CN113708749B - 一种GaN兼容驱动电路 - Google Patents

一种GaN兼容驱动电路 Download PDF

Info

Publication number
CN113708749B
CN113708749B CN202111156912.4A CN202111156912A CN113708749B CN 113708749 B CN113708749 B CN 113708749B CN 202111156912 A CN202111156912 A CN 202111156912A CN 113708749 B CN113708749 B CN 113708749B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
driving
gan
unit
resistor
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.)
Active
Application number
CN202111156912.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113708749A (zh
Inventor
林家飞
薄文钊
尹位扬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Huahaode Electronics Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Huahaode Electronics Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Huahaode Electronics Co ltd filed Critical Shenzhen Huahaode Electronics Co ltd
Priority to CN202111156912.4A priority Critical patent/CN113708749B/zh
Publication of CN113708749A publication Critical patent/CN113708749A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113708749B publication Critical patent/CN113708749B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本申请公开了一种GaN兼容驱动电路，属于半导体器件技术领域，包括驱动芯片IC、MOS驱动模块和GaN驱动兼容模块，驱动芯片IC的驱动端与MOS驱动模块的输入端相连，GaN驱动兼容模块包括限压单元，加速单元和分压单元，所述限压单元的输入端和MOS驱动模块的输出端连接，限压单元的输出端和分压单元的输入端、N型场效应管的栅极连接，所述分压单元的输出端和N型场效应管的源极、驱动芯片IC连接，所述加速单元和限压单元并联。本申请具有可兼容驱动GaN和硅基MOSFET的效果。

