一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111404529A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010257376.6(22)申请日2020.04.03(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人明鑫许齐飞毛帅冯旭东王卓张波(74)专利代理机构成都点睛专利代理事务所(普通合伙)51232代理人葛启函(51)Int.Cl.H03K17/567(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图5页(54)发明名称一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路(57)摘要一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，利用快速充电模块将GaN功率器件栅极电压从负压关断电平充电至GaN功率器件阈值电压；当GaN功率器件栅极电压充电至GaN功率器件阈值电压后，电流镜充电模块先开启小于N个的充电电流镜模块将GaN功率器件栅极电压从GaN功率器件阈值电压充电至GaN功率器件米勒平台电压，再开启N个充电电流镜模块将GaN功率器件栅极电压从GaN功率器件米勒平台电压充电至零电平；随后栅极电压保持模块将GaN功率器件栅极电压钳位在零电平；放电模块利用M条放电通路对GaN功率器件栅极电压进行放电，使得GaN功率器件栅极电压从零电平放电至负压关断电平。通过控制M条放电通路的选通调整GaN功率器件栅极电压的放电速度。CN111404529ACN111404529A权利要求书1/4页1.一种耗尽型GaN功率器件的分段直接栅驱动电路，其特征在于，所述分段直接栅驱动电路的输出信号用于控制所述耗尽型GaN功率器件栅极电压的充电和放电；所述耗尽型GaN功率器件在其栅极电压放电至负压关断电平时关断，在其栅极电压充电至零电平时开启；所述分段直接栅驱动电路包括快速充电模块、电流镜充电模块、栅极电压保持模块和放电模块，所述快速充电模块用于将所述GaN功率器件的栅极电压从所述负压关断电平充电至所述GaN功率器件的阈值电压，所述快速充电模块包括快速充电单元、阈值设定单元和二选一开关单元，所述阈值设定单元包括可调电阻、第一电容、第一电流镜单元、第二电流镜单元、第一高压PMOS管、第二高压PMOS管、第五高压PMOS管、第六高压PMOS管、第四高压NMOS管和第五高压NMOS管，所述第一电流镜单元用于将偏置电流进行镜像得到第一镜像电流和第二镜像电流；可调电阻一端接地电压，另一端连接第一高压PMOS管的源极；第二高压PMOS管的源极连接第一高压PMOS管的栅极和漏极，其栅极和漏极互连并连接第五高压PMOS管、第四高压NMOS管和第五高压NMOS管的栅极以及所述第一镜像电流并通过第一电容后连接地电压，地电压的电压值为0V；所述第二电流镜单元用于将所述第二镜像电流进行镜像得到第三镜像电流；第六高压PMOS管的栅极连接第五高压PMOS管和第四高压NMOS管的源极以及所述第三镜像电流，其源极连接第五高压NMOS管的源极并作为所述阈值设定单元的输出端，其漏极连接第五高压PMOS管的漏极并连接所述负压关断电平；第四高压NMOS管和第五高压NMOS管的漏极连接地电压；所述二选一开关单元包括第四电阻、第七高压PMOS管、第六高压NMOS管和第七高压NMOS管，第七高压PMOS管的栅极连接第一控制信号，其源极通过第四电阻后连接地电压，其漏极连接第六高压NMOS管的栅极和漏极以及第七高压NMOS管的栅极和漏极；所述第一控制信号为短脉冲信号，其上升沿由所述分段直接栅驱动电路输入信号的上升沿触发；第六高压NMOS管的漏极作为所述二选一开关单元的第一选择端连接所述阈值设定单元的输出端，第七高压NMOS管的漏极作为所述二选一开关单元的第二选择端；所述快速充电单元包括第五电阻和第八高压NMOS管，第八高压NMOS管的栅极连接所述二选一开关单元的第二选择端和第五电阻的一端，其漏极连接地电压，其源极连接第五电阻的另一端并作为所述快速充电模块的输出端连接所述耗尽型GaN功率器件的栅极；所述电流镜充电模块包括N个充电电流镜模块，其中N为大于1的正整数，所述N个充电电流镜模块分别用于在各自对应的选通信号的控制下镜像可调电流；每个所述充电电流镜模块在其对应的选通信号有效时将所述可调电流进行镜像，否则输出电流值为零；所述N个充电电流镜模块镜像的电流共同用于对所述GaN功率器件的栅极电压进行充电，当所述快速充电模块将所述GaN功率器件的栅极电压充电至所述GaN功率器件的阈值电压后，先开启小于N个的所述充电电流镜模块将所述GaN功率器件的栅极电压从所述GaN功率器件的阈值电压充电至所述GaN功率器件的米勒平台电压，再开启N个所述充电电流镜模块将所述GaN2CN111404529A权利要求书2/4页功率器件的栅极电压从所