硅IC-氮化镓混合驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种硅IC‑氮化镓混合驱动系统，包括驱动模块和氮化镓功率器件；所述驱动模块包括用于输出预设电压的硅IC式线性降压组件和氮化镓单片集成式驱动半桥组件；所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件的输出端与所述氮化镓功率器件的门极电路信号连接，以通过充放电的方式实现对所述氮化镓功率器件的导电性进行调制；所述硅IC式线性降压组件与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件采用打线连接；所述驱动模块与所述氮化镓功率器件之间采用共同封装的方式进行配合。本发明专利技术至少包括以下优点：结合了硅IC集成电路灵活，低成本，成熟的优势以及氮化镓单片集成半桥组件以消除驱动回路寄生参数的好处。

【技术实现步骤摘要】
硅IC-氮化镓混合驱动系统
本专利技术涉及了电力电子及功率半导体
，具体的是一种硅IC-氮化镓混合驱动系统。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本专利技术公开相关的背景信息，而不构成现有技术。氮化镓被称为第三代半导体代表性材料，在中小功率的适配器领域已经实现大规模量产，预计在不久的将来将在部分领域全面代替硅。但氮化镓功率器件的应用需要相应的栅驱动芯片，普通的硅功率器件驱动芯片不能直接适用于氮化镓功率器件，原因是驱动电压和驱动能力等性能的要求不同。目前氮化镓功率器件主要是以分立元器件和带驱动集成IC两种形式。分立元器件在设计方面灵活性好，但由于外加的驱动回路的寄生参数不可避免的引起驱动环路震荡，转换效率下降甚至会炸管的现象。带驱动的集成IC有两种实现方式：第一种方式是氮化镓单片集成，这种方式使用氮化镓单片集成驱动和功率器件(如图1)；另一种方式是使用相对成熟的硅驱动IC与氮化镓功率器件合封在一起(如图2)。现有的单片集成氮化镓IC，因为氮化镓工艺技术本身成熟度不高，缺少像硅模拟电路里面常用的CMOS逻辑(目前氮化镓工艺没有p型高电子迁移率管(P-typeHEMT)，只能使用耗尽型HEMT和增强型HEMT相配合的方式)，这个缺点导致氮化镓单片集成的模拟电路功能有限，缺少一些必要的功能单元，无法实现一些较为复杂的保护和控制电路。同时因为目前就单位晶片面积而言，氮化镓的价格远超过硅的价格，并且氮化镓目前的工艺节点(最小线宽尺寸)远远大过硅，造成氮化镓单片集成成本较高。现有的共封装方式虽然利用了成熟硅基模拟电路的优点，但因为硅IC芯片和氮化镓芯片之间需要使用打线连接，尽管线径很短，还是不可避免的存在寄生电感。尤其是当硅IC芯片输出端焊盘或者氮化镓器件的门极焊盘不够大，无法打较粗的铜线/金线的时候，所带来的寄生电感无法忽略不计。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本专利技术的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种硅IC-氮化镓混合驱动系统，其结合了硅IC集成电路灵活，低成本，成熟的优势以及氮化镓单片集成半桥组件以消除驱动回路寄生参数的好处。本申请实施例公开了：一种硅IC-氮化镓混合驱动系统，包括驱动模块和氮化镓功率器件；所述驱动模块包括用于输出预设电压的硅IC式线性降压组件和氮化镓单片集成式驱动半桥组件；所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件的输出端与所述氮化镓功率器件的门极电路信号连接，以通过充放电的方式实现对所述氮化镓功率器件的导电性进行调制；所述硅IC式线性降压组件与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件采用打线连接；所述驱动模块与所述氮化镓功率器件之间采用共同封装的方式进行配合。进一步地，所述硅IC式线性降压组件与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件之间打线所使用的连接线的长度小于2mm。进一步地，所述驱动模块还包括与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件信号连接的硅IC式欠压锁死组件。进一步地，当所述氮化镓功率器件的门极电压低于其阈值电压时，所述氮化镓功率器件处于断开状态；其中，所述阈值电压在1-2V之间。进一步地，当所述氮化镓功率器件的门极电压高于其阈值电压且达到其工作的预设电压时，所述氮化镓功率器件处于导通状态；其中，所述预设电压在5-7V之间。进一步地，所述氮化镓集成式半桥组件包括两个半桥设置的半导体晶体管。进一步地，所述氮化镓功率器件的衬底采用硅材料制成。进一步地，所述氮化镓集成式驱动半桥和所述氮化镓功率器件的晶圆尺寸均为6寸或8寸。