一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统，涉及电源管理领域，该系统包括：负载充电模块，包括第一常关型氮化镓功率开关电路，并联有第二常关型氮化镓功率开关电路；切换开关模块，包括第一常关型氮化镓开关和第二常关型氮化镓开关；温度检测模块，包括第一温度检测组件和第二温度检测组件；温度调节模块，包括第一温度调节组件和第二温度调节组件；电源管理模块，用于接收第一温度检测组件和/或第二温度检测组件采集的数据，控制第一温度调节组件和/或第二温度调节组件工作，控制第一常关型氮化镓开关和第二常关型氮化镓开关的状态，具有根据温度情况，调整电源的工作方式，保证电源的稳定性的优点。保证电源的稳定性的优点。保证电源的稳定性的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统


[0001]本专利技术涉及电源管理领域，特别涉及一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统。

技术介绍

[0002]在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求电路应用在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。上述应用要求电力电子系统在设计效率>95％的同时，还具有高的功率密度(>500W/in3，即30.5W/cm3)、高比功率(10kW/磅,22kW/kg)和高总负载点(>1000W)。随着超结MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现和应用普及，器件性能逐渐接近硅材料的极限，每四年功率密度提升1倍的规律趋于饱和(功率电子领域的摩尔定律)，功率密度仅为个位数的硅基功率半导体器件的开发由于上述原因而困难重重。
[0003]氮化镓功率器件在开关速度上的突破是氮化镓功率器件与传统硅功率器件相比主要的差异，氮化镓功率器件具有更高的临界击穿电场，所以它不但可以承受从漏极到源极更高的电压，而且导通电阻比硅基MOSFET要小，损耗更小。此外，氮化镓电子迁移率更高，这样的器件要比硅基MOSFET体积小很多，速度却更快，因此在较短的时间内就吸引了工业界的关注，从事应用研究的学者们也开展了大量的研究工作，将其应用到POL、DC/DC等低压、小功率的电源装置中。研究表明，用GaN器件替换Si器件可以大幅度提高开关频率，同时保持了良好的效率指标。毫无疑问，在低压、小功率应用中，GaN器件将会获得越来越普遍的应用，并极大的促进这些领域电源装置在功率密度、效率等方面的性能的提高。
[0004]常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)为常开型器件，在实际工作中需要加载额外的栅电压截止沟道，造成了较复杂的电路设计以及不必要的功耗，同时还存在着较大的安全风险。鉴于常开型器件在实际操作中的不足，常关型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)成为发展的方向。例如，基于常关型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)设计并生产充电桩。然而由于目前材料与器件工艺等的限制，GaN功率器件在大功率工作时由于晶格、杂质等散射会形成载流子碰撞、产生高温，并在自热效应的存在下，GaN功率器件的稳定性和可靠性会受到严重影响，可以说，温度是GaN功率器件的致命影响因素之一，对GaN功率器件工作温度的实时监控及调节管理有着十分重要的作用。
[0005]因此，需要提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理方法及系统，用于保证基于GaN高电子迁移率晶体管的电源的稳定性。

