[发明专利]高压半桥栅驱动电路

说明书

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种用于电力电子系统中功率器件栅驱动所需要的高压半桥栅驱动电路，该电路包括输入接收电路、死区信号产生电路、低压产生电路、低侧信号延时电路、低侧高效率输出驱动电路、低延时高压电平移位电路和高侧高效率输出驱动电路。本发明所提供高压半桥栅驱动电路通过正反馈驱动电流增强技术减小电平移位电路的延迟，从而提高整体驱动电路速度；可以根据负载大小和输入控制脉冲的频率自适应调整驱动电流，从而最大程度上提高驱动电路的电源效率；可以广泛应用于各类高功率密度电力电子系统中，特别是频率要求更高的宽禁带功率器件的栅驱动应用。

技术领域

本发明涉及一种用于电力电子系统的高压半桥栅驱动电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

进入21世纪，在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求电路应用在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。上述应用要求电力电子系统在设计效率95%的同时，还具有高的功率密度(500W/in³，即30.5W/cm³)、高比功率(10kW/磅, 22kW/kg)和高总负载点(1000W)。随着超结MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现和应用普及，特别是以SiC和GaN为代表的宽禁带功率半导体器件的兴起，新一代电力电子应用系统对功率半导体器件驱动技术要求日益提高，这其中最核心的因素就是对功率半导体器件功能进行控制的高压栅驱动芯片。新一代电力电子整机系统对高压栅驱动芯片的驱动速度、智能化提出了更高的需求，从而进一步提高整机可靠性，并降低整机系统设计复杂度。

在诸多栅驱动芯片中，半桥栅驱动芯片是一种最常用的芯片架构，典型半桥栅驱动芯片由高侧和低侧驱动电路构成。通常高低侧驱动电路之间有高低压隔离区，必须使用高压电平移位电路将低压输入HI信号传输给高侧输出驱动电路。在典型BCD工艺中，高压电平移位电路必须使用耐高压的LDMOS来实现信号传输，而高压LDMOS存在很大的寄生电容，会严重限制高压电平移位电路的信号处理速度，采用该技术的650V高侧驱动电路的速度通常被限制在200KHz以下，无法满足以GaN和SiC为代表的宽禁带功率器件超过MHz的处理速度要求。因此，为MHz的处理速度，需要对现有栅驱动电路中高压电平移位电路的传输延时进行优化。

此外，现有的半桥栅驱动芯片当被设计定型之后，其高/低侧输出控制信号的输出驱动能力将被固化。在实际应用中，为防止输出电流对负载功率开关的栅端造成损坏，通常在高/低侧输出端串接一个电阻，以抑制栅端电压过冲影响。当栅端等效电容较大时，串接保护电阻需要比较小，反之需要较大串接保护电阻。而比较大的串接保护电阻会带来2个问题，一是电阻上的开关损坏变大，降低驱动电路的效率；二是增加了驱动延时，最终降低系统开关频率。因此，为提高整体驱动电路的效率，很有必要提供一种可根据功率开关管的栅电容大小自动调节驱动电流大小的输出驱动电路。

基于此，本发明针对GaN和SiC为代表的宽禁带功率器件的栅驱动应用需求，提供一种高压半桥栅驱动电路。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高压半桥栅驱动电路。

按照本发明提供的一种高速高效率高压半桥栅驱动电路，包括：输入接收电路、死区时间产生电路、低压产生电路、低侧延时电路、低侧高效率输出驱动电路L、低延时高压电平移位电路和高侧高效率输出驱动电路H；