本申請(qǐng)涉及使用鐵氧體磁珠使開(kāi)關(guān)電路(例如高速III-N功率開(kāi)關(guān))穩(wěn)定。

背景技術(shù)：

使用高速III-N功率開(kāi)關(guān)涉及平衡對(duì)傳熱、易于組裝、以及高速、低電感電互連的要求。常規(guī)引線功率封裝(諸如TO-220封裝的變型的任何一種)可與III-N功率開(kāi)關(guān)一起使用。金屬安裝接片與柔性的銅引線的組合容許在各種配置中將封裝附接到有效的散熱器。利用常規(guī)釬焊技術(shù)來(lái)連接到PCB容許制造起來(lái)容易。

然而，封裝引線通常引入不希望的電感。由這種電感引起的切換速度降低可為可接受的設(shè)計(jì)危害，但是不穩(wěn)定性仍會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。由于功率開(kāi)關(guān)可為高增益裝置，因而如果允許以線性模式來(lái)操作，那么應(yīng)當(dāng)注意，因寄生共振造成的任何振蕩不耦合到其中正反饋可維持或擴(kuò)大振蕩的節(jié)點(diǎn)。

圖1是半橋電路的電路圖，所述半橋電路包括柵極驅(qū)動(dòng)器102、耦合到高電壓節(jié)點(diǎn)106的高側(cè)III-N晶體管104以及耦合到接地節(jié)點(diǎn)110的低側(cè)III-N晶體管108。柵極驅(qū)動(dòng)器102的兩個(gè)端子被耦合到晶體管104和108的相應(yīng)柵極，并且柵極驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)端子被耦合到晶體管104和108的相應(yīng)源極，使得柵極驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)㈦妷盒盘?hào)相對(duì)于晶體管104和108的相應(yīng)源極施加給它們中的每個(gè)的柵極。電感負(fù)載114在負(fù)載節(jié)點(diǎn)112處耦合到半橋電路。

在操作中，柵極驅(qū)動(dòng)器102可以恒定電流模式(CCM)操作晶體管104和108，從而在額定電壓下切換額定電流。例如，高電壓節(jié)點(diǎn)可提供400V或600V的電壓或更高，并且III-N晶體管可配置有定額以承受所得的高電流。由于負(fù)載114的電感，流過(guò)負(fù)載114的電流無(wú)法瞬間改變。

為了示出半橋操作，考慮如下示例情景：柵極驅(qū)動(dòng)器102使高側(cè)晶體管104導(dǎo)通并且使低側(cè)晶體管108斷開(kāi)，電流從高電壓節(jié)點(diǎn)106流出，流過(guò)高側(cè)晶體管104并且流過(guò)負(fù)載節(jié)點(diǎn)112到達(dá)負(fù)載114。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)器102使高側(cè)晶體管104斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載114的電感驅(qū)動(dòng)負(fù)載節(jié)點(diǎn)112處的電壓為負(fù)，這允許了電流向上流過(guò)低端晶體管108，即使所述低端晶體管108斷開(kāi)也是如此。如果使用常規(guī)封裝實(shí)現(xiàn)半橋，那么由封裝引線引入的不希望的電感可引起與流過(guò)電路的晶體管電流有關(guān)的明顯的振鈴和振蕩，這會(huì)干擾穩(wěn)定、有效切換功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一方面，電路包括具有至少第一引線的電子部件封裝，其中電子部件封裝包含III-N裝置，所述III-N裝置具有漏極、柵極和源極，并且所述源極被耦合到所述第一引線。所述電路還包括具有第一端子和第二端子的柵極驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一端子被耦合到所述第一引線，并且鐵氧體磁珠耦合在所述III-N晶體管的柵極與柵極驅(qū)動(dòng)器的第二端子之間。

在第二方面，電路包括具有第一高側(cè)輸出端子和第二高側(cè)輸出端子以及第一低側(cè)輸出端子和第二低側(cè)輸出端子的柵極驅(qū)動(dòng)器。所述電路還進(jìn)一步包括高側(cè)III-N裝置，所述高側(cè)III-N裝置具有耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的第一高側(cè)輸出端子的高側(cè)柵極、耦合到高電壓節(jié)點(diǎn)的高側(cè)漏極、以及耦合到負(fù)載節(jié)點(diǎn)的高側(cè)源極。所述電路還包括低側(cè)III-N裝置，所述低側(cè)III-N裝置具有耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的第一低側(cè)輸出端子的低側(cè)柵極、耦合到負(fù)載節(jié)點(diǎn)的低側(cè)漏極、以及耦合到接地節(jié)點(diǎn)的低側(cè)源極。鐵氧體磁珠耦合在高側(cè)柵極與柵極驅(qū)動(dòng)器的第一高側(cè)輸出端子之間。

在第三方面，電子部件包括：電子封裝，所述電子封裝具有至少第一引線；具有柵極的III-N切換裝置，其中所述III-N切換裝置被封入電子封裝中；以及被封入電子封裝中的鐵氧體磁珠，其中所述鐵氧體磁珠耦合在柵極與第一引線之間。

