电源电路制造技术

本发明专利技术提供一种电源装置，其即使在将GaN系半导体材料作为开关使用的情况下，也能够防止发生开关错误地导通的误导通。电源电路包括由GaN系半导体材料构成的FET即第一开关(UH1)和由GaN系半导体材料构成的FET即第二开关(UL1)，第一开关(UH1)的源极与输入电位侧连接，第一开关(UH1)的漏极与第二开关(UL1)的源极连接的同时与输出电位侧连接，该电源电路将防止一个开关导通时另一开关随之打开的误导通防止电路与第一开关(UH1)的栅极和/或第二开关(UL1)的栅极连接。

power supply circuit

【技术实现步骤摘要】
电源电路
本专利技术涉及电源电路，特别涉及使用由GaN系半导体材料构成的FET的电源电路。
技术介绍
以往，作为对直流电源的电位进行转换的电源电路，使用对高压侧开关和低压侧开关的通断进行切换的DC/DC转换器(例如参照专利文献1)。在上述电源电路中，通常高压侧开关和低压侧开关利用使用Si材料的功率MOSFET(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)。但是，近年来，使用GaN系半导体材料的FET(field-effecttransistor)被研究出来，由于与Si系材料相比具有低导通电阻、高频动作、高温动作、高耐压的优点，而期待应用于功率设备。图12示出将由GaN系半导体材料构成的FET用于高压侧开关及低压侧开关的以往的电源电路。在图12所示的电源电路中，由GaN系半导体材料构成的高压侧开关HiGaN的漏极与输入电位Vin连接，源极作为中间电位Vsw与低压侧开关LoGaN的漏极连接且与输出电位Vout侧连接。另外，在中间电位Vsw与输出电位Vout之间夹设电感，在输出电位Vout与接地电位之间夹设电容。另外，向高压侧开关HiGaN输入栅极电位Vg_Hi，向低压侧开关LoGaN输入栅极电位Vg_Lo。在这种电源电路中，构成例如将输入电位Vin＝400V且输入电流Iin＝2A的电流转换为输出电位Vout＝200V且输出电流Iout＝4A的降压型DC/DC转换器。图13是表示图12中示出的以往的电源电路正常动作时的曲线图，图13的(a)是表示低压侧开关LoGaN的栅极电位Vg_Lo和中间电位Vsw的电位变化的曲线图，图13的(b)是表示输入电流Iin与感应电流I_ind的电流变化的曲线图。如图13的(a)所示，在使低压侧开关LoGaN的栅极电位Vg_Lo从导通变为断开后，使高压侧开关HiGaN的栅极电位Vg_Hi从断开变为导通(未图示)，中间电位Vsw上升。另外，在使栅极电位Vg_Lo从断开变为导通(未图示)，中间电位Vsw下降后，使栅极电位Vg_Lo从导通变为断开。此时，如图13的(b)所示，输入电流Iin在从栅极电位Vg_Hi的导通到断开为止单调增加后急速减小，感应电流I_ind在栅极电位Vg_Hi的导通到断开为止单调增加后单调减少。感应电流I_ind利用电容平滑化，作为输出电位Vout输出。图14是将图13的(a)局部放大示出的曲线图，图14的(a)是将栅极电位Vg_Hi从断开变为导通的时间放大示出的曲线图，图14的(b)是将栅极电位Vg_Hi从导通变为断开的时间放大示出的曲线图。如图14的(a)(b)所示，在高压侧开关HiGaN的导通时和断开时，低压侧开关LoGaN的栅极电位Vg_Lo发生耦合(linking)。对于图14的(a)(b)所示的例子来说，即使栅极电位Vg_Lo发生耦合，电位变动也很小，因此低压侧开关LoGaN不会误导通，电源电路正常动作。现有技术文献专利文件专利文献1：日本特开2009-022106号公报
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题但是，由GaN系半导体材料构成的高压侧开关HiGaN和低压侧开关LoGaN可能会高速动作，因此存在高速动作时一个开关导通时另一开关叠加噪声而发生的耦合增大，发生误将另一开关导通的误导通的问题。图15是表示以往的电源电路中的高压侧开关HiGaN导通时的低压侧开关LoGaN的栅极电位Vg_Lo和中间电位Vsw的变化的曲线图，图15的(a)表示耦合大的情况，图15的(b)表示耦合小的情况。如图15的(a)所示，在栅极电位Vg_Lo产生的耦合大的情况下，在曲线图中以虚线包围的区域中，栅极电位Vg_Lo过大，低压侧开关LoGaN发生误导通。另一方面，如图15的(b)所示，在栅极电位Vg_Lo产生的耦合小的情况下，低压侧开关LoGaN不会发生误导通。并且，上述耦合包含高频振动的噪声成分和偶发噪声。图16是表示图12所示的电源电路的温度分布的代替附图照片，图16的(a)表示低压侧开关Lo_GaN发生了误导通的情况，图16的(b)表示低压侧开关Lo_GaN没有发生误导通的情况。图16的(a)中以白色箭头示出的高压侧开关Hi_GaN周围的温度为34.6℃，低压侧开关Lo_GaN周围的温度为34.1℃，功率转换效率为83.70％。另外，图16的(b)中以白色箭头示出的高压侧开关Hi_GaN周围的温度为35.3℃，低压侧开关Lo_GaN周围的温度为31.5℃，功率转换效率为87.14％。如图16的(a)(b)所示，可知在低压侧开关Lo_GaN发生了误导通的情况下，由于电流从中间电位Vsw侧向接地电位侧流动，因此功率转换效率降低，由于电力损失而发热，温度上升。在功率设备中，功率转换效率是非常重要的指标，高速驱动时的误导通引起的功率转换效率降低和温度上升在开关使用GaN系半导体材料的FET的电源电路中是显著的问题。图17是表示持续驱动以往的电源电路的状态的曲线图，图17的(a)是表示多次执行开关周期的长时间的电位变化的曲线图，图17的(b)是表示发生了误导通的状态的放大图，图17的(c)是表示没有发生误导通的正常状态的放大图。如图17的(a)至(c)所示，可知即使是使用GaN系半导体材料的FET的电源电路中，图中以虚线包围的区域表示的由耦合引起的误导通不是每次都发生而是随机发生。若误导通的频度变高，则发热量增加，根据情况可能会有大电流流过使元件破坏。本专利技术是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种电源装置，即使在将GaN系半导体材料作为开关使用的情况下，也能够防止发生误将开关导通的误导通。解决问题的手段为了解决上述课题，本专利技术的电源电路包括由GaN系半导体材料构成的FET即第一开关、和由GaN系半导体材料构成的FET即第二开关，所述第一开关的漏极与输入电位侧连接，所述第一开关的源极与所述第二开关的漏极连接的同时与输出电位侧连接，在该电源电路中，将防止一个开关导通时另一开关随之导通的误导通防止电路与所述第一开关的栅极和/或所述第二开关的栅极连接。由此，利用与第一开关和/或第二开关的栅极连接的误导通防止电路，抑制一个开关导通时另一开关发生的耦合，即使在将GaN系半导体材料作为开关使用的情况下，也能够防止发生误将开关导通的误导通。另外，在本专利技术的一实施方式中，所述误导通防止电路是与所述第二开关的栅极和所述第二开关的源极之间连接的电容。另外，在本专利技术的一实施方式中，所述误导通防止电路是连接于所述第二开关的栅极、和所述第二开关的源极之间的第一电阻。另外，在本专利技术的一实施方式中，所述第一电阻为5kΩ以下。另外，在本专利技术的一实施方式中，所述误导通防止电路是连接于向所述第一开关的栅极输出导通电位的导通端子、和所述第一开关的栅极之间的第二电阻。另外，在本专利技术的一实施方式中，所述第二电阻为47Ω以上。另外，在本专利技术的一实施方式中，是与向所述第一开关的栅极输出截止电位的截止端子与所述第一开关的栅极之间连接的第三电阻。另外，在本专利技术的一实施方式中，所述第三电阻为47Ω以上。专利技术效果根据本专利技术，能够提供一种即使在将GaN系半导体材料作为开关使用的情况下，也能够防止发生误将开关导通的误导通的电源装置。附图说明图1是表示本专利技术一实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源电路，其包括由GaN系半导体材料构成的FET即第一开关、和由GaN系半导体材料构成的FET即第二开关，所述第一开关的漏极与输入电位侧连接，所述第一开关的源极与所述第二开关的漏极连接的同时与输出电位侧连接，该电源电路的特征在于，所述第一开关的栅极和/或所述第二开关的栅极中，连接了防止一个开关导通时另一开关随之导通的误导通防止电路。

【技术特征摘要】
2017.11.17 JP 2017-2219741.一种电源电路，其包括由GaN系半导体材料构成的FET即第一开关、和由GaN系半导体材料构成的FET即第二开关，所述第一开关的漏极与输入电位侧连接，所述第一开关的源极与所述第二开关的漏极连接的同时与输出电位侧连接，该电源电路的特征在于，所述第一开关的栅极和/或所述第二开关的栅极中，连接了防止一个开关导通时另一开关随之导通的误导通防止电路。2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述误导通防止电路是与所述第二开关的栅极和所述第二开关的源极之间连接的电容。3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田耕一郎，田中研一，佐藤知稔，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP