[实用新型]用于GaN功率集成模块的过热保护电路

说明书

本实用新型公开一种用于GaN功率集成模块的过热保护电路，包括2个温度检测电阻、3个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个滤波电容C1、4个NMOS管和9个PMOS管；该过热保护电路可以自动检测功率模块温度高低，当温度过高时自动关断GaN FETs器件，并且可以滤除高侧和低侧电源电压上出现的尖峰毛刺信号的干扰，保证GaN FETs的工作特性处于安全区。

技术领域

本发明属于电子电路设计领域，更具体地，涉及一种应用于GaN功率模块中HEMT器件栅极驱动和保护的过热保护电路。

背景技术

以硅材料为基础的传统电力电子功率器件已逐步逼近其理论极限，难以满足电力电子技术高频化和高功率密度化的发展需求。与传统的Si器件相比， GaN器件展现了其在导通电阻和栅极电荷上的优势，可以使功率转换器实现更小体积、更高频率及更高效率，从而在汽车、通信、工业等领域中具有广阔的应用前景。开关频率的提高，不仅能有效地减小系统电路中电容、电感及变压器的尺寸，而且还可以抑制干扰、减小纹波、改善电源系统单位增益带宽从而提高其动态响应性能。而高速的栅极驱动电路用于驱动GaN功率器件，使得整个功率转换器达到高效率且减小电路面积，节省成本。

图1示出了功率模块中最常用的典型GaN半桥驱动电路框图。如图1所示，典型的GaN半桥驱动电路分为高端和低端两路通道，采用自举升压的方式，两路低压输入通道。在低端功率GaN器件导通期间，开关节点(SW)被下拉至地，此时VDD通过自举二极管给自举电容充电使得自举电容两端电压差接近VDD。当下端管关闭时，高端输入信号将高端管开启，开关节点电压上升至VIN，即VSW上升至VIN。由于自举电容两端电压不变，故自举电压轨HB被自举到VSW+VDD。高端电路始终保持VHB–VSW≈VDD。而HB被自举电容自举时，自举二极管的阴极电压为高电位，高于阳极电压VDD，因此自举二极管反偏截止。

GaN功率器件中目前广为应用的为GaN FETs，其与Si MOSFET相比主要有以下特点：在同样的耐压下导通电阻和器件体积小；开关速度快；电流密度大，功率密度高。GaNFETs的这些特点保证了GaN FETs在未来功率电子应用领域具有非常广阔的前景与市场。但是也存在一些需要特别注意的因素：阈值电压低；栅源电压上限VGS(MAX)低；可反向导通。上述需特别考虑的因素在驱动GaN器件时会带来一些问题，导致目前传统的用于MOS功率器件的驱动电路并不适用于GaN功率器件。由于GaN FETs的工作频率经常处于MHz 级别，GaNFETs的可靠性保护将变得异常重要，其中温度过高带来的可靠性问题是一个重要有限因素，因此很有必要提供一种新型过热保护电路，保证 GaN FETs的工作特性处于安全区。

发明内容

本实用新型的目的是现有GaN功率器件使用时温度过高带来的可靠性问题，具体涉及一种应用于GaN功率模块中HEMT器件的过温保护电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于GaN功率集成模块的过热保护电路，其特征是：包括2个温度检测电阻、3个偏置电阻、1个电压钳位二极管、1个滤波电容C1、4个NMOS 管和9个PMOS管；