用于GaN功率集成模块的过流保护电路制造技术

本实用新型专利技术公开一种用于GaN功率集成模块的过流保护电路，包括2个电流检测电阻、5个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个整流二极管、1个滤波电容C1、2个三极管、7个NMOS管和6个PMOS管；该过流保护电路可以自动检测功率器件输出电流高低，当电流过大时自动关断GaN FETs器件，并且可以滤除电源电压上出现的尖峰毛刺信号的干扰，保证GaN FETs的工作特性处于安全区。

Overcurrent Protection Circuit for GaN Power Integrated Module

The utility model discloses an overcurrent protection circuit for GaN power integration module, which includes two current detection resistors, five bias resistors, one voltage clamp diode, one rectifier diode, one filter capacitor C1, two triodes, seven NMOS transistors and six PMOS transistors. The overcurrent protection circuit can automatically detect the output current of power devices and turn off GaN automatically when the current is too large. FETs device, and can filter the interference of spike burr signal on the power supply voltage, to ensure that the working characteristics of GaN FETs are in the safe zone.

【技术实现步骤摘要】
用于GaN功率集成模块的过流保护电路
本专利技术属于电子电路设计领域，更具体地，涉及一种应用于GaN功率模块中HEMT器件栅极驱动和保护的过流保护电路。技术背景以硅材料为基础的传统电力电子功率器件已逐步逼近其理论极限，难以满足电力电子技术高频化和高功率密度化的发展需求。与传统的Si器件相比，GaN器件展现了其在导通电阻和栅极电荷上的优势，可以使功率转换器实现更小体积、更高频率及更高效率，从而在汽车、通信、工业等领域中具有广阔的应用前景。开关频率的提高，不仅能有效地减小系统电路中电容、电感及变压器的尺寸，而且还可以抑制干扰、减小纹波、改善电源系统单位增益带宽从而提高其动态响应性能。而高速的栅极驱动电路用于驱动GaN功率器件，使得整个功率转换器达到高效率且减小电路面积，节省成本。图1示出了功率模块中最常用的典型GaN半桥驱动电路框图。如图1所示，典型的GaN半桥驱动电路分为高端和低端两路通道，采用自举升压的方式，两路低压输入通道。在低端功率GaN器件导通期间，开关节点(SW)被下拉至地，此时VDD通过自举二极管给自举电容充电使得自举电容两端电压差接近VDD。当下端管关闭时，高端输入信号将高端管开启，开关节点电压上升至VIN，即VSW上升至VIN。由于自举电容两端电压不变，故自举电压轨HB被自举到VSW+VDD。高端电路始终保持VHB–VSW≈VDD。而HB被自举电容自举时，自举二极管的阴极电压为高电位，高于阳极电压VDD，因此自举二极管反偏截止。GaN功率器件中目前广为应用的为GaNFETs，其与SiMOSFET相比主要有以下特点：在同样的耐压下导通电阻和器件体积小；开关速度快；电流密度大，功率密度高。GaNFETs的这些特点保证了GaNFETs在未来功率电子应用领域具有非常广阔的前景与市场。但是也存在一些需要特别注意的因素：阈值电压低；栅源电压上限VGS(MAX)低；可反向导通。上述需特别考虑的因素在驱动GaN器件时会带来一些问题，导致目前传统的用于MOS功率器件的驱动电路并不适用于GaN功率器件。由于GaNFETs的工作频率经常处于MHz级别，GaNFETs的可靠性保护将变得异常重要，其中短路引起的第六过高带来的可靠性问题是一个重要有限因素，因此很有必要提供一种新型过流保护电路，保证GaNFETs的工作特性处于安全区。
技术实现思路
本技术的目的是提高GaN功率模块的可靠性，具体涉及一种应用于GaN功率模块中HEMT器件栅极驱动和保护的过流保护电路。本技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于GaN功率集成模块的过流保护电路，其特征是：包括2个电流检测电阻、5个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个整流二极管、1个滤波电容C1、2个三极管、7个NMOS管和6个PMOS管；所述用于GaN功率集成模块的过流保护电路的连接关系为：第一电流检测电阻Rd1的上端连接到第二电流检测电阻Rd2的上端，还连接到第一三极管Q1的基极和待检测电流输入端；第一电流检测电阻Rd1的下端连接到第二电流检测电阻Rd2的下端，还连接到地电平；第一三极管Q1的集电极连接到第六NMOS管M6的源端，第一三极管Q1的发射极连接到第三偏置电阻R3的上端和第二三极管Q2的发射极；第二三极管Q2的基极连接第二偏置电阻R2的上端和第一偏置电阻R1的下端；第二偏置电阻R2的下端连接到地电平；第一偏置电阻R1的上端连接第五偏置电阻R5的下端和电压钳位二极管Z1的阳极；电压钳位二极管Z1的负端连接到地电平；第五偏置电阻R5的上端接电源电压；第六NMOS管M6的漏端连接到第一PMOS管M1的漏端和栅端，还连接到第二PMOS管M2的栅端和第四PMOS管M4