CN213783268U - 一种氮化镓晶体管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氮化镓晶体管驱动电路包括二极管DON、三极管QOFF、串联分压电路；串联分压电路由第一稳压二极管ZZ或第一电阻RZ、电容CZ构成；第一稳压二极管ZZ的阳极或第一电阻RZ的另一端与电容CZ的另一端连接，第一稳压二极管ZZ的阳极或第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输出端；所述氮化镓晶体管驱动电路的输入端用于接入PWM驱动信号。本实用新型在传统成熟、可靠的功率晶体管驱动器/控制器，并通过串并联稳压电路对驱动电压信号进行转换处理，得到适合GaN HEMT的驱动信号，从而实现GaN HEMT的低成本、可靠、快速驱动。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件驱动电路领域，特别涉及应用于氮化镓晶体管驱动电路。
背景技术
氮化镓增强模式高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)在效率、封装尺寸和开关速度方面均优于其他传统功率晶体管，因而可以在功率转换器应用中提高功率密度。但与传统功率晶体管相比，GaN HEMT的栅极驱动阈值较小，因此需要合适、可靠、快速的驱动方案来实现GaN HEMT的开关动作。传统的功率晶体管驱动器由于针对硅器件，驱动电压会比较高，会超过GaN HEMT栅极电压限制，无法直接驱动GaN HEMT。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术问题，提供本实用新型提出一种基于电压转换的氮化镓驱动电路。该方案通过在传统功率晶体管驱动器/控制器驱动回路中加入串并联稳压电路来实现电压转换，从而驱动GaN HEMT器件。
本实用新型氮化镓晶体管驱动电路包括二极管DON、三极管QOFF、串联分压电路；
所述串联分压电路由第一稳压二极管ZZ或第一电阻RZ、电容CZ构成；所述二极管DON的阳极与所述三极管QOFF的基极连接，所述二极管DON的阳极与所述三极管QOFF的基极的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输入端；所述二极管DON的阴极分别与所述三极管QOFF的发射极、所述第一稳压二极管ZZ的阴极或第一电阻RZ的一端、所述电容CZ的一端相连接，所述三极管QOFF的集电极接地；所述第一稳压二极管ZZ的阳极或第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端连接，所述第一稳压二极管ZZ的阳极或第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输出端；所述氮化镓晶体管驱动电路的输入端用于接入PWM驱动信号；所述氮化镓晶体管驱动电路的输出端用于接至氮化镓晶体管的栅极。
在本实用新型实施例中，所述三极管QOFF是PNP型三极管。
作为优选实施例，进一步的，上述所述氮化镓晶体管驱动电路还包括双向箝位稳压电路，所述双向箝位稳压电路的一端连接至氮化镓晶体管驱动电路的输出端，所述双向箝位稳压电路的另一端接地。具体而言，所述双向箝位稳压电路由第二稳压二极管ZON、第三稳压二极管ZOFF构成；所述第二稳压二极管ZON的阴极作为所述双向箝位稳压电路的一端，所述第二稳压二极管ZON的阳极与所述第三稳压二极管ZOFF的阳极连接，所述第三稳压二极管ZOFF的阴极接地。
作为优选实施例，进一步的，所述氮化镓晶体管驱动电路还包括开通电阻RON，所述开通电阻RON串联至氮化镓晶体管驱动电路的输入端。
本实用新型的氮化镓晶体管驱动电路应用于氮化镓晶体管，该为氮化镓晶体管HEMT器件。
进一步的，所述开通电阻RON的阻值小于等于300Ω。
进一步的，所述第一电阻RZ的阻值范围为1kΩ～100kΩ。
进一步的，电容CZ的容值范围为300pF～200nF。
本实用新型的氮化镓晶体管驱动电路在传统成熟、可靠的功率晶体管驱动器/控制器，并通过串并联稳压电路对驱动电压信号进行转换处理，得到适合GaN HEMT的驱动信号，从而实现GaN HEMT的低成本、可靠、快速驱动。
附图说明
图1为本实用新型的实施例一氮化镓驱动电路的示意图一；
图2为本实用新型的实施例一氮化镓驱动电路的示意图二；
图3为本实用新型的实施例二的氮化镓驱动电路的示意图一；
图4为本实用新型的实施例二的氮化镓驱动电路的示意图二。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释。
实施例一
本实用新型实施例一，参见附图1所示提供了一种氮化镓晶体管驱动电路，包括二极管DON、三极管QOFF、第一稳压二极管ZZ、电容CZ；第一稳压二极管ZZ、电容CZ构成串联分压电路，承担驱动器输出电压与氮化镓栅极所需电压的差值，提供维持电流等。
所述二极管DON的阳极与所述三极管QOFF的基极连接，所述二极管DON的阳极与所述三极管QOFF的基极的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输入端；所述二极管DON的阴极分别与所述三极管QOFF的发射极、所述第一稳压二极管ZZ的阴极、所述电容CZ的一端相连接，所述三极管QOFF的集电极接地；
所述第一稳压二极管ZZ的阳极与所述电容CZ的另一端连接，所述第一稳压二极管ZZ的阳极与所述电容CZ的另一端的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输出端；
所述氮化镓晶体管驱动电路的输入端用于接入PWM驱动信号；
所述氮化镓晶体管驱动电路的输出端用于接至氮化镓晶体管的栅极。
在本实施例中，所述三极管QOFF是PNP型三极管，PWM驱动信号为电压为正的脉冲驱动信号。
为了实现氮化镓器件开通关断栅极电压箝位，进一步的，如附图2所示，所述氮化镓晶体管驱动电路还包括双向箝位稳压电路，所述双向箝位稳压电路的一端连接至氮化镓晶体管驱动电路的输出端，所述稳压电路的另一端接地。在本发明实施例中，所述双向箝位稳压电路由第二稳压二极管ZON、第三稳压二极管ZOFF构成；所述第二稳压二极管ZON的阴极作为所述双向箝位稳压电路的一端，所述第二稳压二极管ZON的阳极与所述第三稳压二极管ZOFF的阳极连接，所述第三稳压二极管ZOFF的阴极接地。
进一步的，如附图2所示，所述氮化镓晶体管驱动电路还包括开通电阻RON，所述开通电阻RON串联至氮化镓晶体管驱动电路的输入端。所述开通电阻RON阻值范围为数欧姆～数百欧姆(比如0R～300R)。
在本实用新型实施例中，所述氮化镓晶体管为HEMT器件。
本实用新型氮化镓晶体管驱动电路的参见附图2，该电路由三部分组成，第一部分为由二极管DON构成的快速关断电路，二极管DON为快速二极管，例如1N4148，提供单向导通通路，同时保护三极管QOFF的发射结；三极管QOFF为PNP三极管，提供氮化镓器件快速关断的低阻抗通路；第二部分为第一稳压二极管ZZ、电容CZ串联分压电路，承担驱动器输出电压与氮化镓栅极所需电压的差值，提供维持电流等；第三部分为稳压管双向箝位电路，实现氮化镓器件开通关断栅极电压箝位。具体开通过程模态如下：
模态一：氮化镓晶体管驱动电路的输入VPWM信号为高电平(例如12V)，二极管DON导通，三极管QOFF的发射结反偏、EC截止，VPWM通过开通电阻RON(数Ω～数百Ω)、开通二极管DON和电容CZ(数百pF～数百nF)为氮化镓器件栅极充电。其中，电容CZ的容值为数百pF～数百nF(比如300pF～200nF，典型值470pF、1nF、47nF)。
模态二：氮化镓器件栅极电压上升到第二稳压二极管ZON、第三稳压二极管ZOFF的导通电压(例如5.1V+0.7V)后，第二稳压二极管ZON反向箝位导通(5.1V)、第三稳压二极管ZOFF正向导通(0.7V)，VPWM通过开通电阻RON、二极管DON继续给串联分压电容CZ充电。
模态三：串联分压电容CZ电压上升到第一稳压二极管ZZ的导通电压(例如6.2V)后，第一稳压二极管ZZ反向箝位导通，VPWM通过开通电阻RON、二极管DON、第一稳压二极管ZZ为氮化镓器件栅极提供一定的维持电流。
模态四：VPWM为低电平(例如0V)，二极管DON截止，三极管QOFF的发射结正偏、EC导通，氮化镓器件栅极通过串联电容CZ、三极管QOFF的EC进行快速放电；氮化镓器件栅极放电到0V后，串联分压电容CZ通过三极管QOFF的EC对栅极进行反向充电。
实施例二
本实用新型实施例提供了一种氮化镓驱动电路，如附图3所示，一种氮化镓晶体管驱动电路，包括二极管(DON)、三极管QOFF、串联分压电路；所述串联分压电路由第一电阻RZ、电容CZ构成，由二极管DON、三极管QOFF构成的快速关断电路。其中，第一电阻Rz的阻值或重用范围为数千欧姆～数万欧姆(比如1k～100k，典型值10k)，电容Cz承担分压电压，第一电阻Rz提供导通后的栅极电流通路。
所述二极管DON的阳极与三极管QOFF的基极连接，二极管DON的阳极与三极管QOFF的基极的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输入端；二极管DON的阴极分别与三极管QOFF的发射极、第一电阻RZ的一端、电容CZ的一端相连接，三极管QOFF的集电极接地；第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端连接，所述第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输出端；所述氮化镓晶体管驱动电路的输入端用于接入PWM驱动信号；所述氮化镓晶体管驱动电路的输出端用于接至氮化镓晶体管的栅极。
在本实施例中，所述三极管QOFF是PNP型三极管，PWM驱动信号为电压为正的脉冲驱动信号。二极管DON为快速二极管，例如1N4148，
进一步优选的，为了实现氮化镓器件开通关断栅极电压箝位，进一步的，所述氮化镓晶体管驱动电路还包括双向箝位稳压电路，所述双向箝位稳压电路的一端连接至氮化镓晶体管驱动电路的输出端，所述双向箝位稳压电路的另一端接地。所述双向箝位稳压电路由第二稳压二极管ZON、第三稳压二极管ZOFF构成；所述第二稳压二极管ZON的阴极作为所述双向箝位稳压电路的一端，所述第二稳压二极管ZON的阳极与所述第三稳压二极管ZOFF的阳极连接，第三稳压二极管ZOFF的阴极接地。
