[发明专利]高可靠的GaN功率管快速门极驱动电路

说明书

本发明提供一种高可靠的GaN功率管快速门极驱动电路，包括：驱动电流调节电路的控制端与反相器INV115的输入端接门极驱动电路的输入端；门极驱动电路的输入端用于输入控制信号On；反相器INV115的输出端接第一MOS开关Q111的控制端以及关断延时电路的输入端；关断延时电路的输出端接第二MOS开关Q113的控制端；驱动电流调节电路输出两路电流源iCp、iDrv，分别接到电荷泵电容C120两端的节点a和节点b；第一MOS开关Q111的一个开关端接节点a，另一个开关端接参考地；第二MOS开关Q113的一个开关端接节点b，另一个开关端接参考地；节点b作为门极驱动电路的输出端；本发明能够提升GaN功率管工作可靠性。

技术领域

本发明涉及属于集成电路领域，尤其是涉及一种高可靠的GaN功率管快速门极驱动电路。

背景技术

GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）具有高的断态击穿强度以及导通状态下的优异沟道导电性，是高频高功率密度开关功率晶体管的发展趋势。与Si相比，GaN材料的击穿强度比Si高10倍，这意味着与Si器件相比，对于给定的器件尺寸，可以将10倍的电压施加到GaN器件上，由于具体的导通电阻Ron与维持给定击穿电压所需的器件漂移区的长度成比例，因此更紧凑的GaN器件具有尽可能低的导通电阻。此外，GaN器件的HEMT电子传输特性，与具有相同额定电压的Si功率器件相比，特定的导通电阻几乎低两个数量级。因此，GaN器件同时实现高击穿电压和高电流水平，即具有高功率水平下的高开关频率。

GaN器件本身也存在一些缺点。一是器件没有雪崩电压额定值，因此门极驱动相当关键，绝对最大额定电压典型值仅为正负10V，而当门极驱动电压小于5V时，GaN器件的动态导通电阻性能又会变差。另外，GaN器件超快的开启速度会导致EMI特性差。另外，增强型（E-mode）GaN通常是常关器件，其1.5V左右的门极导通阈值也低于Si器件的3.5V左右的导通阈值，门极导通阈值低在应用中容易误导通。关键的是，能否实现低损耗、高功率密度和高可靠性的预期优势，取决于具有强固保护特性的门极驱动电路。

因此，高可靠的门极驱动对GaN器件性能至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高可靠的GaN功率管快速门极驱动电路，能够提升GaN功率管工作时的EMI性能，提升工作可靠性。本发明实施例采用的技术方案是：

一种高可靠的GaN功率管快速门极驱动电路，包括：驱动电流调节电路、第一MOS开关Q111、关断延时电路、第二MOS开关Q113、驱动电压钳位电路、反相器INV115、电荷泵电容C120；

驱动电流调节电路的控制端与反相器INV115的输入端接门极驱动电路的输入端；门极驱动电路的输入端用于输入控制信号On；反相器INV115的输出端接第一MOS开关Q111的控制端以及关断延时电路的输入端；关断延时电路的输出端接第二MOS开关Q113的控制端；

驱动电流调节电路输出两路电流源iCp、iDrv，分别接到电荷泵电容C120两端的节点a和节点b；第一MOS开关Q111的一个开关端接节点a，另一个开关端接参考地；第二MOS开关Q113的一个开关端接节点b，另一个开关端接参考地；

驱动电压钳位电路的一端接节点b，另一端接参考地；

节点b作为门极驱动电路的输出端，用于输出驱动GaN功率管的驱动电压vDrv。

进一步地，驱动电流调节电路输出的两路电流源iCp、iDrv受控制信号On控制；当控制信号On为低电平时，输出的两路电流源iCp、iDrv电流都为零；当控制信号On为高电平时，输出的两路电流源iCp、iDrv电流随门极驱动电路输出的驱动电压vDrv而变化。

更进一步地，当控制信号On由低电平变成高电平，门极驱动电路所驱动的GaN功率管充分导通时，电荷泵电容C120一端节点a的电压vCp高于另一端节点b的电压vDrv。