[发明专利]降低功率器件反向恢复电流的栅极驱动电路

说明书

本发明公开了降低功率器件反向恢复电流的栅极驱动电路，属于基本电子电路的技术领域。该栅极驱动电路包括高压LDMOS管、导通时构成续流通路的二极管或反并联有体二极管的低压MOS管、电压检测电路，功率器件关断时，电感负载产生续流电流流过续流二极管，电压检测电路检测到续流二极管导通，输出信号经控制电路处理后，使驱动电路输出高电平，从而使功率器件、高压LDMOS管的沟道导通，则续流电流从导电沟道流过，几乎不通过续流二极管，此时续流二极管几乎不存在反向恢复电流，从而达到降低功率器件反向恢复电流的目的。

技术领域

本发明公开了降低功率器件反向恢复电流的栅极驱动电路，涉及单片集成电路(Monolithic IC)栅驱动技术，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

单片集成电路(Monolithic IC)栅驱动领域中，耐压高、导通电流密度大、导通电阻低等性能优异的功率开关器件已经被广泛使用，如：超结功率MOS管(SuperjunctionMosfet)或基于SOI技术的LIGBT。传统的单片集成电路如图1所示，由驱动电路与功率器件直接集成在一起。

传统功率MOS管存在的最大问题就是在高压工作下的导通压降过高，即导通电阻过高。对于理想的N沟道功率MOS管，导通电阻R_on与击穿电压V_B之间的关系为(见文献：陈星弼.超结器件电力电子技术[J],电力电子技术,2008,42(12):2-7.)：

公式1表明导通电阻受到击穿电压的限制，称之为“硅限”，即，对功率器件要求高耐压的同时无法做到低的导通电阻。然而，相对于传统功率MOS管，超结MOS管在相同的芯片面积上满足高耐压(600V以上)的同时大大降低导通电阻。超结MOS管导通电阻R_on与击穿电压V_B之间的关系为(见文献：陈星弼.超结器件电力电子技术[J],电力电子技术,2008,42(12):2-7.)：

由公式1和公式2可以证明，在同样的击穿电压下，超结MOS管与传统MOS管相比，导通电阻显著降低。

超结MOS管内的寄生体二极管在其工作时起续流作用，保护超结MOS管免于反向电动势击穿，然而，寄生体二极管反向恢复电流极大。N型超结MOS管如图2所示，超结结构中的PN结柱状结构给内部寄生体二极管带来两个严重后果：一是PN结面积较传统的功率MOS管大了许多，寄生体二极管作为续流二极管导通时，非平衡少数载流子大量积累，使超结MOS管具有很高的反向恢复电荷Qrr；二是PN结柱状结构的快速耗尽会使这些非平衡少数载流子迅速排出，即，反向恢复时间Trr很小。所以，由于超结MOS管内体二极管的反向恢复电荷非常高，反向恢复时间短，这就导致超结MOS管内体二极管的反向恢复电流极大。

对于基于SOI技术的LIGBT而言，LIGBT结构没有体二极管，故需要反向并联的续流二极管提供续流通路，同样的，该续流二极管的反向恢复电流也非常大。

超结MOS管的双脉冲测试波形如图3所示，在t3时刻，续流二极管的反向恢复电流尖峰非常大，导致体二极管在反向恢复过程中产生较大的功耗甚至烧毁。

PN结二极管与超结MOS管体二极管或者其它功率器件体二极管相比，反向恢复电流非常小。PN结二极管反向恢复电流产生过程如图4所示，PN结二极管外加正向偏置时，P+区的多子空穴流向N+区，N+区的多子电子流向P+区，进入P+区的电子和进入N+区的空穴分别成为该区的少子，即，此时非平衡少数载流子增多，通常把正向导通时非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。当PN结二极管施加反向电压时，非平衡少子会通过两个途径逐渐减少：一是在反向电场作用下，P+区电子被拉回N+区，N+区空穴被拉回P+区，形成反向恢复电流，即，发生少子抽取；二是与多数载流子复合。