[发明专利]采用混合半导体技术的RCC电路

说明书

本发明公开一种采用混合半导体技术的RCC电路，涉及开关电源领域，电路采用了LDMOS器件和GaN基HEMT器件，提高电路工作频率至数百kHz。两种类型器件采用了同一个硅衬底，三晶体管共用一个晶圆，减小体积、提升可靠性控制。电路通过第三辅助绕组N_a，采用正反馈模式的自激驱动腔自动为Si基LDMOS器件Q3提供驱动信号，无须控制芯片。采用了集成式的高频电流逐周期检测方案，与自激驱动腔共用一个线圈，省去了电流检测电阻，实现了无损耗电流检测。电路还采用了积分反馈法实现原边反馈，通过在关断时间内，对第一GaN HEMT器件Q1漏极电压进行积分计算，间接获取输出电压信息，从而实现对输出电压的实时精确调控。

技术领域

本发明涉及开关电源领域，具体涉及一种采用混合半导体技术的RCC电路。

背景技术

在小于75W的小功率场合，反激式变换器发展成为占市场主导地位。反激式变换器中有一个特殊的电路形式，即自激式反激变换器，也称作RCC变换器。 RCC变换器通过自激振荡工作，频率不固定，器件的参数及电路的杂散参数对其影响很大，且开关器件工作于准饱和状态，对电路的可靠性挑战很大。随着集成电路的高速发展，RCC变换器慢慢的被边缘化，通常RCC变换器仅用于25W甚至15W以下的低成本应用场合，一直以来难以突破。

另一方面，器件的发展一直制约着开关电源电路的演变，随着LDMOS（具有横向双扩散结构的MOS器件）和GaN HEMT器件（氮化镓基高电子迁移率晶体管）的出现，开关电源电路出现新的发展突破口。由于GaN/AlGaN材料的高带隙和大导带差，使得GaN HEMT器件比常规硅基MOS器件能够承担更高的工作高压，导通损耗小，工作频率高，耐温稳定性好等，而LDMOS也具备耐压高、耐温特性好、频率高等优势，均特别适合用来提高RCC变换器的工作可靠性，扩展RCC变换器的功率水平，使RCC电路重新燃起希望。但是，GaN HEMT器件的阈值电压比常规硅基MOS器件低，仅1.0-1.5V左右，栅电压耐受也仅7V左右，再加上器件的高频工作特性，器件工作的dv/dt和di/dt大大增加，因而，器件的驱动需要重新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用混合半导体技术的RCC电路，主体部分与传统RCC电路完全相同，但是在反馈方式、无损电流检测方式、主功率管驱动方式、斜率补偿方式上均有创新，提升了RCC电路的工作频率，扩展了电路的应用功率等级，同时也针对GaN HEMT和LDMOS器件提出了全新的自激驱动方案，不需要额外的驱动芯片；同时具有高频电流探测实现无损耗和小环路、在原边直接控制副边输出电压的稳定、占空比由0.4扩大到0.55、工作频率由100kHz扩展至数百kHz 以及成本低、尺寸小等优点。

一种采用混合半导体技术的RCC电路，包括第一GaN HEMT器件Q1、第二GaN HEMT器件Q2、Si基LDMOS器件Q3、功率电路主变压器和自激驱动与逐周期检测电路，所述Si基LDMOS器件Q3的漏极连接第一GaN HEMT器件Q1的源极，并且Si基LDMOS器件Q3的源极接地，所述第二GaN HEMT器件Q2的漏极连接至Si基LDMOS器件Q3的栅极而第二GaN HEMT器件Q2的源极也接地；

所述第一GaN HEMT器件Q1的开关控制采用源极驱动方案，通过控制与之串联的Si基LDMOS器件Q3的开、关间接控制第一GaN HEMT器件Q1的开、关，所述Si基LDMOS器件Q3的驱动信号由功率电路主变压器的第三辅助绕组Na，采用正反馈模式的自激驱动腔提供，所述自激驱动与逐周期检测电路由集成式的高频电流逐周期检测电路与自激驱动腔共用一个线圈构成，并与VCC电压源连接。

优选的，所述Si基LDMOS器件Q3上连接有高压启动电阻，阻值为680kΩ-3MΩ，且Si基LDMOS器件Q3栅极上还连接有第一保护稳压管Dz1。

优选的，所述Si基LDMOS器件Q3的驱动由第三辅助线圈Na经由隔直电容C1和正反馈电阻R1提供。