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CN112019172A - 一种氮化镓器件栅极驱动电路 - Google Patents

一种氮化镓器件栅极驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氮化镓器件栅极驱动电路，包含第一补偿支路A、第二补偿支路B、高速开关U1；所述高速开关U1为二选一开关，包含常开端NO、常闭端NC、公共端COM、输入控制端IN；所述第一补偿支路A包含可调电阻RP、第一电阻R1；所述第二补偿支路B包含第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、三极管U3；所述高速开关U1的常闭端NC连接至第一负电压，所述高速开关U1的公共端COM作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端Vg。本发明氮化镓器件栅极驱动电路，提高氮化镓射频功率放大器的栅极偏置带载能力；其次，本发明氮化镓器件栅极驱动电路的电器元件较少，电路具备小型化，非常方便安装在复杂的电路中，改善了氮化镓静态电流随温度变化的特性。

Description

一种氮化镓器件栅极驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，特别涉及氮化镓器件栅极驱动电路。
背景技术
耗尽型氮化镓功率晶体管需要工作在栅极负压偏置的条件，并且因为氮化镓的异质外延结构，栅极的摆幅电压越大，其栅极的漏电越大。通常而言，进入饱和区后，所需的栅极驱动电流甚至达到了1mA/mm级别。
传统电路中，为了电路调试的方便，放大器的栅极电压偏置采用的方案是外部供电电压经过一个电位器进行分压，从而得到对应静态电流下的栅极电压。当氮化镓进入非线性区工作时，由于栅极电流急剧变大，导致传统的电位器变化，而导致静态电流发生变化，导致放大器的线性发生变化。当温度变化时，氮化镓功率晶体管的开启电压存在漂移，故当外界温度变化时，氮化镓的静态电流亦存在变化，此时进行静态栅极电压调节。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术问题，提供一种提高氮化镓射频功率放大器的栅极偏置带载能力、改善了氮化镓静态电流随温度变化的特性的氮化镓器件栅极驱动电路。
为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种氮化镓器件栅极驱动电路包括包含第一补偿支路(A)、第二补偿支路(B)、高速开关(U1)；所述高速开关(U1)为二选一开关，包含常开端(NO)、常闭端(NC)、公共端(COM)、输入控制端(IN)；所述第一补偿支路(A)包含可调电阻(RP)、第一电阻(R1)；
所述可调电阻(RP)的一端接至第一负电压，所述可调电阻(RP)的另一端接地，所述可调电阻(RP)的可调端连接至第一电阻(R1)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接至高速开关(U1)的常开端(NO)；所述第二补偿支路(B)包含第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、三极管(U3)；所述第六电阻(R6)的一端连接至高速开关(U1)的常开端(NO)，所述述第六电阻(R6)的另一端分别连接至第四电阻(R4)的一端、第五电阻(R5)的一端、三极管的集电极，所述第四电阻(R4)的另一端分别连接至第三电阻(R3)的一端、三极管的基极；所述第五电阻(R5)的另一端连接至第一负电压；所述三极管的发射极、第三电阻(R3)的另一端分别接地；所述高速开关(U1)的常闭端(NC)连接至第一负电压，所述高速开关(U1)的公共端(COM)作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端(Vg)；所述高速开关(U1)的输入控制端(IN)作为氮化镓器件栅极驱动电路的输入端。
进一步的，在本发明一实施例中，所述氮化镓器件栅极驱动电路还包括电压跟随器(U2)，所述高速开关(U1)的公共端(COM)连接至电压跟随器(U2)的正输入端；所述电压跟随器(U2)的负输入端连接至电压跟随器(U2)的输出端，所述电压跟随器(U2)的输出端作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端(Vg)。
进一步的，在本发明一实施例中，所述氮化镓器件栅极驱动电路还包括第一电容(C1)和第二电阻(R2)，所述第一电容(C1)并联至所述电压跟随器(U2)的负输入端、所述电压跟随器(U2)的输出端；所述第二电阻(R2)并联至所述电压跟随器(U2)的负输入端、所述电压跟随器(U2)的输出端。
上述氮化镓器件栅极驱动电路中，所述第一电容(C1)的容值小于等于1μF，所述第二电阻(R2)的电阻值范围1～200Ω；第一电容(C1)与第二电阻(R2)构成的RC电路的时间响应常数小于等于50ns。
进一步的，优选的，所述三极管为PNP三极管，所述三极管的型号为BC857B。
进一步的，优选的，所述高速开关(U1)的型号为TS12A1，所述高速开关(U1)的输入控制端IN用于接收高低电平控制信号。
进一步的，优选的，第一负电压的电压值为-5V。
进一步的，优选的，所述电压跟随器(U2)为运算放大器。
进一步的，优选的，所述第一电阻(R1)的电阻值小于第六电阻(R6)的电阻值。
进一步的，优选的，所述高速开关(U1)的输入控制端(IN)连接一电阻至地，所述高速开关(U1)还包括正电压输入端(V+)和负电压输入(V-)；所述高速开关(U1)的正电压输入端(V+)连接至+5V电压，所述高速开关(U1)的负电压输入端(V-)连接至-5V电压。
与现有技术相比，本发明的氮化镓器件栅极驱动电路具备如下有益效果：
本发明的栅极驱动电路提高氮化镓射频功率放大器的栅极偏置带载能力，另外，本发明氮化镓器件栅极驱动电路小型化，非常方便安装在复杂的电路中；同时，改善了氮化镓静态电流随温度变化的特性。
附图说明
图1为本发明一实施例氮化镓器件栅极驱动电路的示意图；
图2为本发明另一实施例氮化镓器件栅极驱动电路的示意图；
图3为本发明所述高速开关U1的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
参考附图1，本发明的实施例的氮化镓器件栅极驱动电路，包含第一补偿支路A、第二补偿支路B、高速开关U1；所述高速开关U1为二选一开关，包含常开端NO、常闭端NC、公共端COM、输入控制端IN；所述第一补偿支路A包含可调电阻RP、第一电阻R1；所述可调电阻RP的一端接至第一负电压，所述可调电阻RP的另一端接地，所述可调电阻RP的可调端连接至第一电阻R的一端，所述第一电阻R的另一端连接至高速开关U1的常开端NO；所述第二补偿支路B包含第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、三极管U3；所述第六电阻R6的一端连接至高速开关U1的常开端NO，所述述第六电阻R6的另一端分别连接至第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、三极管的集电极，所述第四电阻R4的另一端分别连接至第三电阻R3的一端、三极管的基极；所述第五电阻R5的另一端连接至第一负电压；所述三极管的发射极、第三电阻R3的另一端分别接地；所述高速开关U1的常闭端NC连接至第一负电压，所述高速开关U1的公共端COM作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端Vg；所述高速开关U1的输入控制端IN作为氮化镓器件栅极驱动电路的输入端。
进一步的，所述氮化镓器件栅极驱动电路还包括电压跟随器U2，电压跟随器U2的输出端电压等于压跟随器U2的正输入端的电压，同时由于电压跟随器U2的输出端和电压跟随器U2的正输入端隔离，电压跟随器U2的输出端电压提供了较大的电流带载能力；当高速开关U1的输入控制端IN输入为高电平时，高速开关U1将第六电阻R6和第一电阻R1上的电压连接到电压跟随放大器的同向输入端口，运算提供了一个强带载能力输出，同时U3三极管改善因为温度变化导致的栅极静态电压漂移。
所述高速开关U1的公共端COM连接至电压跟随器U2的正输入端；所述电压跟随器U2的负输入端连接至电压跟随器U2的输出端，所述电压跟随器U2的输出端作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端Vg。
氮化镓器件栅极驱动电路的输出端Vg连接至氮化镓器件的栅极，所述氮化镓器件为氮化镓射频器件，所述氮化镓器件为HEMT器件。本发明的氮化镓射频器件的主要场景包括应用场景，无线通信，氮化镓功率放大器，ISM应用等。
进一步的，如附图2所示，所述氮化镓器件栅极驱动电路还包括第一电容C1和第二电阻R2，所述第一电容C1并联至所述电压跟随器U2的负输入端、所述电压跟随器U2的输出端；所述第二电阻R2并联至所述电压跟随器U2的负输入端、所述电压跟随器U2的输出端。其中第一电容C1和第二电阻R2起到稳态滤波的作用。所述第一电容C1的容值小于等于1μF，所述第二电阻R2的电阻值范围1～200Ω；第一电容(C1)与第二电阻(R2)构成的RC电路的时间响应常数小于等于50ns。
在本发明实施例中，所述三极管U3为PNP三极管，所述三极管U3的型号为BC857B，需要说明的是，本发明的三极管U3不限于本实施例所列举的型号。
本发明的高速开关U1的输入控制端IN用于接收高/低电平控制信号。如附图3所示所述高速开关U1的型号为TS12A1，包括8个引脚，分别1脚为COM端、2脚为NC、3脚为GND，4脚为V+，5脚为N.C.，6脚为IN，7脚为V-，8脚为NO。本发明中，当高速开关U1的输入控制端IN输入为低电平时，公共端COM和常闭端NC之间处于导通状态，公共端COM和常开端NO之间处于断开状态；当高速开关U1的输入控制端IN输入为高电平时，控制公共端COM与常开端NO处于导通状态，公共端COM与常开端NC处于断开状态。需要说明的是，根据本发明的启示，也可以选用不同型号的高速开关，接收高低电平控制信号，用于控制二选一开关即可。
在上述实施例中，优选的，第一负电压的电压值为-5V。
在上述实施例中，优选的，所述电压跟随器U2为运算放大器，所述运算放大器的型号为LMH6657MF。
在上述实施例中，优选的，所述第一电阻R1的电阻值小于第六电阻R6的电阻值。
进一步的，所述高速开关U1的输入控制端IN连接一电阻至地，所述高速开关U1还包括正电压输入端V+和负电压输入V-；所述高速开关U1的正电压输入端V+连接至+5V电压，所述高速开关U1的负电压输入端V-连接至-5V电压。
