CN103368548A - 高边栅极驱动器、开关芯片及供电设备 - Google Patents

Abstract

分别包含保护设备的高边栅极驱动器、开关芯片、以及供电设备被提供。所述高边栅极驱动器包括：第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；以及保护设备和第一开关设备，被串联连接在第一低电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。所述供电设备包含高边栅极驱动器。另外，所述开关芯片包括通过使用相同结构实现的高边常开开关、附加常开开关、以及低边常开开关。

Description

高边栅极驱动器、开关芯片及供电设备

相关申请的交叉引用

本申请主张2012年4月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0035598的权益，其公开在这里通过引用以整体形式被并入。

技术领域

本公开涉及高边栅极驱动器（high side gate driver）、开关芯片以及供电设备，更特定地，涉及分别包含保护设备的高边栅极驱动器、开关芯片以及供电设备。

背景技术

近年来，电子装置已经开始包含接收主电源电压然后将其转换为每个设备所需的电压或者将其分布到每个设备的供电设备。这种供电设备可以通过使用基于硅的半导体来生产，或者可以通过使用基于混合半导体（例如GaN,SiC等）的氮化镓（GaN）晶体管或者碳化硅（SiC）晶体管来实现。

一个相对高电平的电压被作用于高边栅极驱动器的输出端。于是，为了接通或切断高边常开（normally-on）开关，与输出端电压相对应的相对高电平电压不得不被作用于高边常开开关的栅极。这种高电平电压可能引发周围开关设备的故障。

发明内容

本发明提供能够防止周围开关设备的故障现象的高边栅极驱动器、开关芯片以及供电设备。

其它方面一部分将在下面的描述中被阐述，一部分将从描述中显然的，或者可以通过本发明的实施例的实践来掌握。

根据本发明的一方面，用于控制高边常开开关的高边栅极驱动器包括：第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；以及保护设备和第一开关设备，被串联连接在第一低电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。

保护设备的电阻值可以是第一开关设备的电阻值的大约50到100倍大。

所述保护设备可以包括附加常开开关。在这种情况中，附加常开开关的平面面积是高边常开开关面积的十分之一到百分之一。

被作用于附加常开开关的电压可以比附加常开开关的门限电压高。例如，附加常开开关的栅极可以被连接到地端。

附加常开开关的栅极可以被连接到第一低电平驱动电源。

附加常开开关和高边常开开关可以包含相同的结构。所述相同结构可以包括从氮化镓（GaN）晶体管、碳化硅（SiC）晶体管、以及绝缘栅极双极性晶体管当中所选择的一个。

所述高边栅极驱动器可以进一步包括第二开关设备，被连接在保护设备和第二低电平驱动电源之间，其中，第二低电平驱动电源的电压可以高于第一低电平驱动电源的电压。

在切断高边常开开关时，在第二开关设备被接通之后，第一开关设备可以被接通。

根据本发明的另一方面，供电设备包括：高边常开开关，包括被连接到输出端的源极、被连接到高电平电源的漏极以及栅极；以及高边栅极驱动器，用于控制高边常开开关，其中，高边栅极驱动器包括：第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；以及保护设备和第一开关设备，被串联连接在第一低电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。

所述高边栅极驱动器可以进一步包括：高电平驱动电源，被提供以接通高边常开开关；以及第三开关设备，被连接在高电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。

高边栅极驱动器可以进一步包括电容设备，被连接在高电平驱动电源和高边常开开关的源极之间。

所述供电设备可以进一步包括：低边常开开关，包括被连接到低电平电源的源极、被连接到输出端的漏极以及栅极；以及低边栅极驱动器，用于控制低边常开开关。

根据本发明的另一方面，供电设备包括：高边常开开关，包括被连接到输出端的源极、被连接到高电平电源的漏极以及栅极；高电平驱动电源，被提供以接通高边常开开关；第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；附加常开开关，被连接到高边常开开关的栅极；以及第一开关设备，被连接在第一低电平驱动电源和附加常开开关之间。

所述供电设备可以进一步包括：第二低电平驱动电源，被提供以减小高边常开开关的栅极电压；以及第二开关设备，被连接在第二低电平驱动电源和附加常开开关之间，其中，第二低电平驱动电源的电压高于第一低电平驱动电源的电压。

