高電流驅動器的基于GaN的故障安全關閉制造技術

驅動器關閉電路，其被配置為基于驅動電流的幅度和持續(xù)時間來觸發(fā)驅動器關閉。第一氮化鎵FET連接到第二氮化鎵FET和輸入節(jié)點，并產生與驅動電流成比例的放電電流。通過第一和第二氮化鎵FET從計時器電容汲取放電電流。第二氮化鎵FET接收控制信號，并停止驅動器脈沖之間的放電電流流動，因此預充電器電路可以將計時器電容再充電至特定電壓。放電電流消耗計時器電容，并且關閉信號發(fā)生器響應于計時器電容上的電壓降低到觸發(fā)電壓以下而向驅動器輸出關閉信號。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】高電流驅動器的基于GaN的故障安全關閉背景
本申請大體上涉及一種基于增強型氮化鎵(GaN)場效應晶體管(FET)驅動器關閉電路，更具體而言，本申請涉及一種驅動器關閉電路，這種驅動器關閉電路用于基于驅動電流幅度在觸發(fā)驅動器關閉之前對延遲進行調節(jié)。
技術介紹
在某些應用中，高電流驅動器吸收或提供流量級為幾十安培(A)的非常強的電流。某些高電流驅動器(諸如光檢測和測距(激光)系統(tǒng)中的激光驅動器)必須在某些條件下自動關閉才能滿足安全規(guī)范。例如，為了符合用眼安全規(guī)范，激光雷達驅動器必須包括故障安全關閉系統(tǒng)，以在驅動器陷入完整的或延長的激光活動命令周期時自動關閉激光雷達驅動器。激光雷達驅動器的激光用眼安全規(guī)范取決于驅動電流的幅度和脈沖的持續(xù)時間。因此，與非常弱的驅動電流相比，規(guī)范要求必須更快地觸發(fā)關閉非常強的驅動電流。典型的故障安全關閉電路使用與電容、電阻或電感相關聯(lián)的時間常數(shù)來控制觸發(fā)關閉之前的延遲。圖1是基于電容和電阻的常規(guī)關閉電路的示意圖。關閉(SD)電路100包括：電容115、電阻120和緩沖器125。控制信號CTL105施加于輸入節(jié)點，電容115和電阻120使CTL105分化，進而將CTL105轉換為從緩沖器125輸出而作為關閉信號130的脈沖邊沿。關閉信號130的脈沖寬度取決于CTL105的上升時間和RC時間常數(shù)。但不利之處在于，當CTL105保持恒定值時，關閉信號130的振幅產生衰減，這使得接收關閉信號130的驅動器難以將關閉信號130與接近于關閉和開啟之間閾值的噪聲分開。此外，難以改變RC時間常數(shù)以適應CTL105中的不同脈沖頻率，并且難以使非常強的驅動電流與弱驅動電流同時觸發(fā)驅動器關閉。圖2是基于p型電流鏡或耗盡型晶體管給電容充電的常規(guī)關閉電路的示意圖。SD電路200包括：參考電流源220、電流鏡225、電容245、晶體管250和緩沖器255。參考電流源220產生參考電流IREF，電流鏡225對該參考電流IREF進行鏡像處理，以產生用于電容245的充電電流ICHG。在一些實施方式中，使用用作電流源的耗盡型晶體管代替參考電流源220和電流鏡225。響應于電容245被充電到觸發(fā)電壓VTRIG，緩沖器255輸出關閉信號260。這種方式的不利之處在于，在關閉信號260被輸出之前的延遲是恒定的，而與相關聯(lián)的驅動器電路輸出的驅動電流的幅度無關。此外，電流鏡225中的晶體管230和晶體管235或此位置上所使用的耗盡型晶體管的閾值電壓VTh必須具有低絕對值，以在單個集成電路中實現(xiàn)關閉電路200。目前，P型晶體管無法用GaN場效應晶體管實現(xiàn)，因此電流鏡225必須改用硅基晶體管實現(xiàn)，但與GaN場效應晶體管相比，硅基晶體管的開關速度比較緩慢且無法承受與GaN場效應晶體管一樣強的電壓與電流。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術通過提供一種驅動器關閉電路來解決上述常規(guī)故障安全關閉電路的缺陷，該驅動器關閉電路能夠基于驅動電流的幅度在觸發(fā)關閉之前調節(jié)延遲。本專利技術的驅動器關閉電路可以與其相關的驅動器電路單片集成。如本文所述，本專利技術包括第一氮化鎵場效應晶體管，第二氮化鎵場效應晶體管，預充電電路，計時器電容和關閉信號發(fā)生器。第一氮化鎵場效應晶體管具有連接到輸入節(jié)點的第一柵極端，第一漏極端和第一源極端。所述第二氮化鎵場效應晶體管具有配置為接收控制信號的第二柵極端，連接到第一節(jié)點的第二漏極端以及連接到所述第一漏極端的第二源極端。計時器電容連接到第一節(jié)點和接地端。第一氮化鎵場效應晶體管產生與驅動電流成比例的放電電流，該放電電流從計時器電容汲取。當控制信號指示未產生驅動電流時，第二氮化鎵場效應晶體管停止放電電流的流動。