一种耗尽型GaN器件直驱电路的制作方法

本发明涉及gan器件驱动领域，特别是涉及一种耗尽型gan器件直驱电路。

背景技术：

1、作为一种宽禁带宽半导体材料，gan(氮化镓)已经在第三代半导体芯片领域占据重要地位。由于gan材料的禁带宽度是si(硅)的3倍，击穿电场是si的10倍，所以gan功率器件具有开关速度快，导通电阻低，芯片面积小等显著优点，目前已经在快充充电器、电源适配器等市场取代传统的si mosfet器件，且在工业电源和汽车电子领域，gan功率器件也具有很大的应用前景，并开始逐渐占据一些市场。

2、gan功率器件有耗尽型(常开型)和增强型(常闭型)两种：增强型器件驱动电压范围窄，一般需要专门驱动ic来驱动，同时沟道电流能力和可靠性相对弱一些，其在一些可靠性要求较高的应用中受限；耗尽型gan功率器件电流能力强，可靠性高，但是门极需要施加负压关断。而耗尽型gan功率器件一般有两种路线：一个是在源极串联增强型低压simosfet形成cascode结构，通过驱动si mosfet来控制gan的开通关断；另一个是直接开发有负压驱动功能的电路或者ic，直接驱动耗尽型gan器件。cascode结构解决了耗尽型gan器件负压驱动的问题，并且由于直接驱动的是si mosfet，所以具有较强的驱动可靠性和与传统高压mosfet的驱动兼容性，但是耗尽型gan和低压si mosfet上下级联的结构需要两个器件具有较好的参数匹配性，同时gan器件优异的高频特性也有一定牺牲；而直接驱动的耗尽型gan器件完美的保留了gan器件的驱动速度快、开关损耗小、开关频率高等高频特性优势，同时驱动范围也较宽，器件可靠性较高。耗尽型gan直驱方案非常适合大功率高可靠性需求的工业级、汽车级的应用。

3、目前的耗尽型gan直驱方案主要有两种，一种是ti的方案，如图1所示；另一种是visic的方案，如图2所示。ti的方案是一个具有较多功能的gan合封芯片，芯片集成了温度检测、温度保护、短路保护、过流保护、欠压封锁等功能。它通过一个位于vdd，bbsw，vneg之间的buck-boost电路，把正电压vdd转换成负电压vneg，从而实现负压来关断耗尽型gan器件，所以该方案需要外部在vdd和bbsw之间增加一个buck-boost电感，使用起来相对复杂，不易于被工程师和应用市场接受，同时buck-boost开关电路也恶化了系统的emi，另外在封装方面，该方案因为具有drain/source/temp/rdrv/vdd/ldo5v/fault/oc/in/bbsw/vneg等十多个引脚，其无法采用像to247(3pin/4pin)、to263(3pin)、to220(3pin)、toll等适合大功率应用的封装。visic的方案是把两个pmos和一个二极管与耗尽型gan进行合封形成一个合封器件gan，再通过外围分立器件构成的驱动电路进行负压驱动，外围驱动电路主要包括稳压管d3，三极管q3，以及电容c1、c4和电阻r6，合封器件gan具有d/s/g/com/cp/en/as共7个pin脚，这种方案驱动电路中分立器件较多较复杂，并且合封器件的外部引脚较多，其封装方式同样无法采用像to247(3pin/4pin)、to263(3pin)、to220(3pin)、toll等适合大功率应用的封装，而这些封装恰恰是在工业级、汽车级等应用中被选择最多的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种耗尽型gan器件直驱电路，以简化耗尽型gan功率器件的驱动电路。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种耗尽型gan功率器件直驱电路，包括：驱动芯片、驱动电路和至少一个耗尽型gan功率器件；

4、所述驱动芯片包括驱动单元、启机vcc检测单元、pmos管、第一二极管、第二二极管、电阻和电容；

5、所述驱动单元的输入端，与外围设备连接，用于接收pwm信号；

6、所述驱动单元的输出端分别与所述第一二极管的正极和所述驱动电路的一端连接；所述第一二极管的负极与所述pmos管的漏极连接；所述pmos管的源极与所述耗尽型gan功率器件的源极连接；

