[实用新型]一种GaN功率器件的驱动系统

说明书

本实用新型涉及一种GaN功率器件的驱动系统，主要包括有控制电路1、谐振电路以及无损缓冲电路3，谐振电路还包括开通谐振电路2和关断谐振电路4，通过上下两条不同的充放电回路，使得此驱动电路具有提供不对称的输出能力。利用谐振原理在开关管关断过程中通过L将存储在C中的能量反馈到电源中，使能量得到有效利用，同时加入无损缓冲电路来减缓电压的上升速度，在一定程度上保护了GaN功率器件，解决了GaN功率器件驱动电路的高损耗问题。

技术领域

本实用新型涉及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，因此本实用新型提出了一种低功耗的GaN功率器件的驱动系统。

实用新型内容

本实用新型提供了一种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。

本实用新型提供了一种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。

本实用新型是一种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，本实用新型能更容易满足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