在第四方面，電路包括具有高端輸出端子和低端輸出端子的柵極驅(qū)動(dòng)器、第一電子部件以及第二電子部件。第一電子部件包括第一電子封裝，所述第一電子封裝包括第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底以及被封入所述第一電子封裝中的高側(cè)III-N裝置，所述高側(cè)III-N裝置包括由被封入第一電子封裝中的鐵氧體磁珠耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的高側(cè)輸出端子的高側(cè)柵極，耦合到負(fù)載節(jié)點(diǎn)的高側(cè)源極，以及由所述第一電子封裝的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底耦合到高電壓節(jié)點(diǎn)的高側(cè)漏極。第二電子部件包括第二電子封裝，所述第二電子封裝包括第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底以及被封入所述第二電子封裝中的低側(cè)III-N裝置，所述低側(cè)III-N裝置包括耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的低側(cè)輸出端子的低側(cè)柵極，耦合到負(fù)載節(jié)點(diǎn)的低側(cè)漏極，以及由所述第二電子封裝的第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底耦合到接地節(jié)點(diǎn)的低側(cè)源極。

本文所述的電路和部件可均包括以下各項(xiàng)中的一或多個(gè)。所述電路可以包括柵極環(huán)路，所述柵極環(huán)路形成有柵極驅(qū)動(dòng)器的第二端子、鐵氧體磁珠、III-N裝置、第一引線以及第一端子，其中所述第一引線具有寄生電感并且所述鐵氧體磁珠被配置來(lái)減少柵極環(huán)路中的因所述寄生電感而造成的振蕩和電磁干擾。所述電路可以包括形成有III-N裝置和電子部件封裝的低側(cè)開(kāi)關(guān)，其中第一引線被耦合到接地節(jié)點(diǎn)。所述電路還可包括耦合在III-N裝置的漏極與高電壓節(jié)點(diǎn)之間的高側(cè)開(kāi)關(guān)，其中所述高側(cè)開(kāi)關(guān)包括耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的第三端子的高側(cè)柵極。柵極驅(qū)動(dòng)器可配置來(lái)將低側(cè)控制信號(hào)相對(duì)于第一端子施加給第二端子，并且將高側(cè)控制信號(hào)相對(duì)于柵極驅(qū)動(dòng)器的第四端子施加給第三端子，其中所述第四端子耦合到所述高側(cè)開(kāi)關(guān)的高側(cè)源極。

所述電路還可包括耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的處理器；以及存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器，所述可執(zhí)行指令在由所述處理器執(zhí)行時(shí)，致使所述處理器控制柵極驅(qū)動(dòng)器以使所述電路作為半橋進(jìn)行操作。在所述電路中，在高電壓節(jié)點(diǎn)處的相對(duì)于接地節(jié)點(diǎn)的電壓約為400V或更高。柵極驅(qū)動(dòng)器可配置來(lái)將控制信號(hào)相對(duì)于第一端子施加給第二端子，其中所述控制信號(hào)具有處于30kHz與10MHz之間的頻率。所述電路可構(gòu)造成使得第二鐵氧體磁珠耦合在高側(cè)柵極與柵極驅(qū)動(dòng)器的第三端子之間。所述III-N裝置可以是增強(qiáng)型晶體管，或者包括耗盡型III-N晶體管和增強(qiáng)型硅晶體管的混合裝置。在所述電路中，鐵氧體磁珠可配置來(lái)阻礙具有高于100MHz頻率的電磁干擾。所述電路可構(gòu)造成使得所述電子部件封裝還進(jìn)一步包括第二引線，其中所述第二引線被耦合到所述源極并耦合到接地節(jié)點(diǎn)，并且所述第一引線電連接到柵極驅(qū)動(dòng)器的第一端子。

在操作所述電路期間，在所述高節(jié)點(diǎn)處的相對(duì)于接地節(jié)點(diǎn)的電壓可至少為400V。柵極驅(qū)動(dòng)器可配置來(lái)將具有處于30kHz與10MHz之間的頻率的控制信號(hào)相對(duì)于第二高側(cè)輸出端子施加給第一高側(cè)輸出端子并且相對(duì)于第二輸出端子施加給第一低端輸出端子。

處于電子部件中的III-N切換裝置可為增強(qiáng)型III-N晶體管，或包括耗盡型III-N晶體管和增強(qiáng)型晶體管的混合裝置，其中所述柵極是增強(qiáng)型晶體管的第一柵極。電子封裝包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底，其中耗盡型III-N晶體管是包括第二柵極的橫向III-N晶體管，并且所述第二柵極電連接到電子封裝的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底。電子封裝還可包括III-N切換裝置和鐵氧體磁珠兩者都安裝在其上的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底。

