[发明专利]功率器件的栅驱动电流充电电路和栅驱动控制电路

说明书

本发明提出一种功率器件的栅驱动电流充电电路和功率器件的栅驱动控制电路，栅驱动控制电路分离充放电路径，利用可调电流源为功率器件提供充电电流，控制方式更灵活可靠，能够适应功率器件集成封装的应用，尤其适用于耗尽型GaN功率管；栅驱动电流充电电路为带最大电流钳位的片上可调电流源，通过调节基准电压的电压值、片外电阻的电阻值和选通的电流镜单元个数调节产生的充电电流，保证对功率器件充电电流更灵活准确的控制；利用电流控制环路实现最大电流钳位，设置滤波结构消除噪声影响，提高系统可靠性；同时在功率器件栅极电压达到栅驱动控制电路的逻辑相对高电平时时停止产生充电电流，不会产生额外功耗；不用串联电阻，因此不会引入栅极寄生电感。

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及到一种为功率器件栅驱动电流提供充电电流的充电电路，以及一种利用可调电流源实现充电的功率器件栅驱动控制电路。

背景技术

近年来Si基GaN功率器件逐渐成为电源管理领域的研究热点，有望取代Si MOS功率管成为未来高性能的电源系统解决方案。所以，高效率高可靠性的GaN功率器件半桥栅驱动电路设计非常关键。

图1所示为传统GaN半桥驱动电路图，图中只具体画出了低侧电路的驱动级电路，高侧电路驱动级和低侧电路相同。由于功率器件开启和关断时驱动回路的电容电感不同，因此功率器件开启和关断时所需的栅极驱动能力不同。基于此常采用分离GaN开启和关断路径的驱动方式，如图1所示，通过在GaN栅极充电通路(Sourcing path)和放电通路(Sinking path)串联不同阻值的电阻来改变对GaN功率管栅极的充放电电流强度。以充电通路为例，串联的Rg电阻通过设置不同阻值来改变充电电流强度，放电通路同理，也可以通过改变串联电阻Rg(图中未画出)的阻值来改变放电电流强度，以此改变GaN开启和关断的速率，从而调节SW点的dv/dt，可以优化系统的电磁噪声干扰(EMI)。

传统方案改变栅极驱动强度主要通过在PCB板上改变串联电阻Rg来实现，这样会带来以下问题。首先，PCB板上的电阻元件阻值是离散的，所以可能很难得到最理想的栅极驱动电流，这样对dv/dt调节的精度也很小。其次，这种方案只适合外挂GaN功率管的应用，对于目前Si基驱动电路和GaN功率管集成封装的应用并不适用。另外在栅极增加串联电阻还会引入栅极寄生电感，在高频应用下容易增加栅极电压过冲的风险。当输入电压上升到400V以上的高压应用时，通过改变串联电阻Rg调节栅极驱动电流的方式可靠性低，而且非常不灵活。

发明内容

针对上述用改变串联电阻的阻值来调节栅极驱动电流强度的方式中存在的调节精度低、不适合集成封装应用、引入栅极寄生电感、高压应用下可靠性低和灵活性低的问题，本发明提出一种功率器件的栅驱动电流充电电路和一种功率器件的栅驱动控制电路，栅驱动控制电路利用可调电流源代替串联电阻为功率器件提供充电电流，通过调节可调电流源的电流大小改变SW点的dv/dt斜率，实现调节系统的EMI(电磁干扰)，具有精度高、灵活度高的特点，且在功率器件栅极电压达到栅驱动控制电路的逻辑相对高电平时时停止产生充电电流，不会产生额外功耗；本发明提出的功率器件的栅驱动电流充电电路实际是一个具有最大电流钳位的可调电流源，通过调节可调电流源产生的电流值来改变功率器件栅极充电强度，设置最大电流钳位能够提高系统可靠性。

本发明的技术方案为：

功率器件的栅驱动电流充电电路，包括片外电阻、偏置模块、电流控制环路、电压控制环路、可控电流产生模块和电流镜阵列，

所述偏置模块用于产生第一偏置电压和第二偏置电压；

所述电流控制环路包括第二NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第九NMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一电容、第三电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，