[發(fā)明專利]一種耗盡型功率電路及級聯(lián)型漏電流匹配電路

在審

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• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114421745A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李繼華;章濤;朱廷剛;宋亮
• 申請（專利權(quán)）人: 科能芯（深圳）半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H03K17/687
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙興華

本發(fā)明提供一種耗盡型功率電路及級聯(lián)型漏電流匹配電路，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，耗盡型功率電路包括：四個(gè)耗盡型功率器件，第二耗盡型功率器件的漏極與第一耗盡型功率器件的漏極連接，源極與第一耗盡型功率器件的源極連接，柵極與第四耗盡型功率器件的源極連接；第三耗盡型功率器件的源極與第一耗盡型功率器件的柵極連接，漏極與第四耗盡型功率器件的源極連接，柵極與第三耗盡型功率器件的源極短接；第四耗盡型功率器件的漏極與第一耗盡型功率器件的源極連接，柵極與第四耗盡型功率器件的源極短接；耗盡型功率電路能與各種Si MOS器件搭配使用，形成級聯(lián)型結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)級聯(lián)型漏電流匹配電路的漏電流平衡，提高了電路的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，特別是涉及一種耗盡型功率電路及級聯(lián)型漏電流匹配電路。

背景技術(shù)

GaN(氮化鎵)是第三代半導(dǎo)體材料，由于其禁帶寬度是硅的3倍，擊穿電場是硅的10倍，使GaN功率器件在與傳統(tǒng)硅功率器件相比時(shí)，具有開關(guān)速度更快、導(dǎo)通電阻更低、芯片面積更小、損耗和發(fā)熱更少、能源轉(zhuǎn)換效率更高等顯著特點(diǎn)，廣泛適用于電源適配器、工業(yè)電源和汽車電子等領(lǐng)域。

GaN功率器件一般分耗盡型(Depletion Mode，D-Mode)和增強(qiáng)型(EnhancementMode，E-Mode)兩種，其中耗盡型器件常態(tài)是開通，需要加負(fù)壓關(guān)斷，增強(qiáng)型器件常態(tài)是關(guān)斷，需要加正壓開通。D-Mode GaN功率器件電流能力強(qiáng)，可靠性高，反向?qū)▔航敌。枰?fù)壓關(guān)斷，一般需要和低壓硅MOSFET(以下簡稱Si MOS)器件級聯(lián)使用形成常閉特性(如圖1所示)。

現(xiàn)有的電路結(jié)構(gòu)中，由于耗盡型氮化鎵器件D-Mode GaN和Si MOS器件各自工藝制程、漏電特性、溫度對漏電流影響、D-Mode GaN器件的實(shí)際關(guān)斷驅(qū)動電壓不盡相同，以及應(yīng)用端器件選型的多種多樣，D-Mode GaN器件與Si MOS器件的漏電流很難維持相等。當(dāng)兩者漏電流不等時(shí)，會在很多應(yīng)用中存在問題：

如圖2(a)所示，當(dāng)D-Mode GaN的漏電流I_dss1大于Si MOS器件Q0的漏電流I_dss0時(shí)：(1)器件關(guān)態(tài)下，I_dss1I_dss0，那么D-Mode GaN的漏電流I_dss1會一直給結(jié)電容(具體為Si MOS的Cgd1和Cds1以及D-Mode GaN的Cgs2)充電荷，Si MOS的Vds0(Vds0為Si MOS的Drain-Source兩端電壓)會一直上升，到下個(gè)開通時(shí)刻，Si MOS(Q0)的Vds0會升得比較高，導(dǎo)致開通損耗及發(fā)熱大大增加，系統(tǒng)效率降低；(2)在一些工況下(例如待機(jī)、空載/輕載等)，器件存在持續(xù)較長時(shí)間關(guān)斷狀態(tài)，Si MOS的Vds0會持續(xù)上升；如果Si MOS在額定電壓(例如30V的Si MOS器件額定電壓就是30V)下的漏電流依然小于D-Mode GaN器件的漏電流，那Si MOS(Q0)的電壓Vds0會升至高于其額定電壓，甚至?xí)l(fā)生雪崩，這給Si MOS(Q0)的電壓應(yīng)力、可靠性、工作壽命造成很大的風(fēng)險(xiǎn)。