電子部件可包括處于鐵氧體磁珠與柵極之間的第一引線鍵合和處于鐵氧體磁珠與第一引線之間的第二引線鍵合。III-N切換裝置可包括III-N晶體管，所述III-N晶體管具有耦合到電子封裝的第二引線和第三引線的源極和漏極，其中所述電子封裝包括耦合到源極以將所述源極直接地耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器的第四引線。電子封裝可包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底，其中所述增強(qiáng)型III-N晶體管是橫向III-N晶體管，所述柵極是增強(qiáng)型III-N晶體管的柵極，并且增強(qiáng)型III-N晶體管的源極或漏極電連接到電子封裝的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)基底。

柵極驅(qū)動(dòng)器可配置來(lái)將相應(yīng)控制信號(hào)輸出至高側(cè)端子和低側(cè)端子，其中所述控制端子具有處于50kHz與1MHz之間的頻率。高側(cè)III-N裝置可為增強(qiáng)型晶體管，或者包括耗盡型III-N晶體管和增強(qiáng)型晶體管的混合裝置。

如本文所使用，術(shù)語(yǔ)III-氮化物或III-N材料、層、裝置等是指由根據(jù)化學(xué)計(jì)量公式B_wAl_xIn_yGa_zN(其中w+x+y+z約為1，其中0≤w≤1，0≤x≤l，0≤y≤l，并且0≤z≤1)的化合物半導(dǎo)體材料組成的材料或裝置。III-N材料、層或裝置可通過(guò)直接生長(zhǎng)在合適基底上(例如，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)或生長(zhǎng)在合適基底上、與有機(jī)基底分離并且結(jié)合到其他基底來(lái)形成或制備。

如本文所使用，如果兩個(gè)或更多個(gè)觸點(diǎn)或其他項(xiàng)(諸如導(dǎo)電通道或部件)由充分導(dǎo)電以確保觸點(diǎn)或其他項(xiàng)中的每個(gè)處的電勢(shì)在任何偏置條件下總是意欲相同(例如，大致相同)的材料連接，那么它們被認(rèn)為是“電連接”。

如本文所使用，“阻礙電壓”指的是當(dāng)將電壓施加給晶體管、裝置或部件時(shí)，晶體管、裝置或部件防止相當(dāng)大的電流(諸如大于在常規(guī)導(dǎo)電期間的操作電流0.001倍的電流)流過(guò)晶體管、裝置或部件的能力。換句話講，雖然晶體管、裝置或部件阻礙施加給其的電壓，但是經(jīng)過(guò)晶體管、裝置或部件的總電流將不大于在常規(guī)導(dǎo)電期間的操作電流的0.001倍。具有斷態(tài)電流(其大于這個(gè)值)的裝置表現(xiàn)出高損耗和低效率，并且通常不適合于許多應(yīng)用。

如本文所使用，“高電壓裝置”(例如，高電壓切換晶體管)是被最優(yōu)化用于高電壓切換應(yīng)用的電子裝置。也就是說(shuō)，當(dāng)晶體管斷開(kāi)時(shí)，它能夠阻礙高電壓，諸如約300V或更高、約600V或更高或約1200V或更高，并且當(dāng)晶體管接通時(shí)，它對(duì)于其所使用的應(yīng)用具有足夠低的導(dǎo)通電阻(Ron)，例如，當(dāng)大量電流經(jīng)過(guò)裝置時(shí)，它經(jīng)歷足夠低的導(dǎo)電損耗。高電壓裝置可至少能夠阻礙等于其所用于的電路中的高電壓供應(yīng)或最大電壓的電壓。高電壓裝置可能夠阻礙300V、600V、1200V，或由應(yīng)用所需的其他合適阻礙電壓。換句話說(shuō)，高電壓裝置可阻礙處于0V與至少V_最大之間的所有電壓，其中V_最大是可由電路或電源供應(yīng)的最大電壓，并且V_最大可例如是300V、600V、1200V，或由應(yīng)用所需的其他合適阻礙電壓。

如本文所使用，“III-氮化物”或“III-N裝置”是基于III-N材料的裝置。III-N裝置可被設(shè)計(jì)成操作為增強(qiáng)型(E型)晶體管裝置，使得所述裝置的閾值電壓(即，相對(duì)于源極必須施加給柵極以便接通所述裝置的最小電壓)為正?？商娲?，III-N裝置可以是耗盡型(D型)裝置，其具有負(fù)閾值電壓。III-N裝置可以是適于高電壓應(yīng)用的高電壓裝置。在這種高電壓裝置中，當(dāng)所述裝置被偏置斷開(kāi)時(shí)(例如，柵極上的相對(duì)于源極的電壓小于裝置閾值電壓)，所述裝置至少能夠支持小于或等于所述裝置所使用的應(yīng)用中的高電壓(例如，其可以是100V、300V、600V、1200V、1700V或更高)的所有源極-漏極電壓。當(dāng)高電壓裝置被偏置接通時(shí)(例如，柵極上的相對(duì)于源極的電壓大于裝置閾值電壓)，它能夠傳導(dǎo)具有低接通電壓(on-voltage)的大量電流。最大可允許的接通電壓是可在所述裝置所使用的應(yīng)用中持續(xù)的最大電壓。

