宽带隙半导体功率结型场效应晶体管的高温栅极驱动器及包括该栅极驱动器的集成电路制造技术

描述了能够工作在高环境温度环境下的宽带隙(例如，＞2eV)半导体结型场效应晶体管(JFET)的栅极驱动器。宽带隙(WBG)半导体器件包括碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)器件。驱动器可以为非反相栅极驱动器，具有输入端、输出端、用于接收第一电源电压的第一基准线、用于接收第二电源电压的第二基准线、接地端和六个结型场效应晶体管(JFET)，其中第一JFET和第二JFET形成第一反相缓冲器，第三JFET和第四JFET形成第二反相缓冲器，以及第五JFET和第六JFET形成可用于驱动高温功率SiC?JFET的推拉式电路。还描述了反相栅极驱动器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及栅极驱动器和包括该栅极驱动器的集成电路，尤其涉及用于宽带隙半导体功率JFET的支持高温的栅极驱动器。
技术介绍
碳化硅(SiC)结型场效应晶体管(JFET)的主要目标使用是应用在设计用于高环境温度环境的功率电子电路中。尽管SiC JFET的优越特性使得它能够可靠地工作在高温下，但是当前缺少支持高温的栅极驱动器。当前方案包括将功率电子控件布置到较低温度环境中或者安装额外的冷却系统从而保持部分或整个系统的安全工作温度。然而，出于任何半导体功率晶体管的最优性能的目的，为了减小寄生效应(例如，栅极控制信号上的不希望的谐振和/或接地噪声)，栅极驱动器电路应该定位成尽可能地靠近功率晶体管。这些类型的不受欢迎的寄生效应可能引起功率晶体管的错误开关并且可能潜在地导致器件或系统故障。功率晶体管的典型驱动方法是具有上拉晶体管和下拉晶体管的推拉式电路。这些晶体管通常为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT)，并且连接到单极电源电压(即，一个正的和一个接地)，或两个电源电压(即，一个正的和一个负的)。[1]推拉式电路的最普通且最简单的形式是使用互补逻辑(例如，NPN和PNP或者P 沟道和N沟道器件)来构建。然而，借助两个N型器件可以实现相同功能。推拉式起到电流放大器的作用(并且如果需要的话用作电压电平移位器)，在输入端接受小电流驱动信号并且生成用于负载晶体管的较大电流。上拉和下拉电源电压不必与输入控制信号的逻辑高和逻辑低电压匹配。与其他功率晶体管类似，SiC功率JFET也可以由推拉式驱动器来驱动。可以使用Si BJT/M0SFET、或者甚至绝缘栅极场效应晶体管 (IGFET)或者金属绝缘体半导体场效应晶体管(MISFET)分立地实现该任务。[1_4]然而， 这些器件不能工作在SiC功率JFET的最大额定温度下(即，超过300°C的温度)。据此，仍然需要能够工作在SiC功率JFET的最大额定温度的栅极驱动器。这些驱动器将允许SiC功率JFET (增强型或耗尽型)在高温应用中的最优使用。
技术实现思路
本专利技术一方面涉及支持高温的非反相栅极驱动器。在一个实施例中，栅极驱动器包括(i)输入端，(ii)输出端，(iii)第一基准线，用于接收第一电源电压，(iv)第二基准线，用于接收第二电源电压，(ν)接地端，(vi)第一结型场效应晶体管(“JFET”)，(vii) 第二 JFET，(viii)第三 JFET，(ix)第四 JFET，(χ)第五 JFET，以及(xi)第六 JFET。第一 JFET、第二 JFET、第三JFET、第四JFET、第五JFET和第六JFET的每一个都具有栅极端、源极端和漏极端。在一个实施例中，配置栅极驱动器，使得(i)分别地，第一 JFET的栅极端电耦合到第一 JFET的源极端，和第一 JFET的漏极端电耦合到接收第一电源电压的第一基准线；(ii)分别地，第二 JFET的栅极端电耦合到输入端，第二 JFET的漏极端电耦合到第一 JFET的栅极端和源极端，和第二 JFET的源极端电耦合到接收第二电源电压的第二基准线.