根据本发明的另一方面，开关芯片包括：高边常开开关，包括被连接到输出端的源极、被连接到高电平电源的漏极以及栅极；附加常开开关，被连接到高边常开开关的栅极；以及低边常开开关，包括被连接到低电平电源的源极、被连接到输出端的漏极以及栅极，其中，高边常开开关、附加常开开关、以及低边常开开关包含相同的结构。

附加常开开关的平面面积可以是高边常开开关面积的十分之一到百分之一。

根据本发明一方面的高边栅极驱动器以及包含高边栅极驱动器的供电设备包括附加保护设备（例如，常开开关），被连接到高边常开开关的栅极。于是，被作用于高边常开开关的栅极的相对高电平电压可以大部分作用于保护设备，于是，可以防止在相对高电平电压被作用于周围开关设备时可能发生的故障。

在根据本发明的高边栅极驱动器和包含高边栅极驱动器的供电设备中，通过使用与高边常开开关相同的结构实现的附加常开开关被形成为保护设备。于是，通过执行相同的过程可以实现高边常开开关、低边常开开关、以及附加常开开关，而且不用附加的过程就可以实现保护设备。更进一步，由于实现附加常开开关只需要很小面积（例如，高边常开开关HS的平面面积的十分之一到百分之一），不需要大幅增加开关芯片的面积。

附图说明

根据结合附图的实施例的以下描述，这些和/或其它方面将变得显而易见并且更加容易理解，其中：

图1是示意性说明根据本发明实施例的供电设备的框图；

图2和3是示意性描述根据本发明其他实施例的供电设备的框图；

图4是示意性说明根据本发明另一实施例的供电设备的框图；

图5是示意性说明根据本发明另一实施例的供电设备的框图；

图6是示意性说明根据本发明另一实施例的供电设备的框图；

图7是示出作为图6的供电设备元件的低边常开开关和低边栅极驱动器的电路图；

图8是示出作为图6的供电设备元件的低边常开开关、高边常开开关、以及附加常开开关的电路图；

图9是示出图6的供电设备的操作的时序图；

图10是示意性示出根据本发明另一实施例的供电设备的框图；

图11是示出图10的供电设备的操作的时序图；

图12是示出根据本发明实施例的附加常开开关的实现示例的处理横截面图示；

图13是示出根据本发明实施例的包含开关芯片的供电设备的框图；

图14是示意性示出根据本发明实施例的生产开关芯片的方法的流程图；

具体实施方式

现在将详细参考实施例，其示例在附图中被示出，其中，全文中相同参考编号表示相同元件。关于这一点，本实施例可以具有不同形式，不应当被理解为限定于这里所阐述的描述。因此，实施例在下面仅仅通过参考附图描述，以解释本发明的各方面。

在这里所阐述的实施例中所使用的术语可以具有已经被本领域所公知的含义。例如，至少一个的意思是一个或多个，或者一个或多个数字。

图1是示意性示出根据本发明实施例的供电设备的框图。

参照图1，供电设备可以包含低边常开开关LS、低边栅极驱动器LGD、高边常开开关HS、以及高边栅极驱动器HGD。

低边常开开关LS可以包含被连接到低电平电源（例如，地）的源极、被连接到输出端OUT的漏极、以及被连接到低边栅极驱动器LGD的栅极。当低边常开开关LS被接通时，输出端OUT的电压可以被降低到低电平电源的电压（例如，0伏（V））。

低边栅极驱动器LGD可以被配置控制低边常开开关LS。具体来说，低边栅极驱动器LGD可以被配置通过从高电平驱动电源+VDDL和低电平驱动电源-VSSL接收电压（例如，脉冲电压）来接通或切断低边常开开关LS。

高边常开开关HS可以包括被连接到输出端OUT的源极、被连接到高电平电源Vs的漏极、以及被连接到高边栅极驱动器HGD的栅极。当高边常开开关HS被接通时，输出端OUT的电压可以被增加到高电平电源Vs的电压。

