场效应晶体管的驱动电路、驱动系统及空调器的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种场效应晶体管的驱动电路、驱动系统及空调器。

背景技术

氮化镓高迁移率晶体管ganhemt器件属于第三代半导体器件，相比于第一代si基半导体器件，其具有开关速度快，工作结温高，功率密度高等特点。

目前，相关技术中的ganhemt器件及其驱动电路如图1所示，其驱动电压vdd一般为5v左右。控制信号从驱动电路的输入端in输入，从驱动电路的输出端out输出，经电阻r后，输入到ganhemt器件的栅极g，以控制ganhemt器件的漏极d与源极s之间的通断。当in端输入高电平时，漏极d与源极s之间通路；当in端输入低电平时，漏极d与源极s之间断路。

对于上述的ganhemt器件驱动电路，栅极电阻r越大，则ganhemt开、关越慢，开关过程中的ganhemt器件的能量损耗越大；栅极电阻r越小，则开、关速度越快，开关过程中ganhemt器件的能量损耗越小。然而，对于ganhemt器件，其开通速度不能过快，否则容易引起ganhemt器件自激，进而导致ganhemt不能正常工作。因此，栅极电阻r取值一般较大，通常会选取几十到几百欧的阻值。但较大的栅极电阻，会导致ganhemt器件的开关损耗较大。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述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场效应晶体管的驱动电路，该驱动电路能够在不引起场效应晶体管自激的前提下，减小场效应晶体管的开关损耗。

本发明的第二个目的在于提出一种场效应晶体管的驱动系统。

本发明的第三个目的在于提出一种智能功率模块。

本发明的第四个目的在于提出一种空调器。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种场效应晶体管的驱动电路，包括：驱动模块、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的阻值大于第一设定阻值阈值，所述第二电阻的阻值小于第二设定阻值阈值；所述驱动模块，用于接收输入的控制信号，并在所述控制信号为高电平时，输出高电平的第一驱动信号，经所述第一电阻后，输入至外部的场效应晶体管的栅极，控制所述场效应晶体管的漏极和源极之间导通；在所述控制信号为低电平时，输出低电平的第二驱动信号，经所述第二电阻后，输入至所述场效应晶体管的栅极，控制所述场效应晶体管的漏极和源极之间截止。

根据本发明实施例的场效应晶体管的驱动电路，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

另外，根据本发明上述实施例的场效应晶体管的驱动电路还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述第二电阻的阻值为0。

在一些示例中，所述驱动模块包括：非门、p型金属氧化物半导体p-mos晶体管和n型金属氧化物半导体n-mos晶体管；所述非门的输入端与所述驱动模块的信号输入端连接，用于接收输入的所述控制信号，所述非门的输出端分别与所述p-mos晶体管的栅极和所述n-mos晶体管的栅极连接；所述p-mos晶体管的源极通过所述驱动模块的供电电源端，与外部的供电电源连接，所述p-mos晶体管的漏极通过所述驱动模块的第一信号输出端，与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述场效应晶体管的栅极连接；所述n-mos晶体管的漏极通过所述驱动模块的第二信号输出端，与所述场效应晶体管的栅极连接，所述n-mos晶体管的源极通过所述驱动模块的地端与所述场效应晶体管的源极连接；在所述控制信号为高电平时，所述p-mos晶体管的漏极和源极之间导通，所述n-mos晶体管的漏极和源极之间截止，所述驱动模块的第一信号输出端输出所述第一驱动信号，所述驱动模块的第二信号输出端停止输出所述第二驱动信号；在所述控制信号为低电平时，所述p-mos晶体管的漏极和源极之间截止，所述n-mos晶体管的漏极和源极之间导通，所述驱动模块的第一信号输出端停止输出所述第一驱动信号，所述驱动模块的第二信号输出端输出所述第二驱动信号。

在一些示例中，所述驱动模块还包括：第一二极管；所述第一二极管的阴极与所述p-mos晶体管的源极连接，所述第一二极管的阳极与所述p-mos晶体管的漏极连接。

在一些示例中，所述驱动模块还包括：第二二极管；所述第二二极管的阴极与所述n-mos晶体管的漏极连接，所述第二二极管的阳极与所述n-mos晶体管的源极连接。

为了实现上述目的，本发明第二方面的实施例还提出了一种场效应晶体管的驱动系统，包括：场效应晶体管和本发明上述实施例所述的场效应晶体管的驱动电路。

根据本发明实施例的场效应晶体管的驱动系统，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

另外，根据本发明上述实施例的场效应晶体管的驱动系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，还包括：与所述场效应晶体管的驱动电路连接的控制器；所述控制器，用于输出所述控制信号。