本发明的氮化镓器件栅极驱动电路的工作原理为：
高速开关U1的输入控制端IN为外界高低电平控制信号，当高速开关U1的输入控制端IN输入为低电平时，接公共端COM和常闭端NC导通，公共端COM输出-5V电压；当高速开关U1的输入控制端IN输入为高电平时，接公共端COM和常开端NO通，利用Vbe的二极管的导通电压随着温度变化的特性进行栅极电压补偿；可调电阻RP是电位器，调节电压可以从-5V～0V；开关U1将第六电阻R6和第一电阻R1上的电压连接到电压跟随放大器的同向输入端口。
本发明的氮化镓器件栅极驱动电路，一方面，提高氮化镓射频功率放大器的栅极偏置带载能力；其次，本发明氮化镓器件栅极驱动电路的电器元件较少，电路具备小型化，非常方便安装在复杂的电路中，另一方面，改善了氮化镓静态电流随温度变化的特性。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种氮化镓器件栅极驱动电路，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
包含第一补偿支路(A)、第二补偿支路(B)、高速开关(U1)；
所述高速开关(U1)为二选一开关，包含常开端(NO)、常闭端(NC)、公共端(COM)、输入控制端(IN)；
所述第一补偿支路(A)包含可调电阻(RP)、第一电阻(R1)；
所述可调电阻(RP)的一端接至第一负电压，所述可调电阻(RP)的另一端接地，所述可调电阻(RP)的可调端连接至第一电阻(R1)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接至高速开关(U1)的常开端(NO)；
所述第二补偿支路(B)包含第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、三极管(U3)；
所述第六电阻(R6)的一端连接至高速开关(U1)的常开端(NO)，所述述第六电阻(R6)的另一端分别连接至第四电阻(R4)的一端、第五电阻(R5)的一端、三极管的集电极，所述第四电阻(R4)的另一端分别连接至第三电阻(R3)的一端、三极管的基极；所述第五电阻(R5)的另一端连接至第一负电压；所述三极管的发射极、第三电阻(R3)的另一端分别接地；
所述高速开关(U1)的常闭端(NC)连接至第一负电压，所述高速开关(U1)的公共端(COM)作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端(Vg)；
所述高速开关(U1)的输入控制端(IN)作为氮化镓器件栅极驱动电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述氮化镓器件栅极驱动电路还包括电压跟随器(U2)，
所述高速开关(U1)的公共端(COM)连接至电压跟随器(U2)的正输入端；
所述电压跟随器(U2)的负输入端连接至电压跟随器(U2)的输出端，所述电压跟随器(U2)的输出端作为氮化镓器件栅极驱动电路的输出端(Vg)。
3.根据权利要求2所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述氮化镓器件栅极驱动电路还包括第一电容(C1)和第二电阻(R2)，
所述第一电容(C1)并联至所述电压跟随器(U2)的负输入端、所述电压跟随器(U2)的输出端；
所述第二电阻(R2)并联至所述电压跟随器(U2)的负输入端、所述电压跟随器(U2)的输出端。
4.根据权利要求3所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述第一电容(C1)的容值小于等于1μF，所述第二电阻(R2)的电阻值范围1～200Ω；第一电容(C1)与第二电阻(R2)构成的RC电路的时间响应常数小于等于50ns。
5.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述三极管为PNP三极管，所述三极管的型号为BC857B。
6.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述高速开关(U1)的型号为TS12A1，所述高速开关(U1)的输入控制端IN用于接收高低电平控制信号。
7.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
第一负电压的电压值为-5V。
8.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述电压跟随器(U2)为运算放大器。
9.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述第一电阻(R1)的电阻值小于第六电阻(R6)的电阻值。
10.根据权利要求1所述的氮化镓器件栅极驱动电路，其特征在于，
所述高速开关(U1)的输入控制端(IN)连接一电阻至地，所述高速开关(U1)还包括正电压输入端(V+)和负电压输入(V-)；所述高速开关(U1)的正电压输入端(V+)连接至+5V电压，所述高速开关(U1)的负电压输入端(V-)连接至-5V电压。
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