預充電電路連接到第一節(jié)點并被配置為接收控制信號。即使在驅動器處于活動狀態(tài)時計時器電容已放電，預充電電路也有足夠的時間在驅動器處于非活動狀態(tài)時將計時器電容充電到所需的電壓電平。關閉信號發(fā)生器連接到第一節(jié)點，并且響應于第一節(jié)點上的電壓降低到關閉信號發(fā)生器的觸發(fā)電壓以下而將關閉信號輸出到輸出節(jié)點。現(xiàn)在，本申請說明書所描述的上述內容及包含有多種元件實現(xiàn)與組合的新穎的細節(jié)的其他優(yōu)選特征將參考本申請說明書附圖中所描述內容及權利要求書所指出內容進行更為具體地描述。而應當理解的是，說明書附圖中僅以示例的形式示出了特定的方法及裝置，但并不以此作為權利要求書的限制。正如本領域技術人員所理解的，在不脫離權利要求的范圍的情況下，可以在多種不同的實施例中應用本申請說明書所教導的原理與特征。附圖說明當結合附圖時，根據(jù)以下闡述的詳細描述，本公開的特征、目的及優(yōu)點將變得更加顯而易見，而在附圖中對應地應用了相同的附圖標記，其中：圖1是基于電容和電阻的常規(guī)關閉電路的示意圖。圖2是基于p型電流鏡或耗盡型晶體管給電容充電的常規(guī)關閉電路的示意圖。圖3示出了與根據(jù)本專利技術的故障安全關閉控制器結合使用的可調電流驅動器電路。圖4示出了根據(jù)本專利技術的用于圖3所示的可調電流驅動器電路的關閉控制器。圖5示出了根據(jù)本專利技術的用于圖4所示的關閉控制器的預充電電路。圖6示出了根據(jù)本專利技術的用于圖4所示的關閉控制器的比較器。圖7示出了本專利技術的一種可調電流驅動器電路，這種可調電流驅動器電路包括：圖4所示的關閉控制器、圖5所示的預充電電路以及圖6所示的關閉信號發(fā)生器。具體實施方式在以下的具體描述中，參考了某些實施例。對這些實施例進行了足夠詳盡的描述，以使本領域技術人員能夠實踐這些實施例。應當理解的是，可以采用其他實施例并且可以在結構上、邏輯電路上或電氣上作出各種改變。在最為廣義的意義上，本申請說明書中下面詳細描述中所公開特征的組合實踐教導并不是必須的，且這些組合僅僅教導了本教導代表性的示例。圖3示出了與根據(jù)本專利技術的故障安全關閉電路結合使用的可調電流驅動器電路300。可調電流驅動器電路300包括：電流鏡320、電容350、脈沖控制器370和驅動晶體管395。電流鏡320接收參考電流IREF并輸出用于電容350的充電電流ICHG。電流鏡320在節(jié)點355處連接到接地端310、電容350和脈沖控制器370，并且連接到提供供電電壓Vdd的供電電壓源315B。電容350進一步連接到接地端310。電流鏡320包括：晶體管325、晶體管330、晶體管335和晶體管340。脈沖控制器370包括：柵極驅動器374、反相器378、晶體管380和晶體管385。電流鏡320中的晶體管325、晶體管330、晶體管335和晶體管340以及脈沖控制器370中的晶體管380和晶體管385和驅動晶體管395最好是以單片形式集成到單個半導體管芯上的增強型GaN場效應晶體管半導體器件。可調電流驅動器電路300中的組件被描述為連接到接地端310，但是在其他實施方式中，這些組件被連接到浮動節(jié)點。電流鏡320基于IREF從供電電壓源315B汲取ICHG，并且ICHG將電容350充電到所需的電壓，這種電壓將施加到驅動晶體管395的柵極端。IREF數(shù)值的變化會使ICHG數(shù)值和電容350兩端的電壓也產生變化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種驅動器關閉電路，用于向連接到輸出節(jié)點的柵極驅動器電路提供緊急關閉信號，包括：/n第一氮化鎵(GaN)場效應晶體管(FET)，用于產生放電電流，并且所述第一氮化鎵場效應晶體管具有連接到輸入節(jié)點的柵極端、漏極端和接地的源極端；/n第二氮化鎵場效應晶體管，用于基于控制信號允許或阻止所述放電電流，并且所述第二氮化鎵場效應晶體管具有：用于接收所述控制信號的柵極端、連接到第一節(jié)點的漏極端以及連接到所述第一氮化鎵場效應晶體管的漏極端的源極端；/n計時器電容，配置為通過所述放電電流進行放電，并且所述計時器電容具有：連接到所述第一節(jié)點的第一端及接地的第二端；/n預充電電路，連接到所述第一節(jié)點，并且所述預充電電路配置為：/n接收所述控制信號的反向信號，并且/n將所述計時器電容充電到預定電壓；以及/n比較器，連接到所述第一節(jié)點和所述輸出節(jié)點，如果所述第一節(jié)點上的電壓降低到閾值以下，所述比較器則產生用于所述柵極驅動器的緊急關閉信號。/n

