CN110224579A - 一种eGaN HEMT混合型驱动电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种eGaN HEMT混合型驱动电路，包括驱动电压源Udri、开通驱动电路和关断驱动电路。此外，本发明还公开了控制eGaN HEMT混合型驱动电路的方法。本发明能够抑制密勒平台期间驱动电流的振荡和尖峰，缓解EMI问题；本发明能够实现eGaN HEMT的高速开关；本发明能够降低驱动损耗。

Description

一种eGaN HEMT混合型驱动电路及控制方法
技术领域
本发明涉及适用于eGaN HEMT的驱动电路，特别是涉及一种eGaN HEMT 混合型驱动电路及控制方法。
背景技术
近几年，由于其优越的电气性能，eGaN HEMT受到了越来越广泛的关注，将其应用在功率变换系统中有望显著提高系统的效率，降低体积和重量。和传统 Si器件相比，eGaNHEMT具有更低的导通电阻、更快的开关速度和更高的开关频率，因此具有非常广阔的应用前景。
驱动电路是连接功率器件和具体功能电路的桥梁，为了充分发挥功率器件的性能，优良可靠的驱动电路必不可少。然而，现有技术中eGaN HEMT的驱动电路往往存在EMI问题严重、无法对驱动电流进行控制、无法实现eGaN HEMT 的高速开关等技术问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种eGaN HEMT混合型驱动电路及控制方法，能够解决现有技术中存在的上述技术问题。
技术方案：本发明所述的eGaN HEMT混合型驱动电路，包括驱动电压源 Udri、开通驱动电路和关断驱动电路；开通驱动电路包括开通驱动PMOS管Qdri_on，开通驱动PMOS管Qdri_on的源极连接驱动电压源Udri的正极，开通驱动PMOS 管Qdri_on的漏极连接开通驱动二极管Don的阳极，开通驱动二极管Don的阴极连接开通电感饱和控制电路的输入端，开通电感饱和控制电路的输出端连接eGaN HEMT的栅极；关断驱动电路包括关断驱动NMOS管Qdri_off，关断驱动NMOS 管Qdri_off的源极连接驱动电压源Udri的负极，关断驱动NMOS管Qdri_off的漏极连接关断驱动二极管Doff的阴极，关断驱动二极管Doff的阳极连接关断电感饱和控制电路的输入端，关断电感饱和控制电路的输出端连接eGaN HEMT的栅极。
进一步，所述开通电感饱和控制电路包括第一开通电感Lon_1、第二开通电感Lon_2、开通磁芯Mon和开通直流电流源Ion_bias；其中，第一开通电感Lon_1的一端连接开通驱动二极管Don的阴极，第一开通电感Lon_1的另一端连接eGaN HEMT的栅极，第二开通电感Lon_2的两端分别与开通直流电流源Ion_bias的两端连接，第一开通电感Lon_1和第二开通电感Lon_2耦合绕制在开通磁芯Mon两侧。
进一步，所述关断电感饱和控制电路包括第一关断电感Loff_1、第二关断电感Loff_2、关断磁芯Moff和关断直流电流源Ioff_bias；其中，第一关断电感Loff_1的一端连接关断驱动二极管Doff的阴极，第一关断电感Loff_1的另一端连接eGaN HEMT栅极，第二关断电感Loff_2的两端分别与关断直流电流源Ioff_bias的两端连接，第一关断电感Loff_1和第二关断电感Loff_2耦合绕制在关断磁芯Moff两侧。
控制本发明所述的eGaN HEMT混合型驱动电路的方法，保持驱动电压源 Udri处于工作状态，在eGaN HEMT开通前启动开通直流电流源Ion_bias，在eGaN HEMT进入密勒平台时关闭开通直流电流源Ion_bias。
控制本发明所述的eGaN HEMT混合型驱动电路的方法，在eGaN HEMT关断前启动关断直流电流源Ioff_bias，在eGaN HEMT进入密勒平台时关闭关断直流电流源Ioff_bias。
