恭喜无锡安趋电子有限公司余思远获国家专利权
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龙图腾网恭喜无锡安趋电子有限公司申请的专利一种降低dVS/dt噪声的GaN功率管自举电压控制系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN114244100B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202111535475.7,技术领域涉及:H02M3/07;该发明授权一种降低dVS/dt噪声的GaN功率管自举电压控制系统是由余思远;祝靖;陆兆俊;周琦;朱涛设计研发完成,并于2021-12-15向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种降低dVS/dt噪声的GaN功率管自举电压控制系统在说明书摘要公布了:一种降低dVSdt噪声的GaN功率管自举电压控制系统,利用自举充电电路实现自举轨道电压VB‑VS电压降低时及时给自举电容进行充电防止VB‑VS欠压,当驱动GaN器件过程中出现密勒平台现象,控制电路及时降低自举充电电路补充VB‑VS电压的效率,延长平台期的时间,降低dVSdt的噪声。本发明解决了GaN功率上管Mn1持续导通所导致的自举轨道电压VB‑VS随着时间推移出现的欠压问题和Mn1导通过程中密勒平台期过短所导致的过高dVdt噪声的问题,提高了驱动系统的稳定性,电路结构简单、实现难度低、可靠性高。
本发明授权一种降低dVS/dt噪声的GaN功率管自举电压控制系统在权利要求书中公布了:1.一种降低dVSdt噪声的GaN功率管自举电压控制系统,包括输入级电路001和输出级电路002,输入级电路001包括死区控制电路008、高侧通道009和低侧通道010;输出级电路002包括含有高侧驱动电路和低侧驱动电路的驱动级电路011和含有高侧GaN功率管Mn1和低侧GaN功率管Mn2的功率级电路012以及由自举电容Cboot1和自举二极管D3构成的自举充电电路007;高侧输入信号HIN和低侧输入信号LIN分别连接死区电路008的两个输入端,死区电路008的两个输出端分别连接高侧通道009和低侧通道010的输入端,高侧通道009的输出连接驱动级电路011中高侧驱动电路的输入端,高侧驱动电路的输出信号HO连接功率级电路011中高侧GaN功率管Mn1的栅极,低侧通道010的输出连接驱动级电路011中低侧驱动电路的输入端,低侧驱动电路的输出信号LO连接功率级电路012中低侧GaN功率管Mn2的栅极,低侧通道010和驱动级电路011中的低侧驱动电路由VCC供电,高侧通道009和驱动级电路011中的高侧驱动电路由电源电压Vin经稳压后的VCC通过自举充电电路007中的自举电容Cboot1和自举二极管D3产生的自举轨道电压VB-VS供电,高侧参考地为浮动电压VS,低侧参考地为GND; 其特征在于:增设包括dVSdt检测电路004、逻辑控制及电压选通电路005、压控振荡器006和自举充电控制回路070构成的自举电压控制电路003,其中,自举充电控制回路070由自举充电电路007和二极管D1、D2以及电容Cboot2共同构成,二极管D1的阳极连接浮动地VS,二极管D1的阴极、二极管D2的阳极和电容Cboot2的一端共同连接于VB1端,二极管D2的阴极连接浮动电压VB即自举二极管D3阴极与自举电容Cboot1的连接端,自举二极管D3阳极连接VCC,自举电容Cboot1的另一端连接浮动地VS即高侧GaN功率管Mn1源极与低侧GaN功率管Mn2漏极的连接端; dVSdt检测电路004的输入端连接浮动地VS,dVSdt检测电路004输出的电平控制信号Vfb和与dVSdt噪声大小线性相关的电压信号Vx以及高侧输入信号HIN作为逻辑控制及电压选通电路005的输入信号,逻辑控制及电压选通电路005的输出信号Vctrl为压控振荡器006的输入信号,压控振荡器006的输出信号为0~VCC的振荡信号VB2连接自举充电回路070中电容Cboot2的另一端; dVSdt检测电路004包含微分电路、电流比较器和比例运算放大器;微分电路将输入信号VS的电压变化斜率转换为对应电压信号,该电压信号通过比例运算放大器产生对应于与dVSdt噪声大小线性相关的电压信号Vx;电流比较器用于产生判断VS电压变化斜率大小的开关信号即判断dVSdt噪声是否到来的电平控制信号Vfb; 逻辑控制及电压选通电路005的输入信号除dVSdt检测电路004输出的电平控制信号Vfb和与dVSdt噪声大小线性相关的电压信号Vx以及高侧输入信号HIN外,还包括外部输入的、由电流模带隙基准电路产生的两个电压值不相同的偏置电压信号,定义为最高电压Vmax和最低电压Vmin;逻辑控制及电压选通电路005包括包括逻辑门、传输门和延时电路,用于将对应于高侧GaN功率管导通且检测到dVSdt噪声、高侧GaN功率管导通但未检测到dVSdt噪声以及低侧GaN功率管导通的三种状态,逻辑控制及电压选通电路005通过输入的电平控制信号Vfb和高侧输入信号HIN的逻辑控制只输出三种状态中的一种:当高侧GaN功率管导通且检测到dVSdt噪声时,逻辑控制及电压选通电路005输出的信号Vctrl为与dVSdt噪声大小线性相关的电压信号Vx;当高侧GaN功率管导通但未检测到dVSdt噪声时,逻辑控制及电压选通电路005输出的信号Vctrl为最高电压Vmax;当低侧GaN功率管导通时,逻辑控制及电压选通电路005输出的信号Vctrl为最低电压Vmin; 压控振荡器006输出的振荡信号VB2频率与输入电压相关,当输入电压信号Vctrl为最低电压Vmin时,输出周期信号频率仅为MHz级别;当输入电压信号Vctrl为最高电压Vmax时,输出周期信号频率为百MHz级别;当输入电压信号Vctrl为与dVSdt噪声大小线性相关的电压信号Vx时,输出周期频率介于前两者之间; 上述结构中,利用dVSdt检测电路004、逻辑控制及电压选通005和压控振荡器006来控制压控振荡器006输出的振荡信号VB2的振荡频率,从而间接控制电容Cboot2对电容Cboot1的VB-VS电压补充的速率,在保证VB-VS电压满足高侧正常工作电压的前提下,实现减小密勒平台期间VB-VS的电压值,减小密勒平台器件对高侧GaN功率管Mn1栅漏间的寄生电容CGD充电的电流,延长密勒平台的停留时间,减小dVSdt噪声。
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