CN114128117A - 用于控制GaN基装置的控制器以及用于实施所述控制器的方法 - Google Patents

用于控制GaN基装置的控制器以及用于实施所述控制器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114128117A
CN114128117A CN202180004428.1A CN202180004428A CN114128117A CN 114128117 A CN114128117 A CN 114128117A CN 202180004428 A CN202180004428 A CN 202180004428A CN 114128117 A CN114128117 A CN 114128117A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
node
gan
semiconductor device
based semiconductor
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.)
Granted
Application number
CN202180004428.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114128117B (zh
Inventor
邹艳波
杜发达
谢文斌
汤超
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.)
Innoscience Suzhou Technology Co Ltd
Original Assignee
Innoscience Suzhou Technology 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 Innoscience Suzhou Technology Co Ltd filed Critical Innoscience Suzhou Technology Co Ltd
Publication of CN114128117A publication Critical patent/CN114128117A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114128117B publication Critical patent/CN114128117B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic 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
    • H03K17/687Electronic 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0045Converters combining the concepts of switch-mode regulation and linear regulation, e.g. linear pre-regulator to switching converter, linear and switching converter in parallel, same converter or same transistor operating either in linear or switching mode
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic 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
    • H03K17/687Electronic 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
    • H03K17/689Electronic 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 with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691Electronic 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 with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H03K17/785Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0081Power supply means, e.g. to the switch driver
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本公开提供一种用于控制GaN基半导体装置的控制器。所述控制器被配置成接收指示所述GaN基半导体装置的漏极到源极电流的电流感测信号VCS,并且生成到所述GaN基半导体装置的控制驱动信号VDRV,使得施加到所述GaN基半导体装置以接通所述GaN基半导体装置的栅极‑源极电压VGS在导通时间段内稳定到等于参考电压Vref的电压值。消除跨越所述电流感测电阻器的压降变化对所述GaN基半导体装置的操作的影响。

Description

