[发明专利]栅极驱动电路

说明书

一种栅极驱动电路包括电阻、电容、控制器以及电压箝位单元。电阻耦接于供应电压以及第一节点之间。电容耦接于供应电压以及第一节点之间。控制器周期性地将第一节点以及参考节点耦接至控制节点，以产生控制信号于控制节点，其中控制信号的范围是自第一节点的第一电压至参考节点的低电压电平。电压箝位单元耦接于控制节点以及参考节点，且决定第一电压。

技术领域

本发明涉及用以驱动开关元件的栅极端的栅极驱动电路。

背景技术

氮化镓元件与现存的硅元件相比极具潜力，且如预期地实际使用。标准的氮化镓场效晶体管为常开型(normally-on)元件，因此需要负电源将其关断。另一方面，常闭型氮化镓场效晶体管难以生产，而常闭型氮化镓场效晶体管具有约为+1V的临界电压，该临界电压与现存的硅金属氧化物半导体场校晶体管的临界电压相比非常低。这是常闭型氮化镓场效晶体管的第一个问题。

再者，因常闭型氮化镓场效电晶耐压较低，当高电压施加于常闭型氮化镓场效晶体管的栅极端时，常闭型氮化镓场效晶体管很容易损毁，使得常闭型氮化镓场效晶体管无法采用一般的驱动集成电路来使用。这是常闭型形氮化镓场效晶体管的第两个问题。由于这两个问题，硅金属氧化物半导体场校晶体管(如，绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor,IGBT))的栅极驱动电路不能直接用来驱动常闭型氮化镓场效晶体管。也就是，常闭型氮化镓场效晶体管需要独特的栅极驱动电路。

因此，我们需要一个波形转换电路用以将适用于硅金属氧化物半导体场效晶体管的栅极驱动电压转换成适用于常闭型氮化镓场效晶体管，且不减损开关速度，并且该波形转换电路能够适用于各种不同类型的晶体管。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种栅极驱动电路，包括一电阻、一电容、一控制器以及一电压箝位单元。所述电阻耦接于一供应电压以及一第一节点之间。所述电容耦接于所述供应电压以及所述第一节点之间。所述控制器周期性地将所述第一节点以及一参考节点耦接至一控制节点，以产生一控制信号于所述控制节点，其中所述控制信号的范围是自所述第一节点的一第一电压至所述参考节点的一低电压电平。所述电压箝位单元耦接于所述控制节点以及所述参考节点，且决定所述第一电压。

根据本发明的一实施例，所述第一电压不大于所述供应电压。

根据本发明的一实施例，所述控制器包括一第一开关以及一第二开关。所述第一开关将所述第一节点耦接至所述控制节点。所述第二开关将所述参考节点耦接至所述控制节点，其中所述第一开关以及所述第二开关系交替地导通以及关断。

根据本发明的一实施例，所述电阻以及所述电容是用以对应所述第一开关导通而决定所述控制信号的一过冲电压，其中所述过冲电压用以快速的导通所述开关元件。

根据本发明的一实施例，当所述第一开关导通时，所述供应电压对所述控制节点的一寄生电容充电。当所述控制信号达到所述第一电压时，所述供应电压提供一固定电流。所述固定电流流经所述电阻而至所述电压箝位单元，使得所述电压箝位单元将所述控制信号箝位于所述电压箝位单元的一导通电压。

根据本发明的一实施例，当所述第一开关为关断且所述第二开关为导通时所述供应电压经所述电阻而对所述第一节点充电，控制信号是位于所述低电压电平。

根据本发明的一实施例，栅极驱动电路还包括一开关元件。所述开关元件包括一栅极端、一漏极端以及一源极端，其中所述栅极端耦接至所述控制节点，所述漏极端即取一功率电流，所述源极端是耦接至所述参考节点。

根据本发明的一实施例，所述电压箝位单元包括一齐纳二极管。所述齐纳二极管包括一阳极端以及一阴极端，其中所述阳极端是耦接至所述开关元件的所述源极端，所述阴极端是耦接至所述开关元件的所述栅极端，其中所述第一电压是由所述齐纳二极管的一反向崩溃电压所决定。