Description

一种GaN兼容驱动电路
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，尤其是涉及一种GaN兼容驱动电路。
背景技术
氮化镓（GaN）功率器件在高开关速度和高功率密度应用场合得到了快速发展，GaN比传统的硅基MOSFET有更低的开通电阻和栅极电荷，尤其是工作在高开关频率下，在串联结构的GaN器件中应用，促使它的驱动性能要求更苛刻，传统的驱动MOSFET的线路已不能驱动没有集成驱动的GaN器件，为了解决这个问题，目前常用的是采用专用的GaN驱动芯片或采用内部集成有驱动模块的GaN功率器件来适应市面流通的传统芯片驱动电平，传统芯片应用受到限制。
发明内容
为了能兼容驱动氮化镓和硅基MOSFET，本申请提供一种GaN兼容驱动电路。
本申请提供的一种GaN兼容驱动电路，采用如下的技术方案：
一种GaN兼容驱动电路，包括驱动芯片IC、MOS驱动模块和GaN驱动兼容模块，驱动芯片IC的驱动端与MOS驱动模块的输入端相连，GaN驱动兼容模块包括限压单元，加速单元和分压单元，所述限压单元的输入端和MOS驱动模块的输出端连接，限压单元的输出端和分压单元的输入端、N型场效应管的栅极连接，所述分压单元的输出端和N型场效应管的源极、驱动芯片IC连接，所述加速单元和限压单元并联。
通过采用上述技术方案，驱动芯片IC的驱动端输出高电平时，即驱动电压，驱动电压经过MOS驱动模块、限压单元和分压单元，使驱动电压下降到适合GaN的驱动电压，而硅基MOSFET的驱动电压的范围较大，下降后的驱动电压依然能驱动硅基MOSFET，进而使传统芯片能兼容驱动GaN和硅基MOSFET。同时，加速单元能加快GaN或硅基MOSFET的启动。
优选的，所述限压单元采用限压电阻，所述分压单元采用分压电阻，其中，驱动芯片IC的驱动端输出高电平时的电压为Vg，则：
Vg=（1+Rc/Rg）×（6~7）
式中：Rc为限压单元的总电阻，Rg为分压单元的总电阻。
通过采用上述技术方案，得到合理的Rc/Rg的比值范围，使驱动电平能更稳定、更合适地驱动GaN。
优选的，所述Rc的阻值采用5.1kΩ-7.5kΩ，所述Rg的阻值采用10kΩ。
通过采用上述技术方案，Rc的阻值为5.1kΩ-7.5kΩ，Rg的阻值为10kΩ，驱动芯片IC输出合适的电压和电流驱动GaN，同时，GaN的开关速度更快，损耗更少，以及可减少电磁辐射。
优选的，所述加速单元采用加速电容Cb。
通过采用上述技术方案，驱动芯片IC的驱动端输出高电平时，给加速电容Cb充电，加速电容Cb所在的电路有电流，且刚开始充电的电流较大，阻碍小，使GaN能加速导通；驱动芯片IC的驱动端输出低电平时，加速电容Cb放电，在GaN的栅极形成负压，使GaN能加速截止，并且减少关断后误开通的情况。
优选的，所述加速单元的电容容量采用330pF-1nF。
通过采用上述技术方案，加速单元的电容容量为330pF-1nF，使加速单元有良好的响应速度，GaN的开关速度更快，以及能提供可靠的负压，提高驱动的可靠性。
优选的，所述GaN驱动兼容模块还包括稳压管ZD，所述稳压管ZD的阴极和限压单元的输出端、分压单元的输入端、N型场效应管的栅极连接，稳压管ZD的阳极和分压单元的输出端、N型场效应管的源极连接。
通过采用上述技术方案，稳压管ZD可对电压进行钳位，使GaN栅极的电压稳定，在分压单元出现损坏时，依然能驱动GaN，进一步提高电压的稳定性，起到双重保险的作用。
优选的，所述稳压管ZD的稳压值为6.2V。
通过采用上述技术方案，使驱动电平能更稳定、更合适地驱动GaN。
优选的，所述MOS驱动模块包括第一电阻Ra、二极管D1和第二电阻Rb，所述第一电阻Ra的一端和驱动芯片IC的驱动端连接，第一电阻Ra的另一端和二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极和限压单元的输入端、加速单元连接，所述第二电阻Rb的一端和第一电阻Ra、驱动芯片IC的驱动端连接，第二电阻Rb的另一端和二极管D1的阳极、限压单元的输入端、加速单元连接。
通过采用上述技术方案，第二电阻Rb为驱动电阻，第一电阻Ra、二极管D1起到防静电作用，减少静电对场效应管的影响。
优选的，所述第一电阻Ra的阻值采用200Ω-510Ω，所述第二电阻Rb的阻值采用5Ω-33Ω。
通过采用上述技术方案，第一电阻Ra的阻值为200Ω-510Ω，第二电阻Rb的为采用5Ω-33Ω，使GaN的开关速度更快，损耗更少，以及可减少电磁辐射。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.实现了GaN和硅基MOSFET驱动的结合兼容，采用常规基础的元件实现了传统芯片也能驱动GaN的实际应用，方便硅基MOSFET与GaN间的兼容替代使用；
2.不需要专用的GaN驱动芯片，避免受到GaN驱动芯片的限制，更加灵活，产品迭代便利竞争力强，可靠性高，器件选型简单，成本低廉。
附图说明
图1是本申请实施例1中一种GaN兼容驱动电路的电路图；
图2是本申请实施例2中一种GaN兼容驱动电路的电路图；
图3是本申请实施例3中一种GaN兼容驱动电路的电路图。
附图标记说明：
1、MOS驱动模块；2、GaN驱动兼容模块；21、限压单元；22、加速单元；23、分压单元。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
GaN器件的栅极驱动电压范围非常窄，一般可持续工作的电压幅值范围是-4V/+7V,推荐的驱动电压幅值在5.5V-6.5V左右，而硅基MOSFET工作电压远超20V。一般芯片是有MOS管的门电路，该门电路也是限制在10V左右的驱动电压幅值，故，传统芯片的驱动电平一般为10V左右，这促使驱动GaN线路要优先考虑工作电压范围，同时也要考虑开关速度。其中，GaN和硅基MOSFET驱动电平差异如下表：
器件类型 驱动类型 Vth开启电压 驱动电压幅值
Si mosfet 电压型 2V-4V 5V-20V
GaN 电压型 1V-2V 6V
本申请实施例公开一种GaN兼容驱动电路。
实施例1
参照图1，GaN兼容驱动电路包括驱动芯片IC、MOS驱动模块1和GaN驱动兼容模块2，驱动芯片IC的驱动端与MOS驱动模块1的输入端相连，GaN驱动兼容模块2包括限压单元21，加速单元22和分压单元23，限压单元21的输入端和MOS驱动模块1的输出端连接，限压单元21的输出端和分压单元23的输入端、N型场效应管的栅极连接，分压单元23的输出端和N型场效应管的源极、驱动芯片IC连接，加速单元22和限压单元21并联。
在本实施例中，MOS驱动模块1包括第一电阻Ra、二极管D1和第二电阻Rb，第一电阻Ra的一端和驱动芯片IC的驱动端连接，第一电阻Ra的另一端和二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极和限压单元21的输入端、加速单元22连接，所述第二电阻Rb的一端和第一电阻Ra、驱动芯片IC的驱动端连接，第二电阻Rb的另一端和二极管D1的阳极、限压单元21的输入端、加速单元22连接。
