SiC/GaNMOSFET驱动电路和集成电路制造技术

本发明专利技术提供一种SiC/GaN MOSFET驱动电路和集成电路，包括：隔离变压器、第一前沿脉冲开通电路、第二前沿脉冲开通电路、第一后沿脉冲关断电路、第二后沿脉冲关断电路、钳位缓冲电路、脉冲前后沿生成电路和SiC/GaNMOSFET；第一前沿脉冲开通电路和第一后沿脉冲关断电路的输入端分别与隔离变压器的副边的一端连接；第二前沿脉冲开通电路和第二后沿脉冲关断电路的输入端分别与隔离变压器的副边的另一端连接；钳位缓冲电路的一端与第一前沿脉冲开通电路和第一后沿脉冲关断电路的输出端连接。本发明专利技术实现了隔离变压器副边SiC/GaN MOSFET导通保持电压稳定的效果，能够保持稳定的钳位关断负压。负压。负压。

【技术实现步骤摘要】
SiC/GaN MOSFET驱动电路和集成电路


[0001]本专利技术属于脉冲调制
，尤其涉及一种SiC/GaN MOSFET驱动电路和集成电路。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)作为第三代半导体逐渐凸显出多种优势，与前两代半导体材料相比拥有更宽的禁带宽度、更高的工作电压、更高的热导率、更高的抗辐射能力、更高开关频率和更低的损耗，非常适合于制作高压、高温、高频、抗辐射及大功率器件。
[0003]相对于传统的Si MOSFET，SiC/GaN MOSFET更易工作在高频、高压场合，而SiC/GaN MOSFET的驱动阈值电压较低，因此需要驱动电路对SiC/GaN MOSFET实现负压关断，防止误导通。另一方面，SiC/GaN MOSFET工作在双管钳位反激、BUCK、半桥、全桥拓扑中时，至少有一个功率管的源极是浮地的，尽管自举驱动IC能够实现浮地驱动功率开关管，但是并不能提供负压驱动和电气隔离。
[0004]在隔离驱动条件下，光耦隔离和变压器隔离为最主要的两种方式。基于光电隔离的隔离驱动器的优点是可以覆盖0～100％的占空比范围，但需要提供原边和副边两路辅助隔离电源，隔离驱动电路较为复杂，同时由于普通光耦合器的传输时间长，而高速光耦合器的抗干扰能力弱，光隔离很难满足高频功率变换器的要求。
[0005]相较于光耦隔离，变压器隔离是一种简单有效的原副边隔离方式，还提供负栅极偏置。但传统变压器隔离驱动方式需要在变压器原副边添加复位电容，确保每个驱动周期内对变压器进行磁复位，在传输较大的占空比，则变压器的“恒定伏秒”特性会导致较大的电压波动，因此占空比变化范围将受到限制。同时，因为复位电容和变压器激磁电感的存在，当占空比突变时会产生LC振荡，从而导致MOSFET管误开通，严重影响电源的可靠性。这显然不适合直接驱动工作在高频、高压下的SiC/GaN MOSFET。
[0006]相关技术一提出一种宽占空比变压器隔离栅极驱动器，原理如图11所示。将输入PWM的上下边沿经过边沿脉冲调制成固定窄脉宽的正负脉冲，脉冲信号能量输入到变压器的原边，不存在自激频率问题，在变压器副边感应出正负脉冲时，用两只串联的MOSFET Q1、Q2可以实现通过对管的双向交流导通，对被驱动MOSFET Q3的栅源级电容Cgs充放电，在正负脉冲消失期间，MOSFET关断,Q1、Q2的体二极管反向串联,因而不导通，被驱动MOSFET Q3的栅源级电容Cgs无放电回路，被驱动MOSFET Q3保持持续开通或持续关断状态。
[0007]相关技术二为申请号为CN201910684066.X的专利申请，其提出一种变压器隔离驱动控制方法及其隔离驱动电路，如图12所示。将输入PWM信号的上升沿和下降沿通过H桥电路移相调制成固定窄脉宽的正负脉冲，以变压器隔离的形式从原边传递到副边，再通过驱动保持电路还原输入PWM信号。
[0008]相关技术三为申请号为CN201520940464.0的技术，其提出一种宽占空比的MOSFET隔离驱动电路。
[0009]以上方式均采用变压器原边边沿脉冲驱动方式，缩短了变压器的励磁时间，隔离
输出占空比范围宽的特点。
[0010]上述相关技术一中，虽然提出一种宽占空比变压器隔离栅极驱动器，但这种驱动方式适用于传统Si MOSFET，并不适用于SiC/GaN MOSFET。并且还存在下述两种缺点：
[0011]缺点一：采用变压器副边的Q1、Q2开关管的体二极管对被驱动MOSFET栅源级电容Cgs充电，在正负脉冲消失期间，Q1、Q2开关管的体二极管存在较大反向恢复损耗，因此被驱动MOSFET栅源级电容Cgs的电压值将被拉低。因传统Si MOSFET的栅源级电容Cgs值较大，因此存储能量大，在体二极管存在反向恢复时，Cgs的电压值下降不明显，仍能保持传统Si MOSFET的导通。而SiC/GaN MOSFET的Cgs值一般为传统Si MOSFET的十分之一，变压器副边的Q1、Q2开关管的体二极管反向恢复损耗将导致SiC/GaN MOSFET的Cgs电压值被严重拉低，甚至低于SiC/GaN MOSFET的导通电压。
[0012]缺点二：变压器副边将输入PWM复原成有同幅值的正负电压输出PWM驱动波形，并且没有对SiC/GaN MOSFET高频开关过程中可能产生的负压尖峰予以抑制。实际工作过程中，一般要求SiC MOSFET的驱动导通电压为+15～20V，关断电压为
‑
5V，GaN MOSFET的驱动导通电压为+5～6V，关断电压为
‑
5V。若以导通电压为+20V的同幅值负压关断SiC/GaN MOSFET，将击穿SiC/GaN MOSFET栅源间的氧化层，导致SiC/GaN MOSFET的失效。
[0013]上述相关技术二和相关技术三，并未考虑充电二极管D1的反向恢复电流对负载MOSFET栅源级电容Cgs电压值的影响，且该专利中的驱动保持电路没有产生负压，不利于SiC/GaN MOSFET的关断。
[0014]综上所述，现有技术中的隔离变压器存在副边SiC/GaN MOSFET导通保持电压不稳定和负压关断尖峰的问题。

