CN109167591A - 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 - Google Patents
一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109167591A CN109167591A CN201811343194.XA CN201811343194A CN109167591A CN 109167591 A CN109167591 A CN 109167591A CN 201811343194 A CN201811343194 A CN 201811343194A CN 109167591 A CN109167591 A CN 109167591A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- network
- type transistor
- gate type
- auxiliary circuit
- driving auxiliary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 2
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/08104—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明提供一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管。本发明通过在栅极引入驱动辅助电路，其中驱动辅助电路包括可变阻抗网络和控制网络。这使可变阻抗网络在输入电压瞬态变化过程中由于控制网络的作用保持低阻抗，而在输入稳态时变为高阻抗并限制的栅极电流，从而降低器件损耗，提高系统的开关效率，且此驱动辅助电路使得门极开通延时很短。不仅如此，由于可变阻抗网络的分压作用，使得外加电压值大大增加，可以兼容传统Si器件驱动电路的电压等极，克服新一代半导体器件栅极功耗过大的缺点。
Description
技术领域
本发明属功率半导体领域，具体涉及一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管。
背景技术
随着新能源的大力发展及电力电子的广泛应用，普通Si基器件无法满足在高压高温高频率环境下的应用。而第三代半导体如SiC和GaN材料具有禁带宽度大、击穿电压高以及热导率高等优良特性，为新一代电力电子器件和系统提供了可能。然而，由于第三代半导体功率器件的固有特性，现有的针对Si材料的驱动并不适合第三代半导体器件特别是SiCJFET和GaN HEMT的应用，主要表现在：一方面栅极所能承受电压较小，一般不超过5V，而现有驱动输入电压则一般超过10V；另一方面，其栅电流在器件稳态工作时较大，增加了栅极功耗和驱动功耗，不仅带来器件可靠性问题，还降低了整个电力系统的效率，并且提高了驱动电路的隔离设计难度。
目前文献中针对减小栅电流的方式主要有两种：串联大电阻和AC耦合电路。这些辅助驱动电路虽然能够降低稳态时的栅电流，仍引入了其他问题。对于如图2所示串联大电阻，其门极延时大，开关速度慢损耗高；对于如图3所示AC耦合电路，其门极延迟依然很高，驱动电路设计复杂，而且电容大难以集成。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管。本发明通过在栅极引入驱动辅助电路Q，其中驱动辅助电路Q包括可变阻抗网络Z和控制网络C。这使可变阻抗网络Z在输入电压瞬态变化过程中由于控制网络C的作用保持低阻抗，而在输入稳态时变为高阻抗并限制的栅极电流，从而降低器件损耗，提高系统的开关效率，且此驱动辅助电路使得门极开通延时很短。不仅如此，由于可变阻抗网络Z的分压作用，使得外加电压值大大增加，可以兼容传统Si材料驱动的输出电压等极，克服第三代半导体器件栅极易击穿的缺点。
实现本发明目的的技术方案为：一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管，包括：结栅型晶体管T和驱动辅助电路Q，其中驱动辅助电路Q包括可变阻抗网络Z和控制网络C；当驱动输入为稳态第一电位时，可变阻抗网络Z为低阻抗，当驱动输入突变为第二电位时，控制网络C可在短暂延时后将可变阻抗网络Z调整为高阻抗，当驱动输入进入第二电位稳态时，控制网络C使可变阻抗网络Z保持在高阻抗。
其中，所述的结栅型晶体管T的栅极为PN结、肖特结和异质结之中的至少一种。
其中，所述的结栅型晶体管T的体材料为Si，Ge，SiC，GaN，AlxGa1-xN，AlN，InP，钻石和Ga2O3中的至少一种。
其中，所述的可变电阻网络Z的低阻抗阻值小于50欧姆，其高阻抗阻值大于低阻抗的2倍。
其中，当所述的驱动输入为第一电位时结栅型晶体管T为关断，当所述的驱动输入为第二电位时结栅型晶体管T为开通。
其中，所述的第一电位为低电位，第二电位为高电位。
其中，所述的第一电位为高电位，第二电位为低电位。
其中，所述的短暂延时使得可变电阻网络Z的阻抗变化在结栅型晶体管T完全开通以后。
其中，所述的驱动辅助电路Q可为与结栅型晶体管T集成在同一芯片内的集成电路、置放在同一封装内的独立集成电路芯片、与驱动芯片集成在同一芯片上或者分立器件组装在电路系统中。
其中，所述的可变阻抗网络Z由至少一个晶体管和一个电阻组成。
其中，所述的控制网络C是RC网络、级联反相器和施密特触发器之中的至少一种。
附图说明
图1是本发明一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管。
图2是一种带大电阻的传统驱动辅助电路。
图3是一种带AC耦合电路的传统驱动辅助电路。
图4是本发明具体实施例一提供的基于Si基增强型650VGaN HEMT的集成驱动电路图。
图5是实施例一中仿真波形图。其中一条是加入大电阻后时栅极电流波形图，输入信号为0~10V的方波；另一条是加入本发明驱动后栅极电流波形图，输入信号为0~10V的方波。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案的优点更清晰明白，以下结合实施例并参考附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图4所示为本实施例一的电路图示意图，该电路包括结栅型晶体管T1、可变阻抗网络Z1和控制网络C1。其中可变阻抗网络Z1由限流电阻Rlim和控制开关T2组成；而控制网络C1由电容C和电阻R组成。本实施例中所有元器件集成在同一衬底中。
本发明的实施例一中，所述体材料为氮化镓材料。
本发明的实施例一中，所述结栅型晶体管T1和控制开关T2均为增强型P型栅GaNHEMT（High Electron Mobility Transistor）。对于主开关器件其阈值电压为1.2V，正向阻断电压为650V。
本发明的实施例一中，所述控制开关T2为对称型器件，工艺制成与结栅型晶体管T1相同。
本发明的实施例一中，所述电阻R可使用二维电子气方块电阻制作而电容C可使用栅极电容制作。
本实例的工作原理为：
当输入信号从低电平跳变为高电平时，首先对C充电，并且控制开关短暂开通，提供一个较大的栅极驱动电流；当高电平达到稳态后，由于控制开关电压差减小不足其阈值电压，控制开关关闭，电流通过一个阻值很大的限流电阻Rlim，控制栅电流的大小，从而减小栅极损耗。当输入信号从高电平跳变为低电平时，电容C通过电阻R放电，器件关闭。
本发明的实施例二中，所述的结栅型晶体管T与驱动辅助电路Q分别集成封装在在两个芯片中。
本发明的实施例三中，所述的结栅型晶体管T封装在一个芯片中，而驱动辅助电路Q以分离器件形式焊接在PCB电路板中。
Claims (9)
1.一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管，其特征在于，包括：
结栅型晶体管T和驱动辅助电路Q，其中驱动辅助电路Q包括可变阻抗网络Z和控制网络C；
当驱动输入为稳态第一电位时，可变阻抗网络Z为低阻抗，当驱动输入突变为第二电位时，控制网络C可在短暂延时后将可变阻抗网络Z调整为高阻抗，当驱动输入进入第二电位稳态时，控制网络C使可变阻抗网络Z保持在高阻抗。
2.根据权利要求1所述的结栅型晶体管T，其特征在于，所述的结栅型晶体管T的栅极为PN结、肖特结和异质结之中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的结栅型晶体管T，其特征在于，所述的结栅型晶体管T的体材料为Si，Ge，SiC，GaN，AlxGa1-xN，AlN，InP，钻石和Ga2O3中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可变电阻网络Z，其特征在于，所述的可变电阻网络Z的低阻抗阻值小于50欧姆，其高阻抗阻值大于低阻抗的2倍。
5.根据权利要求1所述的驱动输入，其特征在于，当所述的驱动输入为第一电位时结栅型晶体管T为关断，当所述的驱动输入为第二电位时结栅型晶体管T为开通。
6.根据权利要求1所述的控制网络C，其特征在于，所述的短暂延时使得可变电阻网络Z的阻抗变化在结栅型晶体管T完全开通以后。
7.根据权利要求1所述的驱动辅助电路Q，其特征在于，所述的驱动辅助电路Q可为与结栅型晶体管T集成在同一芯片内的集成电路、置放在同一封装内的独立集成电路芯片、与驱动芯片集成在同一芯片上或者分立器件组装在电路系统中。
8.根据权利要求1所述的可变阻抗网络Z，其特征在于，所述的可变阻抗网络Z由至少一个晶体管和一个电阻组成。
9.根据权利要求1所述的控制网络C，其特征在于，所述的控制网络C是电容电阻网络、级联反相器和施密特触发器之中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811343194.XA CN109167591A (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811343194.XA CN109167591A (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109167591A true CN109167591A (zh) | 2019-01-08 |
Family
ID=64876937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811343194.XA Pending CN109167591A (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109167591A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110212904A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-06 | 派恩杰半导体（杭州）有限公司 | 一种带有电压控制辅助电路的晶体管 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05191244A (ja) * | 1992-01-14 | 1993-07-30 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体リレー |
| JPH0998079A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体リレー |
| JP2005236688A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Olympus Corp | 電圧駆動型スイッチング素子駆動回路および充電回路および発光装置およびカメラ |
| CN101677210A (zh) * | 2008-06-18 | 2010-03-24 | 技领半导体(上海)有限公司 | 具有低阻抗初始驱动和较高阻抗最终驱动的开关驱动器 |
| CN107276380A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-20 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其高压驱动电路 |
| CN209046608U (zh) * | 2018-11-13 | 2019-06-28 | 派恩杰半导体（杭州）有限公司 | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 |
-
2018
- 2018-11-13 CN CN201811343194.XA patent/CN109167591A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05191244A (ja) * | 1992-01-14 | 1993-07-30 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体リレー |
| JPH0998079A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体リレー |
| JP2005236688A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Olympus Corp | 電圧駆動型スイッチング素子駆動回路および充電回路および発光装置およびカメラ |
| CN101677210A (zh) * | 2008-06-18 | 2010-03-24 | 技领半导体(上海)有限公司 | 具有低阻抗初始驱动和较高阻抗最终驱动的开关驱动器 |
| CN107276380A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-20 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其高压驱动电路 |
| CN209046608U (zh) * | 2018-11-13 | 2019-06-28 | 派恩杰半导体（杭州）有限公司 | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110212904A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-06 | 派恩杰半导体（杭州）有限公司 | 一种带有电压控制辅助电路的晶体管 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9293458B2 (en) | Semiconductor electronic components and circuits | |
| Zhang et al. | Evaluation of 600 V cascode GaN HEMT in device characterization and all-GaN-based LLC resonant converter | |
| CN104253117B (zh) | 半导体装置 | |
| CN102460708B (zh) | 具有非负温度系数的宽带隙双极可关断闸流管和相关控制电路 | |
| CN106464242A (zh) | 共源共栅切换电路 | |
| CN103095104B (zh) | 栅极驱动电路 | |
| CN107852157B (zh) | 开关电源装置 | |
| CN103944549A (zh) | 一种高可靠性mosfet驱动电路 | |
| CN104518648A (zh) | 用于操作氮化镓电子器件的方法和系统 | |
| CN104253599A (zh) | 半导体装置 | |
| CN106911250A (zh) | 电力转换系统、功率模块及半导体器件 | |
| CN105914192B (zh) | 基于级联电路的半导体封装结构 | |
| CN101783666B (zh) | 一种能可靠关断的增强-耗尽型器件组合开关电路 | |
| CN209046608U (zh) | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 | |
| CN109167591A (zh) | 一种带有驱动辅助电路的结栅型晶体管 | |
| Wang et al. | Physics understanding of high temperature behavior of Gallium Nitride power transistor | |
| CN107331704B (zh) | 一种栅压控制晶闸管器件 | |
| CN103311315B (zh) | 具有肖特基接触终端的快恢复二极管 | |
| CN113162373B (zh) | 一种带有死区时间控制的全GaN集成栅驱动电路 | |
| CN212572369U (zh) | 一种米勒钳位保护电路、驱动电路、芯片及智能igbt模块 | |
| Abuishmais et al. | Dynamic characterization of 63 mQ, 1.2 kV, normally-off SiC VJFET | |
| Friedrichs | SiC based power semiconductor in applications-aspects and prospects | |
| CN112382631A (zh) | 基于栅极保护的级联电路及级联器件 | |
| CN110491933B (zh) | 低寄生电感高可靠级联增强型GaN HEMT器件 | |
| Veliadis | 1200 V SiC vertical‐channel‐JFETs and cascode switches |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: A160, Building 1, No. 316 Binhai Fourth Road, Qianwan New District, Ningbo City, Zhejiang Province Applicant after: Painjie Semiconductor (Zhejiang) Co.,Ltd. Address before: Room D3204, 3rd Floor, Building 1 (North), No. 368 Liuhe Road, Puyan Street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: PN JUNCTION SEMICONDUCTOR (HANGZHOU) Co.,Ltd. Country or region before: China |