高边栅极驱动器HGD可以被配置控制高边常开开关HS。具体来说，高边栅极驱动器HGD可以包括高电平驱动电源+VDDH、第一低电平驱动电源VSSH1、保护设备PD、以及第一开关设备SW1。

高电平驱动电源+VDDH可以被提供以接通高边常开开关HS。更具体来说，高边栅极驱动器HGD可以被配置通过从高电平驱动电源+VDDH接收相对高电平电压来接通高边常开开关HS。下面将参照图6详细描述接通高边常开开关HS的配置。

第一低电平驱动电源-VSSH1可以被提供以切断高边常开开关HS。更具体地，高边栅极驱动器HGD可以被配置通过从第一低电平驱动电源-VSSH1接收相对低电压来切断高边常开开关HS。

保护设备PD和第一开关设备SW1可以被串行连接在第一低电平驱动电源-VSSH1和高边常开开关HS的栅极之间。更具体来说，保护设备PD可以被连接到高边常开开关HS，而第一开关设备SW1可以被连接在第一低电平驱动电源VSSH1和保护设备PD之间。

为了使例如耗尽型晶体管的常开开关完全被切断，负电压必须被作用于常开开关的栅极。高边栅极驱动器HGD可以从第一低电平驱动电源-VSSH1接收负电压，然后将负电压发送给高边常开开关HS，于是，高边常开开关可以被完全切断。为了控制负电压的发送，第一开关设备SW1可以被连接在高边常开开关HS的栅极和第一低电平驱动电源-VSSH1之间。第一开关设备SW1可以通过接收信号IN_N被接通，于是，第一低电平驱动电源-VSSH1的电压（即，负电压）可以被作用于高边常开开关HS的栅极。

在高边常开开关HS被切断之前，输出端OUT处于相对高电平电压（例如，超过400V的电压）被作用于其上的状态。因此，高边常开开关HS的栅极也处于与输出端OUT的电压相对应的相对高电平电压被作用于其上的状态。在这种情形中，当接通第一开关设备SW1以切断高边常开开关HS时，由于相对高电平电压被作用于高边常开开关HS的栅极，第一开关设备SW1的故障现象可能出现。

根据本发明当前实施例的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备包括保护设备，被连接在第一开关设备SW1和高边常开开关HS的栅极之间。保护设备PD的电阻值可以比第一开关设备SW1的电阻值大50到100倍。因此，被作用于高边常开开关HS的栅极的相对高电平电压可以大部分被作用于被串联连接到第一开关设备SW1的保护设备PD，于是，可以防止由于相对高电平电压被作用于第一开关设备SW1可能出现的故障现象。

保护设备PD可以通过使用具有相对高电阻的结构来实现，例如，可以通过使用具有相对高电阻值的常开开关来实现。图2和3中示出通过使用常开开关实现保护设备PD的示例。

图2和3是示意性示出根据本发明的其它实施例的供电设备的框图。

参照图2和3，图2的供电设备和图3的供电设备可以包括低边常开开关LS、低边栅极驱动器LGD、高边常开开关HS、以及高边栅极驱动器HGD。针对这些元件的描述与参照图1所述的相同，于是下面将被省略。

图1中所示的保护设备PD可以包括附加常开开关AS。附加常开开关AS可以被连接在第一开关设备SW1和高边常开开关HS之间。高于附加常开开关AS的门限电压的电压可以被作用于附加常开开关AS的栅极。例如，附加常开开关AS的门限电压可以是-5V。在这种情形中，如图2中所示，附加常开开关AS的栅极可以被连接到地端。

可选择地，附加常开开关AS的栅极可以被连接到附加常开开关AS的源极/漏极。更具体来说，如图3中所示，附加常开开关AS的栅极可以被连接到在附加常开开关AS的源极/漏极当中被连接到第一开关设备SW1的源极/漏极（即，位于第一低电平驱动电源-VSSH1方向的源极/漏极）。在这种情形中，附加常开开关AS可以充当具有高电阻值的二极管设备。

如图2和3中所示的附加常开开关AS可以通过使用与高边常开开关HS和/或低边常开开关LS相同的结构来实现。所述相同的结构可以包括从氮化镓（GaN晶体管）、碳化硅（SiC）晶体管、以及绝缘栅极双极性晶体管当中所选择的一个。在这种情形中，附加常开开关AS可以在执行形成高边常开开关HS和/或低边常开开关LS的过程时被形成。

根据本发明当前实施例的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备包括被连接在第一开关设备SW1和第一低电平驱动电源-VSSH1之间的附加常开开关AS。在形成高边常开开关HS和/或低边常开开关LS的同时，可以形成附加常开开关AS。于是，保护设备PD可以在没有附加过程的情况下实现。

附加常开开关AS可以具有与高边常开开关HS和/或低边常开开关LS相比较小的面积。例如，附加常开开关AS的平面面积可以是高边常开开关HS面积的十分之一到百分之一。于是，保护设备PD可以在不占用大面积半导体芯片的情况下被实现。

图4是示意性示出根据本发明另一实施例的供电设备的框图。图4的供电设备可以通过修改根据图2的实施例的供电设备来获得。于是，相同元件的描述将被省略。

参照图4，高边栅极驱动器HGD可以进一步包括第二低电平驱动电源-VSSH2和第二开关设备SW2。第二低电平驱动电源-VSSH2可以被提供以减小高边常开开关HS的栅极的电压。更具体来说，高边栅极驱动器HGD可以被配置通过从第二低电平驱动电源-VSSH2接收高于第一低电平驱动电源-VSSH1的电压（例如，0V）来减小高边常开开关HS的栅极电压。

第二开关设备SW2可以被连接在第二低电平驱动电源-VSSH2和保护设备（例如，附加常开开关AS）之间。第二开关设备SW2可以通过接收信号IN_G来接通，于是，第二低电平驱动电源-VSSH2的电压（例如，0V）可以被作用于高边常开开关HS的栅极。

为了切断高边常开开关HS，第一开关设备SW1可以被配置在第二开关设备SW2被接通之后被切断。更具体来说，第二开关设备SW2可以被首先接通以切断高边常开开关HS。由于被连接到第二低电平驱动电源-VSSH2的第二开关设备SW2被接通，高边常开开关HS的栅极电压可以被减小到高于第一低电平驱动电源-VSSH1的电压的电压（例如，0V）。

然后，第二开关设备SW2可以被切断，第一开关设备SW1可以被接通。由于被连接到第一低电平驱动电源-VSSH1的第一开关设备SW1被接通，高边常开开关HS的栅极电压可以被减小到与第一低电平驱动电源-VSSH1的电压相对应的负电压（例如，-15V）。

如上所述，为了使例如耗尽型晶体管的常开开关被完全切断，负电压不得不被作用于常开开关的栅极，特别地，因为相对高的电压被作用于高边栅极驱动器，故要求高边栅极驱动器的稳定性。由于负电压基于从外部作用的正电压来产生，会出现负电压的波动。负电压的波动会恶化高边栅极驱动器的稳定性。

根据本发明当前实施例的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备可以进一步包括第二开关设备SW2，被连接在提供高于第一低电平驱动电源-VSSH1的电压（即，所述负电压）的电压（例如，0V）的第二低电平驱动电源-VSSH2和保护设备PD之间。于是，为了切断高边常开开关HS，第二开关设备SW2被首先接通，于是高边常开开关HS的栅极电压可以被平稳地减小到一个恒定电压（例如，0V），然后第一开关设备SW1被接通，于是高边常开开关HS的栅极电压可以被减小到负电压。因此，可以改善高边栅极驱动器HGD的稳定性，结果，可以提高供电设备的性能。

虽然已经基于半桥反相器说明和描述了图1到4的实施例，本发明不限于此。例如，如图5中所示，可以通过使用全桥反相器实现根据本发明另一实施例的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备。

参照图5，通过使用全桥反相器实现的供电设备可以包括第一低边常开开关LS1、第一低边栅极驱动器LGD1、第一高边常开开关HS1、以及第一高边栅极驱动器HGD1。这些实施例的描述与参照图1所展示的相同。更进一步，所述供电设备可以进一步包括第二低边常开开关LS2、第二低边栅极驱动器LGD2、第二高边常开开关HS2、以及第二高边栅极驱动器HGD2。

