一种用于E型氮化镓器件的开关的制作方法

一种用于e型氮化镓器件的开关
技术领域
1.本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种用于e型氮化镓器件的开关。


背景技术：

2.氮化镓器件由于其优越的工作性能在功率开关电路中正在取得日益广泛的应用，而e型氮化镓器件由于其类似于n型mosfet的驱动特性更受使用者的欢迎。但由于目前市场上通用的电源控制和驱动芯片所提供的驱动电压大多在10v以上，而e型氮化镓器件的门极极限电压为7v，所以不能用来直接驱动e型氮化镓器件。另一方面，虽然市场上有专用的e型氮化镓驱动芯片，但目前种类还相对比较少，价格也比较高，而且需要提供适合e型氮化镓门极电压范围的供电电源。
3.因此，为了解决上述问题，现在需要一种用于e型氮化镓器件的开关。


技术实现要素：

4.鉴于以上内容，有必要提供一种用于e型氮化镓器件的开关，能够实现驱动e型氮化镓器件的功能，本实用新型提供的技术方案如下：
5.本实用新型提供了一种用于e型氮化镓器件的开关，用于驱动e型氮化镓器件，所述e型氮化镓器件的源极接地，所述e型氮化镓器件的漏极与外部电路连接；所述开关包括：
6.晶体管，所述晶体管的集电极与外部驱动信号连接，所述晶体管的发射极与所述e型氮化镓器件的栅极连接；
7.二极管，所述二极管的正极与所述晶体管的发射极连接，所述二极管的负极与所述晶体管的集电极连接；
8.串联连接的第一电阻和稳压单元，所述晶体管的集电极依次通过所述第一电阻和所述稳压单元而接地，所述第一电阻和所述稳压单元的中间连接点与所述晶体管的基极连接；
9.所述稳压单元用于提供驱动电压，所述稳压单元的稳压值包括补偿所述驱动信号流经所述晶体管而产生的pn结正向压降。
10.进一步地，所述开关还包括：
11.信号发生器，所述信号发生器用于生成所述驱动信号；
12.作为一种可选的方案，所述稳压单元包括：
13.第一稳压管，所述第一稳压管的正极接地，所述第一稳压管的负极与所述第一电阻的一端连接。
14.进一步地，所述晶体管的发射极与所述e型氮化镓器件的栅极之间还包括保护单元，所述保护单元包括：
15.第二稳压管，其用于将所述e型氮化镓器件的栅极信号的电平钳在预设的安全范围内。
16.进一步地，所述保护单元还包括：
17.第二电阻，其一端和所述第二稳压管的负极均连接于所述晶体管的发射极，所述第二电阻的另一端和第二稳压管的正极均连接于所述e型氮化镓器件的源极；所述第二电阻用于防止所述e型氮化镓器件的栅极的静电积累。
18.进一步地，所述开关还包括：
19.偏压单元，其包括并联连接的电容和第三稳压管；
20.第一钳位单元，其包括反向串联连接的第一钳位二极管和第二钳位二极管，所述第一钳位二极管的正极与所述第二钳位二极管的正极连接，或者，所述第一钳位二极管的负极与所述第二钳位二极管的负极连接；
21.所述第三稳压管的负极与所述晶体管的发射极连接，所述第三稳压管的正极与所述第一钳位单元的一端连接，且所述第一钳位单元的另一端与所述e型氮化镓器件的源极连接。
22.进一步地，所述开关还包括：
23.第三电阻，其一端与所述e型氮化镓器件的栅极连接，另一端与所述e型氮化镓器件的源极连接；
24.所述第三电阻用于防止所述e型氮化镓器件的栅极的静电积累。
25.作为另一种可选的方案，所述稳压单元包括：
26.集成式参考电压控制芯片，其包括正极、负极、参考极；
27.采样电阻串联支路，其包括串联连接的第四电阻和第五电阻，所述采样电阻串联支路的一端与所述晶体管的发射极连接，另一端与所述集成式参考电压控制芯片的正极连接；
28.所述集成式参考电压控制芯片的负极与所述晶体管的基极连接，所述集成式参考电压控制芯片的正极接地，所述集成式参考电压控制芯片的参考极与所述第四电阻和所述第五电阻的中间连接点连接；
29.所述集成式参考电压控制芯片用于控制所述e型氮化镓器件的栅极电压，使其满足以下公式：
[0030]vg
＝v
ref
(r1 r2)/r2，其中，vg为所述e型氮化镓器件的栅极电压，v
ref
为所述集成式参考电压控制芯片的内部参考电压，r1为所述第四电阻的阻值，r2为所述第五电阻的阻值。
