[发明专利]一种GaN功率器件的驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及GaN功率器件的应用领域，尤其涉及一种GaN功率器件的驱动系统。

背景技术

宽禁带半导体GaN是第三代功率器件的理想材料，是功率变换器的主要部分，使功率变换器朝着高频、高功率密度以及更小的体积方向发展。在拥有更快开关速度的同时，由于功率损耗与频率是成比例增加的，因此在高频下，功率损耗是最主要的问题，在开关频率较高时，开关损耗是功率损耗的主要因素。当GaN MOSFET应用于高频时，传统的门极驱动电路不能满足低功耗的要求，功率损耗与频率会成比例的增加。GaN MOSFET的门极阈值电压很低，在1.4-1.7V范围内，很容易由电路中的寄生电感产生的振荡尖峰使其误导通。

为了适应未来的发展需求，变换器必须要提高效率和功率密度，满足低损耗的特点，但是目前GaN驱动电路的功率损耗仍然比较高，因此本发明提出了一种低功耗的GaN功率器件的驱动系统。

发明内容

本发明提供了一种GaN功率器件的驱动系统，用来解决目前GaN驱动电路的高功率损耗问题，同时也减小了GaN功率器件在开关过程中的电压尖峰和电流尖峰。

本发明提供了一种GaN功率器件的驱动系统，包括控制电路1，开通谐振电路2，关断谐振电路4，无损缓冲电路3，所述的控制电路1用于产生两路PWM信号，辅助开关管Q1和Q2导通；所述的开通谐振电路2由D1、L1和R1组成，用来实现主开关管T1开通；所述的关断谐振电路4由D2、L2和R2组成，用来实现主开关管T1关断；所述的无损缓冲电路3用来减缓主开关管T1漏极电压的上升速度，对主开关管T1起到保护作用。

控制电路包括上下两路PWM输出，可以控制辅助开关管的门极驱动电压，可以根据氮化镓主开关管T1的型号来确定G极的驱动电压的大小。

GaN功率器件的驱动电路包括谐振电路，根据所选GaN功率器件的参数来确定谐振电路所用器件的参数，谐振电路用于实现辅助开关管的零电压开关，减小辅助开关管的开关损耗。

更进一步，谐振电路2和谐振电路4采用充电和放电独立的回路，具备提供不对称输出的能力，所述的谐振电路2为D1、L1、R1组成，当辅助开关管Q1开断的时候，谐振电感L1与氮化镓T1的外部输入电容Ci以及电阻R1组成LCR谐振电路，谐振电感L1与外部输入电容Ci发生谐振；所述的谐振电路4为D2、L2、R2组成，当辅助开关管Q2开断的时候，谐振电感L2与氮化镓T1的外部输入电容Ci以及电阻R2组成LCR谐振电路，谐振电感L2与外部输入电容Ci发生谐振。

GaN功率器件的驱动电路还包括无损缓冲电路，无损缓冲电路用于减缓GaN功率器件开通后漏极电压的上升速度，达到一种缓冲的作用，同时无损缓冲电路不同于传统的缓冲电路在于电路中没有电阻元件，而是用电感和二极管代替电阻，这样就避免了能量的损耗。

本发明是一种GaN功率器件的驱动系统，是用简单的电路和电子元器件，通过模块化组合成为一种新型高效的GaN功率器件的驱动电路。相比较于传统的驱动电路，本发明能更容易满足GaN功率器件在高频条件下的性能要求，在其开断的过程中，上升时间和下降时间都比较小，只有几十纳秒。只要准确控制辅助开关管Q1、Q2的控制信号，就会实现软开关，加入无损缓冲电路后，门极的电压和电流波形得到了明显改善，电压和电流的上升速度变缓，减小了电流尖峰。在一定程度上保护了驱动电路，解决了GaN功率器件驱动电路的高损耗问题。

附图说明

图1是驱动系统的整体结构框图

图2是驱动系统的模块连接图

图3是驱动系统的电路示意图

图4是驱动系统的测试波形图

图5是驱动系统的各部分损耗数值

图6是实施例中结合GaN驱动系统的应用实测波形

其中：

1是控制电路

2是开通谐振电路

3是无损缓冲电路

4是关断谐振电路

具体实施方式

现在通过结合具体实施方式以及附图的方法对本发明做出进一步解释和说明。

图1是驱动系统的整体结构框图。从图1中可以看出，本发明适用于GaN功率器件的驱动系统包括控制电路1、开通谐振电路2、关断谐振电路4和无损缓冲电路3，控制电路用于产生两路PWM信号，驱动辅助开关管导通；谐振电路用来实现氮化镓T1的开通和关断；无损缓冲电路用来减缓主开关管T1漏极电压的上升速度，对主开关管T1起到保护作用。