一入 ，(iii)分别地，第三JFET的栅极端电耦合到第三JFET的源极端，和第三JFET的漏极端电耦合到接收第一电源电压的第一基准线和第一 JFET的漏极端；(iv)分别地，第四JFET的栅极端电耦合到第一 JFET的源极端和栅极端和第二 JFET的漏极端，第四JFET的漏极端电耦合到第三JFET的栅极端和源极端，和第四JFET的源极端电耦合到接收第二电源电压的第二基准线和第二 JFET的源极端；(ν)分别地，第五JFET的栅极端电耦合到第三JFET的源极端和栅极端和第四 JFET的漏极端，第五JFET的漏极端电耦合到接收第一电源电压的第一基准线、第三JFET的漏极端和第一 JFET的漏极端，和第五JFET的源极端电耦合到输出端；以及(vi)分别地，第六JFET的栅极端电耦合到第一 JFET的栅极端和源极端、第二 JFET的漏极端和第四JFET的栅极端，第六JFET的漏极端电耦合到第五JFET的源极端和输出端，和第六JFET的源极端电耦合到第二 JFET的源极端、第四JFET的源极端以及接收第二电源电压的第二基准线。在一个实施例中，第一 JFET、第二 JFET、第三JFET、第四JFET、第五JFET和第六 JFET 为 SiCN 沟道 JFET。在一个实施例中，第一 JFET和第三JFET为耗尽型JFET，而第二 JFET、第四JFET、 第五JFET和第六JFET为增强型JFET。在一个实施例中，接收第一电源电压的第一基准线电耦合到接地参考的正电源电压或开关公共参考的正电源电压，和接收第二电源电压的第二基准线电耦合到接地参考的负电源电压或开关公共参考的负电源电压。栅极驱动器进一步包括具有第一端和第二端的电平移动电容器。电容器的第一端电耦合到输入端，和电容器的第二端电耦合到第二 JFET 的栅极端。在一个实施例中，栅极驱动器进一步具有(i)使能电压输入端，用于使能或禁止栅极驱动器的输出；以及(ii)具有栅极端、源极端和漏极端的第七JFET。第七JFET的栅极端电耦合到使能电压输入端。第七JFET的源极端电耦合到接地端。第七JFET的漏极端电耦合到第一 JFET的源极端和栅极端、第二 JFET的漏极端、第四JFET的栅极端、第六JFET 的栅极端，而第七JFET的源极端电耦合到接地端。在另一实施例中，接收第一电源电压的第一基准线电耦合到接地参考的正电源电压或开关公共参考的正电源电压，和接收第二电源电压的第二基准线电耦合到接地端或开关公共端。在一个实施例中，栅极驱动器进一步包括(i)使能电压输入端，用于使能或禁止栅极驱动器的输出；(ii)具有栅极端、源极端和漏极端的第七JFET，其中，分别地，第七 JFET的栅极端电耦合到使能电压输入端，第七JFET的源极端电耦合到接地端；和第七JFET 的漏极端电耦合到第四JFET的漏极端、第三JFET的栅极端和源极端以及第五JFET的栅极端；以及(iii)具有栅极端、源极端和漏极端的第八JFET，其中，分别地，第八JFET的栅极6端电耦合到使能电压输入端和第七JFET的栅极端，第八JFET的漏极端电耦合到第六JFET 的漏极端、第五JFET的源极端和输出端，第八JFET的源极端电耦合到接地端。在一个实施例中，输入到栅极驱动器的是小电流接地参考的输入逻辑信号或小电流开关公共参考的输入逻辑信号。栅极驱动器的输出是接地参考的信号或开关公共参考的信号。在另一方面，本专利技术涉及支持高温的反相栅极驱动器。在一个实施例中，反相栅极驱动器包括(i)输入端，( )输出端，(iii)第一基准线，用于接收第一电源电压，(iv)第二基准线，用于接收第二电源电压，(V)接地端，(Vi)第一 JFET，(Vii)第二 JFET，(viii) 第三 JFET，(ix)第四 JFET，(χ)第五 JFET，以及(xi)第六 JFET。第一 JFET、第二 JFET、第三JFET、第四JFET、第五JFET和第六JFET的每一个都具有栅极端、源极端和漏极端。在一个实施例中，栅极驱动器配置成使得(i)分别地，第一 JFET的栅极端电耦合到第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.07 US 12/437,1731.