CN114301034A - 一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，包括第一欠压检测模块、低压差稳压电路、第二欠压检测模块、第一电平转换模块、过流检测模块、输入模块、逻辑控制模块、第二电平转换模块及驱动模块，过流检测模块连接逻辑控制模块，逻辑控制模块连接第二电平转换模块，第二电平转换模块连接驱动模块，氮化镓功率管中流过的电流在电流采样电阻R1上产生采样电压，当氮化镓功率管中流过的电流过大时，PGND的电压将高于所述过流检测模块的预定阈值电压，同时过流维持一定时间后所述过流检测模块输出高电平，并通过所述逻辑控制模块将OUT管脚置为低电平，本发明结构简单，能够提供氮化镓功率管的过流保护功能。
Description
技术领域
本发明属于模拟集成电路设计领域，具体涉及一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路。
背景技术
氮化镓（GaN）功率管具有带隙宽、原子键强、导热率高、化学性能稳定、抗辐照能力强、结构类似纤锌矿、硬度很高等特点，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件等方面得到广泛应用。通常的氮化镓功率管为耗尽型器件，即栅源电压为0V时，功率管依然导通，只有当栅源电压为负电压且低于氮化镓功率管的阈值电压时，功率管才会关断，因此直接驱动氮化镓功率管栅极的方案比较复杂。目前较多采用的氮化镓功率管的驱动方案如图1所示，即氮化镓功率管与MOSFET功率管组合成折叠栅型的驱动结构，为了保证氮化镓功率管的高频应用，MOSFET功率管一般选用低压功率管，为保护MOSFET功率管的安全，其驱动电压VGS必须为稳定的低电压源。
如果要对氮化镓功率管的电流进行采样并进行过流保护，则需要在图1组合器件的S端口对地串联电流采样电阻，当电流变化时S端口的电压将发生大幅度变化，极有可能出现低压MOSFET功率管栅源驱动电压不足，或超过安全驱动电压。
发明内容
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，包括氮化镓功率管和MOSFET管，所述电路还包括第一欠压检测模块、低压差稳压电路、第二欠压检测模块、第一电平转换模块、过流检测模块、输入模块、逻辑控制模块、第二电平转换模块及驱动模块，氮化镓功率管连接电流采样电阻R1，所述过流检测模块连接所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块连接所述第二电平转换模块，所述第二电平转换模块连接所述驱动模块，所述驱动模块通过OUT管脚连接MOSFET管，
氮化镓功率管中流过的电流在电流采样电阻R1上产生采样电压，采样电压通过PGND管脚传送至IC内部的所述过流检测模块，当氮化镓功率管中流过的电流过大时，PGND的电压将高于所述过流检测模块的预定阈值电压，同时过流维持一定时间后所述过流检测模块输出高电平，并通过所述逻辑控制模块将OUT管脚置为低电平。
基于上述方案，第一电平转换模块将第二欠压检测模块的信号由VDD-PGND电压转换为VCC-GND电压域，可直接供逻辑控制模块使用；第二电平转换模块将逻辑控制模块输出的VCC-GND电压域的控制信号转换为VDD-PGND电压域的控制信号，可以直接用于控制驱动模块。
作为本发明的一种改进，电源电压从VCC管脚输入，VCC电压通过所述低压差稳压电路输出稳压电压VDD，VDD外接滤波电容C1到PGND。
基于上述方案，VDD电压满足氮化镓功率管与MOSFET功率管组合结构的低驱动电压要求。
作为本发明的一种改进，所述第一欠压检测模块检测VCC电压，所述第一欠压检测模块连接所述逻辑控制模块。
基于上述方案，当VCC电压高于预定阈值电压后，第一欠压检测模块输出高电平，整个IC开始启动工作。
作为本发明的一种改进，所述第二欠压检测模块检测VDD电压，所述第二欠压检测模块连接所述第一电平转换模块，所述第一电平转换模块连接所述逻辑控制模块。
基于上述方案，第二欠压检测模块检测VDD电压，当VDD电压高于预定阈值电压后，第二欠压检测模块输出高电平，IC允许有输出信号，第一电平转换模块。