有益效果：本发明公开了一种eGaN HEMT混合型驱动电路及控制方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明能够抑制密勒平台期间驱动电流的振荡和尖峰，缓解EMI问题；
2)本发明能够实现eGaN HEMT的高速开关；
3)本发明能够降低驱动损耗。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的电路图；
图2为本发明具体实施方式中各开关管和电流源的波形时序图以及eGaN HEMT栅源电压示意图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种eGaN HEMT混合型驱动电路，如图1所示，包括驱动电压源Udri、开通驱动电路和关断驱动电路；开通驱动电路包括开通驱动 PMOS管Qdri_on，开通驱动PMOS管Qdri_on的源极连接驱动电压源Udri的正极，开通驱动PMOS管Qdri_on的漏极连接开通驱动二极管Don的阳极，开通驱动二极管Don的阴极连接开通电感饱和控制电路的输入端，开通电感饱和控制电路的输出端连接eGaN HEMT的栅极；关断驱动电路包括关断驱动NMOS管Qdri_off，关断驱动NMOS管Qdri_off的源极连接驱动电压源Udri的负极，关断驱动NMOS 管Qdri_off的漏极连接关断驱动二极管Doff的阴极，关断驱动二极管Doff的阳极连接关断电感饱和控制电路的输入端，关断电感饱和控制电路的输出端连接eGaN HEMT的栅极。
开通电感饱和控制电路包括第一开通电感Lon_1、第二开通电感Lon_2、开通磁芯Mon和开通直流电流源Ion_bias；其中，第一开通电感Lon_1的一端连接开通驱动二极管Don的阴极，第一开通电感Lon_1的另一端连接eGaN HEMT的栅极，第二开通电感Lon_2的两端分别与开通直流电流源Ion_bias的两端连接，第一开通电感Lon_1和第二开通电感Lon_2耦合绕制在开通磁芯Mon两侧。
关断电感饱和控制电路包括第一关断电感Loff_1、第二关断电感Loff_2、关断磁芯Moff和关断直流电流源Ioff_bias；其中，第一关断电感Loff_1的一端连接关断驱动二极管Doff的阴极，第一关断电感Loff_1的另一端连接eGaN HEMT栅极，第二关断电感Loff_2的两端分别与关断直流电流源Ioff_bias的两端连接，第一关断电感Loff_1和第二关断电感Loff_2耦合绕制在关断磁芯Moff两侧。
本具体实施方式还公开了控制eGaN HEMT混合型驱动电路的方法，保持驱动电压源Udri处于工作状态，在eGaN HEMT开通前启动开通直流电流源Ion_bias，在eGaN HEMT进入密勒平台时关闭开通直流电流源Ion_bias。
本具体实施方式还公开了控制eGaN HEMT混合型驱动电路的另一种方法，在eGaNHEMT关断前启动关断直流电流源Ioff_bias，在eGaN HEMT进入密勒平台时关闭关断直流电流源Ioff_bias。
下面介绍一下本电路的原理。
保持驱动电压源Udri处于工作状态，在eGaN HEMT开通前，开通直流电流源Ion_bias启动，输出直流电，使第二开通电感Lon_2饱和，并且通过开通磁芯Mon耦合至第一开通电感Lon_1，使其同样饱和，等效于一根导线，开通驱动PMOS管 Qdri_on和开通驱动二极管Don导通，驱动电压源Udri加在eGaN HEMT的栅源两端，为eGaN HEMT的栅源电容充入电荷，在eGaNHEMT进入密勒平台瞬间，关闭开通直流电流源，第一、第二开通电感恢复原本电感特性，第一开通电感 Lon_1与eGaN HEMT的栅源电容谐振，eGaN HEMT的栅源电容继续充电直至第一开通电感Lon_1电流谐振至零，开通驱动二极管Don截止，eGaN