体硅GaN半桥驱动芯片中的低延时电平移位电路设计

作     者：吴天阳 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱钦松;李海松

授予年度：2022年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：氮化镓 半桥驱动 电平移位 低延时 可靠性 

摘      要：与硅基(Si)功率器件相比,氮化镓(GaN)功率器件具有开关速度快、电子饱和速率大等优点,非常适用于高工作频率、高功率密度的系统。在此类系统中,GaN功率器件常需半桥驱动芯片控制。半桥驱动芯片最核心的技术之一是电平移位技术,其性能直接影响芯片的传输延时和可靠性。在体硅工艺上,传统电平移位技术难以应用于GaN器件的驱动芯片,因此设计出满足GaN半桥驱动芯片的电平移位电路具有重要研究意义。本文首先阐述了电平移位电路的工作原理,详细分析了电平移位电路的延时特性与可靠性。传统电平移位电路需要增加滤波宽度滤除d V/dt噪声,而滤波宽度的增加导致延时增大,其无法兼顾低延时和高可靠性的要求。本文在传统电平移位电路的基础上,设计了一种带有噪声检测电路及电流补偿器的低延时电平移位电路。在检测到d V/dt噪声后,噪声检测电路产生位移电流,该电流经过电阻形成压降,触发电流补偿器。随后,被开启的电流补偿器提供电流泄放路径,抵消d V/dt噪声产生的信号干扰,最终实现高可靠性和低延时的最佳折衷。本文是基于体硅0.8μm 600V高压BCD工艺进行仿真、版图绘制以及流片。测试结果表明:在电源电压为15V,工作频率为1MHz的条件下,高侧导通延时和关断延时分别为28.7ns和28.5ns,静态电流为285.1μA,抗d V/dt能力大于100V/ns,达到了设计指标。