一种功率管栅极驱动装置及器件

本发明涉及模拟集成电路，尤其涉及到一种功率管栅极驱动装置及器件。

背景技术：

1、随着电子技术的发展，功率管作为电路中的开关元件，得到了越来越多的应用，然而，功率管在诸如同步整流等应用电路中，始终存在着关断速度过慢的问题。以gan功率管为例，在使用传统si mosfet驱动器驱动时，其开关速度受到si mos的限制，使功率管的开关频率很难达到几十兆赫兹甚至以上。

2、对于该问题，现有解决方案主要是基于ldmos、cmos等传统硅基器件，配合rc无源器件设计电路，通过电路尽量榨取器件的极限性能实现最优化驱动。但是，随着开关频率和功率密度需求的增加，功率管的过热问题也随之产生，且功率管过热可能会导致系统的破坏性故障，因而，过温保护正成为功率转换器设计的关键。

技术实现思路

1、因此，为了解决现有技术中出现的上述问题，本申请提供了一种能够检测功率管温度、提供过温保护的功率管栅极驱动装置，并提供对应的功率管栅极驱动器件。

2、根据第一方面，本发明提供了一种功率管栅极驱动装置，包括：

3、驱动模块，输出端与功率管的栅极相连接，用以输出驱动电压至功率管的栅极控制功率管的开启；

4、感温保护模块，包括温度感应电路和过温保护电路，温度感应电路用于感应功率管的运行温度并输出对应的感应电压，过温保护电路用于比较感应电压和预设基准电压，并在感应电压低于预设基准电压时输出保护电压。

5、在可选的实施方式中，感温保护模块还用以将保护电压输出至一功率管控制模块，功率管控制模块在接收到保护电压时控制功率管的输入断开。

6、在可选的实施方式中，驱动模块包括：

7、第一p型晶体管和第一n型晶体管，第一p型晶体管的栅极和第一n型晶体管的栅极均接入输入电压，第一p型晶体管的源极和第一n型晶体管的漏极均与功率管的栅极相连接以输出驱动电压；第一p型晶体管的漏极连接至驱动电源的高电平输出端，第一n型晶体管的源极连接至驱动电源的低电平输出端。

8、在可选的实施方式中，温度感应电路包括：

9、第一温敏二极管和第二温敏二极管，第一温敏二极管的阴极连接至驱动电源的低电平输出端，阳极与第二温敏二极管的阴极相连接；第二p型晶体管，源极和栅极均与第二温敏二极管的阳极相连接，漏极连接至驱动电源的高电平输出端；第二温敏二极管的阳极和第二p型晶体管的源极之间输出感应电压。

10、在可选的实施方式中，过温保护电路包括：

11、第三p型晶体管和第四p型晶体管，二者的漏极均连接至驱动电源的高电平输出端，二者的栅极相互连接，且第四p型晶体管的栅极还连接至其自身的源极；

12、第二n型晶体管和第三n型晶体管，二者的漏极分别与第三p型晶体管和第四p型晶体管的源极相连接，第二n型晶体管的栅极接入预设基准电压，第三n型晶体管的栅极与第二温敏二极管的阳极相连接以接入感应电压；第三n型晶体管的漏极和第四p型晶体管的源极之间输出保护电压；

13、第四n型晶体管，漏极与第二n型晶体管的源极以及第三n型晶体管的源极相连接，栅极接入工作电压，源极连接至驱动电源的低电平输出端。

14、根据第二方面，本发明还提供了一种功率管栅极驱动器件，包括：

15、衬底以及形成于衬底上的多个氮化镓器件；多个氮化镓器件之间相互连接，形成功率管以及权利要求1-5中任一项的功率管栅极驱动装置。

16、在可选的实施方式中，衬底上依次形成有缓冲层、gan沟道层、aln插入层和algan势垒层，且gan沟道层、aln插入层和algan势垒层均具有多个分隔的子区域，一个子区域对应形成一个氮化镓器件。

