[發(fā)明專利]高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010315906.8
• 申請(qǐng)日: 2020-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111490667B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳珍海;王民安;寧仁霞;何寧業(yè);許媛;項(xiàng)建輝;鄭科峰;汪禮;鮑婕;呂海江;鄭春鳴;王志亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黃山學(xué)院;黃山芯微電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/08
• 分類號(hào): H02M1/08;H02M1/38
• 代理公司: 蕪湖眾匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34128
• 代理人: 曹宏筠

本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于電力電子系統(tǒng)中功率器件柵驅(qū)動(dòng)所需要的高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路，該電路包括輸入接收電路、死區(qū)信號(hào)產(chǎn)生電路、低壓產(chǎn)生電路、低側(cè)信號(hào)延時(shí)電路、低側(cè)高效率輸出驅(qū)動(dòng)電路、低延時(shí)高壓電平移位電路和高側(cè)高效率輸出驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明所提供高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)正反饋驅(qū)動(dòng)電流增強(qiáng)技術(shù)減小電平移位電路的延遲，從而提高整體驅(qū)動(dòng)電路速度；可以根據(jù)負(fù)載大小和輸入控制脈沖的頻率自適應(yīng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流，從而最大程度上提高驅(qū)動(dòng)電路的電源效率；可以廣泛應(yīng)用于各類高功率密度電力電子系統(tǒng)中，特別是頻率要求更高的寬禁帶功率器件的柵驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于電力電子系統(tǒng)的高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)，在智能電網(wǎng)、移動(dòng)通信以及新能源汽車等新興產(chǎn)業(yè)的牽引下，電力電子應(yīng)用系統(tǒng)要求進(jìn)一步提高系統(tǒng)的效率、小型化和增加功能，特別要求電路應(yīng)用在尺寸、質(zhì)量、功率和效率之間的權(quán)衡，比如服務(wù)器電源管理、電池充電器和太陽(yáng)能電場(chǎng)的微逆變器。上述應(yīng)用要求電力電子系統(tǒng)在設(shè)計(jì)效率95%的同時(shí)，還具有高的功率密度(500W/in³，即30.5W/cm³)、高比功率(10kW/磅, 22kW/kg)和高總負(fù)載點(diǎn)(1000W)。隨著超結(jié)MOSFET和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)和應(yīng)用普及，特別是以SiC和GaN為代表的寬禁帶功率半導(dǎo)體器件的興起，新一代電力電子應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功率半導(dǎo)體器件驅(qū)動(dòng)技術(shù)要求日益提高，這其中最核心的因素就是對(duì)功率半導(dǎo)體器件功能進(jìn)行控制的高壓柵驅(qū)動(dòng)芯片。新一代電力電子整機(jī)系統(tǒng)對(duì)高壓柵驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)速度、智能化提出了更高的需求，從而進(jìn)一步提高整機(jī)可靠性，并降低整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

在諸多柵驅(qū)動(dòng)芯片中，半橋柵驅(qū)動(dòng)芯片是一種最常用的芯片架構(gòu)，典型半橋柵驅(qū)動(dòng)芯片由高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。通常高低側(cè)驅(qū)動(dòng)電路之間有高低壓隔離區(qū)，必須使用高壓電平移位電路將低壓輸入HI信號(hào)傳輸給高側(cè)輸出驅(qū)動(dòng)電路。在典型BCD工藝中，高壓電平移位電路必須使用耐高壓的LDMOS來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，而高壓LDMOS存在很大的寄生電容，會(huì)嚴(yán)重限制高壓電平移位電路的信號(hào)處理速度，采用該技術(shù)的650V高側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的速度通常被限制在200KHz以下，無(wú)法滿足以GaN和SiC為代表的寬禁帶功率器件超過(guò)MHz的處理速度要求。因此，為MHz的處理速度，需要對(duì)現(xiàn)有柵驅(qū)動(dòng)電路中高壓電平移位電路的傳輸延時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

此外，現(xiàn)有的半橋柵驅(qū)動(dòng)芯片當(dāng)被設(shè)計(jì)定型之后，其高/低側(cè)輸出控制信號(hào)的輸出驅(qū)動(dòng)能力將被固化。在實(shí)際應(yīng)用中，為防止輸出電流對(duì)負(fù)載功率開(kāi)關(guān)的柵端造成損壞，通常在高/低側(cè)輸出端串接一個(gè)電阻，以抑制柵端電壓過(guò)沖影響。當(dāng)柵端等效電容較大時(shí)，串接保護(hù)電阻需要比較小，反之需要較大串接保護(hù)電阻。而比較大的串接保護(hù)電阻會(huì)帶來(lái)2個(gè)問(wèn)題，一是電阻上的開(kāi)關(guān)損壞變大，降低驅(qū)動(dòng)電路的效率；二是增加了驅(qū)動(dòng)延時(shí)，最終降低系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率。因此，為提高整體驅(qū)動(dòng)電路的效率，很有必要提供一種可根據(jù)功率開(kāi)關(guān)管的柵電容大小自動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流大小的輸出驅(qū)動(dòng)電路。

基于此，本發(fā)明針對(duì)GaN和SiC為代表的寬禁帶功率器件的柵驅(qū)動(dòng)應(yīng)用需求，提供一種高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路。

按照本發(fā)明提供的一種高速高效率高壓半橋柵驅(qū)動(dòng)電路，包括：輸入接收電路、死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電路、低壓產(chǎn)生電路、低側(cè)延時(shí)電路、低側(cè)高效率輸出驅(qū)動(dòng)電路L、低延時(shí)高壓電平移位電路和高側(cè)高效率輸出驅(qū)動(dòng)電路H；