一种驱动芯片的供电电源及驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种驱动芯片的供电电源及驱动电路，包括：时序模块，电力电子开关模块、能量流通路径选择模块、短时稳压模块和长时稳压模块；电力电子开关模块的状态控制端连接至时序模块的输出端；能量流通路径选择模块的能量输入端连接至电力电子开关模块的能量输出端；短时稳压模块的输入端连接至能量流通路径选择模块的第一输出端，输出作为供电电源负压输出端；长时稳压模块的输入端连接至能量流通路径选择模块的第二输出端，输出作为供电电源正压输出端；短时稳压模块用于存储能量并调整负压输出的幅值，在带载时实现降低负压输出幅值，在对管关断本管开通前的死区时间内使输出负压幅值为0或尽可能低。本发明专利技术可以防止误导通、降低反向导通续流损耗。

A Power Supply and Driving Circuit for Driver Chip

【技术实现步骤摘要】
一种驱动芯片的供电电源及驱动电路
本专利技术属于开关电源领域，更具体地，涉及一种驱动芯片的供电电源及驱动电路。
技术介绍
GaNHEMT是近年来最先进的器件之一，由于其开关速度快，导通损耗小，被广泛应用于电力电子变换器中。在桥式电路应用中，通常会连接电感作为滤波或负载。由于电感电流不可突变，在桥臂上、下两管均处于关断状态的死区时间内，电流将通过反向导通的GaNHEMT续流(以下简称反向导通续流的GaNHEMT为续流管)。不同于SiMOSFET，GaNHEMT无反并联二极管，但由于自身结构对称，当在GaNHEMT的漏源极上施加反向电压使栅漏极电压高于门槛电压时，亦可实现反向导通；GaNHEMT的反向导通压降与关断时施加的栅源极关断电压Vgs_off(Vgs_off＜0)有关，幅值过大的Vgs_off会导致过大的反向导通电压，从而导致过大的反向导通损耗。此外，由于GaNHEMT开关速度极快，桥式电路开关节点的电压变化速率dv/dt极大。非续流管开通过程的dv/dt会对续流管的栅漏极电容Cgd快速充电，由于驱动回路驱动电阻、杂散电感的存在，Cgd的快速充电会导致关断续流管的栅源极电压Vgs出现正向尖峰。鉴于GaNHEMT的门槛电压极低(通常在1V左右)，尖峰可能超过门槛电压，导致处于关断状态的续流管导通，带来直通威胁。为了保证电路可靠运行，通常需在续流管的关断过程中提供负压Vgs_off(Vgs_off＜0)保证可靠关断。如上所述，幅值过大的Vgs_off会增大了续流管的反向导通损耗，降低系统效率，增大系统的散热负担。针对死区续流期间反向导通损耗大的问题，已有研究提出了一些解决方案，主要从减小死区时间、降低反向导通压降两方面展开。有研究针对运行工况动态改变死区时间，以保证不同工况下的死区皆可最小；但是该方法控制困难，同时增加了上下管直通的可能性；有研究在GaNHEMT上反向并联肖特基二极管，通过二极管续流将反向导通压降将降低至二极管导通压降，但并联二极管会影响GaNHEMT开关过程、引入反向恢复损耗、增加电路成本；有研究提出了三电平驱动的方法，即在死区时间内通过给驱动芯片负压供电端施加一个小于门槛电压的正压，实现给续流GaNHEMT的栅源极施加正压降低反向导通压降，但是该方法在未考虑误导通的问题，且需要配置多个电源并增加额外的电路引入死区时间内的正压；有研究为解决误导通问题在三电平驱动的基础上增加辅助电路产生负压增加安全裕量，但增加辅助电路让驱动电路结构复杂，会引入杂散参数影响GaNHEMT的驱动。现有技术多是从驱动回路上着手解决问题，没有考虑从驱动芯片供电电源的角度出发设计。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种驱动芯片的供电电源，其目的在于从供电电源角度实现防止误导通、降低反向导通续流损耗的功能。