[發(fā)明專利]用于保護氮化鎵場效應晶體管的柵極的驅動器電路的系統(tǒng)和設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380013542.6
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104170254B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設計）人: H·P·弗漢尼-扎德;L·A·韋爾塔斯-桑切斯
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H03K17/08
• 分類號: H03K17/08;H03K17/687
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發(fā)明總體上涉及電壓箝位電路，并且更具體地，涉及用于氮化鎵場效應晶體管(GaN?FET)的電壓箝位電路。

背景技術

通常，與諸如飽和的場效應晶體管(FET)的相同電阻(rds_on)的金屬氧化物半導體FET(MOSFET)等現(xiàn)有硅FET相比，氮化鎵技術能夠制造具有較低柵極電容(C_g)以及柵極電荷(Q_g)的功率場效應晶體管(FET)。

目前，氮化鎵FET(GaN?FET)可以比MOSFET好四到五倍(即，這些不同值是硅FET的不同值的1/4到1/5)，并且認為GaN?FET可以潛在地比MOSFET好100倍。這意味著在同等的功率損耗的情況下，GaN?FET能夠以高得多的開關頻率進行開關。同樣，在電源電路中，這意味著在不改變操作頻率的情況下，如果使用GaN?FET代替MOSFET，那么GaN?FET可以幫助達到更高的效率。

盡管GaN?FET已經(jīng)可供使用有一段時間，但是在2010年其在制造上的最近的突破已經(jīng)產(chǎn)生在硅襯底上實施的GaN?FET，這使得業(yè)界相信在未來幾年中GaN?FET可以代替MOSFET在至少一部分用途中采用。

有關GaN?FET的更多信息請參看Stephen?L.Colino等人的“Application?Note:Fundamentals?of?Gallium?Nitride?Power?Transistors”，Efficient?Power?Conversion?Corporation(宜普電源轉換公司)，Copyright?2011，其在此以全文引用的方式并入本文中。另外，請參看M.Kanamura等人的“Enhancement-Mode?GaN?MIS-HEMTs?With?n-GaN/i-AlN/n-GaN?Triple?Cap?Layer?and?High-k?Gate?Dielectrics”，IEEE?Electron?Device?Letters，2010年3月第3期第31卷，第189至191頁，其同樣以全文引用的方式并入本文中。

然而，存在與GaN?FET相關聯(lián)的缺點。盡管GaN?FET具有比硅MOSFET更高的性能，但是它們同樣在其使用要求上更加敏感和苛刻。這種敏感性的一個示例是GaN?FET的柵極以及源極(Vgs)對電壓偏移敏感。例如，宜普電源轉換公司(EPC)增強型GaN?FET通常需要5伏驅動信號來實現(xiàn)飽和，但是驅動電壓在任何條件下不應超過6伏，因為它會造成GaN?FET的“軟損壞”(rds_on增加)。不同于硅MOSFET，更糟糕的是，GaN?FET并不具有體二極管，并且因此，在GaN?FET關閉時，如果V_ds變成負值，那么GaN?FET在漏極與源極之間-3伏或-4伏的差值下接通，而不是如同在MOSFET的情況下將出現(xiàn)的體二極管降低電壓。

因此，在本領域中需要解決與GaN?FET相關聯(lián)的問題中的至少一些。

發(fā)明內(nèi)容

第一方面提供一種設備，其包括：第一氮化鎵場效應晶體管(GaN?FET)；第一驅動器，其耦合到第一GaN?FET的柵極；電容器的陽極，其耦合到驅動器的輸出端以及GAN的源極；二極管，其具有耦合到電容器陰極的陰極。第一方面進一步提供自舉電容器箝(BCC)控制器，其包含：場效應晶體管(FET)，其耦合到二極管的陽極；以及比較器，其耦合到FET的柵極，比較器經(jīng)配置以接收以下項作為輸入：a)表示施加到FET的輸入電壓(VDRV)的信號；b)地；c)表示在電容器的陽極處的電壓的啟動信號(Boot)；以及d)表示在第一GaN?FET的源極處的電壓的信號。BCC控制器經(jīng)配置以比較：a)i)VDRV與GND的差值，以產(chǎn)生第一比較信號，與b)ⅱ)Boot與GaN?FET的源極的差值，以產(chǎn)生第二比較信號；其中BCC控制器進一步經(jīng)配置以基于該比較來保持第一比較信號與第二比較信號之間的關系，并且其中BCC控制器進一步經(jīng)配置以將柵極輸出信號驅動到GaN?FET來保持這種關系。