虽然图5中仅仅示出包含保护设备PD和第一开关设备SW1的第一高边栅极驱动器HGD1和包含保护设备PD’和第一开关设备SW1’的第二高边栅极驱动器HGD2，本发明并不限于此。例如，通过使用如图2到4中所示的附加常开开关可以实现图5中所示的保护设备PD和PD’。

图6是示意性示出根据本发明另一实施例的供电设备的框图。通过修改根据图2的实施例的供电设备可以获得图6的供电设备。

参照图6，供电设备可以包括低边常开开关LS、低边栅极驱动器LGD、高边常开开关HS、以及高边栅极驱动器HGD。已经参照图1到图2描述了这些元件，因此，将省略重复性的描述。

低边栅极驱动器LGD可以被配置以通过接收高电平驱动电源+VDDL的电压和低电平驱动电源-VSSL的电压控制低边常开开关LS。更具体来说，低边栅极驱动器LGD的放大器A可以接收信号IN_L，然后产生在高电平驱动电源+VDDL的电压和低电平驱动电源-VSSL的电压之间摆动的信号，并且可以将摆动信号发送给低边常开开关LS的栅极。

高边栅极驱动器HGD可以被配置以通过接收高电平驱动电源+VDDH的电压和第一低电平驱动电源-VSSH1的电压控制高边常开开关HS。更具体来说，高边栅极驱动器HGD可以包括如参照图2所描述的附加常开开关AS和第一开关设备SW1。另外，高边栅极驱动器HGD可以包括第三开关设备SW3和电容设备CAP。

第三开关设备SW3可以被连接在高电平驱动电源+VDDH和高边常开开关HS的栅极之间。更具体来说，第三开关设备SW3可以被提供以接通高边常开开关HS。在第三开关设备SW3被接通时，高电平驱动电源+VDDH的电压（例如，15V）可以被发送给高边常开开关HS的栅极。于是，可以接通高边常开开关HS。

电容设备CAP可以被连接在高电平驱动电源+VDDH和高边常开开关HS的源极之间。更具体来说，电容设备CAP可以被提供以完全接通高边常开开关HS。电容设备CAP可以存储相对高的电压（例如，400V），于是，当接通第三开关设备SW3时，通过相加相对高电压（例如，400V）和高电平驱动电源+VDDH的电压（例如，15V）所获得的电压可以被发送给高边常开开关HS的栅极。于是，虽然输出端OUT的电压增加，可以保持高边常开开关HS的稳定接通状态。

图7是示出作为图6的供电设备元件的低边常开开关LS和低边栅极驱动器LGD的电路图。图8是示出作为图6的供电设备元件的低边常开开关LS、高边常开开关HS、以及附加常开开关AS的电路图。

参照图7，由于将低边常开开关LS的源极连接到低电源（例如，地），虽然相对高电平的电压没有被作用于低边常开开关LS的栅极，也可以接通或切断低边常开开关LS。于是，通过使用DC-DC转换器可以实现用于控制低边常开开关LS的低边栅极驱动器LGD，并且DC-DC转换器的摆动幅度不需要被增加到与输出端OUT的电压相对应的相对高电平电压。于是，由于使用了低边栅极驱动器LGD的高电平驱动电源+VDDL的电压（例如，15V）和相对低的低电平驱动电源-VSSL的电压（例如，-15V），周围开关设备的故障不会出现。

然而，在高边栅极驱动器HGD的情形中，如上所述，相对高电平的电压被作用于输出端OUT。于是，与输出端OUT电压相对应的相对高电平电压不得不被作用于高边常开开关HS的栅极以接通或切断它。相对高电平电压会引发周围开关设备的故障。

参照图8，如上所述，根据本发明当前实施例的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备包括被连接到高边常开开关HS的栅极的附加常开开关AS。高边常开开关HS的电阻值可以大于周围开关设备SW1和SW3的电阻值大约50到100倍。于是，被作用于高边常开开关HS的栅极的相对高电平电压可以大部分被作用于附加常开开关AS，于是，可以防止由于相对高电平电压被作用于周围开关设备SW1和SW3而出现的故障。

