与英飞凌曾共同研发了增强型GaN GIT功率器件，两家公司都具有GaN GIT功率器件的产品。对于其栅极驱动IC，如上期所介绍的，英飞凌对其GaN EiceDRIVER™ IC已布局有核心专利；而在这一技术方向下也是申请了不少专利，其中就包括采用RC电路的负压关断方案。

与英飞凌曾共同研发了增强型GaN GIT功率器件，两家公司都具有GaN GIT功率器件的产品。对于其栅极驱动IC，如上期所介绍的，英飞凌对其GaN EiceDRIVER™ IC已布局有核心专利；而松下在这一技术方向下也是申请了不少专利，其中就包括采用RC电路的负压关断方案。

通过检索发现，松下早在2009年就在日本申请了一篇公开号为JP2010051165A的专利，其中采用了如下图所示的驱动电路，该电路在晶体管的栅极设置有RC电路。专利中明确提到了该驱动电路可用于或碳化硅等宽禁带半导体开关。虽然该专利最终并未能获得授权，但也可以看到松下在这一领域的技术超前性。

图1

接下来一起看看松下最近几年在增强型晶体管的栅极驱动器方面的三件专利技术，通过这三件专利来进一步了解松下近年来在该技术方向下的研发动态及关注重点。

专利1（CN111771322A）

首先介绍的这一件专利实际上是一个专利族，其中包括同族专利CN111771322A，US11398820B2，US11031935B2，EP3955442A1，EP3761491A4，WO2019167446A1，其最早优先权日为2018年2月28日。以下通过中国同族专利CN111771322A来介绍其中的技术方案。

技术背景及问题：

该专利主要针对的应用场景是带有电感性负载的半桥电路，且具有通过负电压来对开关关断的栅极驱动。在这一应用场景下，当上下半桥的开关在切换开关状态的某一过程中，容易出现栅极关断的负电压过大的问题，以及在电感负载续流时所造成的下半桥开关误导通的问题。

解决技术手段：

如图中所示，该专利主要改进点在于每个栅极驱动通道上所增加的两个二极管。

图2

其中，晶体管栅源极之间的二极管(27,37)主要为了防止负电压过大，尤其是在带有电感性负载的半桥电路中，当下半桥处于关断，上半桥从导通变为关断时，电感负载电流将从下半桥的晶体管续流。如下图3中所示，由于二极管37的存在，将负电压钳位在VfD1的电平，避免了电感负载续流所带来的过大的负偏压。

图3

而电容上所并联的二极管(26,36)则是为了应对如下图4中所示的情况，当下半桥处于关断，上半桥从关断变为导通时，上半桥将高电压加载到下半桥晶体管的漏极，通过栅极-漏极间的寄生电容进行放电，可能造成下半桥晶体管的Vgs正向偏置并大于阈值电压，出现误导通的问题。通过电容上所并联的二极管则可以将上述正向偏置电压钳位在VfD2的电平。

图4

专利2（WO2022176268A1）

该专利的最早优先权日为2021年2月22日，目前处于PCT阶段，还未指定后续会进入的国家。

技术背景及问题：

该专利主要应用在高频电源中，例如等离子体发生器等。在高频电源中，反射波分量的一部分会从负载经由高频电源装置内的开关元件的漏极-栅极间的寄生电容Cdg在第1栅极中成为噪声而出现。如果反射波分量大，则栅极的噪声分量可能超过开关元件的阈值电压，使开关元件误导通。相反，在高频电源和负载之间阻抗匹配的情况下，反射波分量小，噪声分量也小，不易产生误导通。

而该专利需要解决的问题是如何同时实现低功耗和防止开关的误导通。

解决技术手段：

该专利在开关栅源极之间加入了可根据系统状态来启动或关闭的钳位电路。系统状态的检测主要是通过前向波功率或反射波功率的大小来判断高频电源与负载之间的阻抗匹配大小。如下图所示，在判断高频电源与负载阻抗匹配时，禁用钳位电路101，使开关Q1采用常规的负压关断，电容C1的电荷大部分被保持，从而降低功耗；而高频电源与负载阻抗失配时，则启用钳位电路101，确保开关Q1在关断时的电压被钳位在零电平，从而防止误导通。由此，该专利方案的栅极驱动器可以同时实现低功耗和抑制误导通。

图5

专利3（WO2022180924A1）

该专利的最早优先权日为2021年2月26日，与第二件专利相同，目前也处于PCT阶段，还未指定后续会进入的国家。

技术背景及问题：

在高频电源中，反射波容易在开关元件的栅极产生噪声而导致开关误导通，且噪声的幅度会随着负载波动而波动。因此，现有技术中恒定的负偏压关断存在不能可靠地防止开关误导通的问题。

解决技术手段：

该专利提供一种能够生成可变的负电压的栅极驱动电路。如下图所示，其中在开关的栅源极之间加入了负电压电路10，包括与脉冲变压器2共用的第二次级绕组n3以及一个串联的二极管D1。同时，采用振幅控制电路可变地控制输入到脉冲变压器2的驱动脉冲信号的振幅，从而控制负电压电路所产生的负偏压。

图6

小结

从技术问题来看，以上三件专利都考虑了防止晶体管开关误导通的问题。在此基础上，专利1还考虑到了栅极负偏压过大而造成开关损坏的问题，专利2和专利3则考虑了由负载反射的噪声对栅极驱动电压所带来的干扰问题，此外，专利2还进一步考虑了如何降低开关功耗的问题。

从应用场景来看，松下2021年布局的专利2和专利3都主要是在高频电源方面，尤其是需要MHz量级开关频率的电源。不断高频化也正是目前这类宽禁带半导体的发展方向以及优势所在。显然，松下已对其在高频化氮化镓驱动IC产品或技术的研发过程中所涉及的问题给出了相应的解决方案，并准备通过PCT专利在多国进行专利布局。

（来源：第三代半导体产业技术战略联盟）