在一些示例中，还包括：与所述场效应晶体管的驱动电路连接的供电电源；所述供电电源，用于为所述场效应晶体管的驱动电路提供工作电源。

在一些示例中，所述场效应晶体管为氮化镓高迁移率晶体管ganhemt。

为了实现上述目的，本发明第三方面的实施例提出了一种智能功率模块，包括本发明上述第一方面实施例所述的场效应晶体管的驱动电路。

根据本发明实施例的智能功率模块，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

为了实现上述目的，本发明第四方面的实施例提出了一种空调器，包括本发明上述第二方面实施例所述的场效应晶体管的驱动系统。

根据本发明实施例的空调器，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

本发明的附加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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是目前相关技术中的ganhemt器件驱动电路示意图；

图2是根据本发明一个实施例的场效应晶体管的驱动电路的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的场效应晶体管的驱动电路的详细结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的场效应晶体管的驱动电路、驱动系统及空调器。

图2是根据本发明一个实施例的场效应晶体管的驱动电路的结构示意图。如图2所示，该场效应晶体管的驱动电路包括：驱动模块110、第一电阻r和第二电阻(图中未示出)，其中，第一电阻r的阻值大于第一设定阻值阈值，从而避免外部的场效应晶体管开通时的自激效应；第二电阻的阻值小于第二设定阻值阈值，从而降低外部的场效应晶体管关断时的能量损耗。

具体地，驱动模块110用于接收输入的控制信号，并在控制信号为高电平时，输出高电平的第一驱动信号，经第一电阻r后，输入至外部的场效应晶体管的栅极g，控制场效应晶体管的漏极d和源极s之间导通；在控制信号为低电平时，输出低电平的第二驱动信号，经第二电阻后，输入至场效应晶体管的栅极g，控制场效应晶体管的漏极d和源极s之间截止。

在一些示例中，如图2所示，第二电阻的阻值为0，即无电阻，从而减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

在具体示例中，场效应晶体管例如为氮化镓高迁移率晶体管ganhemt等。

在图2所示的驱动电路中，in为信号输入端，用于接收控制信号，out1和out2为信号输出端，vdd为供电电源端，其供电电压例如为5～6v；gnd为地端，r为栅极电阻，g、d、s分别为场效应晶体管(如ganhemt)的栅极、漏极、源极。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，驱动模块110包括：非门111、p型金属氧化物半导体p-mos晶体管和n型金属氧化物半导体n-mos晶体管。

其中，非门111的输入端与驱动模块110的信号输入端in连接，用于接收输入的控制信号，非门111的输出端分别与p-mos晶体管的栅极和n-mos晶体管的栅极连接。

p-mos晶体管的源极通过驱动模块110的供电电源端vdd，与外部的供电电源连接，p-mos晶体管的漏极通过驱动模块110的第一信号输出端out1，与第一电阻r的第一端连接，第一电阻r的第二端与场效应晶体管的栅极g连接。

n-mos晶体管的漏极通过驱动模块110的第二信号输出端out2，与场效应晶体管的栅极g连接，n-mos晶体管的源极通过驱动模块110的地端gnd与场效应晶体管的源极s连接。

具体地，当控制信号为高电平时，p-mos晶体管的漏极和源极之间导通，n-mos晶体管的漏极和源极之间截止，驱动模块110的第一信号输出端out1输出第一驱动信号，驱动模块110的第二信号输出端out2停止输出第二驱动信号。

当控制信号为低电平时，p-mos晶体管的漏极和源极之间截止，n-mos晶体管的漏极和源极之间导通，驱动模块110的第一信号输出端out1停止输出第一驱动信号，驱动模块110的第二信号输出端out2输出第二驱动信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，驱动模块110还包括：第一二极管d1。第一二极管d1的阴极与p-mos晶体管的源极连接，第一二极管d1的阳极与p-mos晶体管的漏极连接。也即是说，第一二极管d1与p-mos晶体管反并联。

进一步地，如图3所示，驱动模块110还包括：第二二极管d2。第二二极管d2的阴极与n-mos晶体管的漏极连接，第二二极管d2的阳极与n-mos晶体管的源极连接。也即是说，第二二极管d2与n-mos晶体管反并联。

也即是说，驱动模块包括两个反并联二极管(即d1和d2)，其击穿电压例如均为10～20v。当vdd与out1、out2与gnd之间的电压高于反并二极管(d1或d2)的击穿电压时，二极管被击穿，使得vdd与out1、out2与gnd之间维持在二极管的击穿电压，防止mos被高压击穿损坏，因而两个反并二极管(d1和d2)能起到对驱动电路的静电防护作用。

