CN1893271A

CN1893271A - 采用不对称cmos的常开、常闭共源－共漏结构装置的有源驱动

Info

Publication number: CN1893271A
Application number: CN 200610094247
Authority: CN
Inventors: M·萨拉洛; M·索尔达诺
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2007-01-10

Abstract

本发明公开了一种通过共源—共漏电路控制高电子迁移率晶体管(HEMT)的方法，该共源—共漏电路包括第一和第二开关，连接至第一开关源极的电容器，HEMT的源极与第一和第二开关的漏极均相连，和用于控制第一和第二开关的控制器。该方法通过定义状态A实现，其中控制第一开关关闭，导致HEMT截止，而控制第二开关开启，使得电容器充电，并将HEMT的漏极电压稳定在HEMT栅极阈值电压左右。该方法还定义状态B，其中控制第一开关开启，导致HEMT导通，而几乎始终控制第二开关截止，从而保留存储在电容器中的电荷。而且，该方法提供从状态A变为状态B以导通HEMT；和从状态B变为状态A以截止HEMT，其中第一开关关闭，而第二开关开启，使得第一开关的输出电容从电容器更快速地充电，以保持HEMT截止。

Description

采用不对称CMOS的常开、常闭共源-共漏结构装置的有源驱动

引用的相关申请

[0001]本申请以于2005年6月27日提交的，题为“采用不对称CMOS的常开、常闭共源—共漏结构装置的有源驱动”的美国临时申请60/694,330为基础，并要求其权益，这里要求其优选权，且其公开内容结合作为参考。

背景技术

[0002]本发明涉及一种共源—共漏(cascode)开关结构，更具体地涉及采用低电压P-沟道MOSFET，其源极与电容相连，而其漏极与驱动器开关的漏极相连。

[0003]共源—共漏电路是一种用于改善模拟电路性能的技术。其提供非常有用的，由公共栅级跟随的公共源级组成的双晶体管构造。共源—共漏组合两个放大级以增大输出电阻和降低寄生电容，导致具有增大带宽的高增益。共源—共漏提供更好的高频性能和较高的输出电阻。

[0004]常开损耗模式和常闭半导体装置的共源—共漏结构使得开关电源***可靠和安全地工作。

[0005]这两部分简单耦合的动态特性取决于它们自身的参数，特别是在关闭时。利用储存在Vcc供电电容器中的电荷，所提出的布置提高了截止瞬变。

发明内容

[0006]本发明的一个目的是在使用整流器时避免二极管压降损失。

[0007]本发明的另一个目的是使截止转变加快。

[0008]参考附图，根据下面对本发明的说明，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

[0009]公开了一种通过共源—共漏电路控制高电子迁移率晶体管(HEMT)的方法，该共源—共漏电路包括第一和第二开关，连接至第一开关源极的电容器，HEMT的源极与第一和第二开关的漏极均相连，和用于控制第一和第二开关的控制器。该方法通过定义状态A实现，其中控制第一开关关闭，导致HEMT截止，而控制第二开关开启，使得电容器充电，并将HEMT的漏极电压稳定在HEMT栅极阈值电压左右。该方法还定义状态B，其中控制第一开关开启，导致HEMT导通，而几乎始终控制第二开关截止，从而保留存储在电容器中的电荷。而且，该方法提供从状态A变为状态B以导通HEMT；和从状态B变为状态A以截止HEMT，其中第一开关关闭，而第二开关开启，使得第一开关的输出电容从电容器更快速地充电，以保持HEMT截止。

[0010]本发明通过利用具有阻抗特性的沟道使电容器C充电而避免二极管压降。此外，通过平衡Vcc电容器和共源—共漏驱动器开关输出电容之间的电荷而使截止转变加快。

附图说明

[0011]图1是采用根据本发明优选实施例的共源—共漏电路的电路图；而

[0012]图2是表示在各种电压和电流下共源—共漏电路状态转变效果的曲线图。

具体实施方式

[0013]图1表示根据本发明优选实施例的电路10。电路10包括低电压P-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或开关M2。P-沟道MOSFET可以通过掺杂半导体以增加自由正电荷载流子数量而获得。在电路10中，P-沟道开关M2的源极连接至Vcc电容器C，而开关M1的漏极连接至高电子迁移率晶体管(HEMT)12的源极S2。该晶体管12由驱动集成电路(IC)14通过M1共源—共漏晶体管驱动器驱动。HEMT12是耗尽型常开装置且可以基于GaN工艺。为了使其截止，两个栅极中的一个(图1中的G2，但也可以采用G1)，相比于剩余三个装置的管脚，必须保持在所可能的最低电压，且相对于其源极管脚低于阈值电压。

[0014]电路10还表示由P-沟道开关M1和N-沟道开关M2组成的互补金属氧化物半导体(CMOS)结构。开关M1载有全部HEMT电流，而开关M2管理在电容器C和开关M1截面之间流动的电流。开关M2的栅极控制成使所述CMOS结构的优点最大。

[0015]本发明的CMOS结构根据下列状态和转变工作。在状态A中，控制共源—共漏开关M1关闭，结果，根据共源—共漏结构，HEMT保持截止。控制开关M2开启，使得电容器C从S2充电。S2稳定在HEMT栅极阈值电压左右。在状态A中，开关M2用作同步整流器，允许低于二极管的压降和较快的供电电容充电。