另外，在根据本发明当前实施例的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备中，通过使用与高边常开开关HS相同结构所实现的附加常开开关AS被形成为保护设备。于是，通过执行相同的过程可以实现高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS，而在没有附加过程的情况下可以实现保护设备。更进一步，由于实现附加常开开关AS仅仅需要很小的面积（例如，高边常开开关HS的十分之一到百分之一），因此不需要大幅增加开关芯片的面积。下面将参照图13描述通过使用相同过程在单个开关芯片中实现高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS的示例。

图9是示出图6的供电设备的操作的时序图。

参照图6和9，首先执行切断低边常开开关LS和接通高边常开开关HS的操作，以将电源电压VS供应给输出端OUT。

将信号IN_L的电平从高电平状态改变到低电平状态。于是，切断该低边常开开关LS。然后，将信号IN_H的电平从高电平状态改变到低电平状态，于是，接通第三开关设备SW3。随着第三开关设备SW3被接通，高电平驱动电源+VDDH的电压（例如，15V）可以被发送给高边常开开关HS的栅极。于是，高边常开开关HS可以被接通，于是，输出端OUT的电压会增加。电容设备CAP可以存储相对高的电压（例如，400V），如上所述，随着第三开关设备SW3被接通，通过相加相对高电压（例如，400V）和高电平驱动电源+VDDH的电压（例如，15V）所获得的电压可以被发送给高边常开开关HS的栅极。

然后，执行接通低边常开开关LS和切断高边常开开关HS的操作。

首先，将信号IN_L的电平从低电平状态改变到高电平状态。于是，第三开关设备SW3被切断，高电平驱动电源+VDDH的电压没有被发送给高边常开开关HS的栅极。然后，将信号IN_N的电平从低电平状态改变到高电平状态。于是，第一开关设备SW1被接通，可以通过第一低电平驱动电源-VSSH1对存储在高边常开开关HS的栅极中的相对高电平电压（即，电荷）进行放电。当放电完成时，可以完全切断高边常开开关HS。如上所述，附加常开开关AS可以防止在放电期间第一开关设备SW1的故障。为了接通低边常开开关LS，将信号IN_L的电平从低电平状态改变到高电平状态。随着低边常开开关LS被接通，可以减小输出端OUT的电压。

图10是示意性示出根据本发明另一实施例的供电设备的框图。图10的供电设备可以是根据图6的实施例的供电设备的修正示例。

图10的供电设备示出第二开关设备SW2被包含在图6的供电设备中的配置。如参照图4所描述的，第二开关设备SW2可以被连接在第二低电平驱动电源-VSSH2和附加常开开关AS之间。第二开关设备SW2可以通过接收信号IN_G被接通，于是，第二低电平驱动电源-VSSH2的电压（例如，0V）可以被作用于高边常开开关HS的栅极。

图11是示出图10的供电设备的操作的时序图。

参照图10和11，首先执行切断低边常开开关LS和接通高边常开开关HS的操作，以将电源电压VS供应给输出端OUT。由于所述操作与参照图9所描述的相同，下面将省略重复性的描述。

接下来，执行接通低边常开开关LS和切断高边常开开关HS的操作。

首先，将信号IN_H的电平从低电平状态改变为高电平状态。于是，第三开关设备SW3被切断，高电平驱动电源+VDDH的电压不会被发送给高边常开开关HS的栅极。为了接通低边常开开关LS，将信号IN_L的电平从低电平状态改变为高电平状态。随着低边常开开关LS被接通，可以减小输出端OUT的电压。

然后，将信号IN_G的电平从低电平状态改变为高电平状态。于是，第二开关设备SW2被接通，通过第二低电平驱动电源-VSSH2可以对存储在高边常开开关HS中的相对高电平电压（即，电荷）进行放电。在放电之后，将信号IN_G的电平从高电平状态改变为低电平状态，并且将信号IN_N的电平从低电平状态改变为高电平状态。于是，第一开关设备SW1被接通，通过第一低电平驱动电源-VSSH1可以对存储在高边常开开关HS的栅极中的相对高电平电压（即，电荷）进行完全放电。

