本发明专利技术公开了一种共源共栅GaN功率器件及其半桥应用电路，共源共栅GaN功率器件包括合封于一体的GaN器件和LDMOS器件，LDMOS器件包括集成于一体的LDMOS场效应管和栅极驱动器，栅极驱动器的信号输入端作为共源共栅GaN功率器件的逻辑信号输入端，信号输出端与LDMOS场效应管的栅极端相连接，接地端与LDMOS场效应管的源极端连接，连接点作为共源共栅GaN功率器件的源极端并连接GaN器件的栅极端，LDMOS场效应管的漏极端与GaN器件的源极端相连，GaN器件的漏极端作为共源共栅GaN功率器件的漏极端。本发明专利技术能够最大程度降低驱动回路的寄生参数、实现最佳开关性能，对于自供电及高侧专用共源共栅GaN功率器件，可极大简化电路，实现紧凑、高可靠的系统方案。高可靠的系统方案。高可靠的系统方案。
【技术实现步骤摘要】
共源共栅GaN功率器件及其半桥应用电路
[0001]本专利技术属于氮化镓(GaN)
，具体涉及一种双管芯合封共源共栅GaN功率器件及具有该双管芯合封共源共栅GaN功率器件的高侧专用共源共栅GaN功率器件和共源共栅GaN功率器件半桥应用电路。
技术介绍
[0002]目前现有的共源共栅GaN器件结构，采用VDMOS场效应管与氮化镓场效应管进行双管芯合封，VDMOS场效应管的漏极端与氮化镓场效应管的源极端相连，氮化镓场效应管的漏极作为合封器件的漏极引出至合封器件的外部，VDMOS场效应管的栅极端作为合封器件的栅极端引出至合封器件的外部，VDMOS场效应管的源极与氮化镓场效应管的栅极端相连，并且VDMOS场效应管的源极作为合封器件的源极端引出至合封器件的外部。在上述共源共栅GaN器件结构中，氮化镓场效应管通常采用耗尽型GaN器件，其被称为长通型器件，其在零栅源电压状态下为导通状态。当耗尽型GaN器件与VDMOS场效应管串联时，VDMOS场效应管作为驱动器件，通过VDMOS场效应管的导通或关断实现共源共栅GaN器件的导通或关断。
[0003]如图1所示，采用VDMOS场效应管与氮化镓场效应管合封形成的共源共栅GaN器件在接入驱动电路后，封装引入的源极串联电感将被完全包含在驱动环路之中，该电感的存在会造成开关速度变慢以及有效的栅极驱动电压下降，进而影响系统的效率。另外，在共源共栅GaN器件实际开关应用时，功率环路(由漏端到源端的通路及外部续流电路组成)中存在的分布串联寄生电感与VDMOS场效应管、GaN场效应管的极间寄生电容容易形成LC谐振现象，会显著增加系统的开关损耗，严重的谐振甚至会影响到器件的可靠性。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种能够最大程度降低驱动回路的寄生参数，实现最佳开关性能的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，进一步还提供一种具有双管芯合封共源共栅GaN功率器件的高侧专用共源共栅GaN功率器件和共源共栅GaN功率器件半桥应用电路。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种双管芯合封共源共栅GaN功率器件，所述双管芯合封共源共栅GaN功率器件包括合封于一体的GaN器件和LDMOS器件，所述LDMOS器件包括集成于一体的LDMOS场效应管和栅极驱动器，所述栅极驱动器具有信号输入端、信号输出端、电源连接端和接地端，所述栅极驱动器的信号输入端向外引出作为双管芯合封共源共栅GaN功率器件的逻辑信号输入端，信号输出端与LDMOS场效应管的栅极端相连接，接地端与LDMOS场效应管的源极端连接于第一连接点，所述第一连接点向外引出作为双管芯合封共源共栅GaN功率器件的源极端，且所述第一连接点还连接GaN器件的栅极端，所述LDMOS场效应管的漏极端与GaN器件的源极端相连，所述GaN器件的漏极端向外引出作为双管芯合封共源共栅GaN功率器件的漏极端。
[0006]优选地，所述LDMOS器件还包括与LDMOS场效应管和栅极驱动器集成于一体的自供
电电路，所述自供电电路包括二极管和电阻，所述二极管的负极与栅极驱动器的电源连接端连接于第二连接点，正极连接于GaN器件的源极和LDMOS场效应管的漏极端之间，所述电阻的一端连接于栅极驱动器的信号输出端和LDMOS场效应管的栅极端之间并形成第三连接点，相对端连接于栅极驱动器的接地端和第一连接点之间并形成第四连接点，所述第一连接点和第二连接点与外部稳压电容器相连。
[0007]优选地，所述外部稳压电容器与所述LDMOS器件和GaN器件集成于一体。
[0008]优选地，所述自供电电路还包括稳压器，所述稳压器连接于第二连接点和栅极驱动器的电源连接端之间。
[0009]优选地，所述自供电电路还包括图腾柱电路和箝位电路，所述图腾柱电路包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，所述箝位电路包括箝位二极管，所述第一NMOS晶体管的漏极连接于第二连接点和栅极驱动器的电源连接端之间，源极与第二NMOS晶体管的漏极相连，所述第二NMOS晶体管的源极连接于第四连接点和栅极驱动器的接地端之间，所述第一NMOS晶体管的栅极和第二NMOS晶体管的栅极均与栅极驱动器的信号输出端相连，所述箝位二极管的一端连接于第一NMOS晶体管的栅极和栅极驱动器的信号输出端之间，相对端接地。
[0010]本专利技术还揭示了一种高侧专用共源共栅GaN功率器件，所述高侧专用共源共栅GaN功率器件包括驱动器输入级、高压电平位移电路及上述所述的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，所述高压电平位移电路和驱动器输入级与LDMOS器件集成于一体，所述LDMOS器件中栅极驱动器为浮动高侧栅极驱动器。
