[发明专利]用于氮化镓装置的过电压保护和短路承受

说明书

所描述实例包含方法、集成电路(110)和开关电路(100)，所述开关电路包含驱动器电路(116)和硅晶体管或其它电流源电路(102)，所述硅晶体管或其它电流源电路与氮化镓GaN或其它高电子迁移率第一晶体管(101)耦合。驱动器(116)在第一模式中操作以将控制电压信号(GC1)递送到所述第一晶体管(101)，且在第二模式中响应于检测到的与所述第一晶体管(101)相关联的过电压条件而操作以控制所述电流源电路(102)以从所述第一晶体管(101)传导汇点电流(12)以影响控制电压以至少部分地接通所述第一晶体管(101)。

技术领域

本发明大体上涉及开关电路和用于切换装置的过电压保护。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)由于低接通状态电阻(例如，RDSON)而正在变成用于高效率切换电源、放大器和其它开关电路的有吸引力的解决方案。与常规的硅切换晶体管相比，氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、碳化硅(SiC)和其它HEMT具体来说在高频率下带来电力电路中的较高输出功率、较小的大小和高效率。然而，这些技术还在开发的早期阶段，且一般没有取代硅解决方案。虽然较适合高电压电力转换应用，但GaN晶体管如果被偏置为击穿则容易损坏，因为当前GaN晶体管并不具有与许多硅功率FET相称的固有雪崩能力。此外，一些硅FET也并不具有固有雪崩能力。并且，许多开关电路应用需要承受短路条件的能力，且当前GaN制造技术并不提供充分的短路承受能力。并入GaN或低固有雪崩能力硅晶体管的一个技术是具有过量的击穿电压裕量的过度设计装置，使得晶体管从不被驱动为击穿。此方法是代价高的，且可能使系统经受过量的电压，所述过量的电压原本会通过硅开关设计进行箝位。

发明内容

所描述实例开关电路包含驱动器和与氮化镓或其它晶体管耦合的电流源电路，以及驱动器电路。在第一模式中，所述驱动器电路将控制电压信号递送到第一晶体管。在第二模式中，响应于检测到的与第一晶体管相关联的过电压条件，所述驱动器电路控制电流源电路以从第一晶体管传导汇点电流以接通第一晶体管。电流源促进以受控方式将所述过电压条件放电。在某些实例中，所述驱动器响应于检测到的过电流条件而操作以控制电流源以从第一晶体管传导电流以限制第一晶体管中的电流，从而实现开关电路的短路承受能力而无对第一晶体管的永久性损坏。电流源在某些实例中是以共源共栅配置与第一晶体管耦合的第二晶体管。第二晶体管在某些实例中连同驱动器电路和过电压感测电路一起制造于硅裸片中。在其它实例中，第二晶体管也可以连同第一晶体管一起以单片方式制造，或者第一和第二晶体管可与驱动器电路以单片方式集成。在第二模式中，驱动器提供控制电压信号以在饱和模式中操作第二晶体管以从第一晶体管传导汇点电流且影响处于共源共栅配置的第一晶体管的栅极-源极控制电压以至少部分地接通第一晶体管。驱动器电路在某些实例中响应于过电压条件而实施第二晶体管的模拟或数字控制，且根据与第一晶体管相关联的过电压的量来控制第二晶体管。所描述实例可以半桥式或其它高侧/低侧电力转换器配置使用以促进使用GaN或其它晶体管开关用于高效率系统，同时提供过电压和短路承受能力。

附图说明

图1是包含氮化镓高电子迁移率晶体管和集成电路的开关电路的示意图，所述集成电路包含驱动器和低电压硅晶体管。

图2是用于控制实施于图1的集成电路中的开关电路的过程的流程图。

图3是说明图1的集成电路中的低电压硅晶体管的操作的输出特性图。

图4是具有提供数字控制的交错多栅极配置的实例低电压硅晶体管的简化局部俯视平面图。

图5是使用高和低侧氮化镓晶体管以及对应驱动器集成电路的半桥式电力电路的示意图，其形成具有过电压和过电流保护的DC-DC功率转换器。

图6是用于感测图1的集成电路中的过电压条件的电路的局部示意图。

图7是用于感测图1的集成电路中的过电压的另一实例电路的局部示意图。