級聯晶體管電路制造技術

一種包括與常關斷開關串聯在漏極輸出端子和源極輸出端子之間的耗盡模式開關的級聯晶體管電路。所述電路還包括：控制器，包括控制器輸出端子，配置為向耗盡模式開關的常導通控制端子提供常導通控制信號，其中常導通控制信號獨立于常關斷控制信號；負電壓源，配置為向耗盡模式開關的常導通控制端子提供負電壓；以及反饋電容，在漏極輸出端子和控制節點之間，所述控制節點在控制器輸出端子和耗盡模式開關的常導通控制端子之間的電路路徑中。

【技術實現步驟摘要】

本公開涉及一種級聯晶體管電路，具體地，涉及一種包括串聯的常導通開關和常關斷開關的級聯晶體管電路。
技術實現思路
根據第一方面，提供了一種級聯晶體管電路，包括:漏極輸出端子；源極輸出端子；耗盡模式開關，包括常導通控制端子和常導通傳導通道；常關斷開關，包括常關斷控制端子和常關斷傳導通道，其中常關斷控制端子被配置為接收常關斷控制信號，其中常關斷傳導通道與常導通傳導通道串聯在漏極輸出端子和源極輸出端子之間；控制器，包括控制器輸出端子，所述控制器輸出端子被配置為向耗盡模式開關的常導通控制端子提供常導通控制信號，其中常導通控制信號獨立于常關斷控制信號；負電壓源，被配置為向耗盡模式開關的常導通控制端子提供負電壓；反饋電容，位于漏極輸出端子和控制節點之間，所述控制節點位于控制器輸出端子和耗盡模式開關的常導通控制端子之間的電路路徑中。有利地，這種級聯晶體管電路可以呈現總體常關斷開關的性能，還使得級聯開關兩端的電壓的電壓改變速率(dV/dt)在開關操作期間能夠被充分控制。這種控制對于滿足電磁兼容(EMC)要求是特別有利的。耗盡模式開關可以包括FET，其中FET可以是GaN或SiC FET。常導通控制信號可以是電流信號。反饋電容和/或電流信號可被配置為根據常導通控制信號的電流控制漏極輸出端子處的電壓改變速率(dV/dt)。常導通控制信號可以是用于接通耗盡模式開關的第一固定電流信號。常導通控制信號可以是用于斷開耗盡模式開關的第二固定電流信號。第一固定電流信號可以與第二固定電流信號極性相反。反饋電容可以在常導通傳導通道兩端的預期電壓范圍上或對于預期輸出電壓，是基本恒定的。反饋電容可以包括控制器輸出端子和漏極輸出端子之間的電容。反饋電容可以包括常導通控制端子和漏極輸出端子之間的電容。電容可以包括獨立于耗盡模式開關的組件。電容可以是分立元件。附加地或備選地，電容可以包括耗盡模式開關的寄生電容。負電壓源可以包括連接在控制器輸出端子和耗盡模式開關的常導通控制端子之間的自舉電路(bootstrap circuit)。自舉電路可以包括自舉電容器和自舉整流器。自舉電容器可以串聯在控制器輸出端子和耗盡模式開關的常導通控制端子之間。自舉整流器可以串聯在耗盡模式開關的常導通控制端子和源極輸出端子之間。級聯晶體管電路還可以包括與自舉電容器并聯的電荷栗電容。電荷栗電容可被配置為當級聯晶體管電路斷開時在自舉電容器兩端保持負電壓。常關斷控制信號可被配置為控制常關斷開關，使得它在正常操作期間被接通。常關斷開關可以是硅M0SFET。級聯晶體管電路還可以包括UVL0電路，被配置為提供常關斷控制信號，使得常關斷控制信號被布置為在啟動之前和啟動期間(可選地，在任何故障狀態期間)斷開常關斷開關，并在級聯晶體管電路內的一個或更多個電壓滿足一個或更多個相關閾值之后，接通常關斷開關。耗盡模式開關可以設置在第一管芯上。常關斷開關可以設置在不同的第二管芯上。控制器和/或一個或更多個其它控制組塊也可以設置在第二管芯上。可以提供一種包括這里所公開的任意級聯晶體管電路的功率轉換器。可以提供一種包括這里所公開的任意級聯晶體管電路或功率轉換器的集成電路。【附圖說明】現將參考附圖示例性的描述本專利技術的實施例，附圖中:圖1示出了級聯晶體管電路；圖2不出了另一級聯晶體管電路；圖3示出了又一級聯晶體管電路；圖4示出了圖3的電路的仿真結果；圖5示出了圖3的電路的多個仿真結果；以及圖6不出了級聯晶體管電路的另一不例。【具體實施方式】這里所公開的一個或更多個示例涉及一種電子控制電路，用于使用漏極上的受控電壓斜率來驅動級聯功率半導體。新興的基于SiC/CaN的功率開關可以具有耗盡模式(常導通的)性能。因此，由于這些開關在柵極未偏壓的狀態下是接通的并從而在相關應用中引起不希望的故障情況，所以這些開關不能用于大多數的功率轉換器應用。實現固有安全功率開關的解決方案在于以級聯配置將增強模式(常關斷的)功率開關與這些耗盡模式(常導通的)功率開關相結合。