[0031]
优选地，所述晶体管为双极型晶体管。
[0032]
优选地，所述晶体管为mosfet。
[0033]
本实用新型具有下列优点：
[0034]
a)驱动输出信号的电平更加精确，保证快速响应的同时，还可以稳定驱动e型氮化镓器件；
[0035]
b)能够将栅极信号电平钳在安全范围内，防止栅极的静电积累；
[0036]
c)结构简单，有效地降低了成本。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
[0038]
图1为本实用新型实施例提供的用于e型氮化镓器件的开关的第一电路结构图；
[0039]
图2为本实用新型实施例提供的用于e型氮化镓器件的开关的第二电路结构图；
[0040]
图3为本实用新型实施例提供的用于e型氮化镓器件的开关的第三电路结构图；
[0041]
图4为本实用新型实施例提供的用于e型氮化镓器件的开关的第四电路结构图。
[0042]
其中，附图标记包括：1-e型氮化镓器件，2-晶体管，31-第一电阻，32-第二电阻，33-第三电阻，34-第四电阻，35-第五电阻，41-第一稳压管，42-第二稳压管，43-第三稳压管，5-电容，61-第一钳位二极管，62-第二钳位二极管，7-集成式参考电压控制芯片。
具体实施方式
[0043]
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，更清楚地了解本实用新型的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。除此，本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0044]
在本实用新型的一个实施例中，提供了一种用于e型氮化镓器件的开关，用于驱动e型氮化镓器件1，如图1所示，所述e型氮化镓器件1的源极接地，所述e型氮化镓器件1的漏极与外部电路连接。所述开关包括信号发生器、晶体管2、二极管8、第一电阻31、稳压单元，其中，所述信号发生器用于生成驱动信号。
[0045]
如图1所示，所述晶体管2的集电极与所述信号发生器连接，所述晶体管2的发射极与所述e型氮化镓器件1的栅极连接；所述二极管8的正极与所述晶体管2的发射极连接，所述二极管8的负极与所述晶体管2的集电极连接；所述第一电阻31和所述稳压单元串联连接，所述晶体管2的集电极依次通过所述第一电阻31和所述稳压单元而接地，所述第一电阻31和所述稳压单元的中间连接点与所述晶体管2的基极连接。
[0046]
所述稳压单元用于提供驱动电压，所述稳压单元的稳压值包括弥补所述驱动信号流经所述晶体管2而产生的pn结正向压降。所述稳压单元可以是一个稳压二极管，也可以是一个集成电路，只要能够实现上述功能即可，不以此限定本实用新型的保护范围。现以单个元件和集成芯片为例分别作出说明，具体见下文。
[0047]
在本实用新型的一个实施例中，所述稳压单元包括第一稳压管41，如图1所示，所述第一稳压管41的正极接地，所述第一稳压管41的负极与所述第一电阻31的一端连接。
[0048]
具体地，在本实施例中，所述驱动信号从所述晶体管2的集电极输入，从所述晶体管2的发射极输出来驱动所述e型氮化镓器件1的栅极(或门极)，所述驱动信号的输出电平
通过所述晶体管2基极的第一稳压管41的稳压作用控制在所需要的范围内，通常为5v到6.5v之间即所述e型氮化镓器件1的栅极得到的电压为5v到6.5v之间，所述第一稳压管41的稳压值为输出驱动电平加上0.7v的pn结正向压降，这样一来，能够为e型氮化镓器件1提供稳定的驱动电压，同时因为其本质上是共基极电路结构，具有稳定和快速响应的特性，能够满足高速驱动的要求。
[0049]
在本实用新型的一个实施例中，所述稳压单元包括第一稳压管41，此外，如图2所示，所述晶体管2的发射极与所述e型氮化镓器件1的栅极之间还包括保护单元，所述保护单元包括第二电阻32和第二稳压管42，所述第二电阻32的一端和所述第二稳压管42的负极均连接于所述晶体管2的发射极，所述第二电阻32的另一端和第二稳压管42的正极均连接于所述e型氮化镓器件1的源极。
[0050]