本說(shuō)明書(shū)中所述的主題的一或多個(gè)公開(kāi)實(shí)現(xiàn)方式的細(xì)節(jié)在附圖以及以下描述中進(jìn)行了闡述。其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)從描述和附圖以及權(quán)利要求書(shū)將會(huì)顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是半橋電路的電路圖，所述半橋電路包括柵極驅(qū)動(dòng)器、耦合到高電壓節(jié)點(diǎn)的高側(cè)III-N晶體管以及耦合到接地節(jié)點(diǎn)的低側(cè)III-N晶體管。

圖2是示例開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述電路的一部分被實(shí)現(xiàn)為電子模塊。

圖3是III-N晶體管作為圖2中的開(kāi)關(guān)的實(shí)例的說(shuō)明。

圖4是示出包括高電壓D型晶體管和低電壓E型晶體管的混合裝置的電路示意圖。

圖5是示例開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中開(kāi)關(guān)各自被封入單獨(dú)電子封裝中。

圖6是被封裝的III-N裝置作為圖5中的被封裝的開(kāi)關(guān)的實(shí)例的示意圖。

圖7是示例開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述電路的一部分被實(shí)現(xiàn)為電子模塊，并且第二鐵氧體磁珠耦合在柵極驅(qū)動(dòng)器的第三端子與高側(cè)開(kāi)關(guān)的柵極之間。

圖8是示例性開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述開(kāi)關(guān)各自被封入單獨(dú)電子封裝中，并且第二鐵氧體磁珠耦合在柵極驅(qū)動(dòng)器的第三端子與高側(cè)晶體管的柵極之間。

圖9是包括被封入電子封裝中的III-N晶體管的開(kāi)關(guān)的示意圖。

圖10是包括被封入具有四個(gè)封裝引線的另一電子封裝中的III-N晶體管的開(kāi)關(guān)的示意圖。

圖11是示例低側(cè)晶體管和示例高側(cè)晶體管的示意圖，所述示例低側(cè)晶體管和所述示例高側(cè)晶體管可用于圖5和圖8中的單獨(dú)封裝的低側(cè)開(kāi)關(guān)和高側(cè)開(kāi)關(guān)。

圖12是示例反相器電路的電路圖。

圖13是開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述電路的一部分被實(shí)現(xiàn)為電子模塊。

在各圖中，類似元件符號(hào)指示類似元件。

具體實(shí)施方式

圖2是示例開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述電路的一部分被實(shí)現(xiàn)為電子模塊200。模塊200包括高側(cè)開(kāi)關(guān)104，所述高側(cè)開(kāi)關(guān)104在半橋配置中與低側(cè)開(kāi)關(guān)108串聯(lián)連接。由虛線220指示的模塊外殼包括節(jié)點(diǎn)221-227。節(jié)點(diǎn)221和222分別被耦合(例如電連接)到開(kāi)關(guān)104的柵極和源極。節(jié)點(diǎn)223和224分別被耦合(例如電連接)到開(kāi)關(guān)108的柵極和源極。節(jié)點(diǎn)225被耦合(例如電連接)到開(kāi)關(guān)104的漏極。節(jié)點(diǎn)226通過(guò)具有寄生電感202的連接來(lái)耦合(例如電連接)到開(kāi)關(guān)108的源極。輸出節(jié)點(diǎn)227被耦合(例如電連接)到由開(kāi)關(guān)104和108形成的半橋的輸出端處的負(fù)載節(jié)點(diǎn)112。所述電路還包括柵極驅(qū)動(dòng)器102，所述柵極驅(qū)動(dòng)器102被連接到模塊的節(jié)點(diǎn)221-224，以便將電壓信號(hào)相對(duì)于開(kāi)關(guān)104和108的相應(yīng)源極施加給它們的柵極。電感負(fù)載114在輸出節(jié)點(diǎn)227處被耦合(例如電連接)到模塊。所述電子模塊可形成為具有將模塊的部件電耦合的印刷接線連接的電路板。

開(kāi)關(guān)104和108能夠在比在常規(guī)高電壓功率開(kāi)關(guān)電路中使用的一些開(kāi)關(guān)(諸如實(shí)現(xiàn)為硅基晶體管(例如，硅基MOSFET或IGBT)的開(kāi)關(guān))更高的切換頻率下操作。例如，開(kāi)關(guān)104和108可以是能夠在操作期間在比硅基MOSFET或IGBT更高的頻率下切換而不會(huì)表現(xiàn)出大量另外功率損耗或其他不穩(wěn)定性的III-N晶體管，諸如圖3中所示的III-N晶體管。如圖3中所見(jiàn)，III-氮化物高電子遷移率晶體管(HEMT)可包括基底300(例如，硅基底)、由III-N半導(dǎo)體材料(諸如AIN或AlGaN)形成的III-N緩沖層302、由III-N半導(dǎo)體材料(諸如GaN)形成的III-N通道層306、由III-N半導(dǎo)體材料(例如，AlGaN或AIN)形成的具有比III-N通道層306的帶隙更大帶隙的III-N阻擋層308以及在III-N通道層306中形成、鄰近于III-N阻擋層308的二維電子氣(2DEG)通道316，所述2DEG通道316用作晶體管的導(dǎo)電性通道。III-N HEMT還分別包括接觸2DEG通道316的源極觸點(diǎn)310和漏極觸點(diǎn)312。設(shè)置在源極觸點(diǎn)310與漏極觸點(diǎn)312之間的柵極電極314用來(lái)調(diào)節(jié)處于柵極電極314正下方區(qū)域中的通道的導(dǎo)電性。任選地，柵極絕緣體320被包括在柵極電極314與底層的III-N半導(dǎo)體材料之間。

