栅极驱动电路及方法与流程

本公开涉及到了半导体器件，特别涉及到一种栅极驱动电路及方法。

背景技术：

1、氮化镓(gan)电力电子器件与传统的硅(si)电力电子器件相比，具备更高切换频率、高效能、高功率、耐高压、耐高温以及抗辐射能力强等优越特性，因此能快速渗入5g、射频以及快充等场景。

2、由于氮化镓本身是耗尽型(d-mode)器件，因此在使用时需要用负偏压导通，在5g以及射频应用领域中并无明显问题，原因是这些场景中原本使用的砷化镓(gaas)与磷化铟(inp)等第二代半导体也是耗尽型器件，在设计功率放大器(power amplifier，pa)或低噪声放大器(low noise amplifier，lna)时也习惯使用负偏压，因此氮化镓在5g以及射频等应用场景中可无缝接轨。但在快充或切换式功率器件等场景中，耗尽型器件就会造成相当大的问题，原因是快充或切换式功率器件绝大部分是硅器件，而硅器件是增强型器件，使用正偏压导通，因此造成氮化镓器件在快充或切换式功率器件等场景的推广有一定难度。

3、相关技术中给出了两种解决方式：

4、1.p型氮化镓层(p-gan layer)。利用物理结构配合干蚀刻来实现增强型氮化镓器件。

5、2.迭接(cascode)。利用电路架构，配合一低耐压硅器件来达成增强型结构。

6、在使用增强型氮化镓器件时会搭配一个栅极驱动(driver)电路；此栅极驱动电路可以保护器件、增强信号且能减少损耗。但这又会造成一个问题：两种方式的增强型氮化镓器件其驱动电路无法共享，p型氮化镓层与迭接所形成的器件必须要分别去设计栅极驱动电路。

技术实现思路

1、本公开实施例提供了一种栅极驱动电路及方法，能自动寻找临界电压并给予相对应栅极驱动电压，避免了不同的晶体管需要设计不同的驱动电路的问题。所述技术方案如下：

2、本公开实施例提供了一种栅极驱动电路，所述栅极驱动电路包括：

3、比较器，用于比晶体管的漏极电流和基准电流的大小；

4、计数器，用于周期性获取所述比较器的结果，所述比较器的结果用于指示所述漏极电流是否超过所述基准电流；在所述漏极电流未超过所述基准电流时，计数加一；在所述漏极电流超过所述基准电流时，停止计数；

5、驱动器，用于为所述晶体管提供栅极驱动电压，并且周期性地增大所述栅极驱动电压，直到所述计数器停止计数；确定停止计数时所述计数器的计数值对应的临界电压，并以所述临界电压为基准增大电压值，得到饱和电压；采用所述饱和电压作为所述栅极驱动电压。

6、可选地，所述驱动器控制所述栅极驱动电压增大的周期和所述计数器计数的周期相同。

7、可选地，所述计数器为6位或8位计数器，所述驱动器控制所述栅极驱动电压每个周期增大0.05v～0.5v。

8、可选地，所述晶体管为增强型氮化镓晶体管；

9、所述驱动器，用于将所述临界电压增大1v～10v作为所述饱和电压。

10、可选地，所述晶体管为增强型硅晶体管；

11、所述驱动器，用于将所述临界电压增大1v～10v作为所述饱和电压。

12、可选地，所述驱动器，用于与电源电压提供端连接，在所述电源电压提供端提供的电源电压达到预定值的80％时，开始输出栅极驱动电压。

13、可选地，所述驱动器，用于与时钟信号提供端连接，基于所述时钟信号周期性地增大所述栅极驱动电压。

14、可选地，所述基准电流为0.1～1ma。

15、可选地，所述栅极驱动电路还包括：连接在所述晶体管和所述比较器之间的电流镜；

16、所述电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的源极和所述晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的漏极和所述晶体管的漏极原本相连的器件连接，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接，所述第二晶体管的源极和所述第二晶体管的栅极连接，所述第二晶体管漏极和所述比较器的一个输入端连接。

