[发明专利]高电压零反向恢复电荷自举供应器

说明书

布置在半桥接拓扑中的一种电路。该电路包括高侧晶体管；低侧晶体管；被电耦合至该高侧晶体管的栅极的栅极驱动器和准位移位器；被电耦合至该低侧晶体管的栅极的栅极驱动器；与该栅极驱动器和准位移位器并联电耦合的电容器；被电耦合至该栅极驱动器和准位移位器的输入和该栅极驱动器的输入的电压源；以及，被电耦合在该电压源和该电容之间的自举晶体管。GaN场效应晶体管与该半桥接电路的低侧装置被同步地开关。

发明的背景

图1示出一种传统的半桥接拓扑10。如图所示，该传统的拓扑10包含有标示为Q1和Q2的一对晶体管12和14。这样一种拓扑可以，举例来说，以增强型场效应晶体管(FET)来实现。通常，该晶体管12和14被认为是高侧和低侧开关。高侧晶体管12的源极16被耦合到在该半桥接输出处的低侧晶体管14的该漏极18。高侧晶体管12的该漏极20被耦合到高电压源22(V_MAIN)，以及低侧晶体管14的该源极24被耦合到接地26。此外，高侧晶体管12的栅极28被耦合到栅极驱动器和准位移位器30，而低侧晶体管14的栅极32被耦合到栅极驱动器34。栅极驱动器30/34和准位移位器30是本领域公知的技术，不会在本文中被详细描述。然而，应被理解的是，这种配置使得一个晶体管12或14(Q1或Q2)在操作过程中被导通而另一个晶体管被截止，反之亦然。

如进一步于图1所示，驱动电压源36(V_Drvr)被耦合到该高侧栅极驱动器和准位移位器30的输入端40以及低侧栅极驱动器34的输入端38。对于此传统设计，自举电容器42(C_BTST)被并联耦合到该高侧栅极驱动器和准位移位器30，而自举二极管44(D_BTST)被耦合在该驱动电压源36V_Drvr和该自举电容器42(C_BTST)之间。当该高侧和低测晶体管Q1和Q2使用eGaN FET时，在图1中所示的该配置产量大约7.5V，举例来说，跨越该自举电容器42(C_BTST)，如果低侧晶体管14(Q2)的“内接(body)二极管”导通的话。然而，该电压可以根据许多的因素而有所不同。该电压可以约为6.5V或更高，这取决于操作条件和使用于低侧晶体管14(Q2)的晶体管装置的类型。然而，对于这样的配置，高侧栅极驱动器30需要某种形式的调节器。传统上，这是用内部自举二极管来实现的，该内部自举二极管被使用来在该半桥接配置中把电力提供给该高侧晶体管。理想情况下，肖特基二极管被使用，因为它体积小，它具有低的顺向压降和没有反向恢复电荷。然而，在集成电路制程中制作高电压(100V)肖特基二极管是非常困难的，因此，具有反向恢复电荷的PN结二极管经常被使用。而且，高电压肖特基二极管也会有导致损失的反向恢复电荷(Q_RR)。

为了此目的，当GaN FET被用于这种类型半桥接拓扑的晶体管12和14(Q1和Q2)时，该肖特基二极管或PN结二极管的反向恢复电荷Q_RR会影响性能并导致高侧晶体管中的损失。通常这些损失相比于电路中其他的功率损失机制是可以忽略的。然而，反向恢复电荷损失正比于频率，并且在更高的工作频率上会增加到使该转换器损失变成显著部分的点上。因此，自举的传统方法在高操作开关频率上并不高效。

发明的概要

本发明涉及一种用于半桥接拓扑的自举供应器，并且，更具体地，涉及使用氮化镓(GaN)FET的自举供应器。有利的是，氮化镓FET有用于高电压应用，因为它具有零反向恢复电荷Q_RR，并且可以与半桥接电路的低侧晶体管同步地被开关。如果该低FET“内接二极管”导通的话，该同步开关避免了高自举供应器电压。此外，该自举装置的该零反向恢复电荷Q_RR显著地改善了开关性能，特别是用于超低电容装置的开关性能，并降低了在高侧装置中所感应出的该损失。