[发明专利]一种碳化硅双极结型晶体管的静态驱动装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种碳化硅双极结型晶体管的静态驱动装置及方法。

背景技术

伴随着碳化硅(SiC)功率器件的兴起，SiC BJT(SiC Bipolar Junction Transistor，碳化硅双极结型晶体管)也由于其高电流增益、优良的耐高温可靠性、制作工艺简单以及无门极栅氧可靠性问题等优点，成为最有吸引力的SiC开关结构之一，从而得到了广泛的应用。其主要特点有：第一，区别于传统的硅BJT，SiC BJT由于其工作模式非常接近单极型器件而具有较为稳定的导通特性，克服了开关速度慢、功耗大和安全工作区小等缺点；第二，商业化的1200V SiC BJT的导通电阻和开关速度都与SiC MOSFET(SiC Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，碳化硅半导体场效晶体管)相差无几，但是SiC BJT的芯片尺寸却可以降低50％；第三，相比起SiC MOSFET的制作工艺需要13-16块掩膜板，SiC BJT的制作工艺过程只要7-9块掩膜板，因此具有更为简单的制作过程和更低的成本；第四，SiC BJT没有SiC MOSFET的栅氧可靠性问题。但是，由于SiC BJT是电流型驱动器件，其基极需要提供持续的电流来保证器件的正常导通，并且由于SiC BJT器件与Si BJT器件特性有很大的差异，故Si BJT的驱动并不能完全应用于SiC BJT，所以驱动已经成为限制SiC BJT应用的主要瓶颈。

传统的SiC BJT驱动为了保证器件的正常导通而需要提供一个足够大的持续不变的基极电流保证器件在最大导通电流的情况下也能正常导通，即使器件工作在较小的电流情况下，该基极电流也不变，这样造成了较大的驱动功耗的浪费。针对传统的SiC BJT驱动功耗浪费的问题，现有的离散型基极电流驱动实现了基极电流伴随着集电极电流的变化而正比例变化，但是由于需要昂贵的D/A转换器、DSP(digital signal processor，数字信号处理器)或者FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)，保证基极电流随集电极电流变化而需要复杂的控制方法，并且D/A转换器的相应延迟时间也很难使得基极电流实时跟随集电极电流变化。

发明内容

针对现有实现基极电流伴随着集电极电流的变化而正比例变化成本较高以及采用D/A转换器存在时间延迟的缺陷，本发明提供了一种碳化硅双极结型晶体管的静态驱动装置及方法。

本发明提供的一种碳化硅双极结型晶体管的静态驱动装置，包括：

在碳化硅双极结型晶体管的基极与驱动电源之间串联一个可变电阻单元，所述可变电阻单元包括高速硅基场控器件和一个限流电阻，所述限流电阻一端连接所述高速硅基场控器件的源极，另一端连接所述高速硅基场控器件的漏极；

所述碳化硅双极结型晶体管的集电极与电流检测器件连接，所述电流检测器件与所述高速硅基场控器件的栅极和源极连接。

进一步地，所述高速硅基场控器件的阈值电压为0伏。

进一步地，所述高速硅基场控器件采用为半导体场效晶体管或者结型场效应晶体管。

进一步地，所述电流检测器件包括霍尔传感器和一个输出电阻，所述霍尔传感器与所述输出电阻串联连接，并且所述输出电阻的两端分别并联于所述高速硅基场控器件的栅极与源极。

另一方面，本发明还提供一种基于上述装置的碳化硅双极结型晶体管的静态驱动方法，包括：

电流检测器件实时获取碳化硅双极结型晶体管的集电极的电流值；

根据所述集电极的电流值得到高速硅基场控器件的门极电压；

根据所述高速硅基场控器件的门极电压确定可变电阻单元的电阻值；

根据所述驱动电源与所述可变电阻单元的电阻值确定碳化硅双极结型晶体管基极的驱动电流。

进一步地，所述电流检测器件包括霍尔传感器和一个输出电阻，所述霍尔传感器与所述输出电阻串联连接，并且所述输出电阻的两端分别并联于所述高速硅基场控器件的栅极与源极。

进一步地，所述根据所述集电极的电流值得到高速硅基场控器件的门极电压的步骤，包括：

所述霍尔传感器根据所述集电极的电流经过与所述霍尔传感器串联的输出电阻输出一个输出电压；

将所述输出电压作为所述高速硅基场控器件的门极电压。