如下所述，這里所公開的控制電路中的一個或更多個可以允許使用附加電容器來有源(actively)控制在級聯開關配置兩端的電壓的斜率。圖1示出了包括串聯的常導通功率開關102(MGaN)和常關斷功率開關104(MSi)的級聯晶體管電路100。盡管還可以使用碳化硅(SiC)器件，然而該示例中的常導通功率開關102為氮化鎵(GaN) FET ο該示例中的常關斷功率開關104是硅M0SFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)。使用這種設備可以良好地適應功率電子應用，這是由于相較于基于硅的開關，GaN和SiC功率半導體可以具有優越的器件特性。基本GaN和單級SiC功率半導體器件(諸如，常導通功率開關102)是耗盡模式(常導通)開關/器件。在這種功率半導體的層堆疊中引入附加層以使得常關斷器件能夠導致器件性能受損。因此，將高壓GaN/SiC開關(諸如，常導通功率開關102)與傳統低壓硅M0SFET (諸如，常關斷功率開關104)級聯是將硅和GaN/SiC功率器件的優點相結合的可用選項。GaN/SiC功率器件的示例優點包括較低的開關損耗，它們實際上可以小于用于處理相同功率量的等同硅器件。硅器件的示例優點在于它們是常關斷的。級聯晶體管電路100的另一優點在于如下事實:可以使用標準柵極驅動器。這是由于級聯晶體管電路100的DC特性主要由硅M0SFET (常關斷功率開關104)來限定。因此，級聯晶體管電路100可以用作硅M0SFET或IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的直接替代物。在圖1的級聯晶體管電路100中，通過柵極驅動信號106~?)僅有源控制常關斷功率開關104。經由常關斷功率開關104來間接控制常導通功率開關102，這是由于常關斷功率開關104的漏-源電壓等于常導通功率開關102的源-柵電壓。在許多應用中，由于電磁兼容(EMC)原因，需要在開關時對功率開關兩端的電壓斜率進行控制。級聯晶體管電路100兩端的電壓是常導通功率開關102的漏極和常關斷功率開關104的源極之間的電壓。以下示例中的一個或更多個可以有利地支持控制在級聯晶體管電路兩端的電壓的斜率。圖2示出了包括漏極輸出端子206和源極輸出端子208的級聯晶體管電路200。級聯晶體管電路200包括常導通開關202，在以下不例中，常導通開關202可以是SiC或GaNFET ο常導通開關202具有常導通控制端子210和常導通傳導通道。級聯晶體管電路200還包括常關斷開關204，在以下示例中，常關斷開關204是MOSFETo常關斷開關204具有常關斷控制端子212和常關斷傳導通道。常關斷控制端子212配置為接收常關斷控制信號。常關斷開關204的常關斷傳導通道與常導通開關202的常導通傳導通道串聯在漏極輸出端子206和源極輸出端子208之間。可以將常導通開關202和常關斷開關204共同認為是級聯開關201。圖2的級聯晶體管電路200還包括控制器，具有用于向常導通開關202的常導通控制端子210提供常導通控制信號的控制器輸出端子216。常導通開關202的常導通控制信號獨立于常關斷開關204的常關斷控制信號，如下所詳述。這樣可以是有利的，這是由于可以當永久性地接通常關斷開關204并僅控制常導通開關202時，減小開關損耗和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種級聯晶體管電路，包括：漏極輸出端子；源極輸出端子；耗盡模式開關，包括常導通控制端子和常導通傳導通道；常關斷開關，包括常關斷控制端子和常關斷傳導通道，其中常關斷控制端子被配置為接收常關斷控制信號，其中常關斷傳導通道與常導通傳導通道串聯在漏極輸出端子和源極輸出端子之間；控制器，包括控制器輸出端子，所述控制器輸出端子被配置為向耗盡模式開關的常導通控制端子提供常導通控制信號，其中常導通控制信號獨立于常關斷控制信號；負電壓源，被配置為向耗盡模式開關的常導通控制端子提供負電壓；反饋電容，位于漏極輸出端子和控制節點之間，所述控制節點位于控制器輸出端子和耗盡模式開關的常導通控制端子之間的電路路徑中。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：拉爾夫·范奧騰，弗朗西斯科斯·A·C·M·舒夫斯，馬塞厄斯·羅斯，亨德里克·約翰內斯·伯格維德，
申請(專利權)人：恩智浦有限公司，
類型：發明
國別省市：荷蘭;NL