CN209964028U - 一种带有电压控制辅助电路的晶体管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有电压控制辅助电路的晶体管。通过在栅极引入电压控制辅助电路，其中电压控制辅助电路包括参考电压网络和开关网络。参考电压网络在稳态工作时，向开关网络生成参考电压，该参考电压使得目标晶体管的栅极电压在开关工作中处于不被击穿的正常工作电压中，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。

Description

一种带有电压控制辅助电路的晶体管

技术领域

本实用新型属功率半导体领域，具体涉及一种带有电压控制辅助电路的晶体管。

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：栅极所承受电压较小，一般不超过6V，而现有驱动输入电压则超过10V，这增加了驱动开发难度和成本，也限制了第三代半导体器件的大规模应用。

发明内容

针对现有技术缺陷，本实用新型提供一种带有电压控制辅助电路的晶体管。本实用新型在栅极引入电压控制辅助电路Q，其中电压控制辅助电路Q包括参考电压网络V和开关网络C。 参考电压网络V在稳态工作时，向开关网络C生成参考电压Vb，Vb使得晶体管的栅极电压Vg在开关工作中处于不被击穿的正常工作电压中，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。

实现本实用新型目的的技术方案为：

一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，包括：

晶体管和电压控制辅助电路Q；电压控制辅助电路Q包括参考电压网络V和开关网络C；当驱动输入电压Vgg为稳态第一电位时，电压控制辅助电路Q中的开关网络C为导通状态，晶体管的栅极电压Vg与驱动输入电压Vgg同为稳态第一电位；当驱动输入电压Vgg为稳态第二电位时，电压控制辅助电路Q控制开关网络C，使得晶体管的栅极电压Vg稳定在预设电压Vgx。

其中，所述的晶体管在驱动输入电压Vgg为稳态第一电位的时候晶体管处于关断状态，在驱动输入电压Vgg为稳态第二电位的时候晶体管处于导通状态。

其中，所述的晶体管的体材料为Si，Ge，SiC，GaN，AlGaN，AlN，InP，钻石和Ga₂O₃中的至少一种。

其中，所述的参考电压网络V在稳态工作的时候，向开关网络C生成一个参考电压Vb。

其中，所述的开关网络C根据参考电压Vb使得晶体管的栅极电压Vg在开关工作中的电压处于稳态第一电压与所述预设电压Vgx之间。

其中，所述的预设电压Vgx与所述的参考电压Vb具有正相关或者负相关的函数关系。

其中，所述的电压控制辅助电路Q可与晶体管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，所述的参考电压网络V可由电压源、晶体管、二极管、电阻和电容中的至少一个组成。

其中，所述开关网络C至少由一个晶体管组成。

附图说明

图1是本实用新型一种带有电压控制辅助电路的晶体管。

图2是本实用新型具体实施例一提供的基于Si基集成增强型和耗尽型集成的GaNHEMT集成驱动电路图。

图3是本实用新型具体实施例二提供的基于Si基集成增强型GaN HEMT的集成驱动电路图。

图4是本实用新型具体实施例二驱动输入电压Vgg、参考电压Vb、预设电压Vgx和主器件晶体管T1栅极电压波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案的有点更清晰明白，以下结合实施例并参考附图，对本说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实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示为本实施例一的电路示意图，该电路包括晶体管T1和开关网络晶体管T2。本实施例中所有元器件集成再同一衬底中。

本实用新型的实施例一中，所述衬底材料为硅材料。

本实用新型的实施例一中，所述晶体管T1为增强型P型栅GaN HEMT（HighElectron Mobility Transistor），而晶体管T2为耗尽型GaN HEMT。对于T1器件其阈值电压为1.2V，正向阻断电压为650V；对于T2器件其阈值电压为-6V。

本实施例的工作原理为：

本实例中在输入稳态电平时晶体管T2生成的参考辅助Vb为0V。输入信号时低电平时，T2栅源两端电压差为0V，器件开通，主器件T1关断。当输入信号为高电平时，T2栅源两端电压差为0V，器件开通，主器件T1开通并随输入信号电压增加。当主器件T1的栅极电压上升到6V以上时，T2栅源两端电压差小于-6V，T2器件关断，从而保护主器件T1栅极电压不超过6V，防止器件栅极被击穿。

如图3所示为本实施例二的电路示意图，该电路包括晶体管T1、参考电压网络V和开关网络C。其中参考电压网络由电容C1、C2和电阻R1、R2组成，开关网络由晶体管T2组成。

本实用新型的实施例二中，所述衬底材料为硅材料。

本实用新型的实施例二中，所述晶体管T1和T2均为增强型P型栅GaN HEMT。对于主开关器件T1其阈值电压为1.2V，正向阻断电压为650V。

本实用新型的实施例二中，所述控制开关T2为对称型器件，工艺制成与晶体管T1相同。

本实用新型的实施例二中，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P型栅极电容制作。

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，电容C1和C2进行充电并对输入电压进行分压，此时参考电压由电容比值决定；当高电平达到稳态后，控制开关T2工作在亚阈值区，参考电压值由电阻比值决定，主器件T1开启，由于电阻R1和R2的分压作用，其主器件T1栅极电压不超过其栅极击穿电压。当输入信号从高电平变为稳态低电平时，电容放电，开关T2完全开通，主器件T1关闭。

Claims (8)

1.一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，包括：

目标晶体管和电压控制辅助电路；

电压控制辅助电路包括参考电压网络和开关网络；

当驱动输入电压为稳态第一电位时，电压控制辅助电路中的开关网络为导通状态，晶体管的栅极电压与驱动输入电压同为稳态第一电位；

当驱动输入电压为稳态第二电位时，电压控制辅助电路控制开关网络，使得晶体管T的栅极电压稳定在一个预设电压。

2.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述的晶体管在驱动输入电压为稳态第一电位的时候晶体管处于关断状态，在驱动输入电压为稳态第二电位的时候晶体管处于导通状态。

3.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述的参考电压网络在稳态工作的时候，向开关网络生成一个参考电压。

4.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述的开关网络根据参考电压使得晶体管的栅极电压在开关工作中的电压处于稳态第一电压与所述预设电压之间。

5.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述的预设电压与所述的参考电压具有正相关或者负相关的函数关系。

6.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述的电压控制辅助电路可与晶体管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。

7.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述的参考电压网络可由电压源、晶体管、二极管、电阻和电容中的至少一个组成。

8.根据权利要求1所述的一种带有电压控制辅助电路的晶体管，其特征在于，所述开关网络至少由一个晶体管组成。

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