为了提高场效应管的开关速度，以及减少损耗，在本实施例中，第一电阻Ra的阻值采用200Ω，第二电阻Rb的阻值采用5Ω。在其他一些实施例中，第一电阻Ra的阻值也可以采用510Ω，第二电阻Rb的阻值也可以采用33Ω。
在本实施例中，限压单元21采用限压电阻，分压单元23采用分压电阻，其中，驱动芯片IC的驱动端输出高电平时的电压为Vg，则：
Vg=（1+Rc/Rg）×（6~7）
式中：Rc为限压单元21的总电阻，Rg为分压单元23的总电阻。
在本实施例中，限压电阻的数量为一个，限压电阻的一端和第二电阻Rb、二极管D1的阳极连接，限压电阻的另一端和N型场效应管的栅极连接，限压电阻的阻值采用5.1kΩ。分压电阻的数量为一个，分压电阻的一端和限压电阻、N型场效应管的栅极连接，分压电阻的另一端和限压电阻、N型场效应管的源极、驱动芯片IC连接，分压电阻的阻值采用10kΩ。在其他一些实施例中，限压电阻的阻值可以采用7.5kΩ，分压电阻的阻值采用10kΩ；限压电阻的阻值还可以采用10kΩ，分压电阻的阻值还可以采用19.6kΩ。
为了提高场效应管的开关速度，以及提供可靠的负压，在本实施例中，加速单元22采用加速电容Cb，加速电容Cb的数量为一个，加速电容Cb和限压电阻并联，加速电容Cb的容量采用330pF。在其他一些实施例中，加速电容Cb的容量也可以采用1nF。
驱动芯片IC的驱动端输出高电平时，给加速电容Cb充电，加速电容Cb所在的电路有电流，且刚开始充电的电流较大，阻碍小，使GaN能加速导通；驱动芯片IC的驱动端输出低电平时，加速电容Cb放电，在GaN的栅极形成负压，使GaN能加速截止。
为了提高电压的稳定性，在本实施例中，GaN驱动兼容模块2还可以包括稳压管ZD，稳压管ZD的阴极和限压单元21的输出端、分压单元23的输入端、N型场效应管的栅极连接，稳压管ZD的阳极和分压单元23的输出端、N型场效应管的源极连接。其中，稳压管ZD的稳压值为6.2V。
稳压管ZD可对电压进行钳位，使场效应管栅极的电压稳定，在分压单元23出现损坏时，驱动芯片IC依然能驱动GaN。
实施例1的实施原理为：以GaN为例：驱动芯片IC的驱动端（即图中芯片IC的Driver端）输出高电平时，以驱动GaN开通，其中一驱动电流的路径从Rb→Cb//Rc→Rg//ZD→R0→GND，加速电容Cb充电，GaN的栅极获得电压6.2V驱动电压导通。
驱动芯片IC的驱动端变为低电平时，加速电容Cb放电，驱动电流的路径从Cb→D1→Ra→Driver→GND→R0→ZD，在GaN的栅极形成持续负压，GaN关断。
硅基MOSFET的栅极驱动电压范围较大，一般为5V-20V左右，故，6.2V的驱动电压也能驱动硅基MOSFET，使驱动芯片IC能兼容驱动硅基MOSFET和GaN。
实施例2
参照图2，本实施例与实施例1的不同之处在于，限压电阻的数量为多个，多个限压电阻串联或并联。
实施例3
参照图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，加速电容Cb的数量为多个，多个加速电容Cb并联。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种GaN兼容驱动电路，其特征在于：包括驱动芯片IC、MOS驱动模块(1)和GaN驱动兼容模块(2)，驱动芯片IC的驱动端与MOS驱动模块(1)的输入端相连，GaN驱动兼容模块(2)包括限压单元(21)，加速单元(22)和分压单元(23)，所述限压单元(21)的输入端和MOS驱动模块(1)的输出端连接，限压单元(21)的输出端和分压单元(23)的输入端、N型场效应管的栅极连接，所述分压单元(23)的输出端和N型场效应管的源极、驱动芯片IC连接，所述加速单元(22)和限压单元(21)并联，所述GaN驱动兼容模块(2)还包括稳压管ZD，所述稳压管ZD的阴极和限压单元(21)的输出端、分压单元(23)的输入端、N型场效应管的栅极连接，稳压管ZD的阳极和分压单元(23)的输出端、N型场效应管的源极连接，所述稳压管ZD的稳压值为6.2V，所述MOS驱动模块(1)包括第一电阻Ra、二极管D1和第二电阻Rb，所述第一电阻Ra的一端和驱动芯片IC的驱动端连接，第一电阻Ra的另一端和二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极和限压单元(21)的输入端、加速单元(22)连接，所述第二电阻Rb的一端和第一电阻Ra、驱动芯片IC的驱动端连接，第二电阻Rb的另一端和二极管D1的阳极、限压单元(21)的输入端、加速单元(22)连接。
2.根据权利要求1所述的GaN兼容驱动电路，其特征在于：所述限压单元(21)采用限压电阻，所述分压单元(23)采用分压电阻，其中，驱动芯片IC的驱动端输出高电平时的电压为Vg，则：
Vg=（1+Rc/Rg）×（6~7）
式中：Rc为限压单元(21)的总电阻，Rg为分压单元(23)的总电阻。
3.根据权利要求2所述的GaN兼容驱动电路，其特征在于：所述Rc的阻值采用5.1kΩ-7.5kΩ，所述Rg的阻值采用10kΩ。
4.根据权利要求1所述的GaN兼容驱动电路，其特征在于：所述加速单元(22)采用加速电容Cb。
5.根据权利要求4所述的GaN兼容驱动电路，其特征在于：所述加速单元(22)的电容容量采用330pF-1nF。
6.根据权利要求1所述的GaN兼容驱动电路，其特征在于：所述第一电阻Ra的阻值采用200Ω-510Ω，所述第二电阻Rb的阻值采用5Ω-33Ω。
CN202111156912.4A 2021-09-30 2021-09-30 一种GaN兼容驱动电路 Active CN113708749B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111156912.4A CN113708749B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种GaN兼容驱动电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111156912.4A CN113708749B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种GaN兼容驱动电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113708749A CN113708749A (zh) 2021-11-26
CN113708749B true CN113708749B (zh) 2023-08-29

