【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路，特别涉及一种耗尽型宽禁带功率器件的双栅直驱电路。
技术介绍
1、宽禁带半导体具有更大的禁带宽度、更强的临界击穿电压、耐高温、抗辐照等优异特性。因此，开发性能优异的宽禁带功率器件能够显著提高开关电源系统的工作频率与可靠性，并大幅降低系统功耗。
2、基于宽禁带半导体材料的功率器件分为增强型和耗尽型，其中增强型功率器件具有正阈值电压，较小的栅压工作范围(1v-6v)；耗尽型功率器件具有负阈值电压，宽栅压工作范围以及更强的电流能力。因此，耗尽型功率器件能够更充分地发挥宽禁带半导体材料的性能优势。
3、现有的针对耗尽型功率器件的栅压驱动方案如下：
4、1、级联型(cascode)驱动方案，如图1所示，cascode器件将低压增强型功率器件与耗尽型功率器件级联，利用增强型功率器件的正阈值电压实现了级联型器件的常关特性。该方案具有足够的安全栅压工作范围和一定的栅极抗扰能力，但器件的开关特性受增强型功率器件限制，不能充分发挥宽禁带功率器件的高频开关特性。
5、2、负压直驱方案，如图2所示，该方案需要在驱动电路内设计多电源轨道间的电平转换电路以产生负的栅极驱动电压，这会增加系统设计的复杂度，并使得系统的静态功耗增加。
6、因此亟需设计一款能够充分发挥耗尽型宽禁带功率器件性能优势并具有高栅极可靠性的驱动电路。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种耗尽型宽禁带功率器件的双栅直驱电路，实现了耗尽型功率器件的正压直驱功能，同
2、本专利技术实施例提供一种耗尽型宽禁带功率器件的双栅直驱电路，包括：
3、隔离型栅极驱动芯片，所述隔离型栅极驱动芯片的in端连接脉冲源vpulse，vddi端连接输入供电的vdc+端，vssi端连接输入供电的vdc-端，vddo端连接输出供电的vcc+端，vsso端连接输出供电的vcc-端，out端连接第一电阻r1的一端；
4、双栅宽禁带功率器件m1，所述双栅宽禁带功率器件m1具有第一栅极g1、第二栅极g2和内嵌的第一二极管d1，所述第一栅极g1连接所述第一电阻r1的另一端，所述第一二极管d1的阳极连接所述第二栅极g2，阴极连接所述双栅宽禁带功率器件m1的漏极；
5、第二二极管d2，所述第二二极管d2的阳极连接所述隔离型栅极驱动芯片的vddo端，阴极连接所述双栅宽禁带功率器件m1的源极；
6、隔离型变压器，所述隔离型变压器的vin端连接外部供电的vdc+端，gnd端连接外部供电的vdc-端，+vo端连接第二电阻r2的一端；
7、增强型半导体器件m2，所述增强型功率器件m2的栅极连接所述第二电阻r2的另一端，源极连接所述隔离型变压器的0v端和所述双栅宽禁带功率器件m1的第二栅极g2，漏极与所述双栅宽禁带功率器件m1的源极连接至sw端。
8、在本专利技术的一个实施例中，当所述隔离型栅极驱动芯片和所述隔离型变压器处于上电状态时，所述第一栅极g1控制所述双栅宽禁带功率器件m1进入开关工作状态；
9、当所述隔离型栅极驱动芯片和所述隔离型变压器处于待机状态时，所述第二栅极g2控制所述双栅宽禁带功率器件m1进入并维持关断状态。
10、在本专利技术的一个实施例中，当输入供电vdc+和输出供电vcc+大于等于工作电压时，所述隔离型栅极驱动芯片和所述隔离型变压器处于上电状态，所述隔离型变压器的+vo端持续输出高电平，使得增强型半导体器件m2处于常开状态，sw电位等于vcc+减去所述第二二极管d2的开启电压vd2(vcc+-vd2)，所述隔离型栅极驱动芯片的out端输出脉冲信号传输给所述双栅宽禁带功率器件m1的第一栅极g1，所述第一栅极g1控制所述双栅宽禁带功率器件m1实现开关逻辑功能：
11、当所述第一栅极g1的电压为高电平时，所述双栅宽禁带功率器件m1的第一栅极g1和源极sw端的电压差为零，所述双栅宽禁带功率器件m1开启；
12、当所述第一栅极g1的电压为低电平时，所述双栅宽禁带功率器件m1的第一栅极g1和源极sw端的电压差为负压(vd2-vcc+)，所述双栅宽禁带功率器件m1关闭。
13、在本专利技术的一个实施例中，当输入供电vdc+和输出供电vcc+小于工作电压时，所述隔离型栅极驱动芯片和所述隔离型变压器处于待机状态，所述增强型半导体器件m2的栅极和源极的电压差为零，所述双栅宽禁带功率器件m1维持关断状态，sw端的电位从零逐渐上升，所述双栅宽禁带功率器件m1的第二栅极g2的电位为零，所述双栅宽禁带功率器件m1的第二栅极g2和源极sw端的电压差逐渐变负，当电压差小于所述双栅宽禁带功率器件m1的阈值电压时，所述双栅宽禁带功率器件m1进入并维持关断状态，sw端的电位不再增加。
14、在本专利技术的一个实施例中，所述增强型半导体器件m2的材料为si、sic、gan中的一种。