用于控制GaN基装置的控制器以及用于实施所述控制器的 方法
技术领域
本申请大体上涉及一种控制器,且更确切地说,涉及一种用于控制氮化镓(GaN)基半导体装置的控制器。
背景技术
由于低功率损耗和快速开关转换,GaN基半导体装置已广泛用于高频电能转换系统。与硅(Si)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在高功率、高频应用中具有更好的品质因数和更具前景的性能。当使用控制器来控制Si MOSFET时,采样电阻器串联连接在MOSFET之间,用于感测流过MOSFET的漏极电流。然而,由于其较低的阈值电压(通常约为6V),此种方法可能会在驱动GaN基HEMT时出现问题。由于跨越采样电阻器的压降,因此用于接通GaN装置的驱动电压将显著降低,从而导致稳定性问题。
发明内容
本申请的一个目标是提供一种控制器,所述控制器能够在控制GaN基装置时提供稳定的驱动电压,而不管流过与GaN基装置耦合的电流感测电阻器的电流如何。
根据本申请的一个方面,提供一种用于控制GaN基半导体装置的控制器。控制器包括:CS节点,其被配置用于电连接到GaN基半导体装置的源极端子,并且当GaN基半导体装置的源极端子通过电流感测电阻器连接到地时,接收指示GaN基半导体装置的漏极到源极电流的电流感测信号VCS。控制器进一步包括:低压降调节器,其被配置成生成参考电压Vref;升压转换器,其连接到CS节点并且被配置成将参考电压Vref转换成通过VDD=Vref+VCS得出的升压电压VDD;以及驱动器,其被配置成从升压转换器接收升压电压VDD作为内部电源电压;以及从CS节点接收电流感测信号VCS作为内部接地;以及生成到半导体装置的控制驱动信号VDRV,使得施加到GaN基半导体装置以接通GaN基半导体装置的栅极-源极电压VGS在导通时间段内固定或固定到等于参考电压Vref的电压值。
附图说明
当结合附图阅读时,从以下详细描述容易地理解本公开的各方面。应注意,各种特征可以不按比例绘制。也就是说,为了论述清楚起见,可以任意增加或减小各种特征的尺寸。下文中参考图式更详细描述本公开的实施例,在图式中:
图1描绘根据本发明的比较实施例的示出如何通过控制器控制GaN基装置的电路图;
图2描绘图1的控制器的各种信号波形;
图3描绘根据本发明的实施例的用于控制GaN基装置的控制器的电路框图;
图4描绘配置有示例性升压转换器的图3的控制器的更详细电路图;
图5描绘配置有另一示例性升压转换器的图3的控制器的更详细电路图;
图6描绘配置有示例性隔离器的图3的控制器的更详细电路图;
图7描绘配置有另一示例性隔离器的图3的控制器的更详细电路图;
图8描绘图3的控制器的各种信号波形;
图9描绘根据本发明的实施例的用于实施用于控制GaN基装置的控制器的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中,根据本申请,将用于控制GaN基半导体装置的控制器的实施例阐述为优选实例。所属领域的技术人员将明白,在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以作出修改,包含添加和/或替换。可以省略特定细节以免使本发明模糊不清;然而,编写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在不进行不当实验的情况下实践本文中的教示。
本说明书中提及“一个实施例”或“实施例”意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。本说明书中各个位置的短语“在一个实施例中”或“在一些实施例中”的出现不必完全是指相同实施例,也不是与其它实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外,描述了可以由一些实施例而不是由其它实施例展示的各种特征。
图1描绘根据本发明的比较实施例的示出如何通过控制器控制GaN基半导体装置的电路图。
参考图1,控制器可以具有驱动输出(DRV)节点,所述DRV节点与GaN基半导体装置Q耦合并且被配置成生成驱动信号VDRV以将栅极-源极电压VGS施加在GaN基半导体装置上来接通/断开GaN基半导体装置Q。电流感测电阻器R可以耦合到GaN基半导体装置Q以感测流过GaN基半导体装置Q的漏极电流ID。控制器可以具有电流感测(CS)节点,所述CS节点与电流感测电阻器R耦合以感测跨越电流感测电阻器R的电流感测电压Vcs。电流感测电压Vcs通过Vcs=ID*R得出。施加在GaN基半导体装置上的栅极-源极电压VGS取决于控制驱动信号VDRV与电流感测电压Vcs之间的电势差并且由VGS=VDRV-VCS得出。因此,栅极-源极电压VGS与漏极电流ID具有关系且通过VGS=VDRV-ID*R得出。
参考图2。在导通时间段tON中,将控制驱动信号VDRV设置成等于高压电平,例如参考电压Vref以打开GaN基半导体装置。当打开GaN基半导体装置时,流过GaN基半导体装置Q的漏极电流ID增加,这又导致栅极-源极电压VGS由于关系VGS=VDRV-ID*R而减小。如果导致栅极-源极电压VGS减小到低于GaN基半导体装置的阈值电压Vth的电压电平,则将意外地关闭GaN基半导体装置,即使控制驱动信号VDRV仍被设置成高压电平。
图3描绘根据本发明的实施例的用于控制GaN基半导体装置以进行功率转换的控制器10的电路框图。为简单起见,具有相同功能的端子(例如输入端子、输出端子、参考端子、来自不同模块的内部接地端子)将在相关块内用相同的标签表示,例如“In”、“Out”、“Ref”和“IG”。
