CN109768789A - GaN HEMT漏极控制电路及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种GaN HEMT漏极控制电路及设备。GaN HEMT漏极控制电路，包括：漏压开关驱动电路以及第一N型MOS管。漏压开关驱动电路的第一输入端用于连接外部电源，第二输入端用于接入漏压控制信号，第一输出端连接第一N型MOS管的栅极，第二输出端连接第一N型MOS管的漏极，第三输出端连接所述第一N型MOS管的源极；第一N型MOS管的源极用于连接GaN HEMT的漏极。基于上述结构，漏压开关驱动电路接收漏压控制信号，输出驱动信号给第一N型MOS管的栅极，控制第一N型MOS管漏源两极的通断；利用第一N型MOS管来控制GaN HEMT漏压的开与关，能够实现漏压开关的高速切换，同时，可降低漏极电源开关的损耗以及电路成本，提高电路的可靠性和效率。
Description
技术领域
本申请涉及半导体控制电路技术领域，特别是涉及一种GaN HEMT漏极控制电路及设备。
背景技术
氮化镓(GaN)半导体材料具有禁带宽度宽、电子漂移速度高、击穿场强高、化学性质稳定等优点，是制备高频、大功率器件的理想材料。以GaN为衬底的高电子迁移率晶体管(HEMT，High Electron Mobility Transistor)具有输出功率密度大、工作电压高和输出阻抗高的优点，在无线通信中发挥着越来越重要的作用，是无线通信放大器的核心器件。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：GaN HEMT漏极控制电路的漏压开关损耗大，电路可靠性低。
发明内容
基于此，有必要针对GaN HEMT漏极控制电路的漏压开关损耗大，电路可靠性低的问题，提供一种GaN HEMT漏极控制电路及设备。
为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种GaN HEMT漏极控制电路，包括：漏压开关驱动电路以及第一N型MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)。
漏压开关驱动电路的第一输入端用于连接外部电源，漏压开关驱动电路的第二输入端用于接入漏压控制信号；漏压开关驱动电路的第一输出端连接第一N型MOS管的栅极，漏压开关驱动电路的第二输出端连接第一N型MOS管的漏极，漏压开关驱动电路的第三输出端连接第一N型MOS管的源极；第一N型MOS管的源极用于连接GaN HEMT的漏极。
在其中一个实施例中，漏压开关驱动电路为N型MOS管驱动电路。
在其中一个实施例中，N型MOS管驱动电路包括MOSFET驱动器以及采样电阻；MOSFET驱动器的SNS端通过采样电阻连接第一N型MOS管的漏极。
在其中一个实施例中，N型MOS管驱动电路还包括第一电阻。MOSFET驱动器的INP端用于接入漏压控制信号，MOSFET驱动器的Vin端用于连接外部电源。
MOSFET驱动器的TGUP端通过第一电阻连接第一N型MOS管的栅极，MOSFET驱动器的TGDN端连接第一N型MOS管的栅极；MOSFET驱动器的TS端连接第一N型MOS管的源极。
在其中一个实施例中，还包括接地开关电路；接地开关电路的输入端连接第一N型MOS管的源极，接地开关电路的输出端接地，接地开关电路的控制端用于接入漏压控制信号。
在其中一个实施例中，接地开关电路包括第二N型MOS管；第二N型MOS管的漏极连接第一N型MOS管的源极，第二N型MOS管的源极接地，第二N型MOS管的栅极用于接入漏压控制信号。
在其中一个实施例中，还包括漏压控制电路。漏压控制电路的输入端用于连接栅极电压源，漏压控制电路的输出端连接漏压开关驱动电路的第二输入端。
在其中一个实施例中，漏压控制电路包括比较器、第二电阻、第三电阻和NPN型三极管。比较器的正相输入端用于连接栅极电压源；比较器的反相输入端用于通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地；比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接NPN型三极管的基极。NPN型三极管的集电极连接漏压控制电路的输出端，NPN型三极管的发射极接地。漏压开关驱动电路的第二输入端还用于连接正电压电源端。
或，漏压控制电路包括比较器、第二电阻、第三电阻和第三N型MOS管；比较器的正相输入端用于连接栅极电压源；比较器的反相输入端用于通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地；比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接第三N型MOS管的栅极；第三N型MOS管的漏极连接漏压控制电路的输出端，第三N型MOS管的源极接地。漏压开关驱动电路的第二输入端还用于连接正电压电源端。
或，漏压控制电路包括比较器、第二电阻和第三电阻。比较器的反相输入端用于连接栅极电压源；比较器的正相输入端用于通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地；比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接漏压控制电路的输出端。
