[發明專利]一種常開型GaN FET的直接驅動電路

有效

• 申請號: 201810505115.4
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108696268B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李先允;常印;倪喜軍
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H03K3/021
• 分類號: H03K3/021
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發明公開了一種常開型GaN FET的直接驅動電路，包括驅動輸入模塊、LVMOS驅動模塊、欠壓保護模塊、CSD模塊和過電流保護模塊，驅動輸入模塊輸出信號至LVMOS驅動模塊、CSD模塊和JFET管J1，欠壓保護模塊和過電流保護模塊分別輸出信號至驅動輸入模塊，CSD模塊分別連接欠壓保護模塊、LVMOS驅動模塊、JFET管J1的漏極和GaN FET管F1的柵極，JFET管J1的源極分別連接P型LVMOSFET管L1的漏極和欠壓保護模塊，P型LVMOSFET管L1的源極分別連接欠壓保護模塊和GaN FET管F1的源極，P型LVMOSFET管L1的柵極連接LVMOS驅動模塊，GaN FET管F1的漏極連接過電流保護模塊。本發明能夠降低開關損耗。

技術領域

本發明涉及電力電子領域，特別是涉及一種常開型GaN FET的直接驅動電路。

背景技術

作為第三代半導體材料的代表，GaN具有寬禁帶、高臨界擊穿電場、高飽和電子漂移速度、高電子遷移率及導熱率高等優點，適用于高頻、高壓、高溫、大功率等場合。在眾多的GaN晶體管類型中，耗盡型GaN晶體管的技術較為成熟，與増強型器件相比，耗盡型器件由于它的常開型特性導致設備的安全性降低，故耗盡型器件在電力電子裝置中應用較少。為了方便GaN的應用，器件廠商通過Cascode結構(共源共柵結構)將高壓的耗盡型GaN晶體管與低壓的Si MOSFET結合起來，組成增強型GaN晶體管，但是低壓NMOS的開關損耗將大大增加增強型GaN晶體管的開關損耗，并且由于是通過控制NMOS的導通和關斷來間接控制增強型GaN晶體管的源極電位，所以可控性也存在一定不足。除此之外，在高頻化、大功率密度的應用場合中，傳統電壓型驅動方式帶來了一些缺點：驅動電路中的RC充放電電路使得柵極有效驅動電流受柵極驅動電壓的影響而減小，導致開關時間和開關損耗的增加；柵極電容儲存的能量在開關過程中被消耗，這種驅動損耗與開關頻率成正比。為了減小高頻驅動損耗，諧振驅動技術應運而生，通過諧振電路回收驅動能量，減小損耗，但是諧振過程的延遲會使得驅動電流從零開始增長，降低開關速度，增加開關損耗。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種能夠降低開關損耗的常開型GaN FET的直接驅動電路。

技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的常開型GaN FET的直接驅動電路，包括驅動輸入模塊、LVMOS驅動模塊、欠壓保護模塊、CSD模塊和過電流保護模塊，驅動輸入模塊輸出信號至LVMOS驅動模塊、CSD模塊和JFET管J1，欠壓保護模塊和過電流保護模塊分別輸出信號至驅動輸入模塊，CSD模塊分別連接欠壓保護模塊、LVMOS驅動模塊、JFET管J1的漏極和GaN FET管F1的柵極，JFET管J1的源極分別連接P型LVMOSFET管L1的漏極和欠壓保護模塊，P型LVMOSFET管L1的源極分別連接欠壓保護模塊和GaN FET管F1的源極，P型LVMOSFET管L1的柵極連接LVMOS驅動模塊，GaN FET管F1的漏極連接過電流保護模塊。

進一步，所述驅動輸入模塊包括光耦合器OC1和光耦合器OC2，光耦合器OC1的輸入端、光耦合器OC2的輸出端分別連接控制單元。

進一步，所述欠壓保護模塊包括欠壓鎖定單元UVLO，欠壓鎖定單元UVLO的輸出端連接驅動輸入模塊，欠壓鎖定單元UVLO的正電壓輸入端分別連接CSD模塊、LVMOS驅動模塊、線性調壓器X1的正電壓輸入端、電容C_Vreg的一端、電容C_VEE的一端、輔助電源FZ1的正電壓輸出端、GaN FET管F1的源極和P型LVMOSFET管L1的源極，欠壓鎖定單元UVLO的負電壓輸入端分別連接線性調壓器X1的輸出端、CSD模塊、LVMOS驅動模塊和電容C_Vreg的另一端，線性調壓器X1的負電壓輸入端分別連接電容C_VEE的另一端、二極管D3的陽極和輔助電源FZ1的負電壓輸出端，電容C_Vreg的另一端還連接二極管D2的陽極，二極管D2的陰極分別連接二極管D3的陰極和P型LVMOSFET管L1的漏極。