参考图3。控制器10可以包括VCC节点,所述VCC节点被配置用于电连接到DC电源(未示出)。控制器10可以包括GND节点,所述GND节点被配置用于电连接到地GND。控制器10可以包括DRV节点,所述DRV节点被配置用于电连接到GaN基半导体装置Q1的栅极端子,并且传输控制驱动信号VDRV以接通和断开GaN基半导体装置。
控制器10可以包括CS节点,所述CS节点被配置用于电连接到GaN基半导体装置的源极端子,并且当GaN基半导体装置的源极端子通过电流感测电阻器Rs连接到地时,接收指示GaN基半导体装置的漏极电流ID的电流感测信号VCS,其中电流感测信号Vcs是跨越电流感测电阻器R的电压并且通过Vcs=ID*Rs得出。
控制器10可以包括FB节点,所述FB节点被配置用于电连接到反馈电路以感测反馈信号VFB,所述反馈信号指示流过负载(未示出)的输出电流。
控制器10可以进一步包括低压降调节器11。低压降调节器11可以具有输入(In)端子、输出(Out)端子和内部接地(IG)端子。低压降调节器11的输入端子可以连接到VCC节点。低压降调节器11的内部接地端子可以连接到GND节点。
控制器10可以进一步包括升压转换器12。升压转换器12可以具有输入(In)端子、输出(Out)端子和内部接地(IG)端子。升压转换器12的输入端子可以连接到低压降调节器11的输出端子。升压转换器12的内部接地端子可以连接到CS节点。
控制器10可以进一步包括时间延迟模块13。时间延迟模块13可以具有输入(In)端子和输出(Out)端子。时间延迟模块13的输入端子可以连接到CS节点。
控制器10可以进一步包括导通时间控制模块14。导通时间控制模块14可以具有第一输入端子(In1)、第二输入端子(In2)和输出(Out)端子。导通时间控制模块14的第一输入端子可以连接到时间延迟模块13的输出端子。导通时间控制模块14的第二输入端子可以连接到FB节点。
控制器10可以进一步包括隔离器15。隔离器15可以具有输入(In)端子和输出(Out)端子。隔离器15的输入端子可以连接到导通时间控制模块14的输出端子。
控制器10可以进一步包括驱动器16。驱动器16可以具有输入(In)端子、输出(Out)端子、内部电源端子(IP)和内部接地(IG)端子。驱动器16的内部电源端子可以连接到升压转换器12的输出端子。驱动器16的内部电源端子可以连接到升压转换器12的输出端子。驱动器16的内部接地端子可以连接到CS节点。驱动器16的输出端子可以连接到DRV节点。
参考图4。在一些实施例中,升压转换器12可以包括二极管D1和电容器C1。二极管D1可以具有连接到低压降调节器11的输出端子的正端子以及连接到驱动器16的内部电源端子的负极端子。电容器C1可以具有连接到二极管D1的负极端子的第一端子以及连接到CS节点的第二端子。
参考图5。在一些实施例中,升压转换器12可以包括半桥DC/DC模块。半桥DC/DC模块可以具有输入(In)端子、输出(Out)端子、第一内部接地(IG1)端子和第二内部接地(IG2)端子。半桥DC/DC模块的输入端子可以连接到低压降调节器11的输出端子。半桥DC/DC模块的输出端子可以连接到驱动器16的内部电源端子。第一内部接地端子可以连接到GND节点。第二内部接地端子可以连接到CS节点。
参考图6。在一些实施例中,隔离器15可以是包括发光二极管151和光电二极管152的光学隔离器。
发光二极管151可以具有正极端子和负极端子。发光二极管151的正极端子可以连接到导通时间控制模块14的输出端子。发光二极管151的负极端子可以连接到GND节点。
光电二极管152可以具有负极端子和正极端子。光电二极管152的负极端子可以连接到驱动器16的输入端子。光电二极管152的正极端子可以连接到CS节点。
参考图7。在一些实施例中,隔离器15可以是包括初级绕组153和次级绕组154的磁性隔离器。
初级绕组153可以具有第一端子和第二端子。初级绕组153的第一端子可以连接到导通时间控制模块14的输出端子。初级绕组153的第二端子可以连接到GND节点。
次级绕组154可以具有第一端子和第二端子。次级绕组154的第一端子可以连接到驱动器16的输入端子。次级绕组154的第二端子可以连接到CS节点。
返回参考图3。低压降调节器可以被配置成基于连接到VCC节点的DC电源在其输出端子处生成参考电压Vref。
升压转换器12可以被配置成从低压降调节器11接收参考电压Vref且将参考电压Vref转换成通过VDD=Vref+VCS得出的升压电压VDD;并且在其输出端子处生成升压电压VDD
时间延迟模块13可以被配置成将时间延迟tDL施加到电流感测信号电压VCS
导通时间控制模块14可以被配置成:从时间延迟模块13接收延迟的电流感测信号电压VCS;从FB节点接收反馈信号VFB;以及基于接收到的反馈信号VFB以及延迟的电流感测信号电压VCS在其输出端子处生成导通时间控制信号VCRTL
隔离器15可以被配置成将来自导通时间控制模块14的导通时间控制信号VCRTL耦合到驱动器16。
驱动器16可以被配置成:从升压转换器12接收升压电压VDD作为内部电源电压;从CS节点接收电流感测信号电压VCS作为内部接地;从隔离器15接收导通时间控制信号VCRTL;以及生成到GaN基半导体装置的栅极端子的控制驱动信号VDRV,使得施加到GaN基半导体装置以接通GaN基半导体装置的栅极-源极电压VGS稳定或固定到等于参考电压Vref的电压值。
