【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关模式功率转换器、特别是具有gan功率换向开关的开关模式功率转换器。
技术介绍
1、开关模式功率转换器具有广泛的应用。
2、传统的开关模式功率转换器使用mosfet功率换向开关，该mosfet功率换向开关控制储能组件(通常是电感器)的储能模式与反激/续流模式之间的换向，在反激/续流模式期间，能量从储能组件释放到输出负载。功率换向开关的切换(诸如储能模式和反激模式的占空比)控制输入与输出之间的能量转移比，并且电路可以例如是升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器或反激转换器。更复杂的电路可以是例如llc、lcc、cuk、sepic或bifred转换器。一般原理是相似的：能量存储和续流。
3、感测电阻器通常与mosfet功率换向开关串联连接以提供电流感测反馈信号。与mosfet功率换向开关的阈值电压vth(诸如大约3.5v)相比，用于mosfet功率换向开关的栅极驱动器具有较高电压，例如12v或15v，使得跨感测电阻器的电压降不会影响电路操作。
4、栅极驱动器可以直接接地，而不考虑电压对感测电阻器的影响。
5、期望采用gan晶体管作为高功率应用的开关模式电源的功率换向开关，例如gan-hemt。这些晶体管具有高击穿电压、低寄生电容和低导通电阻(因此具有高效操作)。gan晶体管的优点还包括高频切换能力，减少了储能组件的尺寸，从而使整个开关模式功率转换器的尺寸最小化。
6、然而，这些晶体管的导通阈值电压更接近于零，诸如大约1.5v，并且也接近于大约6v的典型栅极
7、图1示出了用于解决这些问题的用于驱动开关模式功率转换器的gan功率换向开关的已知电路的一个示例。
8、该示例示出了一种升压转换器，该升压转换器具有储能电感器l1、功率换向gan开关m1、和串联在gan开关的漏极与地之间的电流感测电阻器rcs。输入电容器c2位于正输入与地之间。电感器l1与功率换向开关m1之间的节点通过续流二极管d1连接到负载led，并且输出电容器c1与负载并联。
9、电源电压vcc是从功率换向开关m1的高压侧导出的并且存储在电容器c3上。因此，电源电压vcc用于向第一低压降调节器ldo1供电，该第一低压降调节器ldo1为控制单元mcu提供电源。该电源跨电容器c5被存储。控制单元mcu接收跨感测电阻器rcs的电压作为电流感测反馈信号cs，并且这由控制器用来对功率换向开关m1的切换进行定时。
10、电源电压vcc还用于向6v的第二低压降调节器ldo2供电，该第二低压降调节器ldo2为功率换向开关提供栅极驱动信号，该信号跨电容器c4被存储。栅极驱动信号可选地经由诸如推挽晶体管桥等栅极驱动电路gdr来提供。
11、电容器c4存储用于功率换向开关m1的栅极-源极驱动电压(而不是栅极到地电压)。
12、该电路的问题是，电源电压vcc以地为参考，但6v的调节器ldo2要向gan驱动电路gdr供电，该gan驱动电路gdr的地连接到gan功率换向开关的源极。这两种电源使用不同的地。
13、图1的电路仍然受到电流感测电阻器对功率换向开关m1的栅极-源极电压上的影响，因为调节器ldo2经由电流感测电阻器rcs连接到地。在功率换向开关m1导通并且电流感测电阻器rcs感测电源电流的情况下，电流感测电阻rcs上的电压尖峰可能导致跨电容器c4的电压下降，并且因此导致gan开关m1在导通时的栅极-源极电压下降，这可能阻碍gan开关m1的导通或者引入振荡。特别地，由于调节器ldo1的响应速度相对较低，并且由于跨调节器ldo1的小电压降是优选的(为了更高的效率)，所以调节器ldo1受到跨rcs的电压的影响。因此，跨电容器c4的电压可能不是很稳定。当c4被充电或放电时流过c4的电流也将流过感测电阻器rcs并且影响rcs上的感测电压，从而可能影响反馈控制回路。
14、因此，需要一种用于驱动开关模式功率转换器的gan功率晶体管的改进的驱动电路。
15、us20160181929a1和linear technology的“lt8312 boost controller withpower factor correction”公开了在开关导通之后将感测电阻器上的信号消隐一段时间。ep0514064a2公开了一种用于控制开关的定时的电路，其中开关的接通触发rc定时电路中的电容器放电并且在电容器被放电到低于特定阈值时断开开关。
技术实现思路
1、本专利技术由权利要求限定。
2、尽管开关模式电源的感测组件对于诸如电流控制回路等控制回路是必不可少的，本专利技术的概念是将接通开关模式功率转换器的功率换向开关所需要的能量存储在储能元件中，并且在不受感测组件影响的情况下控制该储能元件的充电和/或放电，使得功率换向开关可以稳定地接通。此外，反馈感测功能不受影响。储能组件的充电和放电用与感测路径的解耦同步的定时来调节。该解耦可以是电解耦或逻辑解耦(即，基于反馈控制定时而实现的)。简言之，在调节接通功率换向开关所需要的能量时，本专利技术的示例选择性地省略了感测组件的功能。该选择与现有技术相比是不明显的选择，在现有技术中，感测组件总是感测电源电流并且影响用于接通开关模式电源中的功率换向开关的能量的调节。
3、根据根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种用于驱动开关模式功率转换器的功率换向gan开关的驱动电路，功率转换器在功率换向中在gan开关闭合时具有储能阶段，并且在gan开关断开时具有续流阶段，该驱动电路包括：
4、感测组件，能够连接到gan开关并且适于感测功率换向的参数的，感测组件位于感测路径中；
5、储能组件，用于在gan开关的栅极与源极之间提供特定导通电压的；以及
6、控制电路，连接到gan开关以控制gan开关的切换并且根据用于反馈控制目的的所感测到的功率换向的参数来调节储能组件的充电和放电，
7、其中控制电路适于：
8、当控制单元此时不将感测组件上的信号(cs)用于反馈控制目的时，经由感测组件调节对储能组件的充电，以导出gan开关的栅极与源极之间的特定导通电压；和/或
9、通过使感测组件与功率换向的参数的感测解耦，在不经由感测组件的情况下调节对存储在储能组件中的能量的放电，以向gan开关提供特定导通电压以导通gan开关。
10、该驱动电路防止跨感测组件的电压降对用于接通gan开关的储能组件产生影响，从而提供期望的导通电压(例如，6v)。