为了切断高边常开开关HS，首先，接通第二开关设备SW2，然后接通第一开关设备SW1。如上所述，为了使高边常开开关HS被完全切断，负电压不得不被作用于高边常开开关HS的栅极。由于负电压是基于从外部作用的正电压所产生，负电压会出现波动，并且负电压的波动会降低高边栅极驱动器HGD的稳定性。

在取决于图11的时序操作的高边栅极驱动器HGD和包含高边栅极驱动器HGD的供电设备中，为了切断高边常开开关HS，首先接通第二开关设备SW2，于是，高边常开开关HS的栅极电压可以被稳定地降低到恒定电压（例如，0V），然后，第一开关设备SW1被接通，于是高边常开开关HS的栅极电压可以被减小到负电压。于是，可以提高高边栅极驱动器HGD的稳定性，并且因此提高了供电设备的性能。

图12是示出根据本发明实施例的附加常开开关AS的实现示例的处理横截面图示。

参照图12，作为保护设备的示例的附加常开开关AS可以包括：半导体子基底AS_1；下半导体层AS_2；沟道层AS_3；上半导体层AS_4，它们被顺序堆叠在半导体子基底AS_1上；以及一个或多个电极，被形成在上半导体层AS_4上。一个或多个电极可以包括源极电极AS_5、栅极电极AS_6、以及漏极电极AS_7。

源极电极AS_5、栅极电极AS_6、以及漏极电极AS_7彼此隔开地形成在上半导体层AS_4上，并且可以包括导电材料。另外，下半导体层AS_2和上半导体层AS_4可以包括具有不同带隙的不同材料。例如，下半导体层AS_2可以包括GaN、GaAs、InN等等，而上半导体层AS_4可以包括AlGaN、AlGaAs、AllnN等等。根据在下半导体层AS_2和上半导体层AS_4之间的带隙差异，可以将二维电子气体（2DEG）层感应到在下半导体层AS_2和上半导体层AS_4之间的界面上，并且被感应的2DEG层可以作为沟道层AS_3运行。

如上所述，作为保护设备的示例的附加常开开关AS可以通过使用与高边常开开关HS和/或低边常开开关LS相同的结构来实现。于是，高边常开开关HS和低边常开开关LS像附加常开开关AS一样，也可以包括下半导体层、沟道层、以及上半导体层。

图13是示意性示出根据本发明实施例的包含开关芯片SC的供电设备的框图。图13的供电设备可以是根据图2的实施例的供电设备的实现示例。于是，省略了图2的描述的重复性描述。

参照图13，通过使用相同的处理可以在单个开关芯片中实现高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS。于是，开关芯片SC可以包含具有相同结构的高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS。下面将参照图14描述通过使用相同处理生产开关芯片SC的方法。

在图2中所示出的供电设备的元件当中，除了在开关芯片SC中被实现的元件（例如，高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS）之外，剩余的元件（例如，包含第一开关设备SW1的高边栅极驱动器HGD、和低边栅极驱动器LGD）可以在驱动芯片DC中实现。

开关芯片SC和驱动器芯片DC可以被安装在模块板MB上，并且可以通过例如导线W1和W2的接线元件被互相连接。例如，第一开关设备SW1和附加常开开关AS可以通过导线W1被电气连接，而低边栅极驱动器LGD和低边常开开关LS可以通过导线W2被互相连接。

图14是示意性示出根据本发明实施例的生产开关芯片的方法的流程图。图14的方法可以是生产图13的开关芯片SC的方法的示例。

参照图13和14，用于形成高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS的活跃区域被形成（操作S110）。接下来，高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS被同时形成（操作S120）。随着同时形成高边常开开关HS、低边常开开关LS、以及附加常开开关AS的过程被执行，具有图12中所示结构的附加常开开关AS，以及与附加常开开关AS具有相同结构的高边常开开关AS和低边常开开关LS可以被实现。接下来，接线层被形成（操作S130）。

根据本发明实施例的开关芯片包括附加常开开关，其在形成高边常开开关和/或低边常开开关时被同时形成。于是，保护设备可以在没有增加额外过程的情况下被实现。另外，附加常开开关可以具有与高边常开开关和/或低边常开开关相比较小的面积。于是，保护设备可以在没有占用大面积的开关芯片的情况下被实现。