技术实现思路

[0015]本专利技术实施例提供了一种磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，旨在解决现有的副边SiC/GaN MOSFET导通保持电压不稳定和负压关断尖峰的问题。
[0016]本专利技术实施例提供了一种磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，所述驱动电路包括：隔离变压器、第一前沿脉冲开通电路、第二前沿脉冲开通电路、第一后沿脉冲关断电路、第二后沿脉冲关断电路、钳位缓冲电路、脉冲前后沿生成电路和SiC/GaN MOSFET；
[0017]所述第一前沿脉冲开通电路的输入端和所述第一后沿脉冲关断电路的输入端分别与所述隔离变压器的副边的一端连接；
[0018]所述第二前沿脉冲开通电路的输入端和所述第二后沿脉冲关断电路的输入端分别与所述隔离变压器的副边的另一端连接；
[0019]所述钳位缓冲电路的一端与所述第一前沿脉冲开通电路的输出端和所述第一后沿脉冲关断电路的输出端连接；
[0020]所述钳位缓冲电路的另一端与所述第二前沿脉冲开通电路的输出端和所述第二后沿脉冲关断电路的输出端连接；
[0021]所述SiC/GaN MOSFET与所述钳位缓冲电路并联连接；
[0022]所述脉冲前后沿生成电路和所述隔离变压器的原边连接。
[0023]优选地，所述脉冲前后沿生成电路具体包括：PWM信号驱动前沿脉冲电路、PWM驱动信号后沿脉冲电路、PWM驱动信号端和第一供电电源；
[0024]所述PWM信号驱动前沿脉冲电路的输出端与所述隔离变压器的原边的一端连接；
[0025]所述PWM驱动信号后沿脉冲电路的输出端与所述隔离变压器的原边的另一端连接；
[0026]所述PWM驱动信号端分别与所述PWM信号驱动前沿脉冲电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：隔离变压器、第一前沿脉冲开通电路、第二前沿脉冲开通电路、第一后沿脉冲关断电路、第二后沿脉冲关断电路、钳位缓冲电路、脉冲前后沿生成电路和SiC/GaN MOSFET；所述第一前沿脉冲开通电路的输入端和所述第一后沿脉冲关断电路的输入端分别与所述隔离变压器的副边的一端连接；所述第二前沿脉冲开通电路的输入端和所述第二后沿脉冲关断电路的输入端分别与所述隔离变压器的副边的另一端连接；所述钳位缓冲电路的一端与所述第一前沿脉冲开通电路的输出端和所述第一后沿脉冲关断电路的输出端连接；所述钳位缓冲电路的另一端与所述第二前沿脉冲开通电路的输出端和所述第二后沿脉冲关断电路的输出端连接；所述SiC/GaN MOSFET与所述钳位缓冲电路并联连接；所述脉冲前后沿生成电路和所述隔离变压器的原边连接。2.如权利要求1所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述脉冲前后沿生成电路具体包括：PWM信号驱动前沿脉冲电路、PWM驱动信号后沿脉冲电路、PWM驱动信号端和第一供电电源；所述PWM信号驱动前沿脉冲电路的输出端与所述隔离变压器的原边的一端连接；所述PWM驱动信号后沿脉冲电路的输出端与所述隔离变压器的原边的另一端连接；所述PWM驱动信号端分别与所述PWM信号驱动前沿脉冲电路的输入端和所述PWM驱动信号后沿脉冲电路的输入端连接，所述PWM驱动信号端用于输出驱动信号给所述PWM信号驱动前沿脉冲电路的输入端和所述PWM驱动信号后沿脉冲电路的输入端；所述第一供电电源分别与所述PWM信号驱动前沿脉冲电路和所述PWM驱动信号后沿脉冲电路连接，用于为所述PWM信号驱动前沿脉冲电路和所述PWM驱动信号后沿脉冲电路供电。3.如权利要求1或2所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述第一前沿脉冲开通电路具体包括：第一二极管D1和第一电阻R1；所述第一二极管D1的阳极与所述隔离变压器的副边的一端连接；所述第一二极管D1的阴极与所述第一电阻R1的一端连接；所述第一电阻R1的另一端与所述SiC/GaN MOSFET连接。4.如权利要求1或2所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述第二前沿脉冲开通电路具体包括：第三电阻R3、第二开关管Q2和第三二极管D3；所述第二开关管Q2的源极与所述第三二极管D3的阳极连接；所述第二开关管Q2的栅极与所述第一二极管D1的阳极连接；所述第二开关管Q2的漏极与所述第三电阻R3的一端连接；所述第三二极管D3的阴极与所述隔离变压器的副边的另一端连接。5.如权利要求4所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述第一后沿脉冲关断电路具体包括：第二二极管D2、第一开关管Q1和第二电阻R2；所述第二二极管D2的阳极与所述第一开关管Q1的源极连接；所述第二二极管D2的阴极分别与所述第二开关管Q2的栅极和所述第一二极管D1的阳
极连接；所述第一开关管Q1的漏极与所述第二电阻R2的一端连接；所述第二电阻R2的另一端与所述第一电阻R1的另一端连接所述第一开关管Q1的栅极与所述第三电阻R3的另一端连接。6.如权利要求4所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述第二后沿脉冲关断电路具体包括：第四二极管D4和第四电阻R4；所述第四二极管D4的阳极与所述第三二极管D3的阴极连接；所述第四二极管D4的阴极与所述第四电阻R4的一端连接；所述第四电阻R4的另一端与所述第一开关管Q1栅极连接。7.如权利要求6所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，所述钳位缓冲电路具体包括：第七二极管D7、第六二极管D6和第一电容C1；所述第七二极管D7的阳极与所述第六二极管D6的阳极连接；所述第七二极管D7的阴极与所述第一电阻R1的另一端连接；所述第六二极管D6的阴极与所述第四电阻R4的另一端连接；所述第一电容C1与所述第六二极管D6并联连接。8.如权利要求1或2所述的磁隔离的SiC/GaN MOSFET驱动电路，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁勇，张秀卫，漆俊，赵振兴，徐刚，徐毛邓，彭建伟，
申请(专利权)人：湖南北顺源智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：