混合功率级和栅极驱动电路的制作方法

技术特征：
1.一种功率半导体开关级，包括：混合功率半导体开关设备，包括：以半桥配置连接的高侧开关和低侧开关，其中，所述高侧开关是包括至少一个gan功率晶体管的氮化镓(gan)半导体功率开关设备；所述低侧开关是包括至少一个simosfet的硅(si)半导体功率开关设备；mosfet半桥栅极驱动，包括高侧驱动器和低侧驱动器；所述低侧驱动器的栅极驱动输出通过包括栅极电阻器的第一栅极驱动电路连接到所述至少一个si mosfet的栅极，以提供用于驱动所述至少一个si mosfet的第一电压范围的栅极驱动；所述高侧驱动器的栅极驱动输出通过包括栅极电阻器和电平移位电路的第二栅极驱动电路连接到所述至少一个gan功率晶体管的栅极，以提供用于驱动所述至少一个gan功率晶体管的第二电压范围的栅极驱动。2.根据权利要求1所述的功率半导体开关级，其中所述低侧开关包括并联连接的多个simosfet。3.根据权利要求1所述的功率半导体开关级，其中所述高侧开关包括并联连接的多个gan功率晶体管。4.根据权利要求1所述的功率半导体开关级，其中，对于电源电压v
dd
，用于驱动所述至少一个si mosfet的所述第一电压范围为0v到v
dd
，并且用于驱动所述至少一个gan功率晶体管的第二电压范围被电平移位以提供正导通栅极电压和负关断栅极电压。5.根据权利要求4所述的功率半导体开关级，其中所述电平移位电路包括与电阻器并联的电容器，所述电阻器串联连接在所述栅极电阻器和所述gan功率晶体管的所述栅极之间，且包括连接在所述功率晶体管的所述栅极和所述gan功率晶体管的源极之间的钳位电路，用于钳制所述正导通栅极电压和所述负关断栅极电压。6.根据权利要求5所述的功率半导体开关级，其中所述钳位电路包括二极管钳位。7.根据权利要求1所述的功率半导体开关级，为半桥或全桥功率开关级的一部分。8.根据权利要求1所述的功率半导体开关级，其中所述至少一个gan功率晶体管是gan hemt。9.根据权利要求1所述的功率半导体，其中所述mosfet半桥栅极驱动与驱动器控制器集成。10.一种用于混合功率开关设备的栅极驱动，包括以半桥配置连接的高侧开关和低侧开关，其中所述高侧开关是包括至少一个gan晶体管的氮化镓(gan)半导体功率开关设备，所述低侧开关是包括至少一个si mosfet的硅(si)半导体功率开关设备，所述栅极驱动包括：半桥驱动器，包括高侧驱动器和低侧驱动器；所述低侧驱动器的栅极驱动输出通过包括第一栅极电阻器的第一栅极驱动电路连接，以提供第一电压范围的栅极驱动电压输出，用于驱动所述si半导体功率开关设备；所述高侧驱动器的栅极驱动输出通过第二栅极驱动电路连接，所述第二栅极驱动电路包括栅极电阻器和电平移位电路，以提供第二电压范围的栅极驱动电压输出，用于驱动所述gan半导体功率开关设备。11.根据权利要求10所述的栅极驱动，其中，对于电源电压v
dd
，用于驱动所述si半导体
功率开关设备的所述第一电压范围为0v到v
dd
，并且用于驱动所述gan半导体功率开关设备的第二电压范围进行电平移位，以提供正导通栅极电压和负关断栅极电压。12.根据权利要求11所述的栅极驱动，其中所述电平移位电路包括与电阻器并联的电容器，所述电阻器串联连接在所述栅极电阻器和所述gan功率开关设备的所述栅极之间，且包括连接在所述功率晶体管的所述栅极和所述gan功率开关设备的源极之间的钳位电路，用于钳制所述正导通栅极电压和负关断栅极电压。13.根据权利要求12所述的栅极驱动，其中所述钳位电路包括二极管钳位。14.根据权利要求10所述的栅极驱动，与驱动器控制器集成。15.一种功率半导体开关级，包括：混合功率半导体开关设备，包括：以半桥配置连接的高侧开关和低侧开关；其中，所述高侧开关是氮化镓(gan)半导体功率开关设备，包括并联连接的多个gan功率晶体管；其中，所述低侧开关是硅(si)半导体功率开关设备，包括并联连接的多个simosfet；包括mosfet半桥栅极驱动的栅极驱动，所述mosfet半桥栅极驱动包括高侧驱动器和低侧驱动器；所述低侧驱动器的栅极驱动输出通过包括栅极电阻器的第一栅极驱动电路连接到所述至少一个simosfet的所述栅极，以提供第一电压范围的栅极驱动，用于驱动所述多个simosfet；所述高侧驱动器的栅极驱动输出通过包括栅极电阻器和电平移位电路的第二栅极驱动电路连接到所述至少一个gan功率晶体管的所述栅极，以提供不同于所述第一电压范围的第二电压范围的栅极驱动，用于驱动所述多个gan功率晶体管。16.根据权利要求15所述的功率半导体开关级，其中，对于电源电压v
dd
，用于驱动所述多个si mosfet的所述第一电压范围在0v到v
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，且用于驱动所述多个gan功率晶体管的所述第二电压范围被电平移位以提供负关断栅极电压和正导通栅极电压。

技术总结
本发明公开了混合功率开关级和驱动电路。示例性半导体功率开关设备包括以半桥配置连接的高侧开关和低侧开关，其中所述高侧开关包括GaN功率晶体管，所述低侧开关包括Si MOSFET。Si-GaN混合开关级在利用包括GaN功率晶体管和Si-MOSFET的功率开关设备的特性的经济高效的解决方案中提供增强的性能，例如降低开关损耗。本发明还公开了用于所述Si-GaN混合开关级的栅极驱动，和包括所述栅极驱动和具有半桥或全桥开关拓扑的Si-GaN混合功率开关设备的半导体功率开关级。备的半导体功率开关级。备的半导体功率开关级。


技术研发人员：卢俊诚 拉里
受保护的技术使用者：GaN系统公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2022/6/16