一种非反相栅极驱动器，该非反相栅极驱动器包括(a)输入端；(b)输出端；(c)第一基准线，用于接收第一电源电压；(d)第二基准线，用于接收第二电源电压；(e)接地端；(f)具有栅极端、源极端和漏极端的第一结型场效应晶体管(JFET)，其中，分别地，第一JFET的栅极端电耦合到该第一 JFET的源极端，并且第一 JFET的漏极端电耦合到接收第一电源电压的第一基准线；(g)具有栅极端、源极端和漏极端的第二JFET，其中，分别地，第二 JFET的栅极端电耦合到所述输入端，第二 JFET的漏极端电耦合到第一 JFET的栅极端和源极端，并且第二 JFET 的源极端电耦合到接收第二电源电压的第二基准线；(h)具有栅极端、源极端和漏极端的第三JFET，其中，分别地，第三JFET的栅极端电耦合到该第三JFET的源极端，并且第三JFET的漏极端电耦合到接收第一电源电压的第一基准线和第一 JFET的漏极端；(i)具有栅极端、源极端和漏极端的第四JFET，其中，分别地，第四JFET的栅极端电耦合到第一 JFET的源极端和栅极端以及第二 JFET的漏极端，第四JFET的漏极端电耦合到第三JFET的栅极端和源极端，并且第四JFET的源极端电耦合到接收第二电源电压的第二基准线和第二 JFET的源极端；(j)具有栅极端、源极端和漏极端的第五JFET，其中，分别地，第五JFET的栅极端电耦合到第三JFET的源极端和栅极端以及第四JFET的漏极端，第五JFET的漏极端电耦合到接收第一电源电压的第一基准线、第三JFET的漏极端以及第一 JFET的漏极端，并且第五JFET 的源极端电耦合到输出端；以及(k)具有栅极端、源极端和漏极端的第六JFET，其中，分别地，第六JFET的栅极端电耦合到第一 JFET的栅极端和源极端、第二 JFET的漏极端以及第四JFET的栅极端，第六JFET 的漏极端电耦合到第五JFET的源极端和所述输出端，并且第六JFET的源极端电耦合到第二JFET的源极端、第四JFET的源极端以及接收第二电源电压的第二基准线。2.如权利要求1所述的栅极驱动器，其中，第一JFET、第二 JFET、第三JFET、第四JFET、 第五JFET和第六JFET的每个都包括碳化硅N沟道JFET。3.如权利要求2所述的栅极驱动器，其中，第一JFET和第三JFET的每个都包括耗尽型 JFET,以及第二 JFET、第四JFET、第五JFET和第六JFET的每个都包括增强型JFET。4.如权利要求1所述的栅极驱动器，其中，接收第一电源电压的第一基准线电耦合到接地参考的正电源电压或开关公共参考的正电源电压，并且接收第二电源电压的第二基准线电耦合到接地参考的负电源电压或开关公共参考的负电源电压。5.如权利要求4所述的栅极驱动器，该栅极驱动器进一步包括具有第一端和第二端的电平移动电容器，其中所述电容器的第一端电耦合到所述输入端，和所述电容器的第二端电耦合到第二 JFET的栅极端。6.如权利要求5所述的栅极驱动器，该栅极驱动器进一步包括 (1)使能电压输入端，用于使能或禁止栅极驱动器的输出；以及(m)具有栅极端、源极端和漏极端的第七JFET，其中，分别地，第七JFET的栅极端电耦合到所述使能电压输入端，第七JFET的漏极端电耦合到第一 JFET的源极端和栅极端、第二 JFET的漏极端、第四JFET的栅极端、第六JFET的栅极端，并且第七JFET的源极端电耦合到所述接地端。7.如权利要求1所述的栅极驱动器，其中，接收第一电源电压的第一基准线电耦合到接地参考的正电源电压或开关公共参考的正电源电压，并且接收第二电源电压的第二基准线电耦合到所述接地端或开关公共端。8.如权利要求7所述的栅极驱动器，该栅极驱动器进一步包括(1)使能电压输入端，用于使能或禁止栅极驱动器的输出；(m)具有栅极端、源极端和漏极端的第七JFET，其中，分别地，第七JFET的栅极端电耦合到所述使能电压输入端，第七JFET的漏极端电耦合到第四JFET的漏极端、第三JFET的栅极端和源极端以及第五JFET的栅极端，并且第七JFET的源极端电耦合到所述接地端；以及(η)具有栅极端、源极端和漏极端的第八JFET，其中，分别地，第八JFET的栅极端电耦合到所述使能电压输入端和第七JFET的栅极端，第八JFET的漏极端电耦合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·凯利，
申请(专利权)人：SSSCIP有限公司，
类型：发明
国别省市：