用于功率器件的栅极驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于功率器件的栅极驱动电路，包括：调节电路，包括串联连接的可调变阻器、二极管和电容器，电容器的一端连接至功率器件的栅极；推挽电路，包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的源极和第二晶体管的漏极分别连接至所述功率器件的栅极；反相器电路，用于接收外部输入的控制信号且对控制信号进行反相处理，控制信号经过一级反相处理输出至第二晶体管的栅极，控制信号经过二极反相处理输出至第一晶体管的栅极；调节电路和反相器电路协同作用控制电容器的电压，并进而对第一晶体管的栅极电压进行调控，以实现对功率器件的栅极充放电电流的调控。通过本实用新型专利技术的方案，能够实现对氮化镓等功率器件开关速度的连续调节。续调节。续调节。

【技术实现步骤摘要】
用于功率器件的栅极驱动电路


[0001]本技术一般地涉及半导体器件
更具体地，本技术涉及一种用于功率器件的栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)等电力电子器件比传统硅基(Si)器件拥有更加优越的性能(例如更低的比导通电阻，更高的击穿电压，更快的开关速度)。然而在实际应用中，这些性能并没有得到充分的体现，其最主要的原因之一在于GaN电力电子器件通常使用的硅基外围电路(包括驱动电路，传感电路，保护电路等)。例如，在图1所示的电路(a)中，氮化镓器件与硅基外围电路直接相连，外围电路(图示硅基芯片Si
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chip)与GaN芯片(图示GaN
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chip)间存在一定的寄生电感(例如PCB路径，封装，打线等)。考虑到大多数GaN电力电子器件拥有极高的电压电流摆幅(dV/dt,di/dt)以及较小的栅压范围，常规应用会使用较大的栅极电阻去减少栅压的振荡，或是使用负栅压去减少误开启的现象。例如，在图1所示的电路(b)中，加入了负电压源与栅极电阻，这就使得器件的损耗加大，开关速度变缓。
[0003]为了解决上述可靠性与器件性能之间的矛盾，单芯片集成氮化镓电路提供了一个最直接的解决思路，其横向的AlGaN/GaN异质结为高密度的集成提供了前提条件。如图2所示，单芯片集成氮化镓平台上可以集成有低压无源器件(例如电容、电阻)、低压有源器件以及高压功率器件等。其中，低压有源器件包括肖特基二极管(Schottky Barrier Diode，简称SBD)、横向场效应整流管(简称L
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FER)、通过p
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Gan增强型HEMT(简称E
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HEMT)以及耗尽型HEMT(简称D
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HEMT)。高压功率器件包括高压增强型HEMT(High Voltage E
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HEMT，简称HV E
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HEMT)。通过调节栅漏距离，低压的增强型与耗尽型器件(E
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mode/D
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mode)可以和高压电力电子器件集成在同一芯片上。另外，结合芯片的外延电阻(例如2DEG电阻)以及金属电容等，不同的逻辑电路包括驱动，保护以及传感电路都可以集成在电力电子器件周围，从根本上解决寄生参数的问题。当然，目前单芯片集成氮化镓芯片依然有一些亟待解决的问题，其中之一便是可调速模块的需求。由于不同系统对于电磁干扰(EMI)的要求不同，或为了匹配系统中其他非GaN器件的开关速度，连续、准确的开关速度调节模块一直是GaN IC的研发重点之一。然而目前并没有有效的方案能够解决单芯片集成氮化镓电路中开关速度无法准确连续调节的问题。

