一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路制造技术

一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，利用快速充电模块将GaN功率器件栅极电压从负压关断电平充电至GaN功率器件阈值电压；当GaN功率器件栅极电压充电至GaN功率器件阈值电压后，电流镜充电模块先开启小于N个的充电电流镜模块将GaN功率器件栅极电压从GaN功率器件阈值电压充电至GaN功率器件米勒平台电压，再开启N个充电电流镜模块将GaN功率器件栅极电压从GaN功率器件米勒平台电压充电至零电平；随后栅极电压保持模块将GaN功率器件栅极电压钳位在零电平；放电模块利用M条放电通路对GaN功率器件栅极电压进行放电，使得GaN功率器件栅极电压从零电平放电至负压关断电平。通过控制M条放电通路的选通调整GaN功率器件栅极电压的放电速度。

【技术实现步骤摘要】
一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路
本专利技术属于电子电路
，具体涉及到一种适用于耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路的设计。
技术介绍
传统的600V高压电源(或称一次电源)应用主要采用CoolMOS解决方案。但是由于CoolMOS的体二极管会带来反向恢复问题，并且其较大的栅电荷QG和输出电荷QOSS导致硬开关下开关损耗很大，转换效率低，在软开关模式的实现下开关频率也受到限制。与SiMOSFET相比，GaN器件输出电容COSS随漏源电压VDS变化的非线性较小，在同样导通电阻的前提下可以实现更小的输出电荷QOSS和栅电荷QG，并且GaN器件不存在体二极管，故基于GaN的软开关应用能够实现更短的谐振周期和更长的功率输出时间，减小谐振变换器的导通损耗，达到更高的开关频率和功率密度。目前650V电压等级的GaN功率器件已有商用产品，其主流技术方案采用p-GaN技术和Cascode-drive技术。GaN功率器件的AlGaN/GaN异质结形成的高迁移率2DEG沟道具有天然导通的特性，为了保证功率转换电路的系统安全性，GaN作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，其特征在于，所述分段直接栅驱动电路的输出信号用于控制所述耗尽型GaN功率器件栅极电压的充电和放电；所述耗尽型GaN功率器件在其栅极电压放电至负压关断电平时关断，在其栅极电压充电至零电平时开启；/n所述分段直接栅驱动电路包括快速充电模块、电流镜充电模块、栅极电压保持模块和放电模块，所述快速充电模块用于将所述GaN功率器件的栅极电压从所述负压关断电平充电至所述GaN功率器件的阈值电压，所述快速充电模块包括快速充电单元、阈值设定单元和二选一开关单元，/n所述阈值设定单元包括可调电阻、第一电容、第一电流镜单元、第二电流镜单元、第一高压PMOS管、第二高...