图8描绘示出如何将用于接通GaN基半导体装置的栅极-源极电压VGS调节到等于参考电压Vref的电压值的时序图。参考图8。在导通时间段tON中,尽管电流感测电压Vcs随着漏极电流ID增加而增加,如通过关系Vcs=ID*Rs得出,但是作为到GaN基半导体装置的实际驱动电压的栅极-源极电压VGS可以稳定或固定到参考电压Vref。这是因为升压转换器12使用电流感测电压VCS作为内部接地,并且将参考电压Vref转换成通过VDD=Vref+VCS得出的升压电压VDD。升压电压VDD随后由驱动器16用作其内部电力以生成通过VDRV=Vref+VCS得出的升压控制驱动信号VDRV。栅极-源极电压VGS是在导通时间段tON内在控制驱动信号VDRV与跨越电流感测电阻器Rs的电压之间的电压差,其随后由VGS=VDRV-VCS=(Vref+VCS)-VCS=Vref得出。因此,可以消除跨越电流感测电阻器Rs的压降变化对GaN基半导体装置的操作的影响,并且GaN基半导体装置可以完全导通并在导通时间段tON内在其饱和区中操作。
图9描绘用于实施用于控制GaN基半导体装置以进行功率转换的控制器的方法的流程图。参考图9。方法可以包括以下步骤:
S902:配置控制器中的VCC节点以电连接到DC电源;
S904:配置控制器中的GND节点以电连接到地GND;
S906:配置控制器中的DRV节点,以电连接到GaN基半导体装置的栅极端子,并且传输控制驱动信号VDRV以接通和断开GaN基半导体装置;
S908:配置控制器中的CS节点,以电连接到GaN基半导体装置的源极端子,并且当GaN基半导体装置的源极端子通过电流感测电阻器(Rs)连接到地时,接收指示GaN基半导体装置的漏极到源极电流的电流感测信号VCS
S910:配置控制器中的FB节点,以电连接到反馈电路以感测反馈信号VFB,所述反馈信号指示流过负载的输出电流;
S912:实施低压降调节器11,将低压降调节器的输入端子连接到VCC节点,将低压降调节器的接地端子连接到GND节点;
S914:实施升压转换器,将升压转换器的输入端子连接到低压降调节器的输出端子,将升压转换器的接地端子连接到CS节点;
S916:实施驱动器,将驱动器的电源端子连接到升压转换器的输出端子,将驱动器的接地端子连接到CS节点,以及将驱动器的输出端子连接到DRV节点;
S918:配置低压降调节器以基于DC电源生成参考电压Vref;
S920:配置升压转换器以将参考电压Vref转换成通过VDD=Vref+VCS得出的升压电压VDD
S922:配置驱动器以:从升压转换器接收升压电压VDD作为内部电源电压;从CS节点接收电流感测信号电压VCS作为内部接地;
S924:生成控制驱动信号VDRV,使得施加到GaN基半导体装置以接通GaN基半导体装置的栅极-源极电压VGS稳定或固定到等于参考电压Vref的电压值。
S926:实施时间延迟模块,将时间延迟模块的输入端子连接到CS节点;
S928:实施导通时间控制模块,将导通时间控制模块的第一输入端子连接到时间延迟模块的输出端子,将导通时间控制模块的第二输入端子连接到FB节点;
S930:实施隔离器,将隔离器的输入端子连接到导通时间控制模块的输出端子;
S932:将驱动器的输入端子连接到隔离器的输出端子;
S934:配置时间延迟模块以将时间延迟tDL施加到电流感测信号电压VCS
S936:配置导通时间控制模块以:从时间延迟模块接收延迟的电流感测信号电压VCS;从FB节点接收反馈信号VFB;以及基于接收到的反馈信号VFB和延迟的电流感测信号电压VCS生成导通时间控制信号VCRTL
S938:配置隔离器以将来自导通时间控制模块的导通时间控制信号VCRTL耦合到驱动器;
S940:配置驱动器以:从隔离器接收导通时间控制信号VCRTL;以及基于接收到的导通时间控制信号VCRTL生成控制驱动信号VDRV
在一些实施例中,升压转换器的实施可以包括:提供二极管D1,将二极管D1的正极端子连接到低压降调节器的输出端子,将二极管D1的负极端子连接到驱动器的内部电源端子;以及提供电容器C1,将电容器C1的第一端子连接到二极管D1的负极端子,将电容器C1的第二端子连接到控制器的CS节点。
在一些实施例中,升压转换器的实施可以包括:提供半桥DC/DC模块;将半桥DC/DC模块的输入端子连接到低压降调节器的输出端子;将半桥DC/DC模块的输出端子连接到驱动器的电源端子;将第一内部接地端子连接到GND节点;以及将第二内部接地端子连接到CS节点。
在一些实施例中,隔离器的实施可以包括:提供包含发光二极管和光电二极管的光学隔离器;将发光二极管的正极端子连接到导通时间控制模块的输出端子,将发光二极管的负极端子连接到GND节点;以及将光电二极管的负极端子连接到驱动器的输入端子,将光电二极管的正极端子连接到CS节点。
在一些实施例中,隔离器的实施可以包括:提供包含初级绕组和次级绕组的磁性隔离器;将初级绕组的第一端子连接到导通时间控制模块的输出端子,将初级绕组的第二端子连接到GND节点;以及将次级绕组的第一端子连接到驱动器的输入端子,将次级绕组的第二端子连接到CS节点。
出于说明和描述的目的,已经提供本发明的前述描述。本发明并不预期是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。许多修改以及变化对于所属领域的从业者来说将是显而易见的。
选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用,由此使得所属领域的其它技术人员能够理解本发明的各种实施例以及具有适合于所预期的特定用途的各种修改。
虽然本文中公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述,但应理解,可以在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此,除非在本文中具体指示,否则操作的次序及分组并非局限性的。

Claims (12)

1.一种用于控制GaN基半导体装置的控制器,其特征在于,包括:
VCC节点,其被配置用于电连接到DC电源;
GND节点,其被配置用于电连接到地;
DRV节点,其被配置用于电连接到所述GaN基半导体装置的栅极端子,并且传输控制驱动信号VDRV以接通和断开所述GaN基半导体装置;
CS节点,其被配置用于电连接到所述GaN基半导体装置的源极端子,并且当所述GaN基半导体装置的所述源极端子通过电流感测电阻器连接到所述地时,接收指示所述GaN基半导体装置的漏极到源极电流的电流感测信号VCS
低压降调节器,其具有连接到所述VCC节点的输入端子以及连接到所述GND节点的内部接地端子;
升压转换器,其具有连接到所述低压降调节器的输出端子的输入端子以及连接到所述CS节点的内部接地端子;以及
驱动器,其具有连接到所述升压转换器的输出端子的内部电源端子、连接到所述CS节点的内部接地端子以及连接到所述DRV节点的输出端子;以及
其中所述低压降调节器被配置成基于所述DC电源生成参考电压Vref
其中所述升压转换器被配置成将所述参考电压Vref转换成通过VDD=Vref+VCS得出的升压电压VDD
其中所述驱动器被配置成:
从所述升压转换器接收所述升压电压VDD作为内部电源电压;以及
从所述CS节点接收所述电流感测信号VCS作为内部接地;以及
生成所述控制驱动信号VDRV,使得施加到所述GaN基半导体装置以接通所述GaN基半导体装置的栅极-源极电压VGS在导通时间段内稳定到等于所述参考电压Vref的电压值。
2.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,进一步包括:
FB节点,其被配置用于电连接到反馈电路以感测反馈信号VFB,所述反馈信号指示流过负载的输出电流;
时间延迟模块,其具有输入端子和输出端子,所述时间延迟模块的所述输入端子连接到所述CS节点;
导通时间控制模块,其具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子,所述导通时间控制模块的所述第一输入端子连接到所述时间延迟模块的所述输出端子,所述导通时间控制模块的所述第二输入端子连接到所述FB节点;以及
隔离器,其具有输入端子和输出端子,所述隔离器的所述输入端子连接到所述导通时间控制模块的所述输出端子;并且
其中所述驱动器的所述输入端子连接到所述隔离器的所述输出端子;
其中所述时间延迟模块被配置成将时间延迟施加到所述电流感测信号电压VCS
其中所述导通时间控制模块被配置成:
从所述时间延迟模块接收所述延迟的电流感测信号电压VCS
从所述FB节点接收所述反馈信号VFB;以及
基于所述接收到的反馈信号VFB和所述延迟的电流感测信号电压VCS生成导通时间控制信号VCRTL
其中所述隔离器被配置成将来自所述导通时间控制模块的所述导通时间控制信号VCRTL耦合到所述驱动器;以及
其中所述驱动器进一步被配置成:
从所述隔离器接收所述导通时间控制信号VCRTL;以及
基于所述接收到的导通时间控制信号VCRTL生成所述控制驱动信号VDRV
3.根据权利要求2所述的控制器,其特征在于,所述隔离器是光学隔离器,包括:
发光二极管,其具有正极端子和负极端子,所述发光二极管的所述正极端子连接到所述导通时间控制模块的所述输出端子,所述发光二极管的所述负极端子连接到所述GND节点;以及
光电二极管,其具有负极端子和正极端子,所述光电二极管的所述负极端子连接到所述驱动器的所述输入端子,所述光电二极管的所述正极端子连接到所述CS节点。
4.根据权利要求2所述的控制器,其特征在于,所述隔离器是磁性隔离器,包括:
初级绕组,其具有第一端子和第二端子,所述初级绕组的所述第一端子连接到所述导通时间控制模块的所述输出端子,所述初级绕组的所述第二端子连接到所述GND节点;以及
次级绕组,其具有第一端子和第二端子,所述次级绕组的所述第一端子连接到所述驱动器的所述输入端子,所述次级绕组的所述第二端子连接到所述CS节点。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制器,其特征在于,所述升压转换器包括:
第一二极管,其具有连接到所述低压降调节器的所述输出端子的正极端子以及连接到所述驱动器的所述内部电源端子的负极端子;以及
第一电容器,其具有连接到所述第一二极管的负极端子的第一端子以及连接到所述控制器的所述CS节点的第二端子。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的控制器,其特征在于,所述升压转换器包括半桥DC/DC模块,所述半桥DC/DC模块具有输入端子、输出端子、第一内部接地端子和第二内部接地端子;
其中所述半桥DC/DC模块的所述输入端子连接到所述低压降调节器的所述输出端子;
其中所述半桥DC/DC模块的所述输出端子连接到所述驱动器的所述内部电源端子;
其中所述第一内部接地端子连接到所述GND节点;以及
其中所述第二内部接地端子连接到所述CS节点。
7.一种用于实施用于控制GaN基半导体装置的控制器的方法,其特征在于,包括:
配置所述控制器中的VCC节点以电连接到DC电源;
配置所述控制器中的GND节点以电连接到地GND;
配置所述控制器中的DRV节点,以电连接到所述GaN基半导体装置的栅极端子,并且传输控制驱动信号VDRV以接通和断开所述GaN基半导体装置;
配置所述控制器中的CS节点,以电连接到所述GaN基半导体装置的源极端子,并且当所述GaN基半导体装置的所述源极端子通过电流感测电阻器连接到所述地时,接收指示所述GaN基半导体装置的漏极到源极电流的电流感测信号VCS
实施低压降调节器,将所述低压降调节器的输入端子连接到所述VCC节点,将所述低压降调节器的内部接地端子连接到所述GND节点;
实施升压转换器,将所述升压转换器的输入端子连接到所述低压降调节器的输出端子,将所述升压转换器的内部接地端子连接到所述CS节点;
实施驱动器,将所述驱动器的内部电源端子连接到所述升压转换器的输出端子,将所述驱动器的内部接地端子连接到所述CS节点,以及将所述驱动器的输出端子连接到所述DRV节点;
配置所述低压降调节器以基于所述DC电源生成参考电压Vref;
配置所述升压转换器以将所述参考电压Vref转换成通过VDD=Vref+VCS得出的升压电压VDD
配置所述驱动器以:
从所述升压转换器接收所述升压电压VDD作为内部电源电压;
从所述CS节点接收所述电流感测信号VCS;以及
生成所述控制驱动信号VDRV,使得施加到所述GaN基半导体装置以接通所述GaN基半导体装置的栅极-源极电压VGS在导通时间段内稳定到等于所述参考电压Vref的电压值。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,进一步包括:
配置所述控制器中的FB节点,以电连接到反馈电路以感测反馈信号VFB,所述反馈信号指示流过负载的输出电流;
实施时间延迟模块,将所述时间延迟模块的输入端子连接到所述CS节点;
实施导通时间控制模块,将所述导通时间控制模块的第一输入端子连接到所述时间延迟模块的输出端子,将所述导通时间控制模块的第二输入端子连接到所述FB节点;以及
实施隔离器,将所述隔离器的输入端子连接到所述导通时间控制模块的输出端子;
将所述驱动器的输入端子连接到所述隔离器的输出端子;
配置所述时间延迟模块以将时间延迟施加到所述电流感测信号电压VCS
配置所述导通时间控制模块以:
从所述时间延迟模块接收所述延迟的电流感测信号电压VCS
从所述FB节点接收所述反馈信号VFB;以及
基于所述接收到的反馈信号VFB和所述延迟的电流感测信号电压VCS生成导通时间控制信号VCRTL;以及
配置所述隔离器以将来自所述导通时间控制模块的所述导通时间控制信号VCRTL耦合到所述驱动器;以及
配置所述驱动器以:
从所述隔离器接收所述导通时间控制信号VCRTL;以及
基于所述接收到的导通时间控制信号VCRTL生成所述控制驱动信号VDRV
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述隔离器的所述实施包括:
提供包含发光二极管和光电二极管的光学隔离器;
将所述发光二极管的正极端子连接到所述导通时间控制模块的所述输出端子,将所述发光二极管的负极端子连接到所述GND节点;以及
将所述光电二极管的负极端子连接到所述驱动器的所述输入端子,将所述光电二极管的正极端子连接到所述CS节点。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述隔离器的所述实施包括:
提供包含初级绕组和次级绕组的磁性隔离器;
将所述初级绕组的第一端子连接到所述导通时间控制模块的所述输出端子,将所述初级绕组的第二端子连接到所述GND节点;以及
将所述次级绕组的第一端子连接到所述驱动器的所述输入端子,将所述次级绕组的第二端子连接到所述CS节点。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法,其特征在于,所述升压转换器的所述实施包括:
提供第一二极管,将所述第一二极管的正极端子连接到所述低压降调节器的所述输出端子,将所述第一二极管的负极端子连接到所述驱动器的所述内部电源端子;以及
提供第一电容器,将所述第一电容器的第一端子连接到所述第一二极管的负极端子,将所述第一电容器的第二端子连接到所述控制器的所述CS节点。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的方法,其特征在于,所述升压转换器的所述实施包括:
提供半桥DC/DC模块;
将所述半桥DC/DC模块的输入端子连接到所述低压降调节器的所述输出端子;
将所述半桥DC/DC模块的输出端子连接到所述驱动器的所述内部电源端子;
将第一内部接地端子连接到所述GND节点;以及
将第二内部接地端子连接到所述CS节点。
CN202180004428.1A 2021-04-16 2021-04-16 用于控制GaN基装置的控制器以及用于实施所述控制器的方法 Active CN114128117B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2021/087670 WO2022217566A1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 CONTROLLER FOR CONTROLLING A GaN-BASED DEVICE AND METHOD FOR IMPLEMENTING THE SAME

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114128117A true CN114128117A (zh) 2022-03-01
CN114128117B CN114128117B (zh) 2023-03-24

Family

ID=80364137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180004428.1A Active CN114128117B (zh) 2021-04-16 2021-04-16 用于控制GaN基装置的控制器以及用于实施所述控制器的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11716081B2 (zh)
CN (1) CN114128117B (zh)
WO (1) WO2022217566A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114729958A (zh) * 2022-03-03 2022-07-08 英诺赛科(苏州)半导体有限公司 用于测量氮化物基开关装置的动态导通电阻的设备和方法
WO2023164920A1 (en) * 2022-03-04 2023-09-07 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based power factor correction circuit and method for implementing the same
WO2024011436A1 (en) * 2022-07-13 2024-01-18 Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. Apparatus for measuring dynamic on-resistance of nitride-based semiconductor device
WO2024098237A1 (en) * 2022-11-08 2024-05-16 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. System, method and non-transitory computer readable medium for dynamically assessing degradation of semiconductor device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224688A (zh) * 2019-05-08 2019-09-10 吉林大学 一种氮化镓功率器件驱动系统
CN212183398U (zh) * 2020-06-24 2020-12-18 华源智信半导体(深圳)有限公司 GaN功率管驱动电路与电子装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10108131A1 (de) * 2001-02-21 2002-09-05 Infineon Technologies Ag Halbleiterschaltung und Schaltnetzteil
EP1608053A1 (en) 2004-06-14 2005-12-21 Dialog Semiconductor GmbH Analog current sense circuit
JP2014117105A (ja) * 2012-12-11 2014-06-26 Fujitsu Semiconductor Ltd 制御装置および電源装置
JP2016139996A (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 株式会社東芝 半導体装置
US9929652B1 (en) * 2015-12-08 2018-03-27 Navitas Semiconductor, Inc. GaN FET with integrated driver and slew rate control
JP6779932B2 (ja) * 2018-03-20 2020-11-04 株式会社東芝 半導体装置
US10790911B2 (en) * 2018-04-10 2020-09-29 The University Of Massachusetts Modified Sagnac loop coherent phase modulated RF photonic link

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110224688A (zh) * 2019-05-08 2019-09-10 吉林大学 一种氮化镓功率器件驱动系统
CN212183398U (zh) * 2020-06-24 2020-12-18 华源智信半导体(深圳)有限公司 GaN功率管驱动电路与电子装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114729958A (zh) * 2022-03-03 2022-07-08 英诺赛科(苏州)半导体有限公司 用于测量氮化物基开关装置的动态导通电阻的设备和方法
CN114729958B (zh) * 2022-03-03 2024-01-02 英诺赛科(苏州)半导体有限公司 用于测量氮化物基开关装置的动态导通电阻的设备和方法
WO2023164920A1 (en) * 2022-03-04 2023-09-07 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based power factor correction circuit and method for implementing the same
US12132396B2 (en) 2022-03-04 2024-10-29 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based power factor correction circuit and method for implementing the same
WO2024011436A1 (en) * 2022-07-13 2024-01-18 Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. Apparatus for measuring dynamic on-resistance of nitride-based semiconductor device
WO2024098237A1 (en) * 2022-11-08 2024-05-16 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. System, method and non-transitory computer readable medium for dynamically assessing degradation of semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
US20230031789A1 (en) 2023-02-02
US11716081B2 (en) 2023-08-01
WO2022217566A1 (en) 2022-10-20
CN114128117B (zh) 2023-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114128117B (zh) 用于控制GaN基装置的控制器以及用于实施所述控制器的方法
US10790748B2 (en) Soft-start circuit and buck converter comprising the same
US9467061B2 (en) System and method for driving a transistor
US10056828B2 (en) System and method for controlling current in a switching regulator
US20100172158A1 (en) Switching power supply apparatus and primary side control circuit
US9893638B1 (en) Switched mode power supplies with adaptive reference voltage for controlling output transistor
TW201509234A (zh) 用於調整一個或多個led電流的系統和方法
KR102538433B1 (ko) 스위칭 레귤레이터
US10199946B2 (en) Systems and methods for adjusting peak frequencies with duty cycles
US9069366B2 (en) Switching regulator
US20140285089A1 (en) Power Supply Circuit and Illuminating Device
CN107078643B (zh) 转换器的预偏置启动
US11209464B2 (en) Current detection circuit and power converter
US10763737B2 (en) Waveform shaping circuit, semiconductor device, and switching power supply device
US10492259B2 (en) Dimmable LED driver and dimming method
US9559668B2 (en) Drive circuit and semiconductor apparatus
CN101582628B (zh) 定电流控制的高压启动电路
WO2020186474A1 (en) Dc-dc converter with improved regulation accuracy
US10176951B2 (en) Constant voltage supplying circuit for circuit breaker
JP2019134595A (ja) スイッチング回路、半導体装置、dc/dcコンバータ
US20220407419A1 (en) Control circuit of boost dc-dc converter, power supply circuit, and electronic device
CN211506286U (zh) 宽输入电压范围的辅助电源供应电路
US20210391802A1 (en) Dc-dc converter
CN106501575B (zh) 自适应采样电路、采样方法、控制器及电源转换装置
WO2021243713A1 (en) Voltage regulating circuit, controlling method and driving equipment

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