在其中一个实施例中，还包括第一电容组、第二电容组以及第三电容组。GaN HEMT的栅极通过第一电容组接地；正电压电源端通过第二电容组接地；负电压电源端通过第三电容组接地。
在其中一个实施例中，还包括栅压产生电路；栅压产生电路的输入端用于连接栅极电压源，栅压产生电路的输出端分别连接漏压控制电路的输入端、GaN HEMT的栅极。
在其中一个实施例中，还包括漏极偏置滤波电路；第一N型MOS管的源极通过漏极偏置滤波电路接地。
另一方面，本申请实施例还提供了一种设备，包括GaN HEMT，以及如上述的GaNHEMT漏极控制电路；GaN HEMT漏极控制电路连接GaN HEMT。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
GaN HEMT漏极控制电路，包括：漏压开关驱动电路以及第一N型MOS管。漏压开关驱动电路的第一输入端用于连接外部电源，漏压开关驱动电路的第二输入端用于接入漏压控制信号；漏压开关驱动电路的第一输出端连接第一N型MOS管的栅极，漏压开关驱动电路的第二输出端连接第一N型MOS管的漏极，漏压开关驱动电路的第三输出端连接所述第一N型MOS管的源极；第一N型MOS管的源极用于连接GaN HEMT的漏极。基于上述结构，漏压开关驱动电路接收漏压控制信号，输出驱动信号给第一N型MOS管的栅极，控制第一N型MOS管漏源两极的通断；利用第一N型MOS管来控制GaN HEMT漏压的开与关，能够实现漏压开关的高速切换，同时，可降低漏极电源开关的损耗以及电路成本，提高电路的可靠性和效率。
附图说明
通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第一示意性结构图；
图2为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第二示意性结构图；
图3为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第三示意性结构图；
图4为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第四示意性结构图；
图5为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第五示意性结构图；
图6为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第六示意性结构图；
图7为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第七示意性结构图；
图8为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第八示意性结构图；
图9为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第九示意性结构图；
图10为一个实施例中设备的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“输入端”、“输出端”、“第一”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
P型MOS管的导电多子是空穴，在同等工艺、耐压、尺寸条件下，P型MOS管的导通电阻要比N型MOS管大得多，一般来说，会大一个数量级以上。比如，Infineon公司的产品中，同样100V耐压条件下，IRFP9150N P型MOS管的导通电阻典型值为0.117Ω，而IRFP9140N N型MOS管的导通电阻典型值才0.036Ω；基于此，在同等工作电流条件下，使用P型MOS管做电路的开关器件的话，损耗大幅上升，甚至可能出现热量耗散不出去的情况，需要加大P型MOS管的尺寸，从而增加成本。为此，本申请实施例采用N型MOS管来控制GaN HEMT的漏极开关。
在一个实施例中，提供了一种GaN HEMT漏极控制电路，如图1所示，图1为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第一示意性结构图，包括：漏压开关驱动电路以及第一N型MOS管。
漏压开关驱动电路的第一输入端用于连接外部电源，漏压开关驱动电路的第二输入端用于接入漏压控制信号；漏压开关驱动电路的第一输出端连接第一N型MOS管的栅极，漏压开关驱动电路的第二输出端连接第一N型MOS管的漏极，漏压开关驱动电路的第三输出端连接第一N型MOS管的源极；第一N型MOS管的源极用于连接GaN HEMT的漏极。
具体而言，外部电源连接漏压开关驱动电路的第一输入端；漏压开关驱动电路的第二输出端连接第一N型MOS管的漏极；第一N型MOS管的源极连接GaN HEMT的漏极。外部电源提供的漏极电压信号可依次通过第一输入端、第二输出端、第一N型MOS管的漏极和源极传输给GaN HEMT的漏极。
