[发明专利]高频大功率电源用多器件并联桥式功率器件及其同步、时序控制系统

说明书

本发明属于半导体和电力电子领域，涉及第三代宽禁带半导体器件及其隔离驱动、智能控制和高压低损耗辅助增压供电系统。采用多器件并联的桥式功率器件结构，通过隔离驱动芯片进行驱动，引入延时器和智慧控制器进行同步与时序控制，解决多器件、多驱动器同步工作的难题，同时采用辅助增压技术引入高压低功耗供电系统解决供电问题，无须第三方供电。

技术领域

本发明涉及一种高频大功率电源用多器件并联桥式功率器件及其同步、时序控制系统，属于半导体和电力电子技术领域。

背景技术

为了响应国家提出的能源发展战略，电源效率的提升是电源行业需要不断突破的关键问题之一。如图1所示，传统的电源拓扑电路均具有以下几个基本特征：1、都存在桥式器件结构；2、上下器件均为错相180°工作；3、控制各不相同；4、Q1、Q2错相180°工作，Q1、Q3同时工作，如图一所示。传统的器件结构局限于单器件，也有做桥式结构器件，但其功率等级较小，驱动简易，无法满足大功率电源的需要。在大功率电源中，常采用多个元器件并联，器件的增加使得驱动变得更加困难，需要更加强大的驱动器，然而市场化的单个驱动器均无法满足需求，往往又需要多个驱动器并联来驱动。多器件和多驱动器的并联都非常不利于器件的同步工作，一旦器件工作不同步，轻则影响工作效率，重则使器件在死区时间内的工作紊乱导致直通。

随着第三代宽禁带半导体器件的发展，SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)基器件在导通特性和高频特性上均有较大突破，特别适用于高频大功率电源中。然而，单个的SiC或GaN基器件带载能力仍非常有限，最大的650V GaN基商业化器件电流仅60A，导通电阻25mΩ。因此，如果要实现高频大功率能力，则需要采用多器件并联的第三代宽禁带半导体器件。但是，如果采用多器件并联的方案，则可能同时需要多个驱动器控制，然而这些器件、驱动器在批量化生产之后的参数存在较大差异，比如不同驱动器的输入、输出延时可能从20ns-60ns不等，相差近3倍，那么这些器件的同步工作就变得非常重要。要实现高度集成化，就需要将器件的驱动、同步控制、时序控制都设计进来。

另外，目前器件的驱动供电均采用第三方供电，需要设计辅助电源，设计复杂，占PCB板空间大；也有直接从高压处采用恒流源获取电能的，其线性电路结构产生的损耗大，严重影响低负载甚至空载时的功耗。第三代宽禁带半导体器件的驱动与传统Si基器件还存在巨大的差别，其阈值电压更低导致抗噪能力弱，栅控电压低则无法与传统Si基控制芯片完全兼容，因而其驱动策略和驱动电压均需要全新的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频大功率电源用多器件并联桥式功率器件及其同步、时序控制系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高频大功率电源用多器件并联桥式功率器件及其同步、时序控制系统，其特征在于：包括桥式功率器件、驱动系统、延时系统、同步与时序控制系统；

所述桥式功率器件的结构为m个单元并联而成，每个单元内包括n个器件并联形成的高端器件，以及n个器件并联形成的低端器件，单元内的高端器件与低端器件之间为串联结构；

所述驱动系统分别通过驱动信号驱动桥式功率器件中的高端器件和低端器件；

所述延时系统包括高端器件延时系统RH和低端器件延时系统RL，用于将驱动系统的驱动信号延时，以实现多个并联器件的同步驱动；

所述同步与时序控制系统接收输入信号，并检测每个器件的栅电压的上升沿，以判断器件的驱动速度，然后将快的驱动信号延时，使其与最慢的器件速度一致；再以驱动速度最慢的时间为基准，重新定义高端器件和低端器件之间的死区时间。

优选的，同步与时序控制系统接收的输入信号为数字信号或PWM模拟信号。

优选的，所述驱动系统包括m个高端隔离驱动芯片DH1～DHm，以及m个低端隔离驱动芯片DL1～DLm；所述延时系统包括m个高端器件延时器RH1～RHm，以及m个低端器件延时器RL1～RLm；