同步DC/DC转换器制造技术

公开了一种同步ＤＣ／ＤＣ转换器，该转换器中的控制开关和同步开关中的一者或两者为基于三价氮化物的耗尽模式。增强模式开关被连接到基于三价氮化物的开关中的一者或两者，并用于防止由基于三价氮化物的开关产生的电流导通，直至正常运行的全部偏压被建立。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及DC/DC转换电路，且更特别地涉及一种使用一个或多个耗 尽模式的基于三价氮化物的开关的降压转换器(buck corwerter)。
技术介绍
同步降压转换器电路被广泛使用于DC/DC开关应用。传统地，基于硅 的功率场效应晶体管(MOSFET)被应用于此类电路。基于三价氮化物的异 质结开关也是众所周知的，并比同样尺寸的基于硅的器件具有更大的电流容 量和改进的电压承受能力，并且减小了寄生电容。然而，许多适于功率应用 的基于三价氮化物的开关通常不具备门极信号。
技术实现思路
根据本专利技术的电路是一种转换器，该转换器包括第一开关、三价氮化物 耗尽模式开关以及增强模式开关，该增强模式开关被设置于连接三价氮化物 耗尽模式开关的导通路径上以选择性地断开/闭合所述连接三价氮化物耗尽 模式开关的导通路径。根据本专利技术的一个方面，所述增强模式开关使得流向三价氮化物开关的 电流被导通。根据本专利技术的另一个方面，所述增强模式开关切断流向三价氮化物开关附图说明图1显示了根据现有技术的降压转换器电路； 图2A-2G显示了图1的转换器的波形图3A-3C显示了包括至少一个三价氮化物耗尽模式的器件的降压转换器；图4-6显示了包括增强模式的启动开关以使电流能够流入处于高边的三 价氮化物开关的实施方式；图7显示了图4-6的实施方式的波形图8-14显示了包括增强模式切断开关以切断流入处于低边的三价氮化 物开关的电流的实施方式；图15显示了图8-14B的实施方式的波形图16显示了包括用于处于低边和高边的三价氮化物开关的启动开关和 切断开关的另一个实施方式。具体实施例方式图1显示了常规的降压转换器电路，该电路包括与控制MOSFETQ,(基 于硅的)串联的具有电压Vin的输入直流源20、输出电感L。ut30以及输出节 点V。ut31 。同步MOSFET Q2 (基于硅的)被连接在位于Q！和L。ut之间的开 关节点27和地(电池20的返回端)之间。输出电容C。ut32按通常方式提供。 器件(^和Q2可以具有寄生内部二极管D,和D2。控制集成电路(IC)(驱动器21)被连接到场效应晶体管Q!和Q2的门 极Gi和G2，并如图2A和2B所示驱动所述器件。偏压VoK通过电容22 (未 示出)连接以激励IC21。在图2C至2G中示出了电路中各种电流的波形。6输出V。ut被测量且在G,和G2处的电压的计时被适当地修改以改变占空比D(图2A)，从而无论电压Vin怎样变化，均维持预定的固定输出电压V。ut。图1中的同步降压转换器基于其自身的半桥拓扑被广泛应用作为非隔离 的功率转换器电路。期望该转换器能够在更高的开关频率下降低无功分量至最小，使得开关(^和Q2的动态特性成为关键因素。因此，图l中的基于硅的MOSFETQi和Q2需要最小化其寄生电容，特别是门极到漏极(米勒)的 电容；以及源极到漏极(输出)的电容以增加电路的效率。氮化镓(GaN)开关是已知的(例如三价异质结高电子迁移率晶体管 (HEMT)器件)，该开关与基于硅的MOSFET相比具有一些改进的开关特 性，并且特别是具有较低的寄生米勒(Miller)和输出电容。在功率转换器应用中，例如DC-DC转换器，期望使用常开(耗尽模式) 三价氮化物异质结功率半导体器件。 一种这样的应用可以是包括至少一个三 价氮化物耗尽模式异质结功率半导体器件的降压转换器。因此，例如，控制开关和同步开关Q2可以同为耗尽模式器件(图3A)， 只有同步开关Q2为耗尽模式器件(图3B)，或者只有控制开关Q,为耗尽模 式器件(图3C)。在使用至少一个常开(耗尽模式)器件的功率转换器中，如果Vin先于 V&激励IC驱动器21或V。ut被预偏置因而导致在Vin到V。ut之间或V。