一种GaN驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及一种GaN驱动电路，包括电源管理芯片、高侧反相器、低侧反相器以及连接到开关节点的氮化镓制高侧开关和氮化镓制低侧开关；电源管理芯片软件方式实现PWM，通过预先给定的固定频率控制输出的高侧PWM信号和低侧PWM信号，进而控制高侧反向器和低侧反向器选择性地驱动GaN HEMT 1或GaN HEMT 2导通或关断，对流经开关节点的电流进行转换，从而在半桥中点处提供期望的输出电压，低侧反向器选用或非门反相器，电源管理芯片提供的低侧PWM信号和高侧反相器发出的电平信号均为低电平时，低侧反向器输出才为高电平，避免高侧GaN HEMT开关和低侧GaN HEMT开关发生同时导通，本发明专利技术一种GaN驱动电路，减小了电路尺寸，电路结构紧凑、简单，提高了能源转换效率。提高了能源转换效率。提高了能源转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN驱动电路


[0001]本专利技术涉及一种控制电路，具体的说，是涉及一种GaN驱动电路。

技术介绍

[0002]计算机、电视机和冰箱等诸多电子设备，目前通常使用碳化硅开关(SiC MOSFET)的半桥转换器将输入电压转换为指定的输出电压。这些基于碳化硅开关的转换电路，会从电源中消耗大量的能量，从而增加了转换电路的能量消耗，也增加了整个电路的复杂性和尺寸。
[0003]由于许多电子设备对转换电路的尺寸和效率很敏感，因此，需要一种新的半桥转换器电路，为诸多电子设备提供一种设计相对紧凑、能源转换效率更高的半桥转换器。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种结构紧凑、能源转换效率更高的的一种GaN驱动电路。
[0005]本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一种GaN驱动电路，包括：
[0007]电源管理芯片、连接到开关节点的高侧开关GaN HEMT 1和低侧开关GaN HEMT 2；
[0008]电源管理芯片内置MCU(单片机)，MCU产生PWM信号，芯片引脚GPIO输出PWM方波；
[0009]输入电源为电源管理芯片、高侧反相器和低侧反相器提供电源；
[0010]输入电源与电源管理芯片、高侧反相器和低侧反相器相连接；
[0011]电源管理芯片第一GPIO芯片引脚与高侧反相器输入端相连接；
[0012]电源管理芯片第二GPIO芯片引脚与低侧反相器第一输入端相连接；
[0013]高侧反相器输出端与低侧反相器第二输入端相连接；
[0014]高侧开关GaN HEMT 1漏极连接到输入电源的正极，源极耦合到低侧开关GaN HEMT 2的漏极形成开关节点，栅极连接到高侧反相器的输出端；
[0015]低侧开关GaN HEMT 2漏极耦合到高侧开关GaN HEMT 1的源极形成开关节点，源极接地，栅极连接到低侧反相器的输出端；
[0016]电源管理芯片通过预先给定的固定频率控制输出的高侧PWM信号和低侧PWM信号，通过控制高侧反向器和低侧反向器选择性地驱动高侧开关GaN HEMT 1或低侧开关GaN HEMT 2导通或关断，对流经开关节点的电流进行转换，在半桥中点处提供期望的输出电压，低侧反向器选用或非门反相器，电源管理芯片提供的低侧PWM信号和高侧反相器发出的电平信号均为低电平时，低侧反向器输出才为高电平。
[0017]一种GaN驱动电路的控制方法，
[0018]电源管理芯片按给定的固定频率，输出两路PWM信号，包括输出给高侧反相器、用于控制高侧开关GaN HEMT 1导通或关断的高侧PWM信号，以及输出给低侧反相器、用于控制低侧开关GaN HEMT 2导通或关断的低侧PWM信号；
[0019]高侧反相器响应于输入电源，并依据电源管理芯片所输出高侧PWM信号的高电平或低电平，相对应地反相提供低电平或高电平给高侧开关GaN HEMT 1的栅极，选择性地驱动高侧开关GaN HEMT 1进行导通或关断，并同时将电平信号发送给低侧反相器；
[0020]高侧开关GaN HEMT 1依据来自高侧反相器的栅极驱动信号，选择性地进行导通或关断，高侧开关GaN HEMT 1导通时开关节点处的输出电压Vout为输入电源提供的路端电压；
[0021]低侧反相器响应于输入电源，并依据电源管理芯片输出的低侧PWM信号及高侧反相器发出的电平信号，两路信号均为低电平时提供高电平给低侧开关GaN HEMT 2的栅极，驱动低侧开关GaN HEMT 2进行导通；低侧PWM信号或高侧反相器所输出电平信号则提供低电平给低侧开关GaN HEMT2的栅极，驱动低侧开关GaN HEMT 2进行关断；
[0022]低侧开关GaN HEMT 2依据来自低侧反相器的栅极驱动信号及高侧反相器发出的电平信号，选择性地进行导通或关断，低侧开关GaN HEMT 2导通时开关节点处的输出电压Vout为0伏。
