[实用新型]一种功率管栅极驱动电路

说明书

本实用新型公开了一种功率管栅极驱动电路，包括分别用于对高侧功率管、低侧功率管进行栅极控制的高侧驱动电路与低侧驱动电路，以及上电保护电路；所述上电保护电路为包含耗尽型JFET器件的JFET上电保护电路，所述JFET上电保护电路通过检测电源电压的值控制耗尽型JFET器件的开关状态，耗尽型JFET器件根据电源电压的改变，调整自身耗尽层宽度以调节电流支路的通断，从而达到在母线上电时防止功率管误开启，母线上电后减少电路功耗的目的。相比现有技术，本实用新型技术方案可在有效实现上电保护功能的同时大幅降低电路功耗。

技术领域

本实用新型涉及一种功率管栅极驱动电路，属于模拟集成电路技术领域。

背景技术

随着电子电力技术的飞速发展，特别是IGBT和MOSFET等高频自关断元器件应用的日益广泛，驱动电路的设计就显得十分重要，尤其是高压集成电路HVIC 驱动的设计。采用性能良好的驱动电路能够使功率开关器件工作在理想的开关状态，同时缩短开关时间，减小开关损耗，对系统的运转效率和稳定性都有重要的意义。

图1是传统的功率管栅极驱动电路的内部框图。传统的功率管栅极驱动电路一般包括高侧驱动电路与低侧驱动电路。高侧驱动电路工作的电平范围较高，其电源信号为VB，地信号为VS，输入信号为HIN，输出信号为HO；低侧驱动电路工作的电平范围较低，其电源信号为VCC，地信号为GND，输入信号为LIN，输出信号为LO；如图1所示，高、低侧驱动电路分别将高侧输入信号HIN、低侧输入信号LIN进行信号处理之后，输出高侧信号HO、低侧信号LO，分别对高、低侧功率管进行栅极控制，以控制电路的开关状态。但是由于电路的输出信号直接连接至功率管栅极，无保护措施，在母线电压VBUS上电时，由于寄生电容C1、C2(由于这两个元件并不实际存在，因此附图中均采用虚线连接以示区分)的存在，所述电容C1、电容C2两端产生dV/dt扰动，寄生电容C1、C2 将会充电，高、低侧功率器件M1、M2的栅极电位相应抬高。栅源电压VGS高于功率管开启电压时，功率管会发生误开启，导致整个电路不能正常工作。

现有技术中，有多种方案可以很好地解决上述的上电误开启问题，目前一种常见的方法是在功率管的栅极和源极之间接入一个阻值较小的电阻，其电路原理如图3所示。这种解决方案的原理是通过在功率管栅极与源极之间接入一个阻值较小的电阻，当发生dV/dt扰动时，寄生电容的充电电流流过该电阻，由于该电阻阻值较小，dV/dt扰动在功率管栅源端产生的扰动峰值小于功率管开启电压，达到上电保护的目的。

寄生电容C1、C2上的电流公式为：

公式1中i_C表示电容的充放电电流，Q代表电容存储的电荷量，t代表时间， V_C表示电容两端的电压，C代表电容的电容值。由公式1可知，dV/dt扰动会产生充放电电流i_C。

电阻R1、R2上的电压公式为：

V_R＝i_CR 公式2

公式2中V_R表示电阻两端的电位差，i_C表示电容的充放电电流，R表示电阻的阻值。由公式2可知电阻两端的电位差与电容的充放电电流成正比关系，在电容充放电电流确定的情况下，电阻阻值越小，电阻两端的压差也就越小，即功率管栅源电压越小。

母线VBUS上电产生dV/dt扰动，寄生电容的充电电流流过栅极、源极间的电阻，由于电阻阻值较小，导致电阻两端的压差小于功率管开启电压，通过这种方法来避免母线VBUS上电时的误开启。这种方案虽然能解决母线上电时误开启的问题，但是当驱动电路正常工作且驱动电路的输出为高电平时，将有较大电流流过所述电阻，且所述电阻的阻值越小，电流越大，使得驱动电路功耗增加。

实用新型内容