技术实现思路

[0006]本说明书实施例之一提供一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，包括：负载充电模块，包括依次电性连接的输入滤波电路、第一常关型氮化镓功率开关电路、开关变压器及输出整流滤波电路，所述第一常关型氮化镓功率开关电路上还并联有第二常关型氮化
镓功率开关电路，所述输出整流滤波电路的输出端与负载电性连接；切换开关模块，包括第一常关型氮化镓开关及第二常关型氮化镓开关，其中，所述第一常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第一常关型氮化镓功率开关电路之间，所述第二常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第二常关型氮化镓功率开关电路之间；温度检测模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度检测组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度检测组件；温度调节模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度调节组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度调节组件；电源管理模块，用于接收所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一常关型氮化镓开关和所述第二常关型氮化镓开关的状态。
[0007]在一些实施例中，所述第一常关型氮化镓功率开关电路的结构与所述第二常关型氮化镓功率开关电路的结构一致；所述第一常关型氮化镓功率开关电路包括第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管，其中，所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管组成全桥电路；所述第一常关型氮化镓功率开关电路还包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器，其中，所述第一栅极驱动器用于驱动所述第一常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第二栅极驱动器用于驱动所述第二常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第三栅极驱动器用于驱动所述第三常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第四栅极驱动器用于驱动所述第四常关型氮化镓功率晶体管的栅极。
[0008]在一些实施例中，所述电源管理模块还用于获取所述负载对应的目标充电电压，通过所述第一栅极驱动器、所述第二栅极驱动器、所述第三栅极驱动器及所述第四栅极驱动器控制所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间。
[0009]在一些实施例中，所述第一温度检测组件和所述第二温度调节组件的结构一致；所述第一温度检测组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个第一温度感应元件。
[0010]在一些实施例中，所述第一温度调节组件与所述第二温度调节组件结构一致；所述第一温度调节组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个降温单元，其中，所述降温单元包括第五常关型氮化镓功率晶体管、第五栅极驱动器及并联的多个降温元件，所述第五栅极驱动器用于驱动所述第五常关型氮化镓功率晶体管的栅极，外接电源与所述多个降温元件之间串联有所述第五常关型氮化镓功率晶体管，所述第五栅极驱动器与所述电源管理模块电性连接；所述降温元件包括相互联结的N型半导体件及P型半导体件。
[0011]在一些实施例中，所述电源管理模块基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，包括：当所述第一常关型氮化镓开关处于导通状态，且所述第二常关型氮化镓开关处于截
止状态时，基于所述第一温度检测组件采集的数据，判断所述第一常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第一温度调节组件工作；当所述第一常关型氮化镓开关处于截止状态，且所述第二常关型氮化镓开关处于导通状态时，基于所述第二温度检测组件采集的数据，判断所述第二常关型氮化镓功率开关电路的温度处于异常状态，控制所述第二温度调节组件工作。
[0012]在一些实施例中，所述电源管理模块判断所述第一常关型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，包括：负载充电模块，包括依次电性连接的输入滤波电路、第一常关型氮化镓功率开关电路、开关变压器及输出整流滤波电路，所述第一常关型氮化镓功率开关电路上还并联有第二常关型氮化镓功率开关电路，所述输出整流滤波电路的输出端与负载电性连接；切换开关模块，包括第一常关型氮化镓开关及第二常关型氮化镓开关，其中，所述第一常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第一常关型氮化镓功率开关电路之间，所述第二常关型氮化镓开关串联在所述输入滤波电路与所述第二常关型氮化镓功率开关电路之间；温度检测模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度检测组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度检测组件；温度调节模块，包括设置在第一常关型氮化镓功率开关电路的第一温度调节组件和设置在所述第二常关型氮化镓功率开关电路的第二温度调节组件；电源管理模块，用于接收所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一温度调节组件和/或所述第二温度调节组件工作，还用于基于所述第一温度检测组件和/或所述第二温度检测组件采集的数据，控制所述第一常关型氮化镓开关和所述第二常关型氮化镓开关的状态。2.根据权利要求1所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述第一常关型氮化镓功率开关电路的结构与所述第二常关型氮化镓功率开关电路的结构一致；所述第一常关型氮化镓功率开关电路包括第一常关型氮化镓功率晶体管、第二常关型氮化镓功率晶体管、第三常关型氮化镓功率晶体管及第四常关型氮化镓功率晶体管，其中，所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管组成全桥电路；所述第一常关型氮化镓功率开关电路还包括第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第三栅极驱动器及第四栅极驱动器，其中，所述第一栅极驱动器用于驱动所述第一常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第二栅极驱动器用于驱动所述第二常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第三栅极驱动器用于驱动所述第三常关型氮化镓功率晶体管的栅极，所述第四栅极驱动器用于驱动所述第四常关型氮化镓功率晶体管的栅极。3.根据权利要求2所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理模块还用于获取所述负载对应的目标充电电压，通过所述第一栅极驱动器、所述第二栅极驱动器、所述第三栅极驱动器及所述第四栅极驱动器控制所述第一常关型氮化镓功率晶体管、所述第二常关型氮化镓功率晶体管、所述第三常关型氮化镓功率晶体管及所述第四常关型氮化镓功率晶体管的开关频率或开关时间。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所述第一温度检测组件和所述第二温度调节组件的结构一致；所述第一温度检测组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个第一温度感应元件。5.根据权利要求4所述的一种高阈值电压常关型GaN的电源管理系统，其特征在于，所
述第一温度调节组件与所述第二温度调节组件结构一致；所述第一温度调节组件包括设置在所述第一常关型氮化镓功率开关电路的多个位置处的多个降温单元，其中，所述降温单元包括第五常关型氮化镓功率晶体管、第五栅极驱动器及并联的多个降温元件，所述第五栅极驱动器用于驱动所述第五常关型氮化镓功率晶体管的栅极，外接电源与所述多个降温元件之间串联有所述第五常关型氮化镓功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇亮，
申请(专利权)人：广东仁懋电子有限公司，
类型：发明
国别省市：