其中，所述第二电阻32用于防止所述e型氮化镓器件1的栅极的静电积累，所述第二电阻32的阻值范围为几kω至几百kω。所述第二稳压管42用于在所述e型氮化镓器件1的栅极信号产生振荡或者其它可能出现过电压的情况时将所述栅极信号的电平钳在预设的安全范围内。
[0051]
具体地，在本实施例中，如图2所示，在所述e型氮化镓器件1的栅极和源之间并联第二稳压管42和第二电阻32，所述第二电阻32为高阻值电阻。所述第二稳压管42在当栅极信号vg由于电路中存在的寄生电感等因素产生振荡时能够把栅极信号电平钳在安全的范围内。另外，所述第二稳压管42也可以采用tvs器件(transient voltage suppressor，瞬态二极管)，不以此限定本实用新型的保护范围。
[0052]
在本实用新型的一个实施例中，所述稳压单元包括第一稳压管41，此外，如图3所示，所述开关还包括偏压单元、第一钳位单元、第三电阻33，其中，所述偏压单元包括并联连接的电容5和第三稳压管43，所述第一钳位单元包括反向串联连接的第一钳位二极管61和第二钳位二极管62。
[0053]
所述第一钳位二极管61与所述第二钳位二极管62反向串联连接，即所述第一钳位二极管61的正极与所述第二钳位二极管62的正极连接，或者，所述第一钳位二极管61的负极与所述第二钳位二极管62的负极连接。所述第三稳压管43的负极与所述晶体管2的发射极连接，所述第三稳压管43的正极与所述第一钳位单元的一端连接，且所述第一钳位单元的另一端与所述e型氮化镓器件1的源极连接，所述第三电阻33的一端与所述e型氮化镓器件1的栅极连接，另一端与所述e型氮化镓器件1的源极连接，所述第三电阻33用于防止所述e型氮化镓器件1的栅极的静电积累，所述第三电阻33的阻值范围为几ω至几百kω。
[0054]
具体地，在本实施例中，如图3所示，所述第三稳压管43的正极与所述第一钳位二极管61的负极连接，且所述第二钳位二极管62的负极与所述e型氮化镓器件1的源极连接。图3所示的开关在所述晶体管2的稳压输出端即发射极和所述e型氮化镓器件1的栅极间插入了由所述电容5和所述第三稳压管43所组成的电平偏压环节，所述电容5的电容量通常比所述e型氮化镓器件1的栅极输入电容大很多倍，在开关工作过程中所述电容5两端建立起一个等于所述第三稳压管43稳压值的左正右负的电压，这样在驱动信号v
g1
为低电平时所述电容5的电压对所述e型氮化镓器件1的栅极形成一个负电压，使得所述e型氮化镓器件1能够更可靠地关断。因为e型氮化镓器件的门极阈值电压通常在1.2v左右，如果电路工作时地噪音比较大，可能影响到关断的可靠性，通过所述电容5在关断时产生的负电压能够使所述
e型氮化镓器件1关断更加可靠。需要注意的是，当使用这样的电路时所述e型氮化镓器件1门极的钳位二极管使用双向结构。
[0055]
在本实用新型的一个实施例中，所述稳压单元包括集成式参考电压控制芯片7，其包括正极、负极、参考极。如图4所示，所述稳压单元还包括采样电阻串联支路，所述采样电阻串联支路包括串联连接的第四电阻34和第五电阻35。
[0056]
其中，所述采样电阻串联支路的一端与所述晶体管2的发射极连接，另一端与所述集成式参考电压控制芯片7的正极连接；所述集成式参考电压控制芯片7的负极与所述晶体管2的基极连接，所述集成式参考电压控制芯片7的正极接地，所述集成式参考电压控制芯片7的参考极与所述第四电阻34和所述第五电阻35的中间连接点连接。
[0057]
所述集成式参考电压控制芯片7用于控制所述e型氮化镓器件1的栅极电压，使其满足以下公式：
[0058]vg
＝v
ref
(r1 r2)/r2[0059]
其中，vg为所述e型氮化镓器件1的栅极电压，v
ref
为所述集成式参考电压控制芯片7的内部参考电压，r1为所述第四电阻34的阻值，r2为所述第五电阻35的阻值。
[0060]
具体地，在本实施例中，如图4所示，驱动输出信号通过所述集成式参考电压控制芯片7的闭环控制稳定在所需要的电平。图4所示开关的优点是驱动输出信号的电平更加精确。
[0061]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。