作为本发明的一种改进，IN管脚通过所述输入模块连接所述逻辑控制模块，当所述逻辑控制模块检测到各个信号工作正常后，允许INPUT控制信号传输到后一级，同时对INPUT信号进行噪声滤除处理。
作为本发明的一种改进，输入模块对IN管脚输入的控制信号进行检测，当控制信号电压高于2.5V时判断IN输入的信号为高电平，当控制信号电压低于0.8V时判断IN输入的信号为低电平，即INPUT模块使得本发明的IC输入信号兼容3.3VTTL信号和CMOS信号。
作为本发明的一种改进，所述OUT管脚连接于所述MOSFET管的栅端，所述MOSFET管的源端连接所述电流采样电阻R1。
相对于现有技术,本发明的有益效果为：电路结构简单，只需要控制IC配合极少的外围器件即可以稳定的驱动电压对氮化镓功率管与MOSFET功率管组合结构进行驱动控制，同时对氮化镓功率管与MOSFET功率管组合结构的电流进行监控，当电流超过安全阈值时及时关断氮化镓功率管与MOSFET功率管，从而保证氮化镓功率管高速安全地工作。
附图说明
图1为现有技术中氮化镓功率管过流保护电路结构。
图2为本发明中氮化镓功率管过流保护电路结构。
图3为本发明中氮化镓功率管正常工作信号波形图。
图4为本发明中氮化镓功率管发生过流保护后信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例：如图2所示，一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，包括氮化镓功率管和MOSFET管，所述电路还包括第一欠压检测模块、低压差稳压电路、第二欠压检测模块、第一电平转换模块、过流检测模块、输入模块、逻辑控制模块、第二电平转换模块及驱动模块，氮化镓功率管连接电流采样电阻R1，所述过流检测模块连接所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块连接所述第二电平转换模块，所述第二电平转换模块连接所述驱动模块，所述驱动模块通过OUT管脚连接MOSFET管，
氮化镓功率管中流过的电流在电流采样电阻R1上产生采样电压，采样电压通过PGND管脚传送至IC内部的所述过流检测模块，当氮化镓功率管中流过的电流过大时，PGND的电压将高于所述过流检测模块的预定阈值电压，同时过流维持一定时间后所述过流检测模块输出高电平，并通过所述逻辑控制模块将OUT管脚置为低电平。
进一步地，所述OUT管脚连接于所述MOSFET管的栅端，所述MOSFET管的源端连接所述电流采样电阻R1。
进一步地，电源电压从VCC管脚输入，所述第一欠压检测模块检测VCC电压，所述第一欠压检测模块连接所述逻辑控制模块，当VCC电压高于预定阈值电压后，第一欠压检测模块输出高电平，整个IC开始启动工作。
进一步地，VCC电压通过所述低压差稳压电路输出稳压电压VDD，VDD电压满足氮化镓功率管与MOSFET功率管组合结构的低驱动电压要求，VDD外接滤波电容C1到PGND。
进一步地，所述第二欠压检测模块检测VDD电压，所述第二欠压检测模块连接所述第一电平转换模块，所述第一电平转换模块连接所述逻辑控制模块，第二欠压检测模块检测VDD电压，当VDD电压高于预定阈值电压后，第二欠压检测模块输出高电平，IC允许有输出信号。
进一步地，第一电平转换模块将第二欠压检测模块的信号由VDD-PGND电压转换为VCC-GND电压域，可直接供逻辑控制模块使用。
进一步地，输入模块对IN管脚输入的控制信号进行检测，当控制信号电压高于2.5V时判断IN输入的信号为高电平，当控制信号电压低于0.8V时判断IN输入的信号为低电平，即INPUT模块使得本发明的IC输入信号兼容3.3VTTL信号和CMOS信号。
进一步地，IN管脚通过所述输入模块连接所述逻辑控制模块，当所述逻辑控制模块检测到各个信号工作正常后，允许INPUT控制信号传输到后一级，同时对INPUT信号进行噪声滤除处理。
进一步地，第二电平转换模块将逻辑控制模块输出的VCC-GND电压域的控制信号转换为VDD-PGND电压域的控制信号，可以直接用于控制驱动模块。
驱动模块（DRV）将第二电平转换模块（LS2）转换后的控制信号进行功率放大，使其具有电流驱动能力；功率放大后的控制信号从OUT管脚输出后用于驱动氮化镓功率管与MOSFET功率管组合结构；氮化镓功率管中流过的电流将在电流采样电阻R1上产生采样电压，采样电压通过PGND管脚传送到IC内部的过流检测模块（OCP），当氮化镓功率管中流过的电流过大时，PGND的电压将高于过流检测模块（OCP）检测的预定阈值电压，同时过流维持一定时间后过流检测模块（OCP）输出高电平，并通过逻辑控制模块（LOGIC）模块将OUT脚置为低电平，从而关断氮化镓功率管中的电流，保护氮化镓功率管的安全。
如图3所示，本发明的正常工作信号波形，在t1时刻之前，VCC或VDD电压未能达到预定阈值电压，控制信号IN无法传输到OUT，氮化镓功率管与MOSFET功率管组合保持关闭状态；在t1时刻之后，VCC电压和VDD电压检测都已正常，控制信号IN将可以传输到OUT，用于控制氮化镓功率管与MOSFET功率管组合的开启与关闭。
如图4所示，本发明在发生后过流保护时的信号波形，PGND电压信号可以用于反映氮化镓功率管中流过的电流波形，t2时刻之前，PGND的电压未能达到预定过流保护的阈值电压，控制信号IN正常传输到OUT，用于控制氮化镓功率管与MOSFET功率管组合的开启与关闭；在t2时刻，PGND的电压超过了预定过流保护的阈值电压，说明氮化镓功率管中流过的的电流超过了安全范围，过流检测模块（OCP）输出高电平，通过逻辑控制模块（LOGIC）模块将OUT置为低电平，关断氮化镓功率管中的电流，从而保护氮化镓功率管的安全。当输入信号IN置低后，过流保护功能将被复位，IN信号又可再次控制OUT输出的开启和关闭。
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，包括氮化镓功率管和MOSFET管，其特征在于，所述电路还包括第一欠压检测模块、低压差稳压电路、第二欠压检测模块、第一电平转换模块、过流检测模块、输入模块、逻辑控制模块、第二电平转换模块及驱动模块，氮化镓功率管连接电流采样电阻R1，所述过流检测模块连接所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块连接所述第二电平转换模块，所述第二电平转换模块连接所述驱动模块，所述驱动模块通过OUT管脚连接MOSFET管，
氮化镓功率管中流过的电流在电流采样电阻R1上产生采样电压，采样电压通过PGND管脚传送至IC内部的所述过流检测模块，当氮化镓功率管中流过的电流过大时，PGND的电压将高于所述过流检测模块的预定阈值电压，同时过流维持一定时间后所述过流检测模块输出高电平，并通过所述逻辑控制模块将OUT管脚置为低电平。
2.根据权利要求1所述的一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，其特征在于，电源电压从VCC管脚输入，VCC电压通过所述低压差稳压电路输出稳压电压VDD，VDD外接滤波电容C1到PGND。
3.根据权利要求1所述的一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，其特征在于，所述第一欠压检测模块检测VCC电压，所述第一欠压检测模块连接所述逻辑控制模块。
4.根据权利要求1所述的一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，其特征在于，所述第二欠压检测模块检测VDD电压，所述第二欠压检测模块连接所述第一电平转换模块，所述第一电平转换模块连接所述逻辑控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，其特征在于，IN管脚通过所述输入模块连接所述逻辑控制模块，当所述逻辑控制模块检测到各个信号工作正常后，允许INPUT控制信号传输到后一级。
6.根据权利要求5所述的一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，其特征在于，输入模块对IN管脚输入的控制信号进行检测，当控制信号电压高于2.5V时判断IN输入的信号为高电平，当控制信号电压低于0.8V时判断IN输入的信号为低电平。
7.根据权利要求1所述的一种带有过流保护功能的氮化镓功率管驱动电路，其特征在于，所述OUT管脚连接于所述MOSFET管的栅端，所述MOSFET管的源端连接所述电流采样电阻R1。
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