在許多應(yīng)用中，優(yōu)選的是，開(kāi)關(guān)104和108是增強(qiáng)型裝置。然而，由單一高電壓增強(qiáng)型晶體管形成的切換裝置可能難以可靠地制造。例如，至少部分地由于緊密的工藝公差，可能難以設(shè)計(jì)出III-N HEMT(諸如圖3中所示的裝置)，使得所述III-N HEMT一致且可靠地操作為具有正閾值電壓的增強(qiáng)型裝置。也就是說(shuō)，即使當(dāng)設(shè)計(jì)被實(shí)現(xiàn)用于所產(chǎn)生的HEMT應(yīng)是增強(qiáng)型裝置的III-N HEMT時(shí)，通常發(fā)生的層厚度、特征、尺寸等的較小變化可導(dǎo)致許多裝置是耗盡型裝置或另外不會(huì)表現(xiàn)出用于可靠操作的足夠高的閾值電壓。

作為單一高電壓增強(qiáng)型晶體管的替代方案，當(dāng)可在高切換頻率下操作的增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)對(duì)于開(kāi)關(guān)104和108來(lái)說(shuō)是希望的時(shí)，所述開(kāi)關(guān)可各自被實(shí)現(xiàn)為如圖4中所示那樣配置的、包括高電壓耗盡型(D型)晶體管404和低電壓增強(qiáng)型(E型)晶體管402的混合裝置。圖4的所產(chǎn)生的混合裝置可以如單一高電壓E型晶體管相同的方式操作，并且在許多情況下獲得與單一高電壓E型晶體管相同或相似的輸出特性。低電壓E型晶體管402的源極電極406和高電壓D型晶體管404的柵極電極408兩者都例如利用引線鍵合電連接在一起，并且一起形成混合裝置的源極410。低電壓E型晶體管402的柵極電極412形成混合裝置的柵極414。高電壓D型晶體管404的漏極電極416形成混合裝置的漏極418。高電壓D型晶體管404的源極電極420電連接到低電壓E型晶體管402的漏極電極422。

在圖4的混合裝置的特定實(shí)現(xiàn)方式中，混合裝置被實(shí)現(xiàn)為III-N裝置。在這種情況下，D型晶體管404是高電壓III-N D型晶體管(例如，當(dāng)偏置到關(guān)閉狀態(tài)下時(shí)能夠阻礙至少200V)，并且E型晶體管402是低電壓硅基E型晶體管(例如，當(dāng)偏置到關(guān)閉狀態(tài)下時(shí)不能可靠地阻礙大于100V的電壓)。盡管III-N開(kāi)關(guān)的這種實(shí)現(xiàn)方式在開(kāi)關(guān)中利用硅基晶體管，但是因?yàn)楣杌w管是低電壓裝置，所以所述開(kāi)關(guān)仍可能夠在更高切換頻率下操作。

返回圖2，由于III-N晶體管(如圖3中)或混合裝置(如圖4中)(例如，如開(kāi)關(guān)104和108的III-N混合裝置)的使用，圖2中示出的開(kāi)關(guān)電路可在比使用硅晶體管實(shí)現(xiàn)的一些常規(guī)開(kāi)關(guān)電路更高的切換頻率下操作。例如，開(kāi)關(guān)電路可在30kHz或更高、50kHz或更高、80kHz或更高、或高達(dá)1MHz或更高的切換頻率下操作(即，在操作電路期間，所述開(kāi)關(guān)可在30kHz或更高、50kHz或更高、80kHz或更高、或高達(dá)1MHz或更高的頻率下切換)。

當(dāng)開(kāi)關(guān)電路被設(shè)計(jì)成在給定切換頻率下操作時(shí)，不想要的噪聲和振蕩將在甚至更高頻率下發(fā)生。例如，如果切換頻率為約1MHz或更少，那么振蕩可在約100MHz與300MHz之間。不想要的振蕩尤其易于在更高切換頻率下操作的電路中發(fā)生，即使各個(gè)開(kāi)關(guān)能夠在更高切換頻率下操作。

