[发明专利]适用于GaN高速栅驱动电路的浮动电源轨

说明书

适用于GaN高速栅驱动电路的浮动电源轨，属于电源管理技术领域。本发明采用双浮动电源轨的设计，能够实现同时满足GaN功率开关器件在安全电压内工作和低压转高压电平位移电路拥有足够的动态范围的浮动电源轨；高压转低压电平位移电路、电压钳位电路、逻辑控制电路和第一浮动电源轨产生电路构成闭环，用于产生第一电源轨BST作为GaN高速栅驱动电路中的缓冲电路的电源轨，能够保护GaN功率开关器件栅源电压工作在安全范围内；第二浮动电源轨产生电路构成开环，用于产生第二电源轨BSTA作为GaN高速栅驱动电路中的低压转高压电平位移电路的电源轨，能够保证其具有足够的动态范围。

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种适用于GaN高速栅驱动电路的浮动电源轨。

背景技术

随着近年来功率电子的发展，半桥驱动电路正朝着高功率、高频的方向发展，这也给功率管的选取和电路的设计带来了新的要求。传统的半桥驱动电路主要选取硅功率管作为功率级，相比之下，由于GaN功率开关器件(如GaN HEMT)具有耐高压、无反向恢复时间等良好的物理特性，因此采用GaN功率开关器件的半桥栅驱动电路拥有高速、高功率密度等优良特性。但在采用增强型GaN功率开关器件(以下以GaN HEMT为例)做半桥栅驱动电路的功率管时，会出现以下现象导致适用于Si功率管的传统高速高功率栅驱动电路无法用于增强型GaN功率开关器件。

如图1所示为将增强型GaN功率开关器件应用于半桥栅驱动的结构示意图，图中①表示由于外接负载的抽载，存在功率级偏置电压V_SW为负的情况；图中②表示由于增强型GaN功率开关器件的栅源耐压低，电路中须将自举电容C_boot的上下极板压差V_BST-V_SW钳位在安全工作范围内；图中③表示由于自举电容C_boot的上下极板压差V_BST-V_SW被钳位，死区时间内BST电压由于C_boot电容耦合作用，会随着SW进入负压而减小，导致低压转高压电平位移电路(Level Up)动态范围不够；图中④表示低压转高压电平位移电路(Level Up)的电源轨为BST、VSS，则死区时间内，驱动信号通过电平位移后的幅值V_BST-V_SS＝V_Cboot-|V_SW|会由于Cboot上下极板压差V_Cboot被钳位、SW进入负压而减小；以上4种情况将导致两个后果：其一，低压转高压电平位移电路(Level Up)动态范围不够，使得电平位移的速度变慢，不再满足高速栅驱动对传输延迟的要求，以图2中低压转高压电平位移电路(Level Up)为例，浮动电源轨电压V_BST的降低使得低压转高压电平位移电路中的功率管M1、M2的栅源电压V_GS变小，低压转高压电平位移电路对输出节点的上拉及下拉能力变弱，导致电平位移的速度变慢；其二，低压转高压电平位移电路(Level Up)后级逻辑电路的电源轨为BST、SW，而低压转高压电平位移电路(Level Up)的电源轨为BST、VSS，二者的参考地不同，则驱动信号通过电平位移后的幅值V_BST-V_SS＝V_Cboot-|V_SW|随SW进入负压减小后，会逐渐触碰不到后级逻辑的阈值电平V_T，最终产生驱动信号丢失的问题。