结合图3，以ganhemt为例进行说明。如图3所示，ganhemt的驱动电路例如包括一个非门111、一个p-mos、一个n-mos和两个二极管d1和d2。该驱动电路采用双路驱动方式，带电阻(即第一电阻r1)一路用于驱动ganhemt开通，无电阻(即第二电阻的阻值为0)一路用于ganhemt器件的关断。

in为信号输入端，其与非门111的输入端连接。非门111的输出端分别与p-mos的栅极、n-mos的栅极连接。vdd为供电电源端，其与p-mos的源极、第一二极管d1的阴极连接。out1为第一信号输出端，其与p-mos的漏极、第一二极管d1的阳极连接；out1经过第一电阻r，连接到ganhemt的栅极g。out2为第二信号输出端，其与n-mos的漏极、第二二极管d2的阴极连接；out2直接输出到ganhemt的栅极g。gnd为地端，其与n-mos的源极、第二二极管d2的阳极、ganhemt的源极s连接。

ganhemt开通原理：在信号输入端in输入高电平，经非门111后，信号变为低电平；该低电平使得p-mos管开通，n-mos管关断，因而vdd经p-mos管、第一电阻r，将高电平输出到ganhemt的栅极g，ganhemt的栅极g与地端gnd之间断开，进而ganhemt的栅极g充电，ganhemt器件开通。

ganhemt关断原理：在信号输入端in输入低电平，经非门111后，信号变为高电平；该高电平使得p-mos管关断，n-mos管开通，因而vdd与栅极g之间断开，地端gnd与ganhemt的栅极g之间经n-mos连通，进而ganhemt的栅极g放电，ganhemt器件关断。

也即是说，本发明实施例的场效应晶体管的驱动电路，通过双路驱动来实现，对于开通过程，使用out1端口对ganhemt的栅极寄生电容进行充电，由于充电线路经过第一电阻r，因此开通过程不会因开通速度过快而导致ganhemt的自激效应；对于关断过程，使用out2端口对ganhemt的栅极寄生电容进行放电，由于放电线路没有电阻(即第二电阻为0)，因此ganhemt器件的关断过程较快，能量损耗较小。也即，开通过程时驱动电路设有栅极电阻，关断过程时驱动电路无栅极电阻(即第二电阻为0)或小电阻(第二电阻小于第二设定阻值阈值)，从而避免外部的场效应晶体管开通时的自激效应，以及降低外部的场效应晶体管关断时的能量损耗。

另外，该驱动电路包含两个反并联二极管，能够防止mos被高压击穿损坏，对驱动电路具有静电防护作用。

根据本发明实施例的场效应晶体管的驱动电路，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

本发明的进一步实施例还提出了一种场效应晶体管的驱动系统。

根据本发明一个实施例的场效应晶体管的驱动系统，包括：场效应晶体管和如本发明上述任意一个实施例所描述的场效应晶体管的驱动电路。

具体地，场效应晶体管例如为场效应晶体管为氮化镓高迁移率晶体管ganhemt等。

进一步地，在本发明的一个实施例中，该驱动系统还包括控制器。该控制器与场效应晶体管的驱动电路连接，用于输出控制信号，以便驱动电路接收该控制信号，并在控制信号为高电平时，输出高电平的第一驱动信号，经第一电阻后，输入至外部的场效应晶体管的栅极，控制场效应晶体管的漏极和源极之间导通；在控制信号为低电平时，输出低电平的第二驱动信号，经第二电阻后，输入至场效应晶体管的栅极，控制场效应晶体管的漏极和源极之间截止。

进一步地，在本发明的一个实施例中，该驱动系统还包括与场效应晶体管的驱动电路连接的供电电源。供电电源用于为场效应晶体管的驱动电路提供工作电源。具体地，供电电源例如与驱动电路的供电电源端相连，以通过供电电源端向驱动电路提供工作电源。

需要说明的是，本发明实施例的场效应晶体管的驱动系统的具体实现方式与本发明实施例的场效应晶体管的驱动电路的具体实现方式类似，具体请参见驱动电路部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。

根据本发明实施例的场效应晶体管的驱动系统，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

本发明的进一步实施例还提出了一种智能功率模块，包括如本发明上述任意一个实施例所描述的场效应晶体管的驱动电路。

根据本发明实施例的智能功率模块，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

本发明的进一步实施例还提出了一种空调器，包括如本发明上述任意一个实施例所描述的场效应晶体管的驱动系统。

根据本发明实施例的空调器，通过双路驱动将场效应晶体管的开关过程分离为双路，对会引起自激效应的开通过程通过增加电阻阻值进行限制，对不会引起自激的关断过程则不采用栅极电阻，从而在防止场效应晶体管自激的前提下，减小了场效应晶体管开关过程的能量损耗。

在本发明的描述中，需要理解的是，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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而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，因此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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。