【技术特征摘要】
1.一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，其特征在于，所述分段直接栅驱动电路的输出信号用于控制所述耗尽型GaN功率器件栅极电压的充电和放电；所述耗尽型GaN功率器件在其栅极电压放电至负压关断电平时关断，在其栅极电压充电至零电平时开启；
所述分段直接栅驱动电路包括快速充电模块、电流镜充电模块、栅极电压保持模块和放电模块，所述快速充电模块用于将所述GaN功率器件的栅极电压从所述负压关断电平充电至所述GaN功率器件的阈值电压，所述快速充电模块包括快速充电单元、阈值设定单元和二选一开关单元，
所述阈值设定单元包括可调电阻、第一电容、第一电流镜单元、第二电流镜单元、第一高压PMOS管、第二高压PMOS管、第五高压PMOS管、第六高压PMOS管、第四高压NMOS管和第五高压NMOS管，
所述第一电流镜单元用于将偏置电流进行镜像得到第一镜像电流和第二镜像电流；
可调电阻一端接地电压，另一端连接第一高压PMOS管的源极；
第二高压PMOS管的源极连接第一高压PMOS管的栅极和漏极，其栅极和漏极互连并连接第五高压PMOS管、第四高压NMOS管和第五高压NMOS管的栅极以及所述第一镜像电流并通过第一电容后连接地电压，地电压的电压值为0V；
所述第二电流镜单元用于将所述第二镜像电流进行镜像得到第三镜像电流；
第六高压PMOS管的栅极连接第五高压PMOS管和第四高压NMOS管的源极以及所述第三镜像电流，其源极连接第五高压NMOS管的源极并作为所述阈值设定单元的输出端，其漏极连接第五高压PMOS管的漏极并连接所述负压关断电平；
第四高压NMOS管和第五高压NMOS管的漏极连接地电压；
所述二选一开关单元包括第四电阻、第七高压PMOS管、第六高压NMOS管和第七高压NMOS管，
第七高压PMOS管的栅极连接第一控制信号，其源极通过第四电阻后连接地电压，其漏极连接第六高压NMOS管的栅极和漏极以及第七高压NMOS管的栅极和漏极；
所述第一控制信号为短脉冲信号，其上升沿由所述分段直接栅驱动电路输入信号的上升沿触发；
第六高压NMOS管的漏极作为所述二选一开关单元的第一选择端连接所述阈值设定单元的输出端，第七高压NMOS管的漏极作为所述二选一开关单元的第二选择端；
所述快速充电单元包括第五电阻和第八高压NMOS管，
第八高压NMOS管的栅极连接所述二选一开关单元的第二选择端和第五电阻的一端，其漏极连接地电压，其源极连接第五电阻的另一端并作为所述快速充电模块的输出端连接所述耗尽型GaN功率器件的栅极；
所述电流镜充电模块包括N个充电电流镜模块，其中N为大于1的正整数，所述N个充电电流镜模块分别用于在各自对应的选通信号的控制下镜像可调电流；每个所述充电电流镜模块在其对应的选通信号有效时将所述可调电流进行镜像，否则输出电流值为零；所述N个充电电流镜模块镜像的电流共同用于对所述GaN功率器件的栅极电压进行充电，当所述快速充电模块将所述GaN功率器件的栅极电压充电至所述GaN功率器件的阈值电压后，先开启小于N个的所述充电电流镜模块将所述GaN功率器件的栅极电压从所述GaN功率器件的阈值电压充电至所述GaN功率器件的米勒平台电压，再开启N个所述充电电流镜模块将所述GaN功率器件的栅极电压从所述GaN功率器件的米勒平台电压充电至零电平；
所述栅极电压保持模块用于，在所述电流镜充电模块将所述GaN功率器件的栅极电压充电至零电平时开始直到所述GaN功率器件的栅极电压开始放电期间，将所述GaN功率器件的栅极电压钳位在零电平；
所述放电模块包括M条放电通路对所述GaN功率器件的栅极电压进行放电，使得所述GaN功率器件的栅极电压从零电平放电至所述负压关断电平，其中M其中为大于1的正整数，通过控制M条放电通路的选通调整所述GaN功率器件栅极电压的放电速度。


2.根据权利要求1所述的耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，其特征在于，所述可调电阻包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一PMOS管的栅极连接第一修调控制信号，其源极连接第一电阻的一端和地电压，其漏极连接第一电阻的另一端；
第二PMOS管的栅极连接第二修调控制信号，其源极连接第二电阻的一端和第一PMOS管的漏极，其漏极连接第二电阻的另一端并通过第三电阻后连接第一高压PMOS管的源极。


3.根据权利要求1任一项所述的耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，其特征在于，所述栅极电压保持模块包括第十一高压PMOS管和第十电阻，第十一高压PMOS管的栅极连接第三控制信号，其源极连接地电压，其漏极通过第十电阻后连接所述耗尽型GaN功率器件的栅极；所述第三控制信号在所述GaN功率器件的栅极电压充电至零电平时翻低，在所述GaN功率器件的栅极电压开始放电时翻高。


4.根据权利要求1至3任一项所述的耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，其特征在于，所述充电电流镜模块包括高带宽电流镜单元、主充电通路、电压钳位保护单元和放电保护开关单元，
所述高带宽电流镜单元包括第一与非门、第一反相器链、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第二电容、第八高压PMOS管、第九高压PMOS管、第十高压PMOS管、第九高压NMOS管、第十高压NMOS管、第十五高压NMOS管、第四NMOS管和第五N...

【专利技术属性】
技术研发人员：明鑫，许齐飞，毛帅，冯旭东，王卓，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51