进一步优选的，所述氮化镓晶体管驱动电路还包括开通电阻RON，所述开通电阻RON串联至氮化镓晶体管驱动电路的输入端。
在本实用新型实施例中，所述氮化镓晶体管为HEMT器件。
该电路由三部分组成，第一部分为由二极管DON、三极管QOFF构成的快速关断电路，二极管DON，例如1N4148，提供单向导通通路，同时保护三极管QOFF的发射结，三极管QOFF(PNP三极管)提供氮化镓器件快速关断的低阻抗通路；第二部分为由第一电阻RZ、电容CZ构成的串联分压电路，承担驱动器输出电压与氮化镓栅极所需电压的差值，提供维持电流等；第三部分为稳压管双向箝位电路，实现氮化镓器件开通关断栅极电压箝位。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种III族氮化物器件结构，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
包括二极管DON、三极管QOFF、串联分压电路；
所述串联分压电路由第一稳压二极管ZZ或第一电阻RZ、电容CZ构成；
所述二极管DON的阳极与所述三极管QOFF的基极连接，所述二极管DON的阳极与所述三极管QOFF的基极的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输入端；
所述二极管DON的阴极分别与所述三极管QOFF的发射极、所述第一稳压二极管ZZ的阴极或第一电阻RZ的一端、所述电容CZ的一端相连接，所述三极管QOFF的集电极接地；
所述第一稳压二极管ZZ的阳极或第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端连接，所述第一稳压二极管ZZ的阳极或第一电阻RZ的另一端与所述电容CZ的另一端的连接点作为氮化镓晶体管驱动电路的输出端；
所述氮化镓晶体管驱动电路的输入端用于接入PWM驱动信号；
所述氮化镓晶体管驱动电路的输出端用于接至氮化镓晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述三极管QOFF是PNP型三极管。
3.根据权利要求1所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述氮化镓晶体管驱动电路还包括双向箝位稳压电路，所述双向箝位稳压电路的一端连接至氮化镓晶体管驱动电路的输出端，所述双向箝位稳压电路的另一端接地。
4.根据权利要求3所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述双向箝位稳压电路由第二稳压二极管ZON、第三稳压二极管ZOFF构成；所述第二稳压二极管ZON的阴极作为所述双向箝位稳压电路的一端，所述第二稳压二极管ZON的阳极与所述第三稳压二极管ZOFF的阳极连接，所述第三稳压二极管ZOFF的阴极接地。
5.根据权利要求1所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述氮化镓晶体管驱动电路还包括开通电阻RON，所述开通电阻RON串联至氮化镓晶体管驱动电路的输入端。
6.根据权利要求1所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述氮化镓晶体管为HEMT器件。
7.根据权利要求5所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述开通电阻RON的阻值小于等于300Ω。
8.根据权利要求1所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述第一电阻RZ的阻值范围为1kΩ～100kΩ。
9.根据权利要求1所述氮化镓晶体管驱动电路，其特征在于，
所述电容CZ的容值范围为300pF～200nF。
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| CN202022269582.7U CN213783268U (zh) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 一种氮化镓晶体管驱动电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113556115A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-26 | 江苏能华微电子科技发展有限公司 | 一种e型氮化镓器件的驱动电路 |
| CN114448406A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-06 | 深圳市诚芯微科技股份有限公司 | 一种氮化镓驱动电路 |
| CN114710057A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-07-05 | 东南大学 | 一种氮化镓功率管的负压关断自举驱动电路 |
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