17、本公开实施例提供了一种栅极驱动方法，所述栅极驱动方法包括：

18、比晶体管的漏极电流和基准电流的大小；

19、周期性地获取比较的结果，所述比较的结果用于指示所述漏极电流是否超过所述基准电流；在所述漏极电流未超过所述基准电流时，计数加一；在所述漏极电流超过所述基准电流时，停止计数；

20、为所述晶体管提供栅极驱动电压，并且周期性地增大所述栅极驱动电压，直到所述计数器停止计数；确定停止计数时所述计数器的计数值对应的临界电压，并以所述临界电压为基准增大电压值，得到饱和电压；采用所述饱和电压作为所述栅极驱动电压。

21、可选地，所述驱动器控制所述栅极驱动电压增大的周期和所述计数器计数的周期相同。

22、可选地，所述以所述临界电压为基准增大电压值，得到饱和电压，包括：

23、将所述临界电压增大1v～10v作为所述饱和电压。

24、本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

25、在本公开实施例提供的技术方案中，通过驱动器为晶体管提供栅极驱动电压，并且周期性地增大栅极驱动电压，再次过程中通过比较器比较漏极电流和基准电流的大小，将该基准电流的大小提供给计数器，计数器在漏极电流未超过基准电流时计数，在漏极电流超过基准电流时停止计数。漏极电流从未超过到超过基准电流说明驱动电压达到临界电压，根据此时的计数值确定对应的临界电压，然后以临界电压为基准增大电压值，得到饱和电压，采用饱和电压作为栅极驱动电压。该方案可以自动实现临界电压的寻找，以及栅极驱动电压的输出，避免了不同的晶体管需要设计不同的驱动电路的问题。

技术特征：

1.一种栅极驱动电路，其特征在于，所述栅极驱动电路包括：

2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动器控制所述栅极驱动电压增大的周期和所述计数器计数的周期相同。

3.根据权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述计数器为6位或8位计数器，所述驱动器控制所述栅极驱动电压每个周期增大0.05v～0.5v。

4.根据权利要求1至3任一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述晶体管为增强型氮化镓晶体管或增强型硅晶体管；

5.根据权利要求1至3任一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动器，用于与电源电压提供端连接，在所述电源电压提供端提供的电源电压达到预定值的80％时，开始输出栅极驱动电压。

6.根据权利要求1至3任一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动器，用于与时钟信号提供端连接，基于所述时钟信号周期性地增大所述栅极驱动电压。

7.根据权利要求1至3任一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述基准电流为0.1～1ma。

8.根据权利要求1至3任一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述栅极驱动电路还包括：连接在所述晶体管和所述比较器之间的电流镜；

9.一种栅极驱动方法，其特征在于，所述栅极驱动方法包括：

10.根据权利要求9所述的栅极驱动方法，其特征在于，所述以所述临界电压为基准增大电压值，得到饱和电压，包括：

技术总结
本公开提供了一种栅极驱动电路及方法，属于半导体器件技术领域。所述栅极驱动电路包括：比较器，用于比晶体管的漏极电流和基准电流的大小；计数器，用于周期性获取所述比较器的结果，所述比较器的结果用于指示所述漏极电流是否超过所述基准电流；在所述漏极电流未超过所述基准电流时，计数加一；在所述漏极电流超过所述基准电流时，停止计数；驱动器，用于为所述晶体管提供栅极驱动电压，并且周期性地增大所述栅极驱动电压，直到所述计数器停止计数；确定停止计数时所述计数器的计数值对应的临界电压，并以所述临界电压为基准增大电压值，得到饱和电压；采用所述饱和电压作为所述栅极驱动电压。

技术研发人员：杨治琟,邱绍谚,袁家祥,吴志浩,梅劲,王江波
受保护的技术使用者：华灿光电（浙江）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13