15、在本专利技术的一个实施例中，所述第一二极管d1为肖特基二极管。
16、在本专利技术的一个实施例中，所述第二二极管d2为肖特基二极管，当输入电压vdc+和输出电压vcc+为零时，所述第二二极管d2用于阻断从sw端流向所述隔离型栅极驱动芯片和输出供电vcc+的电流。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述双栅宽禁带功率器件m1包括宽禁带半绝缘衬底层(1)，宽禁带非故意掺杂层(2)，宽禁带n型沟道层(3)，所述宽禁带n型沟道层(3)上方设有介质层(4)、金属源电极(5)和金属漏电极(6)，所述介质层(4)上方设有所述第一栅极g1，所述宽禁带n型沟道层(3)具有间隔的沟槽结构，在沟槽结构的上方设有所述第二栅极g2，所述第二栅极g2与沟槽结构的顶表面直接接触，所述第二栅极g2与沟槽结构的侧表面和底表面之间设有所述介质层(4)，所述第二栅极g2用于连接所述增强型半导体器件m2的源极。
18、在本专利技术的一个实施例中，所述金属源电极(5)和金属漏电极(6)与所述宽禁带n型沟道层(3)形成欧姆接触，所述第一栅极g1下方的所述宽禁带n型沟道层(3)形成肖特基接触，所述第二栅极g2与所述宽禁带n型沟道层(3)中沟槽结构的顶表面构成肖特基接触，所述第二栅极g2、所述介质层(4)与所述宽禁带n型沟道层(3)中沟槽结构的侧表面和底表面构成金属绝缘半导体结构(mis)。
19、在本专利技术的一个实施例中，所述第二栅极g2、所述宽禁带n型沟道层(3)与所述金属漏电极(5)构成肖特基型的所述第一二极管d1。
20、本专利技术实施例的耗尽型宽禁带功率器件的双栅直驱电路具有以下有益效果：
21、(1)正栅压直驱功能和高频开关特性。本专利技术可以利用常规驱动芯片实现耗尽型宽禁带功率器件的正栅压直驱功能，同时充分发挥了宽禁带功率器件的高频开关特性。
22、(2)宽栅极工作电压范围与高栅极可靠性。本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耗尽型宽禁带功率器件的双栅直驱电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的双栅直驱电路，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的双栅直驱电路，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，所述第二二极管D2为肖特基二极管，当输入电压VDC+和输出电压VCC+为零时，所述第二二极管D2用于阻断从SW端流向所述隔离型栅极驱动芯片和输出供电VCC+的电流。
8.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，所述双栅宽禁带功率器件M1包括宽禁带半绝缘衬底层(1)，宽禁带非故意掺杂层(2)，宽禁带N型沟道层(3)，所述宽禁带N型沟道层(3)上方设有介质层(4)、金属源电极(5)和金属漏电极(6)，所述介质层(4)上方设有所述第一栅极G1，所述宽禁带N型沟道层(3)具有间隔的沟槽结构，在沟槽结构的上方设有所述第二栅极G2，所述
9.根据权利要求8所述的双栅直驱电路，其特征在于，
10.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，所述第二栅极G2、所述宽禁带N型沟道层(3)与所述金属漏电极(5)构成肖特基型的所述第一二极管D1。
...【技术特征摘要】
1.一种耗尽型宽禁带功率器件的双栅直驱电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的双栅直驱电路，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的双栅直驱电路，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，所述第二二极管d2为肖特基二极管，当输入电压vdc+和输出电压vcc+为零时，所述第二二极管d2用于阻断从sw端流向所述隔离型栅极驱动芯片和输出供电vcc+的电流。
8.根据权利要求1所述的双栅直驱电路，其特征在于，所述双栅宽禁带功率器...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斯扬，姬丰欣，李胜，李明飞，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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