在此參考圖2，鐵氧體磁珠210耦合在低側(cè)開(kāi)關(guān)108的柵極與柵極驅(qū)動(dòng)器102的第二端子208之間。鐵氧體磁珠是無(wú)源電子部件并通常是由鐵氧體制成的中空磁珠或圓柱體、由與其他金屬形成合金的氧化鐵制成的半磁性物質(zhì)。鐵氧體磁珠可用來(lái)抑制來(lái)自電路中電磁干擾(EMI)的噪聲。

在圖2的示例性開(kāi)關(guān)電路中，其中由高側(cè)開(kāi)關(guān)104和低側(cè)開(kāi)關(guān)108形成并且被配置來(lái)在更高頻率下操作的半橋被實(shí)現(xiàn)為電子模塊200的一部分，鐵氧體磁珠210將通常對(duì)減少噪聲無(wú)效。來(lái)自低側(cè)開(kāi)關(guān)108的源極的電流流過(guò)寄生電感并且因此不會(huì)流過(guò)到柵極驅(qū)動(dòng)器102的第一端子206的連接204。由于基本上沒(méi)有電流流過(guò)連接204，來(lái)自寄生電感202的噪聲從由柵極驅(qū)動(dòng)器102、低側(cè)開(kāi)關(guān)108和處于柵極驅(qū)動(dòng)器102與低側(cè)開(kāi)關(guān)108的源極和柵極之間的連接器形成的環(huán)路解耦。鐵氧體磁珠210在這種配置中的無(wú)效性表明鐵氧體磁珠210也將在其他配置中無(wú)效。

圖5是示例性開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中開(kāi)關(guān)104和108各自被封入單獨(dú)電子封裝中。這種被封裝的III-N裝置的實(shí)例在圖6中示出。封裝702可例如包括連接到III-N裝置704的源極706或漏極710的金屬安裝接片(未示出)以及分別通過(guò)連接701(例如，引線鍵合)連接到III-N裝置的相應(yīng)源極、柵極和漏極的源極引線716、柵極引線718和漏極引線720。當(dāng)圖6的被封裝的III-N裝置用于圖5中的開(kāi)關(guān)108時(shí)，所述被封裝的源極引線716被連接到柵極驅(qū)動(dòng)器的第一端子206(通過(guò)連接502)并連接到接地110兩者，柵極引線718被連接到鐵氧體磁珠210并且漏極引線720被連接到開(kāi)關(guān)104的被封裝的源極引線。如圖5中所見(jiàn)，在這種配置中，連接502連接到開(kāi)關(guān)108的點(diǎn)在接地110與開(kāi)關(guān)108的寄生源極電感202之間。因此，在這種配置中，在低側(cè)開(kāi)關(guān)108的源極與接地節(jié)點(diǎn)110之間的寄生電感202由柵極驅(qū)動(dòng)器102可見(jiàn)。

在這種配置中，柵極驅(qū)動(dòng)器102的第一端子206、柵極驅(qū)動(dòng)器102的第二端子208、鐵氧體磁珠210、低側(cè)開(kāi)關(guān)108以及寄生電感202形成柵極環(huán)路504。柵極環(huán)路504示出用于說(shuō)明目的而不指示物理結(jié)構(gòu)。在此，鐵氧體磁珠210可在減少柵極環(huán)路504中的歸因于寄生電感202的振蕩和相關(guān)聯(lián)的EMI或不穩(wěn)定性中是有效的。鑒于在半橋被實(shí)現(xiàn)為模塊200的一部分的電子電路(如圖2中所示)中觀察到的鐵氧體磁珠210的無(wú)效性，鐵氧體磁珠210在這種配置中的有效性是意料不到的。

圖7是示例開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述電路的一部分如圖2中再次被實(shí)現(xiàn)為電子模塊200。在圖7的配置中，除了耦合在低側(cè)開(kāi)關(guān)108的柵極與柵極驅(qū)動(dòng)器102的第二端子208之間的鐵氧體磁珠210之外，第二鐵氧體磁珠610耦合在柵極驅(qū)動(dòng)器102的第三端子209與高側(cè)開(kāi)關(guān)104的柵極之間。在此，第二鐵氧體磁珠610可在減少高側(cè)開(kāi)關(guān)104的柵極處的振蕩中是有效的，鑒于耦合到低側(cè)開(kāi)關(guān)108的柵極的鐵氧體磁珠210的無(wú)效性，這是意料不到的。

盡管在圖5中未示出，但是類似于圖7，第二鐵氧體磁珠610也可在圖5的配置中耦合在柵極驅(qū)動(dòng)器102的第三端子209與高側(cè)開(kāi)關(guān)104的被封裝的柵極引線之間。這種配置在圖8中示出。

可選擇圖2、圖5、圖7和圖8的電路中的鐵氧體磁珠210和610來(lái)形成無(wú)源低通濾波器，所述無(wú)源低通濾波器被配置來(lái)阻礙具有高于約100MHz或300MHz頻率的振蕩或使例如處于數(shù)十或數(shù)百kHz或1MHz范圍中的切換頻率通過(guò)。各種鐵氧體磁珠是可用的并且可選擇適當(dāng)?shù)蔫F氧體磁珠以基于目標(biāo)切換頻率來(lái)開(kāi)關(guān)電路。