的栅端；第二PMOS管M2的漏端连接到第七NMOS管M7的漏端，还连接到第三PMOS管M3的漏端和栅端，还连接到第五PMOS管M5的栅端；第四PMOS管M4的漏端连接到第八NMOS管M8的漏端；第五PMOS管M5的漏端连接到第九NMOS管M9的漏端；第八NMOS管M8的源端连接到第十NMOS管M10的漏端，还连接到第十三NMOS管M13和第十二PMOS管M12的栅端；第九NMOS管M9的源端连接到第十一NMOS管M11的漏端和栅端；第十三NMOS管M13的和第十二PMOS管M12漏端相连，并输出判别信号OC；滤波电容C1的下端接地电平，滤波电容C1的上端连接到第四偏置电阻R4的下端和整流二极管D1的阳极，滤波电容C1的上端还连接到第六NMOS管M6、第七NMOS管M7、第八NMOS管M8和第九NMOS管M9的栅端，滤波电容C1的上端还连接到第十二PMOS管M12的源端；除第十二PMOS管M12以外的其余PMOS管的源端均接电源电压；第十一NMOS管M11、第十三NMOS管M13和第十NMOS管M10的源端均接地电平；所有PMOS管的衬底均接电源电压，所有NMOS管的衬底均接地电平。本技术的优点是：自动检测功率器件输出电流高低，当电流过大时自动关断GaNFETs器件，并且可以滤除电源电压上出现的尖峰毛刺信号的干扰，保证GaNFETs的工作特性处于安全区。附图说明图1示出了根据现有技术的典型的GaN半桥驱动电路框图；图2为本技术用于GaN功率集成模块的过流保护电路的原理图；图3为本技术过流保护电路的瞬态仿真图。具体实施方式下面结合附图和实例对本技术进行进一步详细的说明。如图2所示，一种用于GaN功率集成模块的过流保护电路，包括2个电流检测电阻、5个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个整流二极管、1个滤波电容C1、2个三极管、7个NMOS管和6个PMOS管。图2所示电路的连接关系为：第一电流检测电阻Rd1的上端连接到第二电流检测电阻Rd2的上端，还连接到第一三极管Q1的基极和待检测电流输入端；第一电流检测电阻Rd1的下端连接到第二电流检测电阻Rd2的下端，还连接到地电平；第一三极管Q1的集电极连接到第六NMOS管M6的源端，第一三极管Q1的发射极连接到第三偏置电阻R3的上端和第二三极管Q2的发射极；第二三极管Q2的基极连接第二偏置电阻R2的上端和第一偏置电阻R1的下端；第二偏置电阻R2的下端连接到地电平；第一偏置电阻R1的上端连接第五偏置电阻R5的下端和电压钳位二极管Z1的阳极；电压钳位二极管Z1的负端连接到地电平；第五偏置电阻R5的上端接电源电压；第六NMOS管M6的漏端连接到第一PMOS管M1的漏端和栅端，还连接到第二PMOS管M2的栅端和第四PMOS管M4的栅端；第二PMOS管M2的漏端连接到第七NMOS管M7的漏端，还连接到第三PMOS管M3的漏端和栅端，还连接到第五PMOS管M5的栅端；第四PMOS管M4的漏端连接到第八NMOS管M8的漏端；第五PMOS管M5的漏端连接到第九NMOS管M9的漏端；第八NMOS管M8的源端连接到第十NMOS管M10的漏端，还连接到第十三NMOS管M13和第十二PMOS管M12的栅端；第九NMOS管M9的源端连接到第十一NMOS管M11的漏端和栅端；第十三NMOS管M13的和第十二PMOS管M12漏端相连，并输出判别信号OC；滤波电容C1的下端接地电平，滤波电容C1的上端连接到第四偏置电阻R4的下端和整流二极管D1的阳极，滤波电容C1的上端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于GaN功率集成模块的过流保护电路，其特征是：包括2个电流检测电阻、5个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个整流二极管、1个滤波电容C1、2个三极管、7个NMOS管和6个PMOS管；所述用于GaN功率集成模块的过流保护电路的连接关系为：第一电流检测电阻Rd1的上端连接到第二电流检测电阻Rd2的上端，还连接到第一三极管Q1的基极和待检测电流输入端；第一电流检测电阻Rd1的下端连接到第二电流检测电阻Rd2的下端，还连接到地电平；第一三极管Q1的集电极连接到第六NMOS管M6的源端，第一三极管Q1的发射极连接到第三偏置电阻R3的上端和第二三极管Q2的发射极；第二三极管Q2的基极连接第二偏置电阻R2的上端和第一偏置电阻R1的下端；第二偏置电阻R2的下端连接到地电平；第一偏置电阻R1的上端连接第五偏置电阻R5的下端和电压钳位二极管Z1的阳极；电压钳位二极管Z1的负端连接到地电平；第五偏置电阻R5的上端接电源电压；第六NMOS管M6的漏端连接到第一PMOS管M1的漏端和栅端，还连接到第二PMOS管M2的栅端和第四PMOS管M4的栅端；第二PMOS管M2的漏端连接到第七NMOS管M7的漏端，还连接到第三PMOS管M3的漏端和栅端，还连接到第五PMOS管M5的栅端；第四PMOS管M4的漏端连接到第八NMOS管M8的漏端；第五PMOS管M5的漏端连接到第九NMOS管M9的漏端；第八NMOS管M8的源端连接到第十NMOS管M10的漏端，还连接到第十三NMOS管M13和第十二PMOS管M12的栅端；第九NMOS管M9的源端连接到第十一NMOS管M11的漏端和栅端；第十三NMOS管M13的和第十二PMOS管M12漏端相连，并输出判别信号OC；滤波电容C1的下端接地电平，滤波电容C1的上端连接到第四偏置电阻R4的下端和整流二极管D1的阳极，滤波电容C1的上端还连接到第六NMOS管M6、第七NMOS管M7、第八NMOS管M8和第九NMOS管M9的栅端，滤波电容C1的上端还连接到第十二PMOS管M12的源端；除第十二PMOS管M12以外的其余PMOS管的源端均接电源电压；第十一NMOS管M11、第十三NMOS管M13和第十NMOS管M10的源端均接地电平；所有PMOS管的衬底均接电源电压，所有NMOS管的衬底均接地电平。...

【技术特征摘要】
1.一种用于GaN功率集成模块的过流保护电路，其特征是：包括2个电流检测电阻、5个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个整流二极管、1个滤波电容C1、2个三极管、7个NMOS管和6个PMOS管；所述用于GaN功率集成模块的过流保护电路的连接关系为：第一电流检测电阻Rd1的上端连接到第二电流检测电阻Rd2的上端，还连接到第一三极管Q1的基极和待检测电流输入端；第一电流检测电阻Rd1的下端连接到第二电流检测电阻Rd2的下端，还连接到地电平；第一三极管Q1的集电极连接到第六NMOS管M6的源端，第一三极管Q1的发射极连接到第三偏置电阻R3的上端和第二三极管Q2的发射极；第二三极管Q2的基极连接第二偏置电阻R2的上端和第一偏置电阻R1的下端；第二偏置电阻R2的下端连接到地电平；第一偏置电阻R1的上端连接第五偏置电阻R5的下端和电压钳位二极管Z1的阳极；电压钳位二极管Z1的负端连接到地电平；第五偏置电阻R5的上端接电源电压；第六NMOS管M6的漏端连接到第一PMOS管M1的漏端和栅端，还连接到第二PMOS管M2的栅端和第四PMOS管M4的栅端；第二PMOS管M2的漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡一波，黄伟，程德明，胡文新，鲍婕，丁士凤，
申请(专利权)人：黄山市祁门新飞电子科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34