[发明专利]用于功率转换装置的栅极驱动电路有效
申请号: | 201780045108.4 | 申请日: | 2017-07-20 |
公开(公告)号: | CN109690951B | 公开(公告)日: | 2023-09-12 |
发明(设计)人: | 卢俊诚;H.白 | 申请(专利权)人: | 黑拉有限责任两合公司 |
主分类号: | H03K17/16 | 分类号: | H03K17/16;H02M1/08 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 张凌苗;闫小龙 |
地址: | 德国利*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用于 功率 转换 装置 栅极 驱动 电路 | ||
一种装置包括栅极驱动电路和GaN HEMT开关,其中栅极驱动电路具有栅极驱动输出以响应于栅极控制信号产生栅极驱动信号。所述开关具有通过栅极驱动电阻器被连接到栅极驱动电路的栅极。所述栅极驱动电路包括NPN(或NMOS)接通晶体管和PNP(或PMOS)关断晶体管。所述栅极驱动电路包括被耦合到接通晶体管的、具有第一电阻的接通电阻器和被耦合到关断晶体管的、具有第二电阻的关断电阻器。所述接通和关断晶体管、栅极驱动电阻器、开关器件,但不是接通和关断电阻器被布置在集成电路中以减少栅极驱动环路电感。所述第一和第二电阻可以是不同的,以调整所述开关器件的接通和关断速度。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月21日提交的美国临时申请号no. 62/365,157(‘157申请)的权益,通过引用将‘157申请合并于此,如完全记载在本文中一样。
技术领域
本公开一般地涉及电力电子(power electronics)系统,并且更特别地涉及用于功率转换装置的栅极驱动电路。
背景技术
出于仅提供上下文的目的在下面记载了该背景技术描述。因此,该背景技术描述的任何方面在其不具有其他资格作为现有技术的程度上,既不明确地也不隐含地被承认为是针对本公开的现有技术。
在功率电子电路中,由于在开关过程期间通过驱动器电路控制主题开关器件引起的电应力(electrical stress),所谓的栅极驱动器电路是重要的并且对于设计而言具有挑战性。例如,电压应力在关断过程期间影响主题开关器件,而电流应力在接通过程期间发生。在一些应用中,可以期望和/或实现用于接通(ON)相对于关断(OFF)的不同的开关速度。特别地,开关速度通常确定开关损耗。开关速度越快,开关损耗越低,从而开关频率越高。在另一方面,这意味着在相同的损耗水平处,更快开关速度的半导体产生更高的开关频率,这导致了更小的无源部件,从而导致了更高的功率密度。对于常规的Si IGBT,例如,开关速度可以是大约100纳秒(ns)来接通/关断,而对于GaN器件,此类值可以降到~10 ns,这意味着开关损耗是常规Si器件的~1/10。这将产生高得多的效率或10倍的更高功率密度。
通过栅极驱动器电路实现的机制涉及控制对开关器件的输入电容进行充电和放电。在理论中,不同的开关速度和接通/关断时间意味着栅极驱动环路的不同的阻抗。
另外,诸如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)器件之类的宽带隙(wide-bandgap)(WBG)器件正在变得更流行,这归因于它们比常规的硅(Si)器件更高的开关频率能力、更低的开关损耗以及更高的热能力。在增强模式GaN HEMT的情况下,可以理解:寄生电容比针对传统硅器件小得多(例如,~pF水平)。该减少的水平允许更快的开关速度;然而,该特性也需要增加的关注来控制和减少栅极驱动环路电感,以便最小化诸如栅极电压的感应振铃(induced ringing)之类的不期望的副作用。
因此,存在克服本领域中一个或多个问题的需要。
上文的讨论仅旨在说明本领域并且不应当被视为对权利要求范围的否定。
发明内容
与本教导一致的实施例实现了减少栅极驱动环路电感的集成栅极驱动电路和诸如WBG开关器件(例如,GaN HEMT)之类的功率开关器件。该减少具有许多优势,包括至少减少在开关器件栅极终端上的振铃。另外,与本教导一致的实施例提供了例如适合于在功率转换装置中使用的、在调整开关速度(例如,通过允许单独的接通和关断时序调整)中改进的灵活性。
根据本公开的一种装置在实施例中包括栅极驱动电路和诸如GaN HEMT器件之类的宽带隙开关器件。栅极驱动电路具有被配置为响应于被施加到栅极驱动电路的输入的栅极控制信号而产生栅极驱动信号的至少一个栅极驱动输出。宽带隙(WBG)开关器件具有栅极、漏极和源极,其中所述栅极通过栅极驱动电阻器被电连接到栅极驱动电路。漏极和源极可以被配置为被电耦合到负载(例如,和/或源极和/或负载,或其他外部电路,如本领域中已知的那样)。
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