技术实现思路

[0004]为了至少解决上述
技术介绍
部分所描述的技术问题，本技术提出了一种用于功率器件的栅极驱动电路，能够实现对氮化镓等功率器件开关速度的连续调节。
[0005]鉴于此，本技术在如下的多个方面提供解决方案。
[0006]本技术的第一方面提供了一种用于功率器件的栅极驱动电路，包括：调节电路，包括串联连接的可调变阻器、二极管和电容器，其中所述电容器的一端连接至所述功率器件的栅极；推挽电路，包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的源极和所述
第二晶体管的漏极分别连接至所述功率器件的栅极；反相器电路，用于接收外部输入的控制信号且对所述控制信号进行反相处理，其中所述控制信号经过一级反相处理输出至所述第二晶体管的栅极，所述控制信号经过二极反相处理输出至所述第一晶体管的栅极；其中，所述调节电路和所述反相器电路协同作用控制所述电容器的电压，并进而对所述第一晶体管的栅极电压进行调控，以实现对所述功率器件的栅极充放电电流的调控。
[0007]根据本技术的一个实施例，所述控制信号为第一状态时，所述第一晶体管在所述反相器电路的作用下关断，所述电容器在所述可调电阻器和所述二极管的调控下充电，且所述电容器的电压在所述可调电阻器的调控下连续变动；所述控制信号为第二状态时，所述第一晶体管在所述电容器的放电作用下导通，其中所述第一晶体管的栅极电压与所述电容器的电压相同，使得所述可调电阻器对所述第一晶体管的栅极电压进行调控，以实现对所述功率器件的栅极充放电电流的调控。
[0008]根据本技术的另一个实施例，其中所述反相器电路包括用于执行所述一级反相处理的第一反相器电路和用于执行所述二极反相处理的第二反相器电路，所述调节电路中的可调变阻器的一端分别连接至外接电源和所述第一反相器电路，所述可调变阻器的另一端连接至所述二极管的阳极，所述二极管的阴极分别连接至所述电容器的另一端和所述第二反相器电路。
[0009]根据本技术的再一个实施例，其中所述第一反相器电路用于接收所述控制信号，并对所述控制信号进行反相处理后输出至所述第二反相器电路和所述第二晶体管的栅极，所述第二反相器电路对其接收到的信号进行反相处理后输出至所述第一晶体管的栅极。
[0010]根据本技术的又一个实施例，所述第一反相器电路包括第三晶体管和第四晶体管，其中所述第三晶体管包括第一栅极、第一源极和第一漏极，所述第四晶体管包括第二栅极、第二源极和第二漏极，所述第一栅极与所述第一源极连接，所述第一源极分别连接至所述第二漏极和所述第二晶体管的栅极，所述第一漏极连接至所述外接电源，所述第二漏极接地，以及所述第二栅极配置为接收所述控制信号。
[0011]根据本技术的一个实施例，其中所述第三晶体管包括耗尽型晶体管，所述第四晶体管包括增强型晶体管。
[0012]根据本技术的另一个实施例，所述第二反相器电路包括第五晶体管和第六晶体管，其中所述第五晶体管包括第三栅极、第三源极和第三漏极，所述第六晶体管包括第四栅极、第四源极和第四漏极，所述第三漏极连接至所述二极管的阴极，所述第三栅极分别连接至所述第三源极和所述第一晶体管的栅极，所述第三源极连接至所述第四漏极，所述第四源极接地，以及所述第四栅极连接至所述第二晶体管的栅极。
[0013]根据本技术的再一个实施例，其中所述第五晶体管包括耗尽型晶体管，所述第六晶体管包括增强型晶体管。
[0014]根据本技术的又一个实施例，其中所述栅极驱动电路和所述功率器件集成在同一芯片上。
[0015]根据本技术的一个实施例，其中所述栅极驱动电路中的晶体管和所述功率器件均包括氮化镓晶体管。
[0016]利用本技术所提供的方案，可以通过调节电路和反相器电路协同作用来调控
电路中的电容器的电压，并形成对第一晶体管的栅极电压的调控，以实现降低或者提高功率器件的栅极充电电流。由此，可基于连续调控第一晶体管的栅极电压达到连续准确控制功率器件开关速度的目的，同时还不增加充电回路上的寄生电感。
附图说明
[0017]通过参考附图阅读下文的详细描述，本技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率器件的栅极驱动电路，其特征在于，包括：调节电路，包括串联连接的可调变阻器、二极管和电容器，其中所述电容器的一端连接至所述功率器件的栅极；推挽电路，包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的漏极分别连接至所述功率器件的栅极；反相器电路，用于接收外部输入的控制信号且对所述控制信号进行反相处理，其中所述控制信号经过一级反相处理输出至所述第二晶体管的栅极，所述控制信号经过二极反相处理输出至所述第一晶体管的栅极；其中，所述调节电路和所述反相器电路协同作用控制所述电容器的电压，并进而对所述第一晶体管的栅极电压进行调控，以实现对所述功率器件的栅极充放电电流的调控。2.根据权利要求1所述的用于功率器件的栅极驱动电路，其特征在于，其中，所述控制信号为第一状态时，所述第一晶体管在所述反相器电路的作用下关断，所述电容器在所述可调变阻器和所述二极管的调控下充电，且所述电容器的电压在所述可调变阻器的调控下连续变动；所述控制信号为第二状态时，所述第一晶体管在所述电容器的放电作用下导通，其中所述第一晶体管的栅极电压与所述电容器的电压相同，使得所述可调变阻器对所述第一晶体管的栅极电压进行调控，以实现对所述功率器件的栅极充放电电流的调控。3.根据权利要求1或2所述的用于功率器件的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述反相器电路包括用于执行所述一级反相处理的第一反相器电路和用于执行所述二极反相处理的第二反相器电路，所述调节电路中的可调变阻器的一端分别连接至外接电源和所述第一反相器电路，所述可调变阻器的另一端连接至所述二极管的阳极，所述二极管的阴极分别连接至所述电容器的另一端和所述第二反相器电路。4.根据权利要求3所述的用于功率器件的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述第一反相器...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涵，刘成，叶念慈，徐宁，秦梓伦，
申请(专利权)人：湖南三安半导体有限责任公司，
类型：新型
国别省市：