[发明专利]用于GaN基启动电路的系统和方法

说明书

本发明涉及用于GaN基启动电路的系统和方法。根据一个实施例，一种电路包括：第一氮化镓（GaN）晶体管，其包括耦合到漏极节点的漏极、耦合到源极节点的源极以及耦合到栅极节点的栅极；以及第二GaN晶体管，其包括耦合到漏极节点的漏极、耦合到第一电源节点的源极，第一电源节点被配置成耦合到第一电容器。

技术领域

本发明一般涉及GaN基启动电路的系统和方法。

背景技术

开关式电源（SMPS）转换器广泛用于从电信设备到汽车的各种电子应用中。与线性稳压器相比，SMPS系统提供了优越的功率转换效率和更高的设计灵活性。

SMPS设计的一个挑战是管理由于开关损耗引起的功率损耗。减少这种开关损耗的一种方式是使用氮化镓GaN功率器件代替硅基晶体管来实现开关晶体管。与传统的硅基晶体管相比，GaN功率器件的低寄生电容和更低的导通电阻降低了开关损耗。如此，GaN功率器件越来越多地用于实现便携式电子设备的紧凑型充电器。

SMPS设计的另一挑战，尤其是关于低功率便携式设备中使用的功率电路方面，是管理SMPS的启动行为。由于用于低功率便携式设备的充电器通常不包括辅助电源，因此通常使用SMPS本身产生的电力来向控制SMPS的各种有源开关部件的电路供电。解决此问题的一种方式是在SMPS启动期间使用来自AC线路输入的电力来为控制电路供电。在一些系统中，使用耦合到AC线路输入的高欧姆电阻器来对耦合到控制电路的输入电容器充电。然而，当SMPS未操作和/或处于待机模式时，这样的电路可能继续从AC线路输入汲取电力，这可能与某些便携式设备充电系统的极低的待机功率要求相冲突。

发明内容

根据一个实施例，一种启动电路的方法包括在启动电路的漏极节点处接收第一电压，所述启动电路包括具有耦合到所述漏极节点的漏极的第一氮化镓（GaN）晶体管、具有耦合到所述漏极节点的漏极和耦合到参考节点的栅极的第二GaN晶体管、以及耦合到第二GaN晶体管的源极的第一电容器；经由第二GaN晶体管对第一电容器充电；从第一电容器向耦合到第一GaN晶体管的栅极的驱动电路供能；以及当第一电容器的电压达到阈值时，关断第二GaN晶体管。

根据另一实施例，一种电路包括：第一氮化镓（GaN）晶体管，其包括耦合到漏极节点的漏极、耦合到源极节点的源极以及耦合到栅极节点的栅极；以及第二GaN晶体管，其包括耦合到所述漏极节点的漏极、耦合到第一电源节点的源极，第一电源节点被配置成耦合到第一电容器。

根据另一实施例，一种开关式电源包括：具有第一氮化镓（GaN）晶体管、第二GaN晶体管的集成电路，第一氮化镓（GaN）晶体管具有耦合到漏极节点的漏极和耦合到参考节点的源极，第二GaN晶体管具有耦合到所述漏极节点的漏极和耦合到所述参考节点的栅极，其中第一GaN晶体管和第二GaN晶体管设置在同一半导体衬底上；电容器，其耦合到第二GaN晶体管的源极；驱动电路，其包括耦合到第一GaN晶体管的栅极的栅极驱动输出以及耦合到所述电容器的电源输入。

附图说明

为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，在附图中：

图1A例示了实施例启动电路的示意图；图1B例示了在图1A的实施例启动电路中使用的耗尽型晶体管的I-V曲线；并且图1C和1D例示了说明图1A的实施例启动电路的操作的波形图；

图2例示了根据备选实施例的启动电路的示意图；

图3例示了实施例栅极驱动系统的示意图；

图4A和4B例示了包含实施例启动电路的开关式功率转换器的示意图；

图5例示了实施例GaN增强型晶体管单元的示意性横截面；

图6A、6B和6C例示了实施例GaN耗尽型晶体管单元的示意性横截面；以及

图7例示了实施例启动电路单元的布局图。