Family

ID=78662541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111156912.4A Active CN113708749B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种GaN兼容驱动电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113708749B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531675A (zh) * 2020-12-10 2021-03-19 基合半导体（宁波）有限公司 驱动芯片及驱动系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5672988A (en) * 1994-04-15 1997-09-30 Linear Technology Corporation High-speed switching regulator drive circuit
CN104617752A (zh) * 2015-02-10 2015-05-13 广州金升阳科技有限公司 氮化镓晶体管的驱动方法、电路及应用其电路的反激变换器
CN107645290A (zh) * 2016-07-22 2018-01-30 得能创科有限公司 一种双电容正回输交互加速器、驱动电路及多级加速器
CN108809061A (zh) * 2018-06-15 2018-11-13 电子科技大学 适用于高速GaN功率器件栅驱动的开关MOS自举充电电路
CN210380807U (zh) * 2019-08-28 2020-04-21 杭州之山智控技术有限公司 兼容5-24v的脉冲接收电路
CN111404529A (zh) * 2020-04-03 2020-07-10 电子科技大学 一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路
CN112425053A (zh) * 2018-07-18 2021-02-26 宜普电源转换公司 具有集成的总线升压电路的电流脉冲发生器
CN112803784A (zh) * 2021-02-25 2021-05-14 扬州江新电子有限公司 基于GaNHEMT器件的自激驱动与功率变换电路
CN113381743A (zh) * 2021-07-23 2021-09-10 成都氮矽科技有限公司 驱动保护电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUA20161824A1 (it) * 2016-03-18 2017-09-18 Eggtronic S R L Circuito e metodo per pilotare carichi elettrici