11、将感测路径与功率换向的参数的感测解耦意味着，在调节储能组件中存储的能量的充电/放电时，感测组件不执行其感测功率换向的参数的功能。
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1.一种用于驱动开关模式功率转换器的功率换向GaN开关(M1)的驱动电路，所述功率转换器在功率换向中在所述功率换向开关(M1)闭合时具有储能阶段，并且在所述功率换向开关(M1)断开时具有续流阶段，所述驱动电路包括：
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述感测组件是连接在所述GaN开关的所述源极与地(GND)之间的感测电阻器(RCS)，并且所述驱动电路还包括控制回路、优选地是反馈控制回路，所述反馈控制回路使用由所述感测组件感测的所述参数。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中所述控制单元适于：
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中所述控制电路(20)适于在所述续流阶段经由所述感测组件从电源电压(VCC)对所述储能组件(C4)进行充电，其中所述控制单元此时不将所述感测组件上的所述信号(CS)用于反馈控制目的。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中所述电源电压(VCC)经由电压调节器(22)耦合到所述储能组件(C4)，所述电压调节器(22)适于输出所述特定导通电压，并且所述控制电路(20)适于将所述储能组件(C4)的电压充电
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中所述电压调节器(22)连接到地，所述储能组件(C4)的阴极经由所述感测组件耦合到所述地，并且所述储能组件(C4)的阳极耦合到所述GaN开关的所述栅极。
7.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中所述控制电路(20)适于调节对存储在所述储能组件中的所述能量的所述放电以导通所述GaN开关，同时在所述GaN开关的导通期间解耦涉及所述感测组件的所述感测路径。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，其中所述控制电路(20)适于重新耦合所述感测路径，使得所述感测组件适于感测在所述GaN开关导通之后与在所述功率换向的所述储能阶段中所充电的能量相关的量。
9.根据权利要求7所述的驱动电路，其中所述驱动电路包括用于从所述储能组件(C3)向所述控制电路供电的电压调节器(22)，并且所述电压调节器(22)适于输出所述特定导通电压并且耦合到栅极驱动端子和地(GND)。
10.根据权利要求9所述的驱动电路，包括用于使所述感测组件(RCS)短路的短路开关(M2)，其中所述储能组件(C3)由电源电压(VCC)供电并且连接到地，并且所述控制电路适于：
11.根据权利要求10所述的驱动电路，其中所述储能组件(C3)经由作为所述电压调节器的低压降调节器(22)耦合到所述GaN开关(M1)的所述栅极。
12.根据权利要求11所述的驱动电路，还包括在所述低压降调节器(22)的输出处的栅极驱动电路(24)，并且所述低压降调节器(22)和所述栅极驱动电路(24)连接到地(GND)。
13.一种功率转换器，包括：
14.根据权利要求13所述的功率转换器，其中所述功率通信组件(L1)、所述GaN开关(M1)和所述感测组件串联在功率输入与地之间，并且适于限定所述感测路径。
15.根据权利要求13或14所述的功率转换器，包括升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器或反激转换器。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于驱动开关模式功率转换器的功率换向gan开关(m1)的驱动电路，所述功率转换器在功率换向中在所述功率换向开关(m1)闭合时具有储能阶段，并且在所述功率换向开关(m1)断开时具有续流阶段，所述驱动电路包括：
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中所述感测组件是连接在所述gan开关的所述源极与地(gnd)之间的感测电阻器(rcs)，并且所述驱动电路还包括控制回路、优选地是反馈控制回路，所述反馈控制回路使用由所述感测组件感测的所述参数。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中所述控制单元适于：
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中所述控制电路(20)适于在所述续流阶段经由所述感测组件从电源电压(vcc)对所述储能组件(c4)进行充电，其中所述控制单元此时不将所述感测组件上的所述信号(cs)用于反馈控制目的。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中所述电源电压(vcc)经由电压调节器(22)耦合到所述储能组件(c4)，所述电压调节器(22)适于输出所述特定导通电压，并且所述控制电路(20)适于将所述储能组件(c4)的电压充电到所述电压调节器(22)的输出电压。
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中所述电压调节器(22)连接到地，所述储能组件(c4)的阴极经由所述感测组件耦合到所述地，并且所述储能组件(c4)的阳极耦合到所述gan开关的所述栅极。
7.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中所述控制电路(20)适于调节对存储在所述储能组件中的所述能量的所述放电以导通所述g...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈执权，付洁，王钰，王珊，王刚，鞠峰，
申请(专利权)人：昕诺飞控股有限公司，
类型：发明
国别省市：
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