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20180828 US 62/723,801;20180905 US 62/727,111;20181.一種驅動器關閉電路，用于向連接到輸出節(jié)點的柵極驅動器電路提供緊急關閉信號，包括：
第一氮化鎵(GaN)場效應晶體管(FET)，用于產生放電電流，并且所述第一氮化鎵場效應晶體管具有連接到輸入節(jié)點的柵極端、漏極端和接地的源極端；
第二氮化鎵場效應晶體管，用于基于控制信號允許或阻止所述放電電流，并且所述第二氮化鎵場效應晶體管具有：用于接收所述控制信號的柵極端、連接到第一節(jié)點的漏極端以及連接到所述第一氮化鎵場效應晶體管的漏極端的源極端；
計時器電容，配置為通過所述放電電流進行放電，并且所述計時器電容具有：連接到所述第一節(jié)點的第一端及接地的第二端；
預充電電路，連接到所述第一節(jié)點，并且所述預充電電路配置為：
接收所述控制信號的反向信號，并且
將所述計時器電容充電到預定電壓；以及
比較器，連接到所述第一節(jié)點和所述輸出節(jié)點，如果所述第一節(jié)點上的電壓降低到閾值以下，所述比較器則產生用于所述柵極驅動器的緊急關閉信號。


2.根據(jù)權利要求1所述的驅動器關閉電路，其中，所述預充電電路包括：
連接到第二節(jié)點的電流源；
連接到所述第二節(jié)點的輸出級，所述輸出級包括：
第三氮化鎵場效應晶體管，具有：連接到所述第二節(jié)點的柵極端、連接到供電電壓的漏極端以及連接到第三節(jié)點的源極端，及
第四氮化鎵場效應晶體管，具有：用于接收所述控制信號的所述反向信號的柵極端、連接到所述第三節(jié)點的漏極端以及接地的源極端；
第五氮化鎵場效應晶體管，具有：連接到所述第三節(jié)點的柵極端、連接到所述供電電壓的漏極端及連接到所述第一節(jié)點的源極端；以及
反饋電路，連接到所述第二節(jié)點和所述第三節(jié)點，用于在所述第三節(jié)點上保持預定電壓。


3.根據(jù)權利要求2所述的驅動器關閉電路，其中，所述電流源包括電阻，所述電阻具有：連接到所述第二節(jié)點的第一端以及連接到所述供電電壓的第二端。


4.根據(jù)權利要求2所述的驅動器關閉電路，其中，所述電流源包括耗盡型氮化鎵場效應晶體管，所述耗盡型氮化鎵場效應晶體管具有：連接到所述供電電壓的漏極端、以及一起連接到所述第二節(jié)點的柵極端和源極端。


5.根據(jù)權利要求2所述的驅動器關閉電路，其中，所述預充電器電路進一步包括附加電阻，所述附加電阻具有：連接到所述第五氮化鎵場效應晶體管的所述漏極端的第一端、以及連接到所述第二節(jié)點的第二端，其中所述電阻具有的電阻值使所述電阻兩端的電壓小于所述第三氮化鎵場效應晶體管...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李劍鋒，R·阿南思，M·查普曼，
申請(專利權)人：宜普電源轉換公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US