氮化镓高电子迁移率晶体管的漏极调制电路的制作方法

本公开涉及电路技术，具体地，涉及一种氮化镓高电子迁移率晶体管的漏极调制电路。

背景技术：

通常氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN High Electron Mobility Transistor，简称：GaN HEMT)的栅极电压需要为负电压，当栅极电压为0V时，GaN HEMT处于强导通状态，如果GaN HEMT的漏极电压仍在工作状态，则会产生大电流，使得GaN HEMT被烧毁。因此当GaN HEMT的栅极电压没有正确加载时，一定要确保GaN HEMT的漏极不会上电。基于此，为了保护GaN HEMT，需要在GaN HEMT的漏极与电源之间设置开关，当栅极电压没有正确加载时，可以通过关断开关保护GaN HEMT。更甚者，在脉冲应用中，除了在脉冲间隙也需要将电源关断，还需要在纳秒级别的时间内将GaN HEMT的漏极电压降至0V。

相关技术中，常用的开关是P型金属氧化物半导体(P Metal Oxide Semiconductor，简称：PMOS)开关器件。但是PMOS开关器件由于其载流子迁移率较低，为了实现相应的导通能力，PMOS开关器件会占用较大的印制电路板(Printed Circuit Board，简称：PCB)面积，且成本较高，另外PMOS开关器件的漏极寄生电容较大，导致漏极电压不能迅速关断，通称会有微秒级的拖尾，严重的会导致GaN HEMT被烧毁。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管的漏极调制电路。

为了实现上述目的，本公开提供一种GaN HEMT的漏极调制电路，包括：脉冲驱动电路、开关电路和过冲保护电路；

所述脉冲驱动电路用于产生两路电平相反的脉冲信号；

所述开关电路用于控制N型金属氧化物半导体NMOS的开通和关断；

所述过冲保护电路用于控制所述GaN HEMT的漏极调制电路的输出电压。

可选的，所述开关电路包括：第一输入端口、第二输入端口、第一放大器、第二放大器、第一NMOS及第二NMOS；

其中，所述第一输入端口与所述第一放大器的一个引脚连接，所述第一放大器的另一个引脚与所述第一NMOS的栅极连接；所述第二输入端口与所述第二放大器的一个引脚连接，所述第二放大器的另一个引脚与所述第二NMOS的栅极连接；

所述第一NMOS和所述第二NMOS串联，所述第一NMOS的漏极连接第一电源，所述第二NMOS的源极接地；所述第一NMOS和所述第二NMOS之间连接有所述GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口；所述GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口与所述GaN HEMT的漏极连接。

可选的，还包括：升压电路；

所述升压电路的一端与第二电源连接，所述升压电路的另一端与所述第一放大器的第三个引脚连接。

可选的，所述脉冲驱动电路包括：负压产生电路、脉冲控制信号产生电路、与门及非门；

所述负压产生电路的一端和所述脉冲控制信号产生电路均连接至所述与门；所述与门的一个输出端与所述第一输入端口连接；所述与门的另一个输出端与所述非门的输入端连接，所述非门的输出端与所述第二输入端口连接；所述负压产生电路的另一端与所述GaN HEMT的栅极连接。

可选的，所述过冲保护电路包括：第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管与所述第一NMOS并联，所述第二二极管与所述第二NMOS并联。

可选的，所述第二放大器的第三个引脚与所述第二电源连接，所述第二放大器的第四个引脚接地。

可选的，所述第一放大器的第四个引脚与所述GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口连接。

通过上述技术方案，采用NMOS作为电源与GaN HEMT的漏极之间的开关器件，其尺寸较小、价格相对便宜，降低了电路的整体成本与面积，并且解决了在电源电流剧烈变化时产生的巨大过冲，保护了GaN HEMT的漏极调制电路中的NMOS开关器件，提高了电路的可靠性。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种GaN HEMT的漏极调制电路框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种GaN HEMT的漏极调制电路框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种GaN HEMT的漏极调制电路框图。参照图1，该GaN HEMT的漏极调制电路包括脉冲驱动电路、开关电路和过冲保护电路；脉冲驱动电路用于产生两路电平相反的脉冲信号；开关电路用于控制N型金属氧化物半导体(N Metal Oxide Semiconductor，简称：NMOS)的开通和关断；过冲保护电路用于控制GaN HEMT的漏极调制电路的输出电压。