對(duì)于圖5和圖8的配置，其中單獨(dú)封裝的晶體管開(kāi)關(guān)用于開(kāi)關(guān)104和108，鐵氧體磁珠210和610可以可替代地并入它們相應(yīng)開(kāi)關(guān)的封裝內(nèi)。圖9是包括被封入電子封裝702中的III-N晶體管704的開(kāi)關(guān)的示意圖。晶體管704包括源極706、柵極708和漏極710。第一連接器712(其例如可以是引線鍵合)將柵極708電耦合到也被封裝并且直接安裝在封裝702中的鐵氧體磁珠714。第二連接器716(其例如也可以是引線鍵合)將鐵氧體磁珠714電耦合到柵極708的封裝引線718。通過(guò)將鐵氧體磁珠直接封入封裝702內(nèi)，外部鐵氧體磁珠不需要在利用單獨(dú)封裝的開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電路(例如，圖5和圖8中示出的開(kāi)關(guān)電路)中使用開(kāi)關(guān)。

圖10是包括被封入具有四個(gè)封裝引線818、820、822和824的另一電子封裝802中的III-N晶體管704的開(kāi)關(guān)的示意圖。電子封裝通常被生產(chǎn)為具有三個(gè)引線或五個(gè)引線，因此封裝802可通過(guò)采取五引線封裝并斷開(kāi)第五個(gè)引線或簡(jiǎn)單地不使用第五個(gè)引線而制造成具有四個(gè)引線。

柵極708通過(guò)鐵氧體磁珠714耦合到柵極引線818，并且漏極710通過(guò)引線鍵合812耦合(例如，電連接)到漏極引線824。源極706通過(guò)引線鍵合808耦合(例如，電連接)到源極引線820。源極706也通過(guò)引線鍵合810耦合(例如，電連接)到另外的封裝引線822。其他類型的連接器也可替代引線鍵合而被使用。源極706具有兩個(gè)封裝引線820和822可允許開(kāi)關(guān)更容易地整合到呈可導(dǎo)致改進(jìn)的電路性能的配置的開(kāi)關(guān)電路中。例如，參考圖5和圖8，如果低側(cè)開(kāi)關(guān)108和鐵氧體磁珠210被實(shí)現(xiàn)為圖10的裝置，那么源極706的第一封裝引線820可耦合(例如，電連接)到接地節(jié)點(diǎn)110，并且源極706的第二封裝引線822被耦合(例如，電連接)到柵極驅(qū)動(dòng)器102的第一端子206。

圖6、圖9和圖10中示出的被封裝的III-N裝置704可為單片增強(qiáng)型功率晶體管，例如，單片II-N E型晶體管?？商娲?，被封裝的III-N裝置704可以是包括如圖4中所示的增強(qiáng)型晶體管和耗盡型晶體管的混合裝置。

圖11是示例低側(cè)晶體管700和示例高側(cè)晶體管700’的示意圖，所述示例低側(cè)晶體管700和所述示例高側(cè)晶體管700’可分別用于圖5和圖8中的單獨(dú)封裝的低側(cè)開(kāi)關(guān)108和高側(cè)開(kāi)關(guān)104。所述晶體管是橫向III-N裝置。低側(cè)晶體管700封裝包括散熱器70、導(dǎo)電性封裝基底71和可由絕緣材料形成的外殼72。在封裝的內(nèi)側(cè)，低側(cè)晶體管700包括基底73、半導(dǎo)體主體74、源極電極75、柵極電極76和漏極電極77。源極電極被引線鍵合至導(dǎo)電性封裝基底71，所述導(dǎo)電性封裝基底71進(jìn)而被耦合(例如，電連接)到源極封裝引線。柵極76被耦合(例如，電連接)到柵極封裝引線，并且漏極77被耦合(例如，電連接)到漏極封裝引線。

高側(cè)晶體管700’也包括散熱器70’、導(dǎo)電性封裝基底71’和外殼72’。高側(cè)晶體管700’包括基底73’、半導(dǎo)體主體74’、源極電極75’、柵極電極76’和漏極電極77’。漏極電極被引線鍵合至導(dǎo)電性封裝基底77’，所述導(dǎo)電性封裝基底77’進(jìn)而被耦合(例如，電連接)到漏極封裝引線。柵極76’被耦合(例如，電連接)到柵極封裝引線并且源極75’耦合(例如，電連接)到源極封裝引線。

晶體管700和700’可在開(kāi)關(guān)電路(例如，圖5和圖8的開(kāi)關(guān)電路中的任一個(gè))中使用。例如，參考圖8，低側(cè)晶體管封裝700可用作低側(cè)開(kāi)關(guān)108的封裝，并且高側(cè)晶體管封裝700’可用作高側(cè)開(kāi)關(guān)104的封裝。在這種配置中使用晶體管700和700’可提高開(kāi)關(guān)電路中的電容耦合。

