[發明專利]一種可編程高精度動態驅動GaN的電路及其應用

有效

• 申請號: 202010197814.4
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111404526B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 童喬凌;曾婉華;張毅;嚴金程
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03K17/296
• 分類號: H03K17/296;H02M1/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛;李智

本發明屬于功率半導體器件開關領域，具體涉及一種可編程高精度動態驅動GaN的電路及其應用，電路包括可編程數字模塊、時鐘產生模塊和驅動模塊；可編程數字模塊包括EEPROM讀出電路、寄存器電路、邏輯控制電路；驅動電路包括粗略驅動電路和精細驅動電路。開通關斷時間均分為多個時間段，每個時間段為一個粗略驅動周期；每個粗略驅動周期中可進行一次精細驅動微調，以產生脈沖控制精細驅動電路驅動電流。上電后通過EEPROM讀出電路將片外數據存儲于寄存器中，震蕩器電路控制邏輯電路在開通和關斷過程將所需數據傳給驅動電路，動態控制多個粗略驅動周期的粗略驅動電路和精細驅動電路，實現可編程高精度的主動GaN柵極控制。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件開關領域，更具體地，涉及一種可編程高精度動態驅動GaN的電路及其應用。

背景技術

電力電子設備廣泛應用于人們的日常生活中，其中，功率半導體器件在電力電子中扮演至關重要的角色。在功率半導體器件中，MOSFET器件的性能以基本趨于成熟穩定，GaN作為一種在材料及結構上都不同于MOSFET的新器件，有著更小的器件尺寸，更低的導通電阻，更小的輸入電容；從而使得GaN具有更快的開關速度，更低的靜態損耗。

GaN更快的開關速度為其驅動帶來了挑戰，更快的開關速度會導致更嚴重的振鈴現象和更大的過沖，這不僅會損害器件，還有可能導致寄生導通，產生直通燒壞器件。通常，為了減小振鈴和過沖，需要增加柵極電阻使其導通速度減慢，但這樣會增加開關損耗。開關速度與開關損耗之間存在折衷，動態驅動可有效減小振鈴和過沖的同時不增加開關損耗。在開通時，在到達閾值電壓之前采用小的柵極驅動電阻快速對柵極電容充電，在GaN溝道形成后，流過GaN電流上升，接著其VDS電壓下降，在此階段則采用較大驅動電阻緩慢對柵極電容充電，從而抑制過沖和振鈴現象。在關斷時，對柵極電容放電，在柵壓降到閾值電壓之前，采用小的柵極驅動電阻快速對柵極電容放電，在溝道接近關閉時，采用大的柵極驅動電阻緩慢對柵極電容放電，以抑制過沖和振鈴現象。

此種控制柵極驅動電壓波形的驅動方法理論上可以通過閉環反饋或開環的方式得以實現。閉環反饋通常通過檢測GaN電流及電壓，在其上升或下降速度過快的時候實時調整柵極驅動電阻從而控制開通關斷的方式得以實現。但GaN開關速度快，反饋環路需要一定時間才能調整電路，因而不適用于驅動GaN。

發明內容

本發明提供一種可編程高精度動態驅動GaN的電路及其應用，用以解決現有動態驅動GaN電路存在驅動延時進而在驅動GaN時不能得到預設驅動波形的技術問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種可編程高精度動態驅動GaN的電路，包括：可編程數字模塊、驅動模塊和時鐘產生模塊；其中，所述可編程數字模塊包括EEPROM讀出電路、寄存器電路和邏輯控制電路；所述驅動模塊包括輸出均與待驅動的GaN柵極電連接的粗略驅動電路和精細驅動電路；

所述邏輯控制電路的控制驅動過程分為多個粗略驅動時間周期，在每個粗略驅動時間周期內可選擇是否進行一次精細修調改變該時間周期的驅動電流，采用可編程方式將驅動數據存儲于片外可編程的EEPROM中；

上電后，所述EEPROM讀出電路用于將所述EEPROM中驅動數據讀取出來并存儲于所述寄存器電路中，外部輸入PWM方波信號與所述邏輯控制電路輸入電連接，上電過程直到在所述PWM方波信號動作之前，所述驅動模塊關閉，無驅動電流；所述PWM方波信號動作之后，所述邏輯控制電路將所述寄存器電路中所述驅動數據按所述時鐘產生電路的時鐘信號clk傳輸給所述粗略驅動電路和所述精細驅動電路，控制所述多個粗略驅動時間周期粗略驅動及精細驅動的電流，從而達到預期的動態驅動波形。

本發明的有益效果是：本發明提出的一種可編程高精度動態驅動GaN的電路，將驅動過程分為粗略驅動多個時間周期，每周期有多個主驅動電流等級可選，且在每段中可選擇是否進行一次精細修調改變其驅動電流，采用可編程方式控制以上所述的粗略驅動八個時間周期粗略驅動及精細驅動的電流從而達到預期的驅動波形，控制精度高。