进一步地，所述硅IC式线性降压组件集成在一个芯片上，所述氮化镓功率器件和所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件集成在另一个芯片上。借由以上的技术方案，本专利技术的有益效果如下：本混合驱动结合了硅IC集成电路灵活，低成本，成熟的优势以及氮化镓单片集成半桥组件以消除驱动回路寄生参数的好处；这样做的好处在于，使用氮化镓单片集成做最后一级驱动半桥，消除驱动模块与氮化镓功率器件之间的驱动回路的寄生参数；且使用打线方式使得两个芯片的共封，前级的硅IC因为没有了最后一级驱动半桥，可以大幅减小硅IC的面积和成本，同时因为氮化镓单片集成式作为最后一级驱动半桥，比较硅工艺而言，同样的驱动能力需要的上下管面积很小，不会影响氮化镓功率器件的总成本。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术
技术介绍
中的氮化镓单片集成驱动和功率器件的结构示意图；图2是本专利技术
技术介绍
中的硅驱动IC与氮化镓功率器件的结构示意图；图3是本专利技术实施例中的硅IC-氮化镓混合驱动系统的结构示意图。以上附图的附图标记：1、硅IC式线性降压组件；2、氮化镓单片集成式驱动半桥组件；3、氮化镓功率器件；4、MOS管；5、电阻；6、运算放大器；7、上管；8、下管。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。结合图3所示，本实施例中公开了一种硅IC-氮化镓混合驱动系统，包括位于左侧的驱动模块和位于右侧的氮化镓功率器件3。其中，所述驱动模块包括用于输出预设电压的硅IC式线性降压组件1、多个驱动保护功能组件以及氮化镓单片集成式驱动半桥组件2。值得注意的是：所述硅IC式线性降压组件1集成在一个芯片上，所述氮化镓功率器件3和所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件集成在另一个芯片上。本实施方式中，所述硅IC式线性降压组件1由MOS管4、运算放大器6和两个串联的电阻5组成；其中注意的是，该系统包括能够与所述硅IC式线性降压组件1配合的多个其它驱动保护电路。由于所述硅IC式线性降压组件1正常工作所需要输入的电压在12V左右，而所述氮化镓功率器件3的门极所需的工作电压在5-7V左右，本方式中，该处的工作电压为6V。通过上述的硅IC式线性降压组件1(LDO)设置，则能够较稳定地将较高的输入电压调整为所述氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅IC-氮化镓混合驱动系统，其特征在于，包括驱动模块和氮化镓功率器件；/n所述驱动模块包括用于输出预设电压的硅IC式线性降压组件和氮化镓单片集成式驱动半桥组件；/n所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件的输出端与所述氮化镓功率器件的门极电路信号连接，以通过充放电的方式实现对所述氮化镓功率器件的导电性进行调制；/n所述硅IC式线性降压组件与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件采用打线连接；/n所述驱动模块与所述氮化镓功率器件之间采用共同封装的方式进行配合。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅IC-氮化镓混合驱动系统，其特征在于，包括驱动模块和氮化镓功率器件；
所述驱动模块包括用于输出预设电压的硅IC式线性降压组件和氮化镓单片集成式驱动半桥组件；
所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件的输出端与所述氮化镓功率器件的门极电路信号连接，以通过充放电的方式实现对所述氮化镓功率器件的导电性进行调制；
所述硅IC式线性降压组件与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件采用打线连接；
所述驱动模块与所述氮化镓功率器件之间采用共同封装的方式进行配合。


2.如权利要求1所述的硅IC-氮化镓混合驱动系统，其特征在于，所述硅IC式线性降压组件与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件之间打线所使用的连接线的长度小于2mm。


3.如权利要求1所述的硅IC-氮化镓混合驱动系统，其特征在于，所述驱动模块还包括与所述氮化镓单片集成式驱动半桥组件信号连接的硅IC式欠压锁死组件。


4.如权利要求1所述的硅IC-氮化镓混合驱动系统，其特征在于，当所述氮化镓功率器件的门极...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅玥，李湛明，吴伟东，刘雁飞，
申请(专利权)人：苏州量微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32