圖12是示例反相器的電路圖。所述反相器包括微控制器902和兩個(gè)半橋，所述兩個(gè)半橋包括第一柵極驅(qū)動(dòng)器904和第二柵極驅(qū)動(dòng)器906。柵極驅(qū)動(dòng)器904和906由鐵氧體磁珠91、92、93和94耦合到III-N裝置(例如，III-N晶體管)的相應(yīng)柵極。微控制器902包括處理器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)可執(zhí)行指令，所述可執(zhí)行指令在由所述微控制器執(zhí)行時(shí)致使所述微控制器如同半橋的柵極驅(qū)動(dòng)器一樣操作柵極驅(qū)動(dòng)器904和906中的每個(gè)。

圖13是開(kāi)關(guān)電路的電路圖，其中所述電路的一部分如圖2和圖7中再次被實(shí)現(xiàn)為電子模塊300。圖13中的電子模塊300與圖7的電子模塊200的不同之處在于高側(cè)開(kāi)關(guān)被實(shí)現(xiàn)為并行連接的一對(duì)開(kāi)關(guān)104和104’，并且低側(cè)開(kāi)關(guān)被實(shí)現(xiàn)為并行連接的一對(duì)開(kāi)關(guān)108和108’。許多應(yīng)用需要比可由各個(gè)開(kāi)關(guān)所支持的更大的負(fù)載電流。如圖13中并行連接兩個(gè)開(kāi)關(guān)允許可遞送至負(fù)載的最大電流約為如圖7中當(dāng)單一開(kāi)關(guān)用于高側(cè)開(kāi)關(guān)和低側(cè)開(kāi)關(guān)中的每個(gè)時(shí)可遞送的電流的兩倍。盡管在圖13中未示出，但是高側(cè)開(kāi)關(guān)和低側(cè)開(kāi)關(guān)可均包括并行連接的N個(gè)開(kāi)關(guān)，其中N是大于2的整數(shù)。在這種情況下，可遞送至負(fù)載的最大電流將約為當(dāng)單一開(kāi)關(guān)用于高側(cè)開(kāi)關(guān)和低側(cè)開(kāi)關(guān)中的每個(gè)時(shí)可遞送的電流的N倍。

盡管為了清楚起見(jiàn)在圖13中未示出，但是開(kāi)關(guān)104’的柵極耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器102的端子209，并且開(kāi)關(guān)108’的柵極耦合到柵極驅(qū)動(dòng)器102的端子208。這種耦合可以許多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，開(kāi)關(guān)104’的柵極可連接到模塊節(jié)點(diǎn)221并且開(kāi)關(guān)108’的柵極可連接到模塊節(jié)點(diǎn)223，使得鐵氧體磁珠610由開(kāi)關(guān)104和104’共享，并且鐵氧體磁珠210由開(kāi)關(guān)108和108’共享?？商娲?，開(kāi)關(guān)104和108’的柵極可各自連接到它們自己另外的鐵氧體磁珠，并且所述另外的鐵氧體磁珠的相對(duì)端分別連接到柵極驅(qū)動(dòng)器端子209和208。

當(dāng)如圖13中半橋開(kāi)關(guān)被形成具有并行裝置，但不具有耦合到開(kāi)關(guān)的柵極的鐵氧體磁珠時(shí)，半橋開(kāi)關(guān)在操作期間趨向于非常不穩(wěn)定。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括鐵氧體磁珠基本上增加這些電路的穩(wěn)定性。雖然在并行裝置中的每個(gè)的柵極上提供有其自己的鐵氧體磁珠趨向于導(dǎo)致比當(dāng)單一鐵氧體磁珠由所有并行裝置共享時(shí)更加穩(wěn)定的操作，但是這通常使設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在其中單一鐵氧體磁珠由所有并行裝置共享的模塊更加簡(jiǎn)單。

如進(jìn)一步在圖13的電路中所見(jiàn)，除耦合在高側(cè)開(kāi)關(guān)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的柵極與它們相應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)器端子209和208之間的鐵氧體磁珠610和210之外，鐵氧體磁珠910和510也可耦合在高側(cè)開(kāi)關(guān)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的源極與它們相應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)器端子207和206之間。此外，鐵氧體磁珠910和510可在本文所述的電路中的任一個(gè)中被包括在開(kāi)關(guān)的源極與它們相應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)器端子之間。鐵氧體磁珠910和510還可提高半橋電路的穩(wěn)定性，在所述半橋電路中開(kāi)關(guān)被配置來(lái)支持較大電壓和/或電流并且在高頻率下操作，具體地當(dāng)開(kāi)關(guān)如圖13中被實(shí)現(xiàn)為并行裝置時(shí)。

已描述了多種實(shí)現(xiàn)方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離本文所述的技術(shù)和裝置的精神和范圍的情況下作出各種修改。例如，在半橋被提供為電子模塊的電路中，鐵氧體磁珠可包括在所述模塊內(nèi)或作為所述模塊的一部分。因此，其他實(shí)現(xiàn)方式也在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。