[0011]优选地，所述浮动高侧栅极驱动器具有信号输入端、信号输出端、浮置电源端和浮置参考接地端，所述浮动高侧栅极驱动器的信号输入端通过高压电平位移电路与驱动器输入级连接，信号输出端与LDMOS场效应管的栅极端相连，所述浮置电源连接端、浮置参考接地端向外引出作为外部稳压电容器的两个连接端，所述浮置参考接地端与LDMOS场效应管的源极端连接并向外引出作为高侧专用共源共栅GaN功率器件的源极端。
[0012]本专利技术还揭示了一种共源共栅GaN功率器件半桥应用电路，包括高压电源线、功率接地线、具有高压浮动高边驱动器接口的半桥驱动芯片、外围电路及多个上述双管芯合封共源共栅GaN功率器件，多个所述双管芯合封共源共栅GaN功率器件串联连接于高压电源线和功率接地线之间并通过外围电路与半桥驱动芯片相连。
[0013]优选地，当双管芯合封共源共栅GaN功率器件中栅极驱动器采用非自供电方式提供工作电压时，所述外围电路包括高压自举二极管；当双管芯合封共源共栅GaN功率器件中栅极驱动器采用自供电方式提供工作电压时，所述外围电路不包括高压自举二极管。
[0014]本专利技术还揭示了一种高侧共源共栅GaN功率器件半桥应用电路，包括高压电源线、功率接地线、PWM驱动芯片、上述所述的高侧专用共源共栅GaN功率器件及上述所述的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，所述高侧专用共源共栅GaN功率器件与双管芯合封共源共栅GaN功率器件串联连接于高压电源线和功率接地线之间，并且高侧专用共源共栅GaN功率器件和双管芯合封共源共栅GaN功率器件均与PWM驱动芯片标准逻辑输出端口直接相连。
[0015]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果至少在于：
[0016](1)本专利技术通过采用LDMOS场效应管代替VDMOS场效应管与GaN器件进行合封，实现了LDMOS场效应管与栅极驱动器的单衬底集成，最大程度降低驱动回路的寄生参数，并通过
优化栅极驱动器与LDMOS场效应管的匹配，实现最佳开关性能。
[0017](2)本专利技术通过设置在LDMOS器件内集成自供电电路，以实现栅极驱动器的自供电，一方面简化外部供电方案及在高边应用场景下取消高压自举二极管，另一方面还能够显著简化PCB布线，实现更加紧凑的方案并提升系统的性能与可靠性。
[0018](3)本专利技术通过集成高压电平位移本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双管芯合封共源共栅GaN功率器件，其特征在于，所述双管芯合封共源共栅GaN功率器件包括合封于一体的GaN器件和LDMOS器件，所述LDMOS器件包括集成于一体的LDMOS场效应管和栅极驱动器，所述栅极驱动器具有信号输入端、信号输出端、电源连接端和接地端，所述栅极驱动器的信号输入端向外引出作为双管芯合封共源共栅GaN功率器件的逻辑信号输入端，信号输出端与LDMOS场效应管的栅极端相连接，接地端与LDMOS场效应管的源极端连接于第一连接点，所述第一连接点向外引出作为双管芯合封共源共栅GaN功率器件的源极端，且所述第一连接点还连接GaN器件的栅极端，所述LDMOS场效应管的漏极端与GaN器件的源极端相连，所述GaN器件的漏极端向外引出作为双管芯合封共源共栅GaN功率器件的漏极端。2.根据权利要求1所述的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，其特征在于，所述LDMOS器件还包括与LDMOS场效应管和栅极驱动器集成于一体的自供电电路，所述自供电电路包括二极管和电阻，所述二极管的负极与栅极驱动器的电源连接端连接于第二连接点，正极连接于GaN器件的源极和LDMOS场效应管的漏极端之间，所述电阻的一端连接于栅极驱动器的信号输出端和LDMOS场效应管的栅极端之间并形成第三连接点，相对端连接于栅极驱动器的接地端和第一连接点之间并形成第四连接点，所述第一连接点和第二连接点与外部稳压电容器相连。3.根据权利要求2所述的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，其特征在于，所述外部稳压电容器与所述LDMOS器件和GaN器件集成于一体。4.根据权利要求2或3所述的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，其特征在于，所述自供电电路还包括稳压器，所述稳压器连接于第二连接点和栅极驱动器的电源连接端之间。5.根据权利要求2或3所述的双管芯合封共源共栅GaN功率器件，其特征在于，所述自供电电路还包括图腾柱电路和箝位电路，所述图腾柱电路包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，所述箝位电路包括箝位二极管，所述第一NMOS晶体管的漏极连接于第二连接点和栅极驱动器的电源连接端之间，源极与第二NMOS晶体管的漏极相连，所述第二NMOS晶体管的源极连接于第四连接点和栅极驱动器的接地端之间，所述第一NMOS晶体管的栅极和第二NMOS晶体管的栅极均与栅极驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜睿，彭虎，卢烁今，
申请(专利权)人：苏州华太电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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