[发明专利]一种基于GaN器件应用于低压大电流场合的电路

说明书

本发明提供一种基于GaN器件应用于低压大电流场合的电路，包括依次连接的三相交流滤波器、整流桥和buck电路；所述整流桥包括六个理想二极管，每两个理想二极管组对作为一个半桥，且其中一个理想二极管的源极与另一个理想二极管的漏极串联组成一个桥臂，三个桥臂分别对应连接输入三相交流电的三相，其他漏极/源极连接在一起组成直流输出正端/负端；所述buck电路的直流输入端和输出端分别与理想二极管整流电路的直流输出端以及电动机连接，所述buck电路包括开关管、储能电感\稳压电容以及同步整流管；所述理想二极管、开关管和同步整流管均为GaN HEMT。本发明适用于低压大电流场合且提高动力系统的效率及功率密度。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别地，涉及一种基于GaN器件应用于低压大电流场合的电路。

背景技术

目前，类似于无人机中利用无刷交流电机进行供电、且要求低电压和大电流工作环境的场合，大多是通过在交流电机的输出端设置桥式整流电路，将交流输入电压转换为直流输出电压，有时还需要在整流桥的输出端增加DC-DC变换电路以匹配负载需求电压并稳定供电电压。目前普遍采用传统的硅二极管进行交直流转换以及在DC-DC电路中续流。

虽然采用传统二极管进行整流或续流的方式具有结构简单、成本低廉的优点，但是当电流流动时，二极管的正向导通压降较高，往往可以达到1.5V以上，导致器件损耗问题尤其突出。而如今随着电子技术的不断发展，在某些应用场合中，电路设计的工作电压越来越低而电流越来越大，硅二极管已经不再适用。比如在无人机中利用无刷交流电机进行供电，母线电压通常低于100V，但是对于电流的需求可能高达上百安，这就导致了硅二极管端压降极大，其结果不仅浪费了电力，降低了系统效率，还会增大电路板额面积以及散热器的重量体积，严重影响到无人机动力系统对于轻量化以及高功率密度的需求。

综上所述，我们需要一种新的适用于低电压大电流工作环境的电路，以克服传统电路能耗高、效率低的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GaN器件应用于低压大电流场合的电路，具体方案如下：

一种基于GaN器件应用于低压大电流场合的电路，包括三相交流滤波器、理想二极管整流电路以及同步整流buck电路；

交流电机输出的电流经所述三相交流滤波器滤波后输送至理想二极管整流电路，所述理想二极管整流电路包括六个以桥式配置连接的理想二极管，每两个理想二极管组对作为一个半桥，且其中一个理想二极管的源极与另一个理想二极管的漏极串联组成一个桥臂，三个桥臂分别对应连接输入三相交流电的三相，其他漏极连接在一起组成直流输出正端，其他源极连接在一起组成直流输出负端；

所述同步整流buck电路的直流输入端和输出端分别与理想二极管整流电路的直流输出端以及负载连接，所述同步整流buck电路包括串联的开关管、储能电感和稳压电容以及与所述储能电感和稳压电容并联的同步整流管；

所述理想二极管、开关管和同步整流管均为GaN HEMT。

本发明中的GaN HEMT为氮化镓的高电子迁移率晶体管。本发明中所称的理想二极管，是指当电流在GaN器件中流通时，GaN器件两端的压降极小，相较于传统二极管几乎可以忽略不计，此时GaN器件可视作理想二极管。

优选地，还包括驱动电路，所述驱动电路包括霍尔电压传感器和驱动模块，在所述理想二极管整流电路的输入端设置霍尔电压传感器，用于获取输入三相电压的测量值，在所述同步整流buck电路的输出端也设置霍尔电压传感器，用于获取输出直流电压的幅值，所述驱动模块与各GaN HEMT元件的栅极连接，所述驱动电路通过分析比较由各霍尔电压传感器采集到的电压信号控制对应GaN HEMT元件的开通关断。