[发明专利]GaN HEMT器件过流保护电路

说明书

本发明属于功率器件应用领域，具体涉及了一种GaN HEMT器件过流保护电路，旨在解决常规GaN HEMT器件的过流检测技术存在响应速度慢、抗干扰能力差、电路复杂、成本高的问题。本发明包括：待测GaN HEMT器件、有源钳位电路、电压信号处理电路、电压比较电路、驱动电路，通过采用电压钳位电路实现高速开关状态下GaN HEMT在导通阶段通态压降的精确测量，将测量值实时与器件过流保护阈值相比较，并进行保护动作。本发明具有结构简单、检测精度高、检测带宽高、可靠性高、抗干扰能力强的优点。

技术领域

本发明属于功率器件应用领域，具体涉及了一种GaN HEMT器件过流保护电路。

背景技术

GaN HEMT器件由于其开关频率高、导通电阻低等优越特性，在高效、高频功率变换领域中有着广泛的应用前景。过流短路故障是导致GaN HEMT失效的重要原因之一。缺乏快速、可靠、低损耗的短路保护方法是限制GaN HEMT广泛应用的关键阻碍之一。

目前，针对GaN HEMT器件的过流检测方法主要是沿用硅基功率器件的传统方法，包括电流传感器检测、退饱和检测、分流器检测等。电流传感器检测可以实现功率回路和检测回路间的电气隔离，且具有可靠性高、温度稳定性好等优点，但是存在体积较大、带宽较低、价格较高的缺点；退饱和检测法通过检测GaN HEMT器件的管压降实现对过流的检测和保护，原理简单、成本低，但容易受开关过程中较大的开关振荡及串扰的影响，存在检测盲区；分流器检测法是通过检测电阻两端的电压实现对电流的检测，其原理简单、精度高、可靠性高，但在较大电流的应用中，会有比较大的功率损耗，引起较严重的发热问题。

GaN HEMT器件的高速开关特性和结构特点导致其短路承受能力较弱，而以上现有的技术无法适用于GaN HEMT器件的快速可靠保护。由于GaN HEMT器件在相同的额定电流容量下具有更小的芯片面积和更高的电流密度，与硅基功率器件相比，其短路承受能力更低，因此要求保护电路具有较快的检测和响应时间。另一方面，GaN HEMT比硅基功率器件具有更高的开关速度和更小的结电容，其高速开关下较高的dv/dt、di/dt会在信号检测和驱动回路中引入较大的串扰噪声，而过流检测的快速响应和较强的抗噪声能力是一对矛盾，这也成为GaN HEMT器件过流保护电路的设计难点之一。因此，如何实现GaN HEMT器件的准确、快速、可靠的电流检测和保护是目前GaN HEMT器件可靠应用的难点技术之一。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即常规GaN HEMT器件的过流检测技术存在响应速度慢、抗干扰能力差、电路复杂、成本高的问题，本发明提供了一种GaN HEMT器件过流保护电路，该GaN HEMT器件过流保护电路包括待测GaN HEMT器件、有源钳位电路、电压信号处理电路、电压比较电路、驱动电路；

所述待测GaN HEMT器件为单个GaN HEMT开关管或GaN HEMT功率模块；

所述有源钳位电路包括串联的钳位开关管和钳位电容，所述有源钳位电路与所述待测GaN HEMT器件并联，用于待测GaN HEMT器件导通状态下导通压降的精确测量；

所述电压信号处理电路为高速运放电路，所述高速运放电路与所述钳位电容并联，用于测量所述钳位电容两端的电压并对测量的电压信号进行滤波和放大处理；

所述电压比较电路用于将所述电压信号处理电路处理后的电压信号与所述待测GaN HEMT器件的过流保护阈值进行比较，并根据比较结果控制所述驱动电路的工作状态；

所述驱动电路用于驱动所述待测GaN HEMT器件和所述钳位开关管。

在一些优选的实施例中，所述钳位开关管的耐压值不小于与所述待测GaN HEMT器件的耐压值。

在一些优选的实施例中，所述钳位开关管，其导通时刻滞后于所述待测GaN HEMT器件，其关断时刻与所所述待测GaN HEMT器件相同。