17、在可选的实施方式中，多个子区域包括功率管所在的第一子区域、第一温敏二极管所在的第二子区域以及第二温敏二极管所在的第三子区域；第一子区域和第二子区域被沿功率管的栅长方向延伸的第一间隔槽分隔，第二子区域和第三子区域被垂直第一温敏二极管电流方向的第二间隔槽分隔；第二子区域和第三子区域均位于功率管的栅极在栅宽方向的延长线上，且第三子区域位于第二子区域的远离第一子区域的一侧。

18、本发明提供的技术方案，具有如下优点：

19、1、本发明提供的功率管栅极驱动装置，通过设置包括温度感应电路和过温保护电路的感温保护模块，使得其中的温度感应装置可以在功率管的工作过程中实时监控功率管温度，并输出对应的感应电压至过温保护电路，进而使得过温保护电路可以在感应电压低于于预设基准电压(也即功率管的运行温度高于预设温度，功率管过热)时，输出保护电压，最终使得具有该功率管栅极驱动装置的电路系统能够在基于其中的驱动模块控制功率管开关的基础上，还能够基于感温保护模块及时发现功率管的过热问题，防止造成系统破坏。

20、2、本发明提供的功率管栅极驱动装置，通过设置感温保护模块将保护电压输出至一功率管控制模块，使得装配有该装置的电路系统可以基于功率管控制模块(该控制模块可以为一单独的控制芯片，也可以为系统总控制芯片中的一个模块)在功率管过热输出保护电压时及时断开功率管的输入，防止造成系统破坏。

21、3、本发明提供的功率管栅极驱动器件，通过在同一衬底上设置多个氮化镓器件形成功率管以及对应的功率管栅极驱动装置，能够极大程度缩短功率管栅极驱动装置内部各元件之间以及功率管栅极驱动装置和功率管之间的导线长度，同时提高功率管栅极驱动装置中的温度感应电路的感应准确性，进而提高该功率管栅极驱动器件的过温保护准确性和及时性，提高该功率管栅极驱动器件的实用性。

技术特征：

1.一种功率管栅极驱动装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功率管栅极驱动装置，其特征在于，所述感温保护模块还用以将所述保护电压输出至一功率管控制模块；所述功率管控制模块在接收到所述保护电压时控制所述功率管的输入断开。

3.根据权利要求1或2所述的功率管栅极驱动装置，其特征在于，所述驱动模块包括：

4.根据权利要求1或2所述的功率管栅极驱动装置，其特征在于，所述温度感应电路包括：

5.根据权利要求4所述的功率管栅极驱动装置，其特征在于，所述过温保护电路包括：

6.一种功率管栅极驱动器件，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的功率管栅极驱动器件，其特征在于，所述衬底上依次形成有缓冲层、gan沟道层、aln插入层和algan势垒层，且所述gan沟道层、所述aln插入层和所述algan势垒层均具有多个分隔的子区域，一个所述子区域对应形成一个所述氮化镓器件。

8.根据权利要求7所述的功率管栅极驱动器件，其特征在于，多个所述子区域包括所述功率管所在的第一子区域、所述第一温敏二极管所在的第二子区域以及所述第二温敏二极管所在的第三子区域；所述第一子区域和所述第二子区域被沿所述功率管的栅长方向延伸的第一间隔槽分隔，所述第二子区域和所述第三子区域被垂直所述第一温敏二极管电流方向的第二间隔槽分隔；所述第二子区域和第三子区域均位于所述功率管的栅极在栅宽方向的延长线上，且所述第三子区域位于所述第二子区域的远离所述第一子区域的一侧。

技术总结
本发明公开了一种功率管栅极驱动装置及器件，其中的功率管栅极驱动装置，包括：驱动模块，输出端与功率管的栅极相连接，用以输出驱动电压至功率管的栅极控制功率管的开启；感温保护模块，包括温度感应电路和过温保护电路，温度感应电路用于感应功率管的运行温度并输出对应的感应电压，过温保护电路用于比较感应电压和预设基准电压，并在感应电压低于预设基准电压时输出保护电压。本发明中的驱动装置，能够实时监测功率管的温度，及时发现过热，防止功率管过热造成功率管所在的整个电路系统被破坏。

技术研发人员：陈财,薛荣宇,黄永,王亦飞,解靖飞,王东,陈兴,万坤,龚子刚,韩超
受保护的技术使用者：西安电子科技大学芜湖研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15