本专利技术提供了一种驱动芯片的供电电源，包括：时序模块，电力电子开关模块、能量流通路径选择模块、短时稳压模块和长时稳压模块；电力电子开关模块的状态控制端连接至所述时序模块的输出端；所述能量流通路径选择模块的能量输入端连接至所述电力电子开关模块的能量输出端，所述短时稳压模块的输入端连接至所述能量流通路径选择模块的第一输出端，所述长时稳压模块的输入端连接至所述能量流通路径选择模块的第二输出端，所述短时稳压模块的输出作为供电电源负压输出端；所述长时稳压模块的输出作为供电电源正压输出端；所述时序模块用于根据外部的对管控制信号(以下简称桥式电路中驱动芯片供电电源所驱动的GaNHEMT为本管，驱动芯片供电电源所驱动的GaNHEMT的对管为对管)输出第一控制信号或第二控制信号；所述电力电子开关模块用于根据所述第一控制信号工作于第一状态或根据所述第二控制信号工作于第二状态；电力电子开关模块的第一状态指电力电子开关模块工作于可送能给负压回路的状态，第二状态指可电力电子开关模块工作于除第一状态以外的状态；所述能量流通路径选择模块用于当所述电力电子开关模块处于第一状态时传递能量给所述短时稳压模块，当所述电力电子开关模块处于第二状态时传递能量给所述长时稳压模块；所述短时稳压模块用于存储能量并调整负压输出的幅值，在带载时实现降低负压输出幅值，在对管关断后本管开通前的死区时间内输出负压幅值为0或尽可能低；所述长时稳压模块用于存储能量并调整正压输出的幅值。更进一步地，时序模块中第一控制信号切换到第二控制信号的跳变时刻与所述对管控制信号控制对管开通的跳变时刻相同。更进一步地，时序模块输出第一控制信号的持续时间为预设时间tpre；所述预设时间tpre的取值需保证在时序模块输出第一控制信号、电力电子开关模块处于第一状态的时间段内向短时稳压模块提供的能量可使负压输出幅值达到有足够裕量避免误导通的期望幅值。更进一步地，时序模块包括：电容Cc1、电容Cc2，电阻Rc1、电阻Rc2、电阻Rc3、电阻Rc4，比较器COMP和NPN三极管Qc；电容Cc1的一端作为所述时序模块的输入端用于连接外部的对管控制信号，电容Cc1的另一端连接NPN三极管Qc的基极；NPN三极管Qc的发射极连接电源Vs负极，集电极连接电阻Rc2的一端，Rc2的另一端连接电源Vs正极；电阻Rc1连接在NPN三极管Qc的基极与发射极之间；电容Cc2连接在NPN三极管Qc的集电极与发射极之间；电阻Rc3的一端接电源Vs正极，另一端接电阻Rc4的一端；电阻Rc4的另一端连接电源Vs负极；NPN三极管Qc集电极连接比较器COMP的正输入端，电阻Rc3与电阻Rc4的连接点接比较器COMP的负输入端，比较器COMP的输出端作为所述时序模块的输出端。更进一步地，电力电子开关模块包括：变压器T，开关管Ss和吸收回路；开关管Ss漏极连接至变压器T原边异名端，源极接电源Vs负极，栅极作为所述电力电子开关模块的状态控制端；所述开关管Ss在所述第一控制信号的控制下工作于第一状态，在第二控制信号的控制下工作于第二状态；所述吸收回路连接在变压器T原边的同名端与异名端之间，用于吸收漏感能量；所述变压器的副边作为所述电力电子开关模块的输出端。更进一步地，吸收回路包括：电容Cab，电阻Rab和二极管Dab；电容Cab与电阻Rab并联后一端连接至变压器T原边同名端，另一端连接至二极管Dab负极，二极管Dab正极连接至变压器T原边异名端。更进一步地，能量流动路径选择模块包括：二极管D1，二极管D2，二极管D3和电容Cb；二极管D1负极连接变压器T副边异名端，二极管D1正极作为所述能量流动路径选择模块的第一输出端；二极管D2正极连接变压器T副边同名端，二极管D2负极连接电容Cb一端，电容Cb另一端连接变压器T副边异名端；二极管D3正极连接二极管D2负极，二极管D3负极作为所述能量流动路径选择模块的第二输出端。更进一步地，短时稳压模块包括：电阻R2，稳压管D5，电容C1及二极管D6；电阻R2一端作为所述短时稳压模块的输入端，电阻R2另一端接稳压管D5正极，稳压管D5负极连接变压器T副边同名端；电容C1、二极管D6与稳压管D5并联，二极管D6负极接稳压管D5负极，二极管D6正极接稳压管D5正极；稳压管D5负极为负压输出参考地GMDdri，稳压管D5正极为负压输出端VEE。