[发明专利]具有钳位功能的GaN器件栅源电压振荡抑制电路及方法

说明书

本发明提供一种具有钳位功能的GaN器件栅源电压振荡抑制电路及方法，电路包括二极管D₁、二极管D₂、钳位电容C₁、去耦电容C₂、电阻R₁和电阻R₂，二极管D₁的阳极端连接在GaN器件的栅极上，二极管D₁的阴极端经过钳位电容C₁连接在GaN器件的源极上；电阻R₁与钳位电容C₁并联，二极管D₂的阳极端连接在驱动电源上，二极管D₂的阴极端经过所述去耦电容C₂接地，二极管D₂的阴极端还经过电阻R₂与所述钳位电容C₁的充电端连接。其效果是：电路设计简单，可有效钳位栅源电压，并且保护器件不受损坏，对器件开关速度没有影响，并且不会造成额外的开关损耗，同时不受栅极电阻的影响，可以增大开关速度并减小开关损耗，而且可以降低串扰的风险。

技术领域

本发明涉及开关元件驱动控制技术，具体涉及一种具有钳位功能的GaN器件栅源电压振荡抑制电路及方法。

背景技术

宽禁带器件，如GaN器件，由于其卓越的性能，被认为是一种用于电力电子变换的有前途的器件。这些应用包括电动汽车、航空航天系统、5G通信。GaN器件小的寄生电容提供了更快的开关速度，使其可以工作在高开关频率，因而增加功率密度。

然而，尽管GaN器件具有许多优势，在技术准备方面仍然存在相当大的挑战，这些挑战阻碍其进一步的发展。例如，由于快的开关速度，GaN器件的开关振荡更严重，而且结合GaN器件的结构和材料特性，这些过冲使器件更容易接近击穿极限。以GaN器件的栅源电压为例，商用的低压常闭器件最大额定栅极电压相对较低。EPC公司的GaN器件的最大栅源电压通常为6V。然而，栅极驱动电压通常为5V，驱动电压非常接近栅极击穿电压，需要精心设计栅极驱动电路。抑制栅源电压振荡最传统的方法之一是增加栅极电阻，但该方法通常会减慢器件的开关速度，并且增加开关损耗。优化PCB布局也可以抑制栅源电压振荡。然而，在实际应用中，由于器件封装和PCB布局的约束，进一步减小这些杂散参数非常困难。并且随着电路参数如输入参数和开关频率等的改变，难以保证栅源电压不会超过最大额定值。现有技术中，有学者通过对器件开通过程的模态划分，最终可以获得栅源开通电压的模型，并且可以通过模型预测栅源电压的峰值。然而，并没有提出一种可以有效抑制栅源电压振荡的方法。此外，已有研究通过有源栅极驱动或钳位电路来抑制开关振荡，但这些设计主要用于抑制栅源电压误开通和漏源电压的寄生振荡。因此，针对GaN器件的栅源电压过冲导致的器件损坏，现有研究缺乏有效的保护方法。由于GaN器件的栅极驱动电压与最大额定电压之间的裕量比较小，因此需要精心地优化和设计栅极驱动电路。

发明内容

基于上述需求，本发明的首要目的在于提出一种具有钳位功能的GaN器件栅源电压振荡抑制电路，用于有效抑制GaN器件的栅源电压过冲。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：