HEMT开通过程结束；在eGaNHEMT关断前，关断开通驱动PMOS管Qdri_on，关断直流电流源Ioff_bias启动，输出直流电，使第二关断电感Loff_2饱和，并且通过关断磁芯Moff耦合至第一关断电感Loff_1，使其同样饱和，等效于一根导线，关断驱动NMOS 管Qdri_off和关断驱动二极管Doff导通，eGaN HEMT的栅源电容放电，在eGaN HEMT进入密勒平台瞬间，关闭关断直流电流源Ioff_bias，第一、第二关断电感恢复原本电感特性，第一关断电感Loff_1与eGaN HEMT的栅源电容谐振，eGaN HEMT的栅源电容继续放电直至第一关断电感Loff_1电流谐振至零，关断驱动二极管Doff截止，eGaN HEMT关断过程结束。
图2中在t1时刻，uGS开始上升时，Qdri_on开通，Qdri_off关断，Ion_bias启动，输出直流电，直至t2时刻，uGS上升至密勒平台时，Ion_bias关闭，uGS持续上升直至到达Udri，t3时刻，uGS开始下降，Qdri_off开通，Qdri_on关断，Ioff_bias启动，输出直流电，直至t4时刻，uGS下降至密勒平台时，Ioff_bias关闭，uGS持续下降直至到达0。

Claims (5)

1.一种eGaN HEMT混合型驱动电路，其特征在于：包括驱动电压源Udri、开通驱动电路和关断驱动电路；开通驱动电路包括开通驱动PMOS管Qdri_on，开通驱动PMOS管Qdri_on的源极连接驱动电压源Udri的正极，开通驱动PMOS管Qdri_on的漏极连接开通驱动二极管Don的阳极，开通驱动二极管Don的阴极连接开通电感饱和控制电路的输入端，开通电感饱和控制电路的输出端连接eGaN HEMT的栅极；关断驱动电路包括关断驱动NMOS管Qdri_off，关断驱动NMOS管Qdri_off的源极连接驱动电压源Udri的负极，关断驱动NMOS管Qdri_off的漏极连接关断驱动二极管Doff的阴极，关断驱动二极管Doff的阳极连接关断电感饱和控制电路的输入端，关断电感饱和控制电路的输出端连接eGaN HEMT的栅极。
2.根据权利要求1所述的eGaN HEMT混合型驱动电路，其特征在于：所述开通电感饱和控制电路包括第一开通电感Lon_1、第二开通电感Lon_2、开通磁芯Mon和开通直流电流源Ion_bias；其中，第一开通电感Lon_1的一端连接开通驱动二极管Don的阴极，第一开通电感Lon_1的另一端连接eGaN HEMT的栅极，第二开通电感Lon_2的两端分别与开通直流电流源Ion_bias的两端连接，第一开通电感Lon_1和第二开通电感Lon_2耦合绕制在开通磁芯Mon两侧。
3.根据权利要求1所述的eGaN HEMT混合型驱动电路，其特征在于：所述关断电感饱和控制电路包括第一关断电感Loff_1、第二关断电感Loff_2、关断磁芯Moff和关断直流电流源Ioff_bias；其中，第一关断电感Loff_1的一端连接关断驱动二极管Doff的阴极，第一关断电感Loff_1的另一端连接eGaN HEMT栅极，第二关断电感Loff_2的两端分别与关断直流电流源Ioff_bias的两端连接，第一关断电感Loff_1和第二关断电感Loff_2耦合绕制在关断磁芯Moff两侧。
4.控制权利要求2所述的eGaN HEMT混合型驱动电路的方法，其特征在于：保持驱动电压源Udri处于工作状态，在eGaN HEMT开通前启动开通直流电流源Ion_bias，在eGaN HEMT进入密勒平台时关闭开通直流电流源Ion_bias。
5.控制权利要求3所述的eGaN HEMT混合型驱动电路的方法，其特征在于：在eGaN HEMT关断前启动关断直流电流源Ioff_bias，在eGaN HEMT进入密勒平台时关闭关断直流电流源Ioff_bias。
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