[发明专利]一种用于GaN功率管半桥驱动的高抗扰电路

说明书

本发明公开了一种用于GaN功率管半桥驱动中高抗扰电路，分别在高/低侧驱动电路与高/低侧GaN功率管之间设置高/低侧高抗扰电路，高/低侧高抗扰电路内均设有由正向串扰电压尖峰吸收电路和负向串扰电压尖峰吸收电路构成的串扰抑制辅助回路，正、负向串扰电压尖峰吸收电路相互配合，对GaN电路的正向、反向串扰问题能够产生良好的抑制效果，使得驱动电路能可靠工作。

技术领域

本发明涉及采用GaN(氮化镓)功率管的半桥驱动电路，尤其涉及一种用于GaN功率管半桥驱动的高抗扰电路。

背景技术

功率半导体器件在世界能源和电力的调节分配中发挥着重要的作用，许多类型的高压硅基器件广泛应用于电力电子与电力系统设计、但随着科学技术的不断进步，硅基技术在功率密度和开关频率方面已经达到了物理极限。第三代宽禁带半导体器件的出现、使得打破这一物理极限成为了可能，其中作为主要代表的GaN器件、具有开关速度快、关损耗低、耐压高等显著优势、从而提高系统的开关频率和功率密度。

然而，在实际的桥式电路中，随着开关频率的不断提高，GaN自身的寄生参数、功率回路及驱动回路的寄生电感等非理想因素会因较高的dV/dt产生能够损害系统运行的电压尖峰，具体地讲：在桥式电路中，同一桥臂中的某一个GaN功率管高速开启或关断时，另一个GaN功率管的米勒电容会承受很大的dV/dt，产生很大的米勒电流作用在栅源电压之间，从而产生正向串扰电压尖峰。由于GaN功率管具有较小的阈值电压，正向串扰电压尖峰很大程度上会超过阈值电压使GaN功率管误开启，负向串扰电压尖峰则可能超过GaN功率管的最大栅源击穿负压，使得GaN功率管性能退化或损坏。因此，串扰问题成为一个制约GaN功率管应用在更高频率场所的一个重要障碍，研究电路的串扰抑制问题也具有更重要的意义。

目前、主流的串扰抑制策略大致分为三种：

1、降低功率开关管的开关速度，从而减小较高的dV/dt和di/dt来缓解串扰的误导通和潜在击穿故障风险的负面影响，但是，在低频应用中的功率管的优势特性将受到限制，因此很少使用降低开关速度这种方法。

2、控制栅极阻抗方法，理论上该方法是串扰抑制的基本思想的体现。控制栅极阻抗就是使其中一个开关的栅极阻抗在其互补的开关暂态过程中变小，其最简单的实现方法是在功率开关管的栅极与源极之间增加一个电容。该方法虽然简单有效，但是降低了开关速度，增加了开断损耗。

3、负压关断和多电平驱动，一方面，利用负压关断可以有效地提升关断速度，同时能够抑制正向串扰电压尖峰，但与之而来的问题是，桥式电路中的功率管关断瞬间会引起更大的负压尖峰，从而超过该功率管的最大栅源击穿负压；另一方面，通过设计多电平转换电路在导通关断的各个阶段分别介入分级电压从而达到减小串扰电压的效果。

发明内容

本发明的目的是在不减缓GaN功率管的开关速度、不增加开关损耗和电路复杂度的基础上，提出一种用于GaN功率管半桥驱动的高抗扰电路，可以有效地抑制电路中GaN功率管的栅源极电压所产生的串扰问题，从而使得正向串扰电压和负向串扰电压保持在安全阈值之内。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于GaN功率管半桥驱动的高抗扰电路，设有高侧驱动电路和高侧GaN功率管MH以及低侧驱动电路和低侧GaN功率管ML。其特征在于：分别在高/低侧驱动电路与高/低侧GaN功率管MH/ML之间设置高/低侧高抗扰电路，高/低侧高抗扰电路分别连接于桥臂电路中的高/低侧GaN功率管MH/ML的栅极与源极之间。