其中，开关电路包括：第一输入端口、第二输入端口、第一放大器、第二放大器、第一NMOS(NMOS1)、第二NMOS(NMOS2)；第一输入端口与第一放大器的一个引脚连接，第一放大器的另一个引脚与NMOS1的栅极G连接；第二输入端口与第二放大器的一个引脚连接，第二放大器的另一个引脚与NMOS2的栅极G连接；NMOS1和NMOS2串联，NMOS1的漏极D连接第一电源VDD1，NMOS2的源极S接地；NMOS1和NMOS2之间连接有GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口Vout；GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口Vout与GaN HEMT的漏极连接。升压电路Vboost的一端与第二电源VDD2连接，升压电路的另一端与第一放大器的第三个引脚连接。过冲保护电路包括：第一二极管Diode1和第二二极管Diode2；第一二极管Diode1与NMOS1并联，第二二极管Diode2与NMOS2并联。

图2是根据一示例性实施例示出的一种GaN HEMT的漏极调制电路框图。参照图2，脉冲驱动电路包括：负压产生电路、脉冲控制信号产生电路、与门及非门；负压产生电路的一端和脉冲控制信号产生电路均连接至与门；与门的一个输出端与第一输入端口(PWM1)连接；与门的另一个输出端与非门的输入端连接，非门的输出端与第二输入端口(PWM2)连接；负压产生电路的另一端与GaN HEMT的栅极连接。

本公开中，第一输入端口输入的信号为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称：PWM1)，第二输入端口输入的信号为PWM2，PWM1通过第一放大器控制NMOS1，当PWM1为高电平，NMOS1的漏极D和源极S开通；PWM2通过第二放大器控制NMOS2，当PMW2为高电平，NMOS2的漏接D和源极S开通。为避免电源与地短路，PWM1和PWM2不能同时为高电平。第一电源VDD1是28～50V的电源，为GaN HEMT供电，第二电源VDD2是5～10V的电源，为开关电路供电。GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口Vout为脉冲调制后的电源输出至GaN HEMT的漏极。升压电路Vboost将第一放大器的电源电压提升到VA+10V左右，VA为图中A点的电压，VA会在0～VDD2之间变化。

本实施例中，为了减小电源的损耗，设置NMOS1和NMOS2的电阻小于100mΩ，GaN HEMT的漏极调制电路的输出端口Vout上的电容(包括NMOS1和NMOS2的电容、GaN HEMT的电容以及一些滤波电容和射频短路电容)不超过10nF，这样GaN HEMT的漏极调制电路的充放电的时间可以是纳秒量级，即使考虑到电流过冲造成的振铃现象，输入第一输入端口和第二输入端口的脉冲信号的上升下降延时均可以确定小于50ns，可以满足绝大多数的大功率脉冲微波功率电路应用。

当输入第一输入端口和第二输入端口的脉冲信号的上升下降延时减少到纳秒量级时，在NMOS1和NMOS2的开启和关断的过程中，电流变化极大，其变化率为1GA/S的量级，因此在GaN HEMT的漏极调制电路中，即使很微小的寄生电感也会造成巨大的过冲电压，该过冲电压的计算公式为：dV＝di/dt×L，其中L为寄生电感，di/dt为电流变化率。即使50nH的寄生电感也可造成50V以上的过冲电压，该过冲电压叠加在28～50V的电压上，通常会超过NMOS开关器件和GaN HEMT的击穿电压，造成电路损坏。为了防止过冲电压造成的器件损坏，第一二极管Diode1和第二二极管Diode2可以起到保护作用，当A点的电压超过VDD2+Von(Von为二极管正向导通电压)时，第一二极管Diode1导通，消除正电压过冲；当A点的电压低于VDD2-Von时，第二二极管Diode2导通，消除负电压过冲。通过第一二极管Diode1和第二二极管Diode2的保护，通常过冲可以控制在较小的电压(可以小于5V)以内(这主要是由于二极管本身的寄生电感和电阻造成的)。

本公开，采用NMOS作为电源与GaN HEMT的漏极之间的开关器件，其尺寸较小、价格相对便宜，降低了电路的整体成本与面积，并且解决了在电源电流剧烈变化时产生的巨大过冲，保护了GaN HEMT的漏极调制电路中的NMOS开关器件，提高了电路的可靠性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。