[發明專利]一種帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路

有效

• 申請號: 202110055014.3
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN113162373B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 周琦;韓曉琦;黨其亮;羅志華;鄧超
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M1/088;H02M1/38
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明公開了一種帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路，通過增強型GaN晶體管實現全GaN集成的基本數字邏輯門電路，即低功耗非門子電路和與非門子電路，進一步利用這些基本數字邏輯門電路并引入反饋結構實現了帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路。電路有效避免半橋結構中高側功率器件與低側功率器件同時打開而發生穿通現象，同時，在非門和與非門的設計上通過采用主、次側結合的方式，有效降低了電路的靜態漏電，為今后功率轉化電路中驅動級和功率級的全GaN集成打下基礎。

技術領域

本發明屬于GaN功率電子技術領域，具體涉及一種帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路。

背景技術

近年來，基于氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)材料的器件發展迅速，作為近20年興起的新一代半導體材料，具備很多性能的優勢。GaN材料的物理特性相比于Si材料具有禁帶寬度寬、熔點高(耐高溫、抗輻射)、擊穿場強高耐高壓、電子飽和漂移速度快(高頻率工作)、熱導率高等優點，使得GaN器件更適于工作在高溫、高壓和高頻的應用場合。GaN作為第三代半導體材料被廣泛地應用在電力電子技術領域，在功率轉換系統中GaN HEMT功率開關器件相比于傳統Si器件具有頻率高、功率密度大、損耗小等優勢。經過多年發展，GaN功率器件應用愈發廣泛，大到汽車Lidar系統，小到消費類電子產品充電器。

隨著微電子技術的發展，應用于高速高壓下的功率驅動集成電路日趨成熟。GaN半橋功率驅動集成電路以其電路外圍器件相對較少，驅動能力強，結構簡單，可靠性高等優點，已經廣泛應用于各類驅動芯片中。在實際應用中，由于GaN獨特的器件特性，不能簡單的用Si基MOS功率器件的驅動作為GaN功率器件的驅動，需要單獨設計GaN功率器件驅動電路。目前GaN驅動電路大部分采用Si基驅動芯片和GaN功率器件合封方案，GaN器件的優勢隨著傳統生產工藝過程中的封裝、連接被寄生效應所掩蓋。而將GaN驅動電路和功率器件集成在同一個芯片的GaN單片集成方案可以讓GaN功率器件的優良特性得到充分發揮，所以，越來越多的人開始關注全GaN基驅動和增強型GaN功率器件的集成。

GaN功率器件的全GaN單片集成驅動電路的設計必須要考慮整體電路的安全性，其中死區控制是提高驅動電路安全性尤為重要的一個環節。GaN功率器件的“體二極管”正向電壓高于Si-MOSFET對應值，并且體二極管是在死區時間內的重要損耗元件，所以在GaN驅動電路中，死區控制的要求更高。

發明內容

針對GaN功率系統對于全GaN集成電路的需要，本發明提出了一種帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路。在非門、或非門電路的設計中，使用全增強型GaN晶體管的方式從而降低電路實施工藝難度。采用典型反饋回路產生死區時間，提高整體電路的安全性。在GaN功率系統中引入本發明提出的驅動電路進行GaN功率管的柵極控制，可以使GaN功率器件高頻、高功率密度的優勢得以充分發揮。

本發明的技術方案為：一種帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路，包括3個與非門子電路N1、N4和N5，4個非門子電路N2、N3、N6和N7。與非門子電路N1的第一輸入端為帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路的第一輸入端，與非門子電路N1的第二輸入端為帶有死區時間控制的全GaN集成柵驅動電路的第二輸入端；與非門N1的輸出端與非門N2的輸入端連接；非門N2的輸出端分別同與非門N4的第一輸入端、非門N3的輸入端連接；非門N3的輸出端與與非門N5的第二輸入端連接；與非門N4的第二輸入端與與非門N5的輸出端連接；與非門N4的輸出端分別與非門N6的輸入端、與非門N5的第一輸入端連接；與非門N5的輸出端分別與非門N7的輸入端、與非門N4的第二輸入端連接；非門N6的輸出端為調節電路的第一輸出端；非門N7的輸出端為調節電路的第二輸出端。