所述开关节点处的电压而变化。8.根据权利要求6或7所述的电子电路，其中，所述传感器包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·克内德根，克里斯托夫·N·纳格尔，雷伯加·杰拉卡，杨坤，崔政宇，
申请(专利权)人：戴洛格半导体英国有限公司，戴洛格半导体公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB