CN115173700A - 功率器件、驱动电路、电源模组 - Google Patents

功率器件、驱动电路、电源模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功率器件、驱动电路、电源模组，功率器件包括：耗尽型晶体管和低压晶体管，耗尽型晶体管的源极与低压晶体管的漏极连接，耗尽型晶体管的栅极与低压晶体管的源极均连接至功率器件的源极，低压晶体管的栅极连接至功率器件的栅极，耗尽型晶体管的漏极连接至功率器件的漏极；钳位电路，钳位电路的一端与低压晶体管的源极连接，钳位电路的另一端与低压晶体管的漏极连接，钳位电路用于钳位低压晶体管的源极与漏极之间的电压。由此，该功率器件，可以在高频条件下有效地工作。

Description

功率器件、驱动电路、电源模组
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种功率器件、驱动电路、电源模组。
背景技术
相关技术中，GaN HEMT有耗尽型和增强型两种，耗尽型器件需要负栅压关断，对栅驱动电路设计是个极大的挑战，容易带来短路等安全问题，而将耗尽型GaN HEMT与低压SiMOSFET形成级联结构，可以很容易地适应传统MOSFET驱动电路方案，降低了系统端更换器件的成本和技术需求。
但是随着电源模组小型化的发展，开关电源的工作频率也在提高。由于GaN HEMT属于常开器件，相关技术中的级联结构导致了器件在工作时，特别是在Si MOSFET关断的瞬间会产生一个瞬态高电压落在Si MOSFET的漏极，在高频条件下，这对于Si MOSFET的耐压能力是个挑战，容易造成击穿失效，从而导致GaN HEMT器件失效。虽然Si功率芯片有一定雪崩耐受能力，但是此处电压若不能被定义出来，长时间工作在开关状态也会对器件造成损伤导致击穿。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种功率器件，该功率器件在高频条件下能够有效地工作。
本发明的第二个目的在于提出一种驱动电路。
本发明的第三个目的在于提出一种电源模组。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种功率器件，所述功率器件包括：耗尽型晶体管和低压晶体管，所述耗尽型晶体管的源极与所述低压晶体管的漏极连接，所述耗尽型晶体管的栅极与所述低压晶体管的源极均连接至所述功率器件的源极，所述低压晶体管的栅极连接至所述功率器件的栅极，所述耗尽型晶体管的漏极连接至所述功率器件的漏极；钳位电路，所述钳位电路的一端与所述低压晶体管的源极连接，所述钳位电路的另一端与所述低压晶体管的漏极连接，所述钳位电路用于钳位所述低压晶体管的源极与漏极之间的电压。
根据本发明实施例的功率器件，包括耗尽型晶体管、低压晶体管和钳位电路。其中，耗尽型晶体管的源极与低压晶体管的漏极连接，耗尽型晶体管的栅极与低压晶体管的源极均连接至功率器件的源极，低压晶体管的栅极连接至所述功率器件的栅极，耗尽型晶体管的漏极连接至功率器件的漏极，钳位电路的一端与低压晶体管的源极连接，钳位电路的另一端与低压晶体管的漏极连接，钳位电路用于钳位所述低压晶体管的源极与漏极之间的电压。由此，该功率器件通过钳位电路对低压晶体管的漏极与源极之间的电压钳位，可以实现对低压晶体管的保护，提高了器件的可靠性，能够在高频条件下有效工作。
另外，根据本发明上述实施例提出的功率器件，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述钳位电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的阳极与所述低压晶体管的源极连接，所述齐纳二极管的阴极与所述低压晶体管的漏极连接。
在本发明的一个实施例中，所述低压晶体管为低压Si MOSFET。
在本发明的一个实施例中，所述耗尽型晶体管为耗尽型GaN HEMT。
在本发明的一个实施例中，所述功率器件还包括焊盘，所述焊盘上形成有导电区域，所述齐纳二极管的阴极和所述低压Si MOSFET的漏极均直接贴在所述导电区域上，以通过所述导电区域中的导体电连接，所述齐纳二极管的阳极和所述低压Si MOSFET的源极通过导线连接，所述低压Si MOSFET的栅极通过导线连接至所述功率器件的栅极，所述低压SiMOSFET的源极通过导线连接至所述功率器件的源极。
在本发明的一个实施例中，所述耗尽型GaN HEMT贴在所述焊盘上的非导电区域，所述耗尽型GaN HEMT的栅极通过导线连接至所述功率器件的源极，所述耗尽型GaN HEMT的漏极通过导线连接至所述功率器件的漏极，所述耗尽型GaN HEMT的源极通过导线连接至所述导电区域。
在本发明的一个实施例中，所述耗尽型GaN HEMT通过银粘连在所述所述焊盘上的非导电区域。
为了实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种驱动电路，包括上述的功率器件。
根据本发明实施例的驱动电路，通过上述的功率器件，可以实现对低压晶体管的保护，从而可以在高频条件下有效工作。
为了实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电源模组，包括上述的驱动电路。
根据本发明实施例的电源模组，包括上述的驱动电路，通过功率器件，可以实现对低压晶体管的保护，从而可以在高频条件下有效工作。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明一个实施例的功率器件的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的功率器件的结构示意图；
图3是本发明实施例的驱动电路的结构框图；
图4是本发明实施例的电源模组的结构框图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明实施例的功率器件、驱动电路、电源模组，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。参考附图描述的实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明一个实施例的功率器件的结构示意图。
如图1所示，功率器件10包括：耗尽型晶体管20、钳位电路30、低压晶体管40。
具体地，耗尽型晶体管20的源极与低压晶体管40的漏极连接，耗尽型晶体管20的栅极与低压晶体管40的源极均连接至功率器件10的源极，低压晶体管40的栅极连接至功率器件10的栅极，耗尽型晶体管20的漏极连接至功率器件10的漏极，钳位电路30的一端与低压晶体管40的源极连接，钳位电路30的另一端与低压晶体管40的漏极连接，该钳位电路30用于钳位低压晶体管40的源极与漏极之间的电压。
由此，可以实现通过钳位电路30对低压晶体管40进行钳位，避免瞬态高电压对功率器件10造成损伤，使得本发明实施例中的功率器件10可以长时间有效地工作在高频条件下。
在本发明的一个实施例中，钳位电路30包括齐纳二极管D1，齐纳二极管D1的阳极与低压晶体管40的源极连接，齐纳二极管D1的阴极与低压晶体管40的漏极连接。
由此，可以实现通过一个简单的结构对低压晶体管40进行钳位，使得本发明实施例的功率器件10成本更低，占用空间更小。
在本发明的一个实施例中，低压晶体管40为低压Si MOSFET。
在本发明的一个实施例中，耗尽型晶体管20为耗尽型GaN HEMT。
在本发明一个具体的实施例中，参见图2，低压Si MOSFET与耗尽型GaN HEMT实现级联结构，当低压Si MOSFET作为开关管关断的瞬间，由于耗尽型GaN HEMT属于常开器件，低压Si MOSFET的漏极会承受一个瞬态高电压，而在上述的级联结构上添加的钳位电路中的齐纳二极管可以进行钳位，从而避免对低压Si MOSFET造成损伤导致击穿。
在本发明的一个实施例中，功率器件10还包括焊盘，焊盘上形成有导电区域，齐纳二极管的阴极和低压Si MOSFET的漏极均直接贴在导电区域上，以通过导电区域中的导体电连接，齐纳二极管的阳极和低压Si MOSFET的源极通过导线连接，低压Si MOSFET的栅极通过导线连接至功率器件10的栅极，低压Si MOSFET的源极通过导线连接至功率器件10的源极。
具体地，低压Si MOSFET是垂直结构的晶体管，低压Si MOSFET底部贴装在镀金导电焊盘上，并将低压Si MOSFET底部的漏极引出，同时因为齐纳二极管也是垂直结构的芯片，可以将低压Si MOSFET与齐纳二极管并列贴装在镀金导电焊盘上，使得齐纳二极管的阴极和低压Si MOSFET的漏极均贴装到了导电区域，可以通过镀金导电焊盘电连接，并且齐纳二极管的阳极和低压Si MOSFET的源极通过导线连接，从而在低压Si MOSFET两端并联齐纳二极管，实现低压Si MOSFET与齐纳二极管的并联结构。该并联结构可以减少一次两个器件之间的引线，进一步降低了本发明实施例的功率器件10的体积，并且避免了增加寄生电感，进一步提高了本发明实施例的功率器件10的性能。
在本发明的一个实施例中，耗尽型GaN HEMT贴在焊盘上的非导电区域，耗尽型GaNHEMT的栅极通过导线连接至功率器件10的源极，耗尽型GaN HEMT的漏极通过导线连接至功率器件10的漏极，耗尽型GaN HEMT的源极通过导线连接至导电区域。此外，该耗尽型GaNHEMT可以通过银粘在焊盘上，相较于常用的粘连剂，具有较强的耐热能力。
综上，本发明实施例的功率器件，包括耗尽型晶体管、低压晶体管和钳位电路。其中，耗尽型晶体管的源极与低压晶体管的漏极连接，耗尽型晶体管的栅极与低压晶体管的源极均连接至功率器件的源极，低压晶体管的栅极连接至所述功率器件的栅极，耗尽型晶体管的漏极连接至功率器件的漏极，钳位电路的一端与低压晶体管的源极连接，钳位电路的另一端与低压晶体管的漏极连接，钳位电路用于钳位所述低压晶体管的源极与漏极之间的电压。由此，通过该功率器件，通过钳位电路对低压晶体管的漏极与源极之间的电压钳位，可以实现对低压晶体管的保护，提高了器件的可靠性。而且，上述低压晶体管可以采用低压Si MOSFET，上述钳位电路可以直接采用齐纳二极管，并将低压Si MOSFET和齐纳二极管并联贴在焊盘的导电区域，从而降低了功率器件的体积，提高了功率器件的性能。
进一步地，本发明提出一种驱动电路。
图3是本发明实施例的驱动电路的结构框图。
如图3所示，驱动电路100包括功率器件10。
本发明实施例的驱动电路，通过上述的功率器件，可以通过钳位电路对低压晶体管的漏极与源极之间的电压钳位，可以实现对低压晶体管的保护，提高了器件的可靠性，使得驱动电路可以在高频条件下有效运行。而且，上述低压晶体管可以采用低压Si MOSFET，上述钳位电路可以直接采用齐纳二极管，并将低压Si MOSFET和齐纳二极管并联贴在焊盘的导电区域，从而降低了驱动电路的体积，提高了驱动电路的性能。
进一步地，本发明提出一种电源模组。
图4是本发明实施例的电源模组的结构框图。
如图4所示，电源模组1000包括驱动电路100。
本发明实施例的电源模组，通过上述的驱动电路，可以通过钳位电路对低压晶体管的漏极与源极之间的电压钳位，可以实现对低压晶体管的保护，提高了器件的可靠性，使得电源模组可以在高频条件下有效运行。而且，上述低压晶体管可以采用低压Si MOSFET，上述钳位电路可以直接采用齐纳二极管，并将低压Si MOSFET和齐纳二极管并联贴在焊盘的导电区域，从而降低了电源模组的体积，提高了电源模组的性能。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本说明书的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括：
耗尽型晶体管和低压晶体管，所述耗尽型晶体管的源极与所述低压晶体管的漏极连接，所述耗尽型晶体管的栅极与所述低压晶体管的源极均连接至所述功率器件的源极，所述低压晶体管的栅极连接至所述功率器件的栅极，所述耗尽型晶体管的漏极连接至所述功率器件的漏极；
钳位电路，所述钳位电路的一端与所述低压晶体管的源极连接，所述钳位电路的另一端与所述低压晶体管的漏极连接，所述钳位电路用于钳位所述低压晶体管的源极与漏极之间的电压。
2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述钳位电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的阳极与所述低压晶体管的源极连接，所述齐纳二极管的阴极与所述低压晶体管的漏极连接。
3.根据权利要求2所述的功率器件，其特征在于，所述低压晶体管为低压Si MOSFET。
4.根据权利要求3所述的功率器件，其特征在于，所述耗尽型晶体管为耗尽型GaNHEMT。
5.根据权利要求4所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括焊盘，所述焊盘上形成有导电区域，所述齐纳二极管的阴极和所述低压Si MOSFET的漏极均直接贴在所述导电区域上，以通过所述导电区域中的导体电连接，所述齐纳二极管的阳极和所述低压SiMOSFET的源极通过导线连接，所述低压Si MOSFET的栅极通过导线连接至所述功率器件的栅极，所述低压Si MOSFET的源极通过导线连接至所述功率器件的源极。
6.根据权利要求5所述的功率器件，其特征在于，所述耗尽型GaN HEMT贴在所述焊盘上的非导电区域，所述耗尽型GaN HEMT的栅极通过导线连接至所述功率器件的源极，所述耗尽型GaN HEMT的漏极通过导线连接至所述功率器件的漏极，所述耗尽型GaN HEMT的源极通过导线连接至所述导电区域。
7.根据权利要求6所述的功率器件，其特征在于，所述耗尽型GaN HEMT通过银粘连在所述焊盘上的非导电区域。
8.一种驱动电路，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的功率器件。
9.一种电源模组，其特征在于，包括如权利要求8所述的驱动电路。
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