[0023]MCU产生一定占空比的PWM控制信号，并按输入电源的电压极性指示，输出PWM控制信号作为输出信号，控制低侧开关GaN HEMT 2和高侧开关GaN HEMT 1的开启和关闭，并且使低侧开关GaN HEMT 2和高侧开关GaN HEMT 1不会同时打开，从而控制方波的期望频率、占空比和死区时间，在低侧开关GaN HEMT 2和高侧开关GaN HEMT 1之间的半桥中点处提供期望电压。
[0024]本专利技术相对现有技术的有益效果：
[0025]本专利技术一种GaN驱动电路，构建半桥转换器的高侧控制电路和低侧控制电路，来控制高侧开关(GaN HEMT 1)和低侧开关(GaN HEMT 2)的导通或关断，从而调节半桥转换器输出电压，减小了电路尺寸，电路结构更加紧凑和简单，提高了电路能源转换效率。
[0026]本专利技术一种GaN器件的驱动电路，通过电源管理芯片软件方式控制输出的2路PWM信号，进而控制高侧开关和低侧开关的导通或关断，从而实现对输出的控制，同时使用两个氮化镓制成的高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)替代传统碳化硅开关(SiC MOSFET)，从而解决了传统转换电路因需要较多管理电路和电子器件以及使用SiC MOSFET造成的能量消耗、电路复杂性和较大尺寸等问题，为诸多电子设备提供了一种设计更加紧凑、能源转换效率也更高的新型转换电路。
[0027]本专利技术一种GaN驱动电路，包括电源管理芯片、高侧反相器、低侧反相器以及连接到开关节点的氮化镓制高侧开关GaN HEMT 1和氮化镓制低侧开关GaN HEMT 2；电源管理芯片软件方式实现PWM，可以通过预先给定的固定频率控制输出的高侧PWM信号和低侧PWM信号，进而通过高侧反向器和低侧反向器选择性地驱动GaN HEMT 1或GaN HEMT 2导通或关断，对流经开关节点的电流进行转换，从而在半桥中点处提供期望的输出电压(Vout)；利用GaN HEMT具有的高功率和高电压容量，解决传统半桥转换器因SiC MOSFET造成的电路复杂性和较大尺寸，从而为电子设备提供一种设计相对紧凑、能源转换效率更高的半桥转换器。
[0028]本专利技术一种GaN驱动电路，低侧反向器选用了或非门反相器，只有两个输入信号(电源管理芯片提供的低侧PWM信号和高侧反相器发出的电平信号)均为低电平时输出才为高电平，从而避免高侧GaN HEMT开关和低侧GaN HEMT开关发生同时导通。
附图说明
[0029]图1是本专利技术GaN驱动电路的结构示意图；
[0030]图2是本专利技术GaN驱动电路的控制流程示意图。
具体实施方式
[0031]以下参照附图及实施例对本专利技术进行详细的说明：
[0032]一种GaN驱动电路，包括：
[0033]电源管理芯片、连接到开关节点的高侧开关GaN HEMT 1和低侧开关GaN HEMT 2；
[0034]电源管理芯片内置MCU(单片机)，MCU产生PWM信号，芯片引脚GP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN驱动电路，其特征在于，包括：电源管理芯片、连接到开关节点的高侧开关GaN HEMT 1和低侧开关GaN HEMT 2；电源管理芯片内置MCU，MCU产生PWM信号，芯片引脚GPIO输出PWM方波；输入电源为电源管理芯片、高侧反相器和低侧反相器提供电源；输入电源与电源管理芯片、高侧反相器和低侧反相器相连接；电源管理芯片第一GPIO芯片引脚与高侧反相器输入端相连接；电源管理芯片第二GPIO芯片引脚与低侧反相器第一输入端相连接；高侧反相器输出端与低侧反相器第二输入端相连接；高侧开关GaN HEMT 1漏极连接到输入电源的正极，源极耦合到低侧开关GaN HEMT 2的漏极形成开关节点，栅极连接到高侧反相器的输出端；低侧开关GaN HEMT 2漏极耦合到高侧开关GaN HEMT 1的源极形成开关节点，源极接地，栅极连接到低侧反相器的输出端；电源管理芯片通过预先给定的固定频率控制输出的高侧PWM信号和低侧PWM信号，通过控制高侧反向器和低侧反向器选择性地驱动高侧开关GaN HEMT 1或低侧开关GaN HEMT 2导通或关断，对流经开关节点的电流进行转换，在半桥中点处提供期望的输出电压，低侧反向器选用或非门反相器，电源管理芯片提供的低侧PWM信号和高侧反相器发出的电平信号均为低电平时，低侧反向器输出才为高电平。2.根据权利要求1所述GaN驱动电路的控制方法，其特征在于：电源管理芯片按给定的固定频率，输出两路PWM信号，包括输出给高侧反相器、用于控制高侧开关GaN HEMT 1导通或关断的高侧PWM信号，以及输出给低侧反相器、用于控制低侧开关GaN HEMT 2导通或关断的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敬沧，
申请(专利权)人：上海百功微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：