[發明專利]一種用于GaN功率器件的驅動電路

有效

• 申請號: 201410157766.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103915990A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 周澤坤;王霞;吳剛;石躍;孫亞東;明鑫;王卓;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，具體的說是涉及一種用于GaN功率器件的驅動電路。

背景技術

隨著應用市場對能效的愈發重視對高性能低成本電子產品的追求，今后功率電子領域對器件乃至系統效率、性能、成本的考慮將會貫穿功率半導體從研發到生產的整個過程。毫無疑問，GaN器件及其功率系統將憑借材料特性優勢滿足未來功率電子對高功率、低損耗、高速、高可靠性等方面的性能要求。

GaN?FETs與Si?MOSFET相比主要有以下特點：在同樣的耐壓下導通電阻和器件體積小；開關速度快；電流密度大，功率密度高。GaN?FETs的這些特點保證了GaN?FETs在未來功率電子應用領域具有非常廣闊的前景與市場。但是也存在一些需要特別注意的因素：閾值電壓低；柵源電壓上限V_GS(MAX)低；可反向導通。

上述需特別考慮的因素在驅動GaN器件時會帶來一些問題：低的閾值電壓：在實際電路中柵極驅動路徑上會存在漏電感以及柵電容，這些寄生因素在開關瞬態會引起振蕩，一些小幅度的電壓上升通常會被柵極檢測到，最終導致誤開啟甚至穿通；最常用到的柵驅動電路是推拉輸出結構，如圖1所示，利用P型FET作為高端，N型FET作為低端。當驅動功率MOSFET時，通常將一個二極管并聯在柵極電阻上來控制開啟速度而不影響關斷速度。但是此電路不能用于驅動GaN器件，因為二極管的正向壓降可能會大于閾值電壓的最小值，阻斷GaN?FET的關斷；由于雜散電感的存在，它與寄生的電容在柵極會引起較大的噪聲電壓，導致誤開啟。柵源電壓上限V_GS(MAX)低：適用于MOSFET驅動的普通偏置不能被直接使用，否則極易導致柵極的損壞。可反向導通：GaN?FETs無體二極管，其反向導通特性可解決體二極管續流的問題。反向導通壓降V_sd與電流大小成正比。如圖2所示，在死區時間，自舉電容兩端的電壓：

V_boot＝V_DD-V_F+V_{sd_Q2}。V_F為二極管壓降，V_DD通常為5V，由于V_{sd_Q2}隨著負載電流的增大而迅速增大，使得V_boot的值會很快上升甚至超出最大電壓，導致高端FET柵極受損。因此，目前傳統的用于MOS功率器件的驅動電路并不適用于GaN功率器件。

發明內容

本發明所要解決的，就是針對上述的問題，提出一種用于GaN功率器件的驅動電路。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于GaN功率器件的驅動電路，其特征在于，包括高通道驅動模塊、低通道驅動模塊、GaN?FET管Q1、Q2；高通道驅動模塊的輸入端連接外部信號HI，低通道驅動模塊的輸入端連接外部信號LI，所述HI和LI為互補方波信號；高通道驅動模塊采用高通道電源電壓HB和高通道地電位HS，輸出端與Q1的柵極連接，低通道驅動模塊采用電源電壓VDD和地電位VSS，輸出端與Q2的柵極連接；GaN?FET管Q1的漏極連接外部電壓VIN、源極與Q2的漏極連接；其中，高通道驅動模塊和低通道驅動模塊為相互獨立控制，分別傳輸高、低端的GaN?FET控制信號；其中，

如圖3所示，高通道驅動模塊包括電容電壓鉗位模塊、電壓轉移模塊、自舉充電模塊、高通道欠壓鎖定模塊、高通道控制信號輸入模塊、高通道電平移位模塊、高通道功率管驅動模塊、PMOS管MP1和NMOS管MN1；高通道控制信號輸入模塊的一個輸入端接外部信號HI，其輸出端接高通道電平位移模塊的一個輸入端；高通道電平移位模塊的另一個輸入端接自舉充電模塊的一個輸出端，其輸出端接高通道功率管驅動模塊的一個輸入端；自舉充電模塊的一個輸入端依次通過電壓轉移模塊和電壓鉗位模塊接高通道電源電壓HB，其另一個輸出端接高通道電源電壓HB并通過高通道欠壓鎖定模塊接高通道功率管驅動模塊的另一個輸入端；高通道功率管驅動模塊的輸出端接MP1和MN1的柵極，其電源輸入端接高通道電源電壓HB，其地電位端接高通道地電位HB；MP1的源極接高通道電源電壓HB，其漏極通過R1接Q1柵極；MN1的漏極接Q1的柵極，其源極接高通道地電位HS；C1的一端接高通道電源電壓HB，另一端接高通道地電位HS；