7、所述驱动单元的接地端与所述电容的一端连接；所述电容的另一端分别与所述电阻的一端、所述第二二极管的负极和所述耗尽型gan功率器件的kelvin source引脚连接；所述电阻的另一端分别与所述启机vcc检测单元的输出端和所述pmos管的栅极连接；所述第二二极管的正极连接信号源；

8、所述驱动单元的电源端和所述启机vcc检测单元的电源端均与所述信号源连接；所述驱动单元的接地端和所述启机vcc检测单元的接地端均接地；

9、所述驱动电路的另一端与所述耗尽型gan功率器件的栅极连接。

10、可选地，所述驱动电路包括开通电阻；所述开通电阻的一端与所述驱动单元的输出端连接；所述开通电阻的另一端与所述耗尽型gan功率器件的栅极连接。

11、可选地，所述驱动电路还包括关断电阻和第三二极管；

12、所述第三二极管的负极与所述开通电阻的一端连接；所述第三二极管的正极与所述关断电阻的一端连接；所述关断电阻的另一端与所述开通电阻的另一端连接。

13、可选地，当所述pwm信号为高电平时，驱动所述耗尽型gan功率器件开通，当所述pwm信号为低电平时，驱动所述耗尽型gan功率器件关断。

14、可选地，所述耗尽型gan功率器件采用的封装形式为双扁平无铅封装dfn、pqfn、to220、to252、to247-3l、to247-4l或者toll。

15、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

16、本发明的耗尽型gan功率器件直驱电路，包括驱动芯片、驱动电路和至少一个耗尽型gan功率器件；驱动芯片分别与驱动电路的一端、耗尽型gan功率器件的源极以及ks引脚连接；驱动电路的另一端与耗尽型gan功率器件的栅极连接。本发明的耗尽型gan功率器件直驱电路的外围电路很少，电路结构简单，应用工程师能够很轻松简单地进行使用；耗尽型gan功率器件可以采用各种不同形式的封装，能满足大功率应用需求；另外，该电路可以很容易实现gan功率器件的并联。

技术特征：

1.一种耗尽型gan功率器件直驱电路，其特征在于，包括：驱动芯片、驱动电路和至少一个耗尽型gan功率器件；

2.根据权利要求1所述的耗尽型gan功率器件直驱电路，其特征在于，所述驱动电路包括开通电阻；所述开通电阻的一端与所述驱动单元的输出端连接；所述开通电阻的另一端与所述耗尽型gan功率器件的栅极连接。

3.根据权利要求2所述的耗尽型gan功率器件直驱电路，其特征在于，所述驱动电路还包括关断电阻和第三二极管；

4.根据权利要求1所述的耗尽型gan功率器件直驱电路，其特征在于，当所述pwm信号为高电平时，驱动所述耗尽型gan功率器件开通，当所述pwm信号为低电平时，驱动所述耗尽型gan功率器件关断。

5.根据权利要求1所述的耗尽型gan功率器件直驱电路，其特征在于，所述耗尽型gan功率器件采用的封装形式为双扁平无铅封装dfn、pqfn、to220、to252、to247-3l、to247-4l或者toll。

技术总结
本发明公开一种耗尽型GaN功率器件直驱电路，涉及GaN器件驱动领域，包括驱动芯片、驱动电路和至少一个耗尽型GaN功率器件；驱动芯片分别与驱动电路的一端和耗尽型GaN功率器件的源极以及KS引脚连接；驱动电路的另一端与耗尽型GaN功率器件的栅极连接。本发明的耗尽型GaN功率器件直驱电路的外围电路很少，电路结构简单，应用工程师能够很轻松简单地进行使用；耗尽型GaN功率器件可以采用各种不同形式的封装，能满足大功率应用需求；另外，该电路可以很容易实现GaN功率器件的并联。

技术研发人员：李继华,章涛,朱廷刚,宋亮
受保护的技术使用者：江苏能华微电子科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11