应当理解，在被附加以便清晰理解本发明概念的图形中的各个部件的形状仅仅是说明性的，可以对其进行各种修改。此外，图形中相同的参考编号指示相同的元件。

应当理解，这里所描述的示例实施例应当被认为仅仅是描述性的，不是为了限制的目的。在每个实施例内的各特征和各方面的描述应当被一般认为可用于其它实施例中的相似特征或方面。

Claims (19)

1.一种用于控制高边常开开关的高边栅极驱动器，所述高边栅极驱动器包括：

第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；以及

保护设备和第一开关设备，被串联连接在第一低电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。

2.如权利要求1所述的高边栅极驱动器，其中，保护设备的电阻值是第一开关设备的电阻值的50到100倍大。

3.如权利要求1所述的高边栅极驱动器，其中，所述保护设备包含附加常开开关。

4.如权利要求3所述的高边栅极驱动器，其中，附加常开开关的平面面积是高边常开开关的十分之一到百分之一。

5.如权利要求3所述的高边栅极驱动器，其中，被作用于附加常开开关的栅极的电压大于附加常开开关的门限电压。

6.如权利要求5所述的高边栅极驱动器，其中，附加常开开关的栅极被连接到地端。

7.如权利要求3所述的高边栅极驱动器，其中，附加常开开关的栅极被连接到附加常开开关的源极/漏极。

8.如权利要求3所述的高边栅极驱动器，其中，附加常开开关和高边常开开关包含相同的结构。

9.如权利要求8所述的高边栅极驱动器，其中，所述相同结构包含从氮化镓（GaN）晶体管、碳化硅（SiC）晶体管、以及绝缘栅极双极性晶体管当中所选择的一个。

10.如权利要求1所述的高边栅极驱动器，进一步包括第二开关设备，被连接在保护设备和第二低电平驱动电源之间，

其中，第二低电平驱动电源的电压大于第一低电平驱动电源的电压。

11.如权利要求10所述的高边栅极驱动器，在切断高边常开开关时，在第二开关设备被接通之后，第一开关设备被接通。

12.一种供电设备，包括：

高边常开开关，包含被连接到输出端的源极、被连接到高电平电源的漏极以及栅极；以及

高边栅极驱动器，用于控制高边常开开关，

其中，所述高边栅极驱动器包括：

第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；以及

保护设备和第一开关设备，被串联连接在第一低电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。

13.如权利要求12所述的供电设备，其中，所述高边栅极驱动器进一步包括：

高电平驱动电源，被提供以接通高边常开开关；以及

第三开关设备，被连接在高电平驱动电源和高边常开开关的栅极之间。

14.如权利要求13所述的供电设备，其中，所述高边栅极驱动器进一步包括电容设备，其被连接在高电平驱动电源和高边常开开关的源极之间。

15.如权利要求12所述的供电设备，进一步包括：

低边常开开关，包含被连接到低电平电源的源极、被连接到输出端的漏极以及栅极；以及

低边栅极驱动器，用于控制低边常开开关。

16.一种供电设备，包括：

高边常开开关，包含被连接到输出端的源极、被连接到高电平电源的漏极以及栅极；

高电平驱动电源，被提供以接通高边常开开关；

第一低电平驱动电源，被提供以切断高边常开开关；

附加常开开关，被连接到高边常开开关的栅极；以及

第一开关设备，被连接在第一低电平驱动电源和附加常开开关之间。

17.如权利要求16所述的供电设备，进一步包括：

第二低电平驱动电源，被提供以降低高边常开开关的栅极电压；以及

第二开关设备，被连接在第二低电平驱动电源和附加常开开关之间，

其中，第二低电平驱动电源的电压大于第一低电平驱动电源的电压。

18.一种开关芯片，包括：

高边常开开关，包括被连接到输出端的源极、被连接到高电平电源的漏极以及栅极；

附加常开开关，被连接到高边常开开关的栅极；以及

低边常开开关，包括被连接到低电平电源的源极、被连接到输出端的漏极以及栅极，

其中，高边常开开关、附加常开开关、以及低边常开开关包含相同的结构。

19.如权利要求18所述的开关芯片，其中，附加常开开关的平面面积是高边常开开关面积的十分之一到百分之一。

Images