[發(fā)明專利]一種eGaN HEMT橋臂串?dāng)_抑制驅(qū)動電路及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810326422.6
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108649777A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張英;秦海鴻;彭子和;修強(qiáng);徐華娟
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M1/32;H02M1/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種eGaN HEMT橋臂串?dāng)_抑制驅(qū)動電路及其控制方法，電路包括連接在上橋臂的第一供電電源與上管之間的第一驅(qū)動電路和連接在下橋臂的第二供電電源與下管之間的第二驅(qū)動電路，第一、第二驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)相同，均包括柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路和低阻抗橋臂串?dāng)_抑制電路。其中，柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路的輸入端接第一/第二供電電源，輸出端連接上管/下管的柵極，低阻抗橋臂串?dāng)_抑制電路的輸入端接第一/第二供電電源，輸出端分別連接上管/下管的柵極和源極。此種驅(qū)動電路可充分發(fā)揮eGaN HEMT高速開關(guān)的性能優(yōu)勢，在實(shí)現(xiàn)橋臂串?dāng)_抑制功能的同時實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)與電工技術(shù)電路及其控制方法，特別涉及一種eGaNHEMT橋臂串?dāng)_抑制驅(qū)動電路及其控制方法。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)器件作為新型寬禁帶半導(dǎo)體代表性器件之一，比Si器件具有更低的導(dǎo)通電阻、更快的開關(guān)速度和更高的結(jié)溫工作能力等器件優(yōu)勢，用其代替Si器件作為制作變換器的功率器件有望顯著提高變換器的最高工作頻率、效率，降低其體積、重量。

橋臂電路是GaN基變換器中常用的電路結(jié)構(gòu)，含有兩個相互串聯(lián)、互補(bǔ)導(dǎo)通的開關(guān)器件。GaN功率器件的高速開關(guān)行為會產(chǎn)生很大的du/dt、di/dt，使得同一橋臂的上、下管在開關(guān)過程中相互影響，通常稱為橋臂串?dāng)_現(xiàn)象。在某個開關(guān)管開通時，會導(dǎo)致同一橋臂的另一個開關(guān)管的柵源極出現(xiàn)正向串?dāng)_電壓，由于GaN器件的閾值電壓比同等定額的Si器件小得多，非常容易引起誤導(dǎo)通現(xiàn)象，導(dǎo)致橋臂直通，影響安全工作；類似的，在某個開關(guān)管關(guān)斷時，會導(dǎo)致同一橋臂的另一個開關(guān)管的柵源極出現(xiàn)負(fù)向串?dāng)_電壓，可能超過GaN器件的柵源電壓承受范圍，加速器件性能的退化，甚至導(dǎo)致器件損壞。

目前文獻(xiàn)中針對GaN基橋臂電路應(yīng)用中的橋臂串?dāng)_問題，提出了在功率管柵源極間并聯(lián)外部電容、功率管關(guān)斷期間在其柵源極增加負(fù)偏置電壓、有源密勒箝位等方法，但這些方法存在降低開關(guān)速度、增加開關(guān)損耗、驅(qū)動損耗和不能抑制負(fù)向串?dāng)_電壓的缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用價值受限。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種eGaN HEMT橋臂串?dāng)_抑制驅(qū)動電路及其控制方法，能夠充分發(fā)揮eGaN HEMT高速開關(guān)的性能優(yōu)勢，在不影響其開關(guān)速度和開關(guān)損耗的同時抑制橋臂串?dāng)_現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)高速、高可靠性驅(qū)動eGaN HEMT。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種eGaN HEMT橋臂串?dāng)_抑制驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路連接在eGaN HEMT橋臂電路中，所述eGaN HEMT橋臂電路包括上橋臂和下橋臂，上橋臂包括相互連接的第一供電電源U_1(H)和上管，下橋臂包括相互連接的第二供電電源U_1(L)和下管；所述驅(qū)動電路包括連接在上橋臂的第一供電電源與上管之間的第一驅(qū)動電路和連接在下橋臂的第二供電電源與下管之間的第二驅(qū)動電路，第一驅(qū)動電路和第二驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)相同；

所述第一驅(qū)動電路包括第一柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路和第一低阻抗橋臂串?dāng)_抑制電路，所述第一柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路的輸入端連接第一供電電源，輸出端連接上管的柵極，所述第一低阻抗橋臂串?dāng)_抑制電路的輸入端連接第一供電電源，輸出端分別連接上管的柵極和源極；

所述第二驅(qū)動電路包括第二柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路和第二低阻抗橋臂串?dāng)_抑制電路，所述第二柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路的輸入端連接第二供電電源，輸出端連接下管的柵極，所述第二低阻抗橋臂串?dāng)_抑制電路的輸入端連接第二供電電源，輸出端分別連接下管的柵極和源極。

優(yōu)選的，所述第一柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)電路和第二柵極電壓圖騰柱結(jié)構(gòu)相同，均包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、外接電阻和第一二極管，所述第一開關(guān)管的漏極連接第一供電電源或第二供電電源的正極，第一開關(guān)管的源極連接第二開關(guān)管的漏極，第二開關(guān)管的源極連接第一供電電源或第二供電電源的負(fù)極；外接電阻的一端連接在第一開關(guān)管和第二開關(guān)管之間，另一端連接上管或下管的柵極，第一二極管的陽極連接上管或下管的柵極，第一二極管的陰極連接第一開關(guān)管的源極，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的柵極連接控制信號。