[0016]在状态B中，控制共源—共漏开关M1开启，导致HEMT也完全导通。控制开关M2关闭，从而保留存储在Vcc供电电容器C中的电荷。在状态B中，控制器IC14设法将共源—共漏开关M1转变为大致完全开启。

[0017]当电路10从状态A转变至状态B时，共源—共漏开关M1开启而开关M2关闭。根据本发明的CMOS结构，开关M2在共源—共漏开关M1开启前关闭。这由图2中的滞后时间表示。

[0018]当电路10从状态B转变至状态A时，共源—共漏开关M1关闭而开关M2开启。在这种转变中，CMOS结构的好处更加明显。特别地，如图2中所示，共源—共漏开关M1的漏极至源极电压V_DS产生如下效果：

[0019]在M1的V_DS电压(V_S2)达到HEMT阈值电压前，HEMT仍然完全导通，从而转变由共源—共漏开关M1控制；

[0020]一旦V_DS电压达到HEMT阈值电压，则可以是GaN晶体管的HEMT开关12开始关闭，从而减小电流。

[0021]共源—共漏开关M1的输出电容将由该寄生负载或者仅由来自HEMT的泄漏电流充电。

[0022]然后关闭开关M2，使得共源—共漏开关M1的截面从电容器C的Vcc更快地充电。该效果与添加一个与共源—共漏开关M1输出电容并联的，已经充电的，较大的电容器(C)类似。

[0023]这使得更快地在S2上建立稳定的电压，保持HEMT12截止。在截止期间，电容器C充电到S2达到的最大电压，其通常大于HEMT阈值。

[0024]虽然已经根据本发明的特定实施例说明了本发明，但很多其它变化和修改及其它使用对于本领域技术人员是显而易见的。从而优选地，本发明不受这里的特定公开限制。

Claims

1、一种用于驱动高电子迁移率晶体管HEMT的共源-共漏电路，该电路包括：

具有源极，漏极和栅极的P-沟道开关；

连接至P-沟道开关源极的电容器；

HEMT具有连接至P-沟道开关漏极的源极；和

用于控制P-沟道开关的控制器。

2、根据权利要求1所述的电路，其中所述P-沟道开关是低电压金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

3、根据权利要求1所述的电路，还包括第二开关，其中第二开关和P-沟道开关一起形成由控制器控制的互补金属氧化物半导体CMOS结构。

4、根据权利要求3所述的电路，其中所述N-沟道开关大体上载有全部通过HEMT的电流，而第二开关引导在电容器和N-沟道开关之间流动的电流。

5、根据权利要求3所述的电路，其中该结构根据状态A和B及从状态A转变至状态B和从状态B转变至状态A而操作。

6、根据权利要求5所述的电路，其中在状态A中，控制N-沟道开关关闭，导致HEMT截止，而控制第二开关开启，其使得电容器充电，并将HEMT的漏极电压稳定在HEMT栅极阈值电压左右。

7、根据权利要求6所述的电路，其中所述第二开关作为同步整流器，允许低于二极管的压降和较快的供电电容充电。

8、根据权利要求5所述的电路，其中在状态B中，控制N-沟道开关开启，导致HEMT导通，而几乎始终控制第二开关截止，从而保留存储在电容器中的电荷。

9、根据权利要求5所述的电路，其中在从状态A转变至状态B的过程中，N-沟道开关在第二开关关闭后开启。

10、根据权利要求5所述的电路，其中在从状态B转变至状态A的过程中，N-沟道开关关闭，而第二开关开启，使得N-沟道开关的输出电容从电容器更快速地充电，从而保持HEMT截止。

11、根据权利要求10所述的电路，还包括N-沟道开关的漏极至源极电压V_DS的作用，其中

在V_DS电压达到HEMT阈值电压前，HEMT完全导通；

当V_DS电压达到HEMT阈值电压时，HEMT开始关闭，从而减小流过HEMT的电流，和

P-沟道开关的输出电容由任何寄生负载或来自HEMT的泄漏电流充电。

12、一种通过共源-共漏电路控制高电子迁移率晶体管HEMT的方法，所述共源-共漏电路包括第一和第二开关，连接至第一开关源极的电容器，HEMT的源极与控制开关的漏极相连，和用于控制第一和第二开关的控制器，该方法包括下列步骤：

定义状态A，其中控制第一开关关闭，导致HEMT截止，而控制第二开关开启，使得电容器充电，并将HEMT的漏极电压稳定在HEMT栅极阈值电压左右；

定义状态B，其中控制第一开关开启，导致HEMT导通，而几乎始终控制第二开关截止，从而保留存储在电容器中的电荷；

从状态A变为状态B以导通HEMT；和

从状态B变为状态A以截止HEMT，其中第一开关关闭，而第二开关开启，使得第一开关的输出电容从电容器更快速地充电，以保持HEMT截止。

13、根据权利要求12所述的电路，其中第一开关是低电压N-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

14、根据权利要求13所述的电路，其中第二开关作为同步整流器，允许低于二极管的压降和较快的供电电容充电。

15、根据权利要求13所述的电路，其中在从状态A转变至状态B的过程中，第一开关在第二开关关闭后开启。

16、根据权利要求13所述的电路，从状态B至状态A的转变包括实现第一开关的漏极至源极电压V_DS的作用，其中

在V_DS电压达到HEMT阈值电压前，HEMT完全导通；

N-沟道开关的输出电容由任何寄生负载或来自HEMT的泄漏电流充电。