[发明专利]适用于GaN功率开关器件的高速半桥栅驱动电路

说明书

适用于GaN功率开关器件的高速半桥栅驱动电路，属于电源管理技术领域。前级逻辑控制模块用于将脉冲宽度调制信号转化为电源轨为低压电源轨的第一短脉冲信号和第二短脉冲信号；电平位移模块根据第一短脉冲信号和第二短脉冲信号产生电源轨为高压电源轨且与脉冲宽度调制信号具有相同的占空比的第一控制信号；高压转低压电平位移模块将第一控制信号转化为电源轨为低压电源轨的第二控制信号用于控制前级逻辑控制模块的开启和关断，从而调整第一短脉冲信号和第二短脉冲信号的脉冲宽度；缓冲模块将第一控制信号转化为栅驱动信号DRVH。本发明具有速度高和功耗低的优点，应用于GaN功率开关器件时还能解决电源轨不匹配导致的信号丢失问题。

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功率开关器件的高速半桥栅驱动电路。

背景技术

近年来随着用电器对电源工作性能要求的提高，半桥栅驱动电路正朝着高速、高功率的方向发展；由于GaN功率开关器件具有耐高压和无反向恢复时间等优良的物理特性，很多应用中采用GaN功率开关器件(如GaN HEMT)代替传统的硅功率管，作为功率级应用于高压(100V～200V)高频(>1MHz)的半桥栅驱动电路中。

采用GaN功率开关器件时，传统的适用于硅功率管的半桥栅驱动电路存在以下问题：1.传统半桥栅驱动电路采用固定短脉冲对电平位移电路进行控制，但为保证可靠性，固定脉冲一般过设计于最优脉冲控制时间，因此应用在GaN功率开关器件下会加大系统功耗；2.在死区时间内，电感电流的续流会导致GaN功率开关器件的漏源电压V_DS为负(重载下可到-3V)，即功率开关节点SW的电压为负，若将电平位移的输出直接接在后级浮动电源轨上的逻辑电路，则会由于电平位移模块(Level Shifter)的电源轨(BST～VSS)与后级逻辑电路的电源轨(BST～SW)不匹配，造成栅极控制信号丢失。

具体而言，对于问题1：由于应用频率及输入电压很高，系统中电平位移电路在浮动电源轨BST浮动到输入电压Vin+自举电容压差Vboot，并进行快速的电平位移时会产生极大的功耗。即使传统半桥栅驱动中已经对电平位移电路进行了短脉冲控制以减小功耗，但因为实际生产中，短脉冲的最优大小是不可预见的，因此一般会采用过设计的方式产生较大的固定短脉冲以保证系统工作的可靠性，但这会使得系统功耗增大，尤其是在高压高频的应用下。对于问题2：由于半桥栅驱动电路在死区时间内下GaN管的续流作用，开关节点SW的电压Vsw存在负压的问题，这导致电平位移模块的相对地VSS与后级驱动电路的相对地Vsw不匹配，进而导致电平位移模块的输出电平无法触碰到后级逻辑电路的阈值电平，即传统的电压检测的方式失效。

发明内容

针对上述传统半桥栅驱动电路应用在GaN功率开关器件时存在的功耗过大和电源轨不匹配的问题，本发明提出一种半桥栅驱动电路，可以适用于GaN功率开关器件，实现了最优短脉冲信号的控制，减小了电路的功耗；并解决了由于电源轨不匹配导致的信号丢失的问题。

本发明的技术方案为：

适用于GaN功率开关器件的高速半桥栅驱动电路，包括：

前级逻辑控制模块，用于将脉冲宽度调制信号PWM转化为电源轨为低压电源轨的第一短脉冲信号CTRH0和第二短脉冲信号CTRH1，所述第一短脉冲信号CTRH0的上升沿与所述脉冲宽度调制信号PWM的上升沿保持一致，所述第二短脉冲信号CTRH1的上升沿与所述脉冲宽度调制信号PWM的下降沿保持一致；

电平位移模块，根据所述第一短脉冲信号CTRH0和第二短脉冲信号CTRH1产生电源轨为高压电源轨的第一控制信号LS_out，所述第一控制信号LS_out与所述脉冲宽度调制信号PWM具有相同的占空比；