[发明专利]一种基于氮化镓器件和DSP芯片的耐高温开关电源及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于氮化镓器件和DSP芯片的耐高温开关电源及其工作方法。本发明所述的耐高温开关电源包括由DSP芯片、GaN晶体管和开关电源buck电路构成闭环控制系统，为单输入单输出的负反馈系统，采用耐高温的DSP芯片作为控制芯片，以GaN场效应管作为开关，由耐高温的电感电容电阻组成的切比雪夫滤波电路，满足现有技术中对高温开关电源的要求。

技术领域

本发明涉及一种基于氮化镓器件和DSP芯片的耐高温开关电源及其工作方法，属于开关电源的技术领域。

背景技术

在过去的三十年中，硅功率开关器件逐渐由出现，发展到走入瓶颈，时至今日其各方面的性能已被尽数压榨出来。尽管有着均衡的参数以及广泛的应用范例，但在高温领域，特别是当温度高于175°时，硅功率开关器件已不能胜任。以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体器件，能应对200°以上的工作温度，且在诸多电气性能方面都优于传统的硅功率开关器件。

在测井领域，电子元件的工作温度常常高达上百摄氏度(通常都高于175°)。应用场景的变化对电路系统提出了新的和更高的要求。首先，温度的变化首先会致使电阻、电感、电容等电子原件的参数有较大的变化，因此在常规的电路设计中，将元件视为定值元件的思想已经不再适用，每个元件的参数值是以温度为自变量的函数，对各个温度段的工况进行计算。其次，175°的工作温度已经超过大多数集成芯片的工作温度，加之要应对较高的输入电压，有源芯片已经不再适用，电路元件的选择仅限于耐高温的无源元件，选择范围非常有限。

中国专利授权公告号204497993U公开了一种用于智能钻井工具的开关电源电路，但是该开关电源电路是为了提高了输出直流电的稳定性，无法解决钻井领域开关电源电路所面临的高温问题；现有技术中也没有提高开关电源电路应对井下高温工作环境的方法或者装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于氮化镓器件和DSP芯片的耐高温开关电源。

本发明还提供一种上述耐高温开关电源的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种基于氮化镓器件和DSP芯片的耐高温开关电源，包括切比雪夫II型输入抗混叠滤波电路、GaN晶体管、开关电源buck电路、和DSP芯片；

切比雪夫II型输入抗混叠滤波电路与GaN晶体管的漏极连接；GaN晶体管的漏极通过开关电源buck电路接入DSP芯片的adc引脚；DSP芯片的pwm输出引脚与GaN晶体管的门极连接，实现对GaN晶体管开关时间的控制；DSP芯片、GaN晶体管和开关电源buck电路构成闭环控制系统。

切比雪夫II型输入抗混叠滤波电路滤除输入信号的高频部分，使输入到adc引脚的信号满足采样定理。在模拟滤波器的频率响应方面，切比雪夫滤波器可有效避免在截止频率附近衰减缓慢、椭圆函数滤波器通带波纹大的不足。

根据本发明优选的，所述切比雪夫II型输入抗混叠滤波电路的传递函数如下：

。切比雪夫II型输入抗混叠滤波电路的传递函数是在典型滤波电路拓扑的基础上，根据耐高温器件的参数值计算得到；