漏压开关驱动电路的第一输出端连接第一N型MOS管的栅极，第三输出端连接第一N型MOS管的源极；漏压控制信号接入漏压开关驱动电路的第二输入端。漏压开关驱动电路接收漏压控制信号，基于该漏压控制信号以及第一输出端和第三输出端，向第一N型MOS管的栅极发送对应的驱动信号，控制第一N型MOS管的导通或截断。
需要说明的是，第一N型MOS管可用于直接控制GaN HEMT漏压的开、关；可基于漏压控制信号以及漏压开关驱动电路，实现快速切换，有利于GaN HEMT在通信设备上的使用。
漏压开关驱动电路可用于驱动第一N型MOS管的导通或截断。具体地，漏压开关驱动电路接收漏压控制信号，分别输出对应的驱动信号给第一N型MOS管的栅极和源极，通过第一输出端和第三输出端来调整第一N型MOS管的栅源电压，控制第一N型MOS管漏源两极的通断。漏压开关驱动电路可主要由MOS管驱动器组成，也可由比较器、运算放大器等器件组成，还可由三极管、MOS管等开关器件组成；即，漏压开关驱动电路的具体电路结构可根据实际需求进行设计，在此不做限制。
漏压控制信号可用于控制漏压开关驱动电路的驱动信号，控制GaN HEMT漏压的开、关。具体地，漏压控制信号可为脉冲信号或连续信号等，即，漏压控制信号可基于TDD(Time Division Duplexing，时分双工)制式信号或FDD(Frequency Division Duplexing，频分双工)制式信号生成；本申请实施例提供的电路可适用于TDD系统的设备以及FDD系统的设备。
外部电源可用于提供GaN HEMT的漏极电压信号。外部电源提供的漏极电压信号经过漏压开关驱动电路和第一N型MOS管传输至GaN HEMT的漏极。
传统技术采用P型MOS管作为GaN HEMT漏极电压的开关，而本申请实施例使用第一N型MOS管替代P型MOS管，并对电路结构进行相应地改进；利用第一N型MOS管来控制GaNHEMT漏压的开与关，能够降低漏极电源开关的损耗和成本，提高电路的可靠性和效率。
在一个实施例中，如图2所示，图2为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第二示意性结构图，漏压开关驱动电路为N型MOS管驱动电路。
具体而言，针对第一N型MOS管的漏压开关器件，漏压开关驱动电路可为N型MOS管驱动电路。
需要说明的是，N型MOS管驱动电路可包括MOSFET管驱动器，开关管、比较器以及运算放大器等器件中的至少一种，基于合理的电路结构设计，可用于驱动第一N型MOS管的导通或截断。
在一个实施例中，如图2所示，N型MOS管驱动电路包括MOSFET驱动器以及采样电阻；MOSFET驱动器的SNS端通过采样电阻连接第一N型MOS管的漏极。
具体而言，采样电阻可连接在MOSFET驱动器和第一N型MOS管的漏极之间；采样电阻可用于采集流向GaN HEMT漏极的电流的大小；具体地，外部电源提供的漏极电压经过电流采样电阻后，传输至第一N型MOS管的漏极。当检测到漏极电流过大，有可能烧毁GaN HEMT时，即，超过预设门限值时，触发漏压开关驱动电路关闭输出，从而使第一N型MOS管的截断，使GaN HEMT漏压断开，实现过电流自动保护GaN HEMT器件。其中，预设门限值可根据实际需要进行设置。
在一个实施例中，如图2所示，N型MOS管驱动电路包括MOSFET驱动器以及第一电阻。MOSFET驱动器的INP端用于接入漏压控制信号，MOSFET驱动器的Vin端用于连接外部电源。
MOSFET驱动器的TGUP端通过第一电阻连接第一N型MOS管的栅极，MOSFET驱动器的TGDN端连接第一N型MOS管的栅极；MOSFET驱动器的SNS端连接第一N型MOS管的漏极；MOSFET驱动器的TS端连接第一N型MOS管的源极。
具体而言，在N型MOS管驱动电路中，MOSFET驱动器的Vin端相当于漏压开关驱动电路的第一输入端；INP端相当于漏压开关驱动电路的第二输入端，TGUP端和TGDN端相当于漏压开关驱动电路的第一输出端；SNS端相当于漏压开关驱动电路的第二输出端。其中，TGUP端通过第一电阻连接第一N型MOS管的栅极，TGDN端连接第一N型MOS管的栅极。同时，MOSFET驱动器的TS端连接第一N型MOS管的源极。
需要说明的是，漏压控制信号经INP端进入MOSFET驱动器；MOSFET驱动器基于该漏压控制信号，通过TGUP端和/或TGDN端输出驱动信号至第一N型MOS管的栅极，驱动第一N型MOS管的通断。基于INP端的电平高低，可在TGUP端和TS端之间施加相应的电压差，进而可控制第一N型MOS管的栅源电压的大小，驱动第一N型MOS管的通断。
外部电源提供的漏极电压信号经Vin端进入MOSFET驱动器，并由SNS端进入第一N型MOS管的漏极。
MOSFET驱动器的型号和规格可根据实际电源、第一N型MOS管等的参数进行选择，例如LTC7000、LTC7001、LTC7003或LTC7004等驱动器。
在一个具体的示例中，INP端的电平从低电平到高电平翻转时，可使TGUP端和TS端的电压差(即第一N型MOS管的栅源电压)为12V，使第一N型MOS管导通，外部电源提供的漏极电压信号可经MOSFET驱动器和第一N型MOS管流入GaN HEMT的漏极。
在一个实施例中，N型MOS管驱动电路还包括采样电阻和电容；SNS端包括第一SNS端和第二SNS端。第一SNS端通过采样电阻连接第一N型MOS管的漏极；第一SNS端通过电容连接第二SNS端；第二SNS端连接第一N型MOS管的漏极。
具体而言，MOSFET驱动器的SNS端包括第一SNS端和第二SNS端。采样电阻的第一端分别连接第一SNS端和电容的第一端，第二端分别连接第二SNS端、第一N型MOS管的漏极以及电容的第二端。电容的第二端连接第一SNS端。
在一个具体的示例中，当采样电阻上的压降≥30mV(预设门限值)时，第一N型MOS管立刻把TGDN端的电平拉低至TS端的电平，使第一N型MOS管的栅源电压为0V，从而使第一N型MOS管关断，GaN HEMT的漏压被断开，实现过电流的自动保护功能。
在一个实施例中，如图3所示，图3为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第三示意性结构图，还包括接地开关电路；接地开关电路的输入端连接第一N型MOS管的源极，接地开关电路的输出端接地，接地开关电路的控制端用于接入漏压控制信号。
具体而言，GaN HEMT漏极控制电路还包括接地开关电路。接地开关电路的开关通路连接在接地端和第一N型MOS管的源极之间，其控制端接入漏压控制信号；接地开关电路可基于漏压控制信号，实现接地端和第一N型MOS管的源极的导通和断开。
需要说明的是，接地开关电路的默认状态可为导通，在控制GaN HEMT漏压的关时，即，漏极控制电路处于不工作状态，GaN HEMT器件的漏极通过接地开关电路连接至地，基于此，GaN HEMT器件可免于被静电、误加电等异常情况烧毁，大幅提高GaN HEMT的抗烧毁能力，提高健壮性。而在控制GaN HEMT漏压的开时，即，漏极控制电路处于工作状态，接地开关电路可根据相应的漏压控制信号，转换成断开的状态，漏极电压信号依次经漏压开关驱动电路、第一N型MOS管，传输给GaN HEMT的漏极。具体地，接地开关电路可为三极管开关电路或MOS管开关电路，可根据实际需求进行设计，在此不做具体限制。
在一个实施例中，接地开关电路包括第二N型MOS管；第二N型MOS管的漏极连接第一N型MOS管的源极，第二N型MOS管的源极接地，第二N型MOS管的栅极用于接入漏压控制信号。
具体而言，接地开关电路可基于第二N型MOS管来实现。第二N型MOS管的源极接地，漏极连接第一N型MOS管的源极；同时，第二N型MOS管的栅极基于漏压控制信号，实现源极与漏极之间的导通或截止。在驱动第一N型MOS管饱和导通时，漏压控制信号可控制第二N型MOS管截止；在控制第一N型MOS管截止时，可驱动第二N型MOS管饱和导通。由于第二N型MOS管饱和导通的后的漏源电阻接近零欧姆，远小于GaN HEMT的栅极电阻，GaN HEMT漏极连接的电路中的储能能够瞬间放掉。
在一个实施例中，第一N型MOS管为增强型场效应管，第二N型MOS管为耗尽型场效应管。
GaN HTMT是耗尽型器件，UGS开启电压(UGS(th):Gate Threshold Voltage)为负电压，所以上电时需要先提供栅压，再进行漏压偏置；下电时需要先关断漏压，再关断栅压。当栅、漏压的上、下电先后顺序任一不满足时，GaN HEMT就存在被大电流烧毁的危险，从而导致使用GaN HEMT的无线通信设备失效。
为此，在一个实施例中，如图3所示，还包括漏压控制电路。漏压控制电路的输入端用于连接栅极电压源，漏压控制电路的输出端连接漏压开关驱动电路的第二输入端。
具体而言，GaN HEMT漏极控制电路还包括漏压控制电路；漏压控制电路的输入端连接栅极电压源，输出端连接漏压开关驱动电路的第二输入端或是MOSFET驱动器的INP端。
需要说明的是，栅极电压源用于向GaN HEMT提供栅极电压，同时，还可将栅极电压传输给漏压控制电路，以使漏压控制电路向漏压开关驱动电路发送对应的漏压控制信号，实现对GaN HEMT漏压施加时序的控制。
漏压控制电路接收栅极电压源提供的栅极电压，并基于栅极电压，向漏压开关驱动电路输出对应的漏压控制信号，控制第一N型MOS管的导通及截断。基于此，在GaN HEMT漏压加载过程中，能够实现GaN HEMT先加栅压、后加漏压的上电时序要求。
在一个实施例中，漏压控制电路包括比较器。比较器的第一输入端用于连接栅极电压源，第二输入端连接预设电源，输出端连接漏压开关驱动电路的第二输入端。
具体而言，比较器的输入端分别接入栅极电压源和预设电源，通过比较栅极电压源与预设电源的电压，可由输出端输出对应的漏压控制信号给漏压开关驱动电路。其中，预设电源的电压可根据实际需求进行设置，在此不做具体限定；具体地，可根据电路的配置参数进行设置，配置参数包括预设电源接入比较器的端口，栅极电压源的电压，以及漏压开关驱动电路的第二输入端的控制电压等。
在一个实施例中，如图4所示，图4为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第四示意性结构图，漏压控制电路包括比较器、第二电阻、第三电阻和NPN型三极管。比较器的正相输入端用于连接栅极电压源；比较器的反相输入端用于通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地；比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接NPN型三极管的基极。NPN型三极管的集电极连接漏压控制电路的输出端，NPN型三极管的发射极接地。漏压开关驱动电路的第二输入端还用于连接正电压电源端。
具体而言，漏压控制电路可主要由比较器、第二电阻、第三电阻和NPN型三极管组成。比较器的反相输入端通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地。基于负电压电源端、第二电阻和第三电阻，可设置比较器的门限值，并用于与接入正相输入端的栅极电压源信号作比较，可保证GaN HEMT在施加了栅压后才驱动漏压导通。比较器的输出端连接NPN型三极管的基极，控制NPN型三极管的通断。NPN型三极管的集电极分别连接正电压电源端、漏压控制电路的输出端，发射极接地。正电压电源端还连接漏压开关驱动电路的第二输入端或是MOSFET驱动器的INP端。
在一个具体的示例中，栅极电压源提供的电压VGS在漏压控制电路中的比较器进行比较，当VGS被设置为正常值(即，低于门限值)时，比较器输出低电平，通过NPN三极管后转换成高电平，使漏压开关驱动电路的第二输入端或MOSFET驱动器的INP端的电平实现从低电平到高电平翻转。
在一个实施例中，漏压控制电路包括比较器、第二电阻、第三电阻和第三N型MOS管；比较器的正相输入端用于连接栅极电压源；比较器的反相输入端用于通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地；比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接第三N型MOS管的栅极；第三N型MOS管的漏极连接漏压控制电路的输出端，第三N型MOS管的源极接地。漏压开关驱动电路的第二输入端还用于连接正电压电源端。
在一个实施例中，漏压控制电路包括比较器、第二电阻和第三电阻。比较器的反相输入端用于连接栅极电压源；比较器的正相输入端用于通过第二电阻连接负电压电源端，且通过第三电阻接地；比较器的正电源端用于连接正电压电源端，比较器的负电源端用于连接负电压电源端；比较器的输出端连接漏压控制电路的输出端。
具体而言，栅极电压源提供的电压VGS也可接入比较器的反相输入端，则，门限值VTH连接比较器的正相输入端。此时，无需NPN型三极管，比较器的输出端分别连接正电压电源端、漏压开关驱动电路的第二输入端。需要说明的是，漏压控制电路还可由比较器、开关管等器件组成，在此不做限制。
在一个实施例中，如图5所示，图5为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第五示意性结构图，还包括第一电容组、第二电容组以及第三电容组。GaN HEMT的栅极通过第一电容组组接地；正电压电源端通过第二电容组接地；负电压电源端通过第三电容组接地。
具体而言，在连接GaN HEMT的栅极处、正电压电源端以及负电压电源端相应设置合适的接地电容组；各电容组可用于储能，在漏极电压值掉至0V时，给GaN HEMT的栅极提供电压的各电路仍正常工作，维持供给GaN HEMT正常栅压值，从而实现先下漏压、后下栅压的下电时序。
需要说明的是，第一电容组用于GaN HEMT的栅极的储能；第二电容组用于正电压电源端的储能；第三电容组用于负电压电源端的储能。电容组的具体设计以及电容容值的选择可根据实际电路的需求来确定。处于栅极电压电路的电容组的放电常数源大于GaNHEMT漏极电路中电容的放电常数，可使GaN HEMT的栅压在漏压完全掉电前仍可保持正常工作，实现GaN HEMT先关漏压、后关栅压的掉电时序要求。第一电容组还可与外围电路组成栅压偏置滤波电路，该栅压偏置滤波电路可连接在栅极电压源与GaN HEMT的栅极之间。
在一个实施例中，如图5所示，还包括栅压产生电路；栅压产生电路的输入端用于连接栅极电压源，栅压产生电路的输出端分别连接漏压控制电路的输入端、GaN HEMT的栅极。
具体而言，GaN HEMT漏极控制电路还可包括栅压产生电路。栅压产生电路的输入端连接栅极电压源，输出端分别连接漏压控制电路的输入端、GaN HEMT的栅极。
需要说明的是，栅压产生电路可用于接入外部电源，即，提供栅极电压源的电源；栅压产生电路基于外部电源信号，对信号进行调整、转换，输出合适的GaN HEMT栅极电压。目前，市面主流GaN HEMT的正常工作栅压基本大于-5V；栅压产生电路可用于将栅极电压源转换为GaN HEMT需要的栅压，并传输给GaN HEMT的栅极。
在一个实施例中，栅压产生电路为反相电路、栅压温补电路、减法电路或模数转换电路。
具体而言，栅压产生电路形式实现多样，比如可以通过数模转换电路、反相电路或减法电路来实现。通过使用热敏电路、或晶体管等温度敏感器件，还可以构成栅压温补电路。
在一个实施例中，如图5所示，还包括漏极偏置滤波电路；第一N型MOS管的源极通过漏极偏置滤波电路接地。
具体而言，GaN HEMT漏极控制电路还可包括漏极偏置滤波电路；第一N型MOS管的源极和GaN HEMT的漏极均可通过漏极偏置滤波电路接地。漏极偏置滤波电路可由电容组等组成，主要用于滤波。
在一个实施例中，如图6所示，图6为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第六示意性结构图，GaN HEMT漏极控制电路还可包括输入滤波电路、正电压电源电路以及负电压电源电路。输入滤波电路的输入端用于连接外部电源，输入滤波电路的输出端连接正电压电源电路的输入端；正电压电源电路的输出端分别连接正电压电源端以及负电压电源电路的输入端；负电压电源电路的输出端连接负电压电源端。
具体而言，GaN HEMT漏极控制电路还可包括输入滤波电路、正电压电源电路以及负电压电源电路。输入滤波电路的输入端连接外部电源，输出端连接正电压电源电路的输入端，可为正电压电源电路供电。正电压电源电路的输出端分别连接正电压电源端以及负电压电源电路的输入端，可为正电压电源端以及负电压电源电路供电。负电压电源电路的输出端连接负电压电源端，可为负电压电源端供电。
在一个实施例中，如图6所示，GaN HEMT的工作电压一般为+48V或28V；栅压产生电路、漏压控制电路、负电压电源电路很多时候是工作于+5V或+3.3V等更低电压，所以，外部电源VEXT通过输入电源滤波电路后，一路输出至正电压电源电路、负电压电源电路分别生成低正电压V+，负电压V-供内部电路使用。
栅压产生电路输出正常栅压供给GaN HEMT后，触发漏压控制电路控制漏压开关驱动电路，使漏压开关(即，第一N型MOS管)导通，从而外部电源VEXT依次经过输入电源滤波电路、漏压开关驱动电路、第一N型MOS管以及漏极偏置滤波电路加载至GaN HEMT。
由于栅压产生电路的工作电源可来自外部电源VEXT(亦是GaN HEMT漏极工作电源VDD)，且电压值远小于VEXT电压值；在栅压产生电路电源处放置合适的电容储能，即可实现在VDD电压值掉至0V时，栅压产生电路仍正常工作，维持供给GaN HEMT正常栅压值，从而实现先下漏压、后下栅压的下电时序。
GaN HEMT加载上漏压偏置后，当漏压开关驱动电路检测到漏极电流过大，有可能烧毁GaN HEMT时(即，超过预设门限值时)，触发漏压开关驱动电路关闭输出，从而使第一N型MOS管截断，GaN HEMT的漏压断开，实现过电流自动保护GaN HEMT器件。
在一个实施例中，如图7所示，图7为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第七示意性结构图，正电压电源电路包括电源转换芯片U2；漏压开关驱动电路包括MOSFET驱动器U3；第一N型MOS管为U4，采样电阻为Rsense；漏压控制电路包括比较器U5以及NPN三极管K2；负电压电源电路包括电源转换芯片U6；栅压产生电路包括反相放大器U7。
外部电源VEXT经过电解电容、陶瓷电容滤波后，一路连接至U2，产生+5V的正电压V+；+5V输出连接至U6，产生-5V的负电压V-。外部电源VEXT经过输入电源滤波电路后，另一路连接至U3，经过Rsense电流采样电阻后，连接至U4的漏极。当采样电阻Rsense上的压降≥30mV时，U4立刻把TGDN端电平拉低至TS端电平，使漏压开关U4的栅源电压为0V，从而使U4关断，GaN HEMT漏压被断开，实现过电流的自动保护功能。
外部输入的正压Vgs栅压通过U7构成的反相放大器转换为负压VGS后，直接通过栅极偏置滤波电路送至GaN HEMT。同时，VGS与U5构成的比较器比较，当VGS被设置为正常值(即低于门限值)时，比较器输出低电平，通过K2后转换成高电平，使U3的INP端的电平实现从低电平到高电平翻转，从而让U3的TGUP端和TS端的电压差(即U4的栅源电压)为12V，使U4导通，给GaN HEMT加载上漏压，实现GaN HEMT先加栅压、后加漏压的加电时序要求。应该注意的是，VGS也可连接至U5的反相端，门限值VTH连接同相端。此时，只需把K2去掉，U5比较器输出端直接连U3的INP端即可。
选择合适的C11、C16、C18、C23，使这些电容所在电路的放电常数远大于漏极偏置滤波电路中电容的放电常数，实现栅压产生电路在漏压完全掉电前仍可保持正常工作，从而达到GaN HEMT先关漏压、后关栅压的掉电时序要求。
在一个实施例中，如图8所示，图8为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第八示意性结构图，GaN HEMT电压一般为+48V或28V，栅压产生电路、漏压控制电路、负电压电源电路的工作电压常为+5V或+3.3V等更低电压。外部电源VEXT通过输入电源滤波电路后，一路输出至正电压电源电路、负电压电源电路分别生成低正电压V+，负电压V-供内部电路使用。
漏压开关电路可由两个NMOS管组成，其中NMOS管1(即第一N型MOS管)的漏极连接至输入电源滤波电路，源极连接至漏极偏置滤波电路，栅极连接至漏压开关驱动电路；NMOS管2(即第二N型MOS管)的漏极与NMOS管1源极相连，源极接地，栅极连接至漏压控制电路。优选地，NMOS管1选用是增强型场效应管，NMOS管2选用耗尽型场效应管。基于此，电路在不工作状态时，GaN HEMT漏极也可通过NMOS管2连接至地，从而使GaN HEMT可以免于被静电、误加电等异常情况烧毁，大幅提高GaN HEMT的抗烧毁能力，提高健壮性。
当上电时，栅压产生电路输出正常栅压时，漏压控制电路使漏压开关电路中的NMOS管2截止，同时触发漏压开关驱动电路，使漏压开关电路中的NMOS管1饱和导通。外部电源VEXT经过输入电源滤波电路、过电流保护电流、漏压开关电路NMOS管1、漏极偏置滤波电路加载至GaN HEMT，实现先加载栅压、后加载漏压的上电顺序。
当下电时，一旦栅压产生电路输出栅压大于正常栅压值，则漏压控制电路使漏压开关驱动电路关闭输出，使漏压开关电路中的NMOS管1截止，使外部电源VEXT与VDD节点间连接断开。同时，漏压控制电路使漏压开关电路中的NMOS管2饱和导通。由于NMOS管2饱和导通的后的漏源电阻接近零欧姆，远小于GaN HEMT的栅极电阻，漏极偏置滤波电路中的电容或电感储能能够瞬间放掉，也就是在GaN HEMT栅极电压刚大于正常电压时，GaN HEMT漏极已连接至地，漏极放电完毕。从而实现先下漏压、后下栅压的下电时序。
GaN HEMT加载上漏压偏置，当过电流保护电路检测到漏极电流过大，有可能烧毁GaN HEMT时，也即超过预设门限值时，触发漏压开关驱动电路关闭输出，使漏压开关电路中的NMOS管1由饱和导通转为截止，从而使GaN HEMT漏压断开，实现过电流自动保护GaN HEMT器件。
在一个实施例中，如图9所示，图9为一个实施例中GaN HEMT漏极控制电路的第九示意性结构图，正电压电源电路包括电源转换芯片U2；漏压开关驱动电路包括MOSFET驱动器U3；第一N型MOS管为Q1，第二N型MOS管为Q2，采样电阻为Rsense；漏压控制电路包括比较器U5以及第三N型MOS管Q3；负电压电源电路包括电源转换芯片U6；栅压产生电路包括反相放大器U7。
外部电源VEXT经过电解电容、陶瓷电容滤波后，一路连接至U2产生+5V的V+正电压，U2的+5V电压输出至U6产生-5V的V-负电压。外部电源VEXT经过输入电源滤波电路后，另一路连接至U3，经过Rsense电流取样电阻后，连接至Q1NMOS管漏极。当采样电阻Rsense上的压降≥30mV时，Q1立刻把TDGN管脚电平拉低至TS管脚电平，使漏压开关Q1NMOS管1的栅源电压为0V，从而使Q1NMOS管1截止，GaN HEMT漏压被断开，实现过电流的自动保护功能。
外部输入的正压Vgs栅压通过U7构成的反相放大器转换为负压VGS后，直接通过栅极偏置网络送至GaN HEMT。同时VGS与U5构成的比较器比较，当VGS被设置为正常值(也即低于门限值VTH)时，比较器输出低电平，通过Q3NMOS管后转换成高电平，使U3INP管脚电平实现从低电平到高电平翻转，从而让U3TGUP、TS管脚电压差(也即Q1的栅源电压)为12V，使Q1NMOS管饱和导通；由于U5构成的比较器输出的低电平是负压V-，此时Q2NMOS管为截止状态，从而GaN HEMT漏压加载上，实现GaN HEMT先加栅压、后加漏压的加电时序要求。
当下电或异常断电时，若栅压产生电路仍输出正常栅压，则漏压开关电路仍维持Q1NMOS管1饱和导通、Q2NMOS管2截止状态。一旦栅压产生电路输出栅压高于正常栅压，U5构成的比较器迅速输出高电平，Q3NMOS管响应饱和导通，使U3INP管脚电平从高电平跳转至低电平，U3TGUP管脚电路别下拉至TS管脚电压差，也即Q1的栅源电压为0V，Q1NMOS管迅速截止。U5构成的比较器的高电平输出使Q2NMOS管饱和导通。Q2导通后的低漏源电阻能够使漏极偏置滤波电路中的C19、C20、C21、C22电容迅速放电。由于漏极偏置滤波电路中的电容的放电常数，远大于由GaN HEMT的栅极偏置滤波电路中C23、C24电容组成的RC网络的放电常数，所以在GaN HEMT漏极电平变为零之前，GaN HEMT栅极仍有负压供给。从而实现GaN HEMT先关漏压、后关栅压的掉电时序要求。
本申请实施例利用NMOS管来控制GaN HEMT漏压的开、关，可实现漏压开关的高速切换，同时，降低漏极电源开关的损耗以及电路成本，提高电路的可靠性和效率。
进一步地，基于采样电阻，可监测漏极电流大小，当漏极电流过大，达到有可能损害GaN HMET器件时，自动切断漏极供电，从而达到保护GaN HEMT的目的，提高GaN HEMT的使用可靠性。并且，还提供上、掉电时序自动控制的功能；在GaN HEMT上电时，先加载栅压，后加载漏压；在GaN HEMT下电时，先断开漏压，后断开栅压。
另一方面，本申请实施例还提供了一种设备，如图10所示，图10为一个实施例中设备的结构示意图，包括GaN HEMT，以及如上述的GaN HEMT漏极控制电路；GaN HEMT漏极控制电路连接GaN HEMT。
具体而言，设备包括GaN HEMT，以及用于连接GaN HEMT的GaN HEMT漏极控制电路。
本申请实施例使用NMOS管来实现GaN HEMT漏极电源的关断，从而降低GaN HEMT偏置电路的损耗、成本。同时，本申请实施例包含过电流自动保护的功能，在过电流时自动断开GaN HEMT的漏压偏置，实现过电流自动保护GaN HEMT，能够大幅提高使用GaN HEMT的产品可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，包括：漏压开关驱动电路以及第一N型MOS管；
所述漏压开关驱动电路的第一输入端用于连接外部电源，所述漏压开关驱动电路的第二输入端用于接入漏压控制信号；所述漏压开关驱动电路的第一输出端连接所述第一N型MOS管的栅极，所述漏压开关驱动电路的第二输出端连接所述第一N型MOS管的漏极，所述漏压开关驱动电路的第三输出端连接所述第一N型MOS管的源极；
所述第一N型MOS管的源极用于连接GaN HEMT的漏极。
2.根据权利要求1所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，所述漏压开关驱动电路为N型MOS管驱动电路。
3.根据权利要求2所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，所述N型MOS管驱动电路包括MOSFET驱动器以及采样电阻；
所述MOSFET驱动器的SNS端通过所述采样电阻连接所述第一N型MOS管的漏极。
4.根据权利要求3所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，所述N型MOS管驱动电路还包括第一电阻；
所述MOSFET驱动器的INP端用于接入所述漏压控制信号，所述MOSFET驱动器的Vin端用于连接外部电源；
所述MOSFET驱动器的TGUP端通过所述第一电阻连接所述第一N型MOS管的栅极，所述MOSFET驱动器的TGDN端连接所述第一N型MOS管的栅极；所述MOSFET驱动器的TS端连接所述第一N型MOS管的源极。
5.根据权利要求1所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，还包括接地开关电路；
所述接地开关电路的输入端连接所述第一N型MOS管的源极，所述接地开关电路的输出端接地，所述接地开关电路的控制端用于接入所述漏压控制信号。
6.根据权利要求5所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，所述接地开关电路包括第二N型MOS管；
所述第二N型MOS管的漏极连接所述第一N型MOS管的源极，所述第二N型MOS管的源极接地，所述第二N型MOS管的栅极用于接入所述漏压控制信号。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，还包括漏压控制电路；
所述漏压控制电路的输入端用于连接栅极电压源，所述漏压控制电路的输出端连接所述漏压开关驱动电路的第二输入端。
8.根据权利要求7所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，所述漏压控制电路包括比较器、第二电阻、第三电阻和NPN型三极管；所述比较器的正相输入端用于连接所述栅极电压源；所述比较器的反相输入端用于通过所述第二电阻连接负电压电源端，且通过所述第三电阻接地；所述比较器的正电源端用于连接所述正电压电源端，所述比较器的负电源端用于连接所述负电压电源端；所述比较器的输出端连接所述NPN型三极管的基极；所述NPN型三极管的集电极连接所述漏压控制电路的输出端，所述NPN型三极管的发射极接地；所述漏压开关驱动电路的第二输入端还用于连接正电压电源端；
或，所述漏压控制电路包括比较器、第二电阻、第三电阻和第三N型MOS管；所述比较器的正相输入端用于连接所述栅极电压源；所述比较器的反相输入端用于通过所述第二电阻连接负电压电源端，且通过所述第三电阻接地；所述比较器的正电源端用于连接所述正电压电源端，所述比较器的负电源端用于连接所述负电压电源端；所述比较器的输出端连接所述第三N型MOS管的栅极；所述第三N型MOS管的漏极连接所述漏压控制电路的输出端，所述第三N型MOS管的源极接地；所述漏压开关驱动电路的第二输入端还用于连接正电压电源端；
或，漏压控制电路包括比较器、第二电阻和第三电阻；所述比较器的反相输入端用于连接所述栅极电压源；所述比较器的正相输入端用于通过所述第二电阻连接负电压电源端，且通过所述第三电阻接地；所述比较器的正电源端用于连接所述正电压电源端，所述比较器的负电源端用于连接所述负电压电源端；所述比较器的输出端连接所述漏压控制电路的输出端。
9.根据权利要求8所述的GaN HEMT漏极控制电路，其特征在于，还包括第一电容组、第二电容组、第三电容组、栅压产生电路以及漏极偏置滤波电路；
所述GaN HEMT的栅极通过所述第一电容组接地；所述正电压电源端通过所述第二电容组接地；所述负电压电源端通过所述第三电容组接地；所述栅压产生电路的输入端用于连接所述栅极电压源，所述栅压产生电路的输出端分别连接所述漏压控制电路的输入端、所述GaN HEMT的栅极；所述第一N型MOS管的源极通过所述漏极偏置滤波电路接地。
10.一种设备，其特征在于，包括GaN HEMT，以及如权利要求1至9任意一项所述的GaNHEMT漏极控制电路；
所述GaN HEMT漏极控制电路连接所述GaN HEMT。
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