ut到地 之间的短路，则可能对电路造成损害。根据本专利技术的电路通过提供启动开关克服了上述问题，该启动开关解决 了 Vin和V&的激励顺序问题，或者通过提供切断开关来处理预偏置问题。 如图16所示，上述两种方案可结合使用。现在参考图4，在该图中相同的附图标记表示相同的特征，在根据本发 明的第一实施方式的电路中，基于硅的启动开关Q3与三价氮化物耗尽模式的控制开关Q,串联，该控制开关Qi与增强模式的硅同步开关Q2 (例如基于硅的MOSFET)处于降压排列。启动开关Q3是常开开关，该开关在优选实 施方式中可以是由来自驱动器23的启动信号EN驱动的基于硅的功率 MOSFET。参考图5，在第二实施方式中，电容25被并联连接于Vm和地之间以减 小由于插入启动开关Q3而引起的寄生分量。其他方面，电路的排布与图4 类似。现在参考图6，在根据本专利技术的第三实施方式中，所述启动开关Q3被串 联在三价氮化物控制开关(^与开关节点27之间。其他方面，图6中所示的 电路与图4中所示的第一实施方式的电路类似。图7显示了包括启动开关Q3的电路的波形图。因此，当Vin先于驱动器IC的负偏压V&被建立时，三价氮化物开关的门极将不被负偏压以关断。因 此，所述三价氮化物器件仍然导通以使输入的电压通过(^到达输出。为了 解决该问题，所述启动开关被关断直至负的Vdr超过所述三价氮化物开关的 阈值电压(欠压锁定(UVLO))被建立。启动开关的导通和关断由EN信号 控制。在停止激励期间会发生同样的顺序。当Vd,降至低于UVLO阈值时， 启动开关关断以阻止由所述三价氮化物开关引发的导通。在正常运行期间， (^和Q2的脉冲信号表示脉冲宽度调制(PWM)转换。现在参考图8，在根据本专利技术的第四实施方式的电路中，同步开关Q2 是耗尽模式的三价氮化物开关，同时所述控制开关Qi是基于硅的器件，例 如，基于硅的功率MOSFET。为了防止由于预偏置情况(即在激励期间可能由于功率开关Q2的放电而存在的部分V。ut)而导致的损坏，切断开关Q4被串联在电感30和输出节点31之间。切断开关Q4优选为基于硅的开关，例 如，基于硅的功率MOSFET，该功率MOSFET由来自驱动器33的驱动信号 PBEN来操作。现在参考图9，在根据第五实施方式的电路中，切断开关Q4被串联在开关节点27和电感30之间。其他方面，该电路与图8所示的第四实施方式的 电路近似。参考图10，在根据第六实施方式的电路中，切断开关Q4被串联在同步 开关Q2和开关节点27之间。其他方面，该电路与第四实施方式的电路近似。参考图ll，在根据第七实施方式的电路中，切断开关Q4被串联在同步开关Q2和地之间。其他方面，第七实施方式与本专利技术的第四实施方式近似。 现在参考图12，在根据第八实施方式的电路中，切断开关Q4被串联在 同步开关Q2的接地点和输出电容32的接地点之间。所述第八实施方式还可 以包括并联连接在Vin和Q2的返回端之间的电容25。电容32提供用于功率级的移动的低阻抗旁路，该旁路包括驱动器和Q!/Q2，因为一旦Q4被关断，地即被切断，则电容32的返回端不再与地相同。其他方面，第八实施方式 与第四实施方式近似。参考图13，在根据第九实施方式的电路中，切断开关Q4被串联连接在 输出电容32和V。ut节点31之间。其他方面，第九实施方式与第四实施方式 近似。现在参考图14，在根据第十实施方式的电路中，电容25可以从第八实施方式中省略。注意在本实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＤＣ－ＤＣ转换器，包括：　第一开关；　三价氮化物耗尽模式开关；以及　增强模式开关，该开关被设置在连接所述三价氮化物耗尽模式开关的导通路径上，以选择性地断开／闭合连接所述三价氮化物耗尽模式开关的导通路径。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA布里埃，J张，
申请(专利权)人：国际整流器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]