更进一步地，长时稳压模块包括：电阻R1，稳压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种驱动芯片的供电电源，其特征在于，包括：时序模块(1)，电力电子开关模块(2)、能量流通路径选择模块(3)、短时稳压模块(4)和长时稳压模块(5)；所述电力电子开关模块(2)的状态控制端连接至所述时序模块(1)的输出端；所述能量流通路径选择模块(3)的能量输入端连接至所述电力电子开关模块(2)的能量输出端，所述短时稳压模块(4)的输入端连接至所述能量流通路径选择模块(3)的第一输出端，所述长时稳压模块(5)的输入端连接至所述能量流通路径选择模块(3)的第二输出端，所述短时稳压模块(4)的输出作为供电电源负压输出端；所述长时稳压模块(5)的输出作为供电电源正压输出端；所述时序模块(1)用于根据外部的对管控制信号按照时序先后输出第一控制信号和第二控制信号；所述电力电子开关模块(2)用于根据所述第一控制信号工作于第一状态或根据所述第二控制信号工作于第二状态；所述能量流通路径选择模块(3)用于当所述电力电子开关模块(2)工作于第一状态时传递能量给所述短时稳压模块(4)，当所述电力电子开关模块(2)工作于第二状态时传递能量给所述长时稳压模块(5)；所述短时稳压模块(4)用于存储能量并调整负压输出的幅值；所述长时稳压模块(5)用于存储能量并调整正压输出的幅值。...

【技术特征摘要】
1.一种驱动芯片的供电电源，其特征在于，包括：时序模块(1)，电力电子开关模块(2)、能量流通路径选择模块(3)、短时稳压模块(4)和长时稳压模块(5)；所述电力电子开关模块(2)的状态控制端连接至所述时序模块(1)的输出端；所述能量流通路径选择模块(3)的能量输入端连接至所述电力电子开关模块(2)的能量输出端，所述短时稳压模块(4)的输入端连接至所述能量流通路径选择模块(3)的第一输出端，所述长时稳压模块(5)的输入端连接至所述能量流通路径选择模块(3)的第二输出端，所述短时稳压模块(4)的输出作为供电电源负压输出端；所述长时稳压模块(5)的输出作为供电电源正压输出端；所述时序模块(1)用于根据外部的对管控制信号按照时序先后输出第一控制信号和第二控制信号；所述电力电子开关模块(2)用于根据所述第一控制信号工作于第一状态或根据所述第二控制信号工作于第二状态；所述能量流通路径选择模块(3)用于当所述电力电子开关模块(2)工作于第一状态时传递能量给所述短时稳压模块(4)，当所述电力电子开关模块(2)工作于第二状态时传递能量给所述长时稳压模块(5)；所述短时稳压模块(4)用于存储能量并调整负压输出的幅值；所述长时稳压模块(5)用于存储能量并调整正压输出的幅值。2.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述时序模块(1)中第一控制信号切换到第二控制信号的跳变时刻与所述对管控制信号控制对管开通的跳变时刻相同。3.如权利要求1或2所述的供电电源，其特征在于，所述时序模块(1)输出第一控制信号的持续时间为预设时间tpre；所述预设时间tpre的取值需保证在电力电子开关模块处于开通状态的时间段内向短时稳压模块提供的能量可使负压输出幅值达到有足够裕量避免误导通的期望幅值。4.如权利要求1-3任一项所述的供电电源，其特征在于，所述时序模块(1)包括：电容Cc1、电容Cc2，电阻Rc1、电阻Rc2、电阻Rc3、电阻Rc4，比较器COMP和NPN三极管Qc；电容Cc1的一端作为所述时序模块(1)的输入端用于连接外部的对管控制信号，电容Cc1的另一端连接NPN三极管Qc的基极；NPN三极管Qc的发射极连接电源Vs负极，集电极连接电阻Rc2的一端，Rc2的另一端连接电源Vs正极；电阻Rc1连接在NPN三极管Qc的基极与发射极之间；电容Cc2连接在NPN三极管Qc的集电极与发射极之间；电阻Rc3的一端接电源Vs正极，另一端接电阻Rc4的一端；电阻Rc4的另一端连接电源Vs负极；NPN三极管Qc集电极连接比较器COMP的正输入端，电阻Rc3与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，王汝文，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42