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5672988A (en) * 1994-04-15 1997-09-30 Linear Technology Corporation High-speed switching regulator drive circuit
CN104617752A (zh) * 2015-02-10 2015-05-13 广州金升阳科技有限公司 氮化镓晶体管的驱动方法、电路及应用其电路的反激变换器
CN107645290A (zh) * 2016-07-22 2018-01-30 得能创科有限公司 一种双电容正回输交互加速器、驱动电路及多级加速器
CN108809061A (zh) * 2018-06-15 2018-11-13 电子科技大学 适用于高速GaN功率器件栅驱动的开关MOS自举充电电路
CN112425053A (zh) * 2018-07-18 2021-02-26 宜普电源转换公司 具有集成的总线升压电路的电流脉冲发生器
CN210380807U (zh) * 2019-08-28 2020-04-21 杭州之山智控技术有限公司 兼容5-24v的脉冲接收电路
CN111404529A (zh) * 2020-04-03 2020-07-10 电子科技大学 一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路
CN112803784A (zh) * 2021-02-25 2021-05-14 扬州江新电子有限公司 基于GaNHEMT器件的自激驱动与功率变换电路
CN113381743A (zh) * 2021-07-23 2021-09-10 成都氮矽科技有限公司 驱动保护电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Performance comparison of cascode GaN HEMT and Si MOSFET based inverter for motor drive applications;Jennifer Lautner等;《2017 IEEE 12th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS)》;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113708749A (zh) 2021-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108539964B (zh) 功率开关管的驱动电路及其装置
US10340906B2 (en) Integrated bootstrap high-voltage driver chip and technological structure thereof
CN101325364B (zh) 用于电压驱动电子元件的驱动电路
US9595954B2 (en) Method and circuit for recharging a bootstrap capacitor using a transfer capacitor
CN101895281A (zh) 一种开关电源的新型mos管驱动电路
CN113708749B (zh) 一种GaN兼容驱动电路
CN109980905A (zh) 碳化硅场效应管的串扰抑制电路、驱动电路及桥式变换器
CN107547070B (zh) 采用有源泄放技术的pmos管驱动电路及其设计方法
CN107395183B (zh) 一种脉冲大电流点火开关电路
CN108667444A (zh) 一种碳化硅mosfet驱动电路
CN219919227U (zh) 有源整流电路、led驱动器和led照明设备
CN112821751A (zh) 一种电源管理芯片自适应升压方法、系统及电路
CN102307002A (zh) 一种带负压关断的功率开关管的驱动电路
CN216016708U (zh) 智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备
CN104519645B (zh) 一种基于pwm调光的导光板驱动电路
CN111725978A (zh) 具有负压关断和串扰抑制功能的SiC MOSFET栅极驱动电路
CN211063338U (zh) 一种紧凑型放大器供电端口静电保护电路
CN113794357A (zh) 一种故障处理电路、芯片、智能功率模块和家用电器
CN204089759U (zh) 高频功率器件开关保护电路
CN117040512B (zh) 耗尽型晶体管的驱动电路
CN108054166B (zh) 一种多开态mos辅助触发scr的高压esd保护器件
CN207353249U (zh) 一种堆叠式静电放电保护电路
CN111614236A (zh) 一种基于桥式电路的SiC MOSFET门极辅助电路
CN110677044B (zh) Npn型bjt组合电容充放电型宽工作电压范围的控制器
CN113783176B (zh) 一种浪涌保护电路以及芯片

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant