一種碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動裝置及方法。
【背景技術】
[0002]伴隨著碳化硅(SiC)功率器件的興起，SiC BJT (SiC Bipolar Junct1nTransistor，碳化娃雙極結型晶體管)也由于其高電流增益、優良的耐高溫可靠性、制作工藝簡單以及無門極柵氧可靠性問題等優點，成為最有吸引力的SiC開關結構之一，從而得到了廣泛的應用。其主要特點有:第一，區別于傳統的硅BJT，SiC BJT由于其工作模式非常接近單極型器件而具有較為穩定的導通特性，克服了開關速度慢、功耗大和安全工作區小等缺點；第二，商業化的1200V SiC BJT的導通電阻和開關速度都與SiC MOSFET (SiCMetal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，碳化娃半導體場效晶體管)相差無幾，但是SiC BJT的芯片尺寸卻可以降低50%;第三，相比起SiC MOSFET的制作工藝需要13-16塊掩膜板，SiC BJT的制作工藝過程只要7-9塊掩膜板，因此具有更為簡單的制作過程和更低的成本；第四，SiC BJT沒有SiC MOSFET的柵氧可靠性問題。但是，由于SiC BJT是電流型驅動器件，其基極需要提供持續的電流來保證器件的正常導通，并且由于SiC BJT器件與Si BJT器件特性有很大的差異，故Si BJT的驅動并不能完全應用于SiC BJT，所以驅動已經成為限制SiC BJT應用的主要瓶頸。
[0003]傳統的SiC BJT驅動為了保證器件的正常導通而需要提供一個足夠大的持續不變的基極電流保證器件在最大導通電流的情況下也能正常導通，即使器件工作在較小的電流情況下，該基極電流也不變，這樣造成了較大的驅動功耗的浪費。針對傳統的SiC BJT驅動功耗浪費的問題，現有的離散型基極電流驅動實現了基極電流伴隨著集電極電流的變化而正比例變化，但是由于需要昂貴的D/A轉換器、DSP(digital signal processor，數字信號處理器)或者FPGA (Field — Programmable Gate Array，現場可編程邏輯門陣列)，保證基極電流隨集電極電流變化而需要復雜的控制方法，并且D/A轉換器的相應延遲時間也很難使得基極電流實時跟隨集電極電流變化。
【發明內容】
[0004]針對現有實現基極電流伴隨著集電極電流的變化而正比例變化成本較高以及采用D/A轉換器存在時間延遲的缺陷，本發明提供了一種碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動裝置及方法。
[0005]本發明提供的一種碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動裝置，包括:
[0006]在碳化硅雙極結型晶體管的基極與驅動電源之間串聯一個可變電阻單元，所述可變電阻單元包括高速硅基場控器件和一個限流電阻，所述限流電阻一端連接所述高速硅基場控器件的源極，另一端連接所述高速硅基場控器件的漏極；
[0007]所述碳化硅雙極結型晶體管的集電極與電流檢測器件連接，所述電流檢測器件與所述高速硅基場控器件的柵極和源極連接。
[0008]進一步地，所述高速硅基場控器件的閾值電壓為O伏。
[0009]進一步地，所述高速硅基場控器件采用為半導體場效晶體管或者結型場效應晶體管。
[0010]進一步地，所述電流檢測器件包括霍爾傳感器和一個輸出電阻，所述霍爾傳感器與所述輸出電阻串聯連接，并且所述輸出電阻的兩端分別并聯于所述高速硅基場控器件的柵極與源極。
[0011]另一方面，本發明還提供一種基于上述裝置的碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動方法，包括:
[0012]電流檢測器件實時獲取碳化硅雙極結型晶體管的集電極的電流值；
[0013]根據所述集電極的電流值得到高速硅基場控器件的門極電壓；
[0014]根據所述高速硅基場控器件的門極電壓確定可變電阻單元的電阻值；
[0015]根據所述驅動電源與所述可變電阻單元的電阻值確定碳化硅雙極結型晶體管基極的驅動電流。
[0016]進一步地，所述電流檢測器件包括霍爾傳感器和一個輸出電阻，所述霍爾傳感器與所述輸出電阻串聯連接，并且所述輸出電阻的兩端分別并聯于所述高速硅基場控器件的柵極與源極。
[0017]進一步地，所述根據所述集電極的電流值得到高速硅基場控器件的門極電壓的步驟，包括:
[0018]所述霍爾傳感器根據所述集電極的電流經過與所述霍爾傳感器串聯的輸出電阻輸出一個輸出電壓；
[0019]將所述輸出電壓作為所述高速硅基場控器件的門極電壓。
[0020]本發明提供的一種碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動裝置及方法，通過碳化硅雙極結型晶體管基極驅動電流根據集電極電流的正比變化，很大程度上降低了基極驅動功耗，同時有效的降低了實現基極驅動電流變化的成本，而且基本消除了時間延遲。
【附圖說明】
[0021]通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中:
[0022]圖1是本發明一個實施例中碳化硅雙極結型晶體管的驅動裝置的結構示意圖；
[0023]圖2是本發明一個實施例中高速硅基MOSFET的特性曲線示意圖；
[0024]圖3是本發明一個實施例中碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]現結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步詳細闡述。
[0026]本實施例提供的一種碳化硅雙極結型晶體管的靜態驅動裝置，包括:
[0027]在碳化硅雙極結型晶體管的基極與驅動電源之間串聯一個可變電阻單元，所述可變電阻單元包括高速硅基場控器件和一個限流電阻，所述限流電阻一端連接所述高速硅基場控器件的源極，另一端連接所述高速硅基場控器件的漏極；
[0028]所述碳化硅雙極結型晶體管的集電極與電流檢測器件連接，所述電流檢測器件與所述高速硅基場控器件的柵極和源極連接。
[0029]進一步地，所述高速硅基場控器件的閾值電壓為O伏。
[0030]進一步地，所述高速硅基場控器件采用為半導體場效晶體管MOSFET或者結型場效應晶體管JFET。
[0031]進一步地，所述電流檢測器件包括霍爾傳感器和一個輸出電阻，所述霍爾傳感器與所述輸出電阻串聯連接，并且所述輸出電阻的兩端分別并聯于所述高速硅基場控器件的柵極與源極。
[0032]舉例來說，如圖1所示，本實施例公開了一種碳化硅雙極結型晶體管的驅動裝置，其中靜態輸入部分包括:
[0033]在碳化硅雙極結型晶體管的基極與驅動電源Vs之間串聯一個可變電阻單元，