一种单片集成氮化镓短路保护电路

本发明涉及一种单片集成氮化镓短路保护电路，属于集成电路。

背景技术：

1、氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemt)在效率、封装尺寸和开关速度方面均优于硅基传统功率晶体管，因而可以应用在功率转换器中以提高功率密度。但与传统功率晶体管相比，gan hemt的短路耐受时间较短。因此，需要可靠、快速的保护方案来保护gan hemt免受长时间的短路电流导致其失效。传统的基于pcb的分立保护电路由于存在外部连线的寄生电感和电容，会增加保护电路的反应时间，降低反应速度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单片集成氮化镓短路保护电路，能够实现快速短路检测和第二mos管自动关闭进行短路保护。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种单片集成氮化镓短路保护电路，包括：

3、半桥电路，包括第一mos管和第二mos管；

4、控制模块，用于生成控制所述半桥电路开关的电压控制信号；

5、驱动器，包括：

6、短路检测电路，其输入端与所述第二mos管电连接，用于检测所述第二mos管的漏极电压和栅极电压并生成短路检测信号；

7、第二驱动电路，其输入端与所述控制模块的输出端电连接，其输出端与所述第二mos管电连接，用于同时接收所述电压控制信号和所述短路检测信号并生成开关所述第二mos管的第二栅极电压信号；

8、所述第一mos管和第二mos管共导通产生短路电流时，所述短路检测信号为高逻辑值，所述第二驱动电路通过逻辑运算生成低逻辑值的第二栅极电压信号关闭所述第二mos管以实现短路保护。

9、可选地，所述短路检测电路包括：

10、第一电阻，与所述第二mos管的栅极电连接，用于接收所述第二栅极电压信号；

11、第二电阻，与所述第一电阻串联连接；

12、第二二极管，其正极与所述第二mos管的漏极电连接，用于接收所述第二mos管的漏极电压信号，其负极电连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间；

13、第二电容，与第二电阻串联连接。

14、可选地，所述第二驱动电路的输入端电连接至所述第二电阻和所述第二电容之间，用于接收所述短路检测信号。

15、可选地，所述第二驱动电路包括：

16、反相器，与所述控制模块的输出端电连接，用于接收所述电压控制信号；

17、或非门，与所述反相器串联，其输入端电连接至所述第二电阻和所述第二电容之间，其输出端与第二mos管的栅极电连接，用于输出所述第二栅极电压信号。

18、可选地，当且仅当所述电压控制信号为逻辑高值且所述短路检测信号为逻辑低值时，所述第二栅极电压信号为逻辑高值。

19、可选地，所述驱动器还包括：

20、第一驱动电路，其输入端与所述控制模块的输出端电连接，其输出端与所述第一mos管电连接，用于接收所述电压控制信号并生成开关所述第一mos管的第一栅极电压信号。

21、可选地，所述控制模块的输出端包括与所述第一驱动电路电连接的第一输出端和与所述第二驱动电路电连接的第二输出端，所述电压控制信号包括控制所述第一mos管开关的第一电压控制信号和控制所述第二mos管开关的第二电压控制信号。

22、可选地，所述单片集成氮化镓短路保护电路基于gan mis-hemt器件制备而成。

23、可选地，所述单片集成氮化镓短路保护电路基于p-gan hemt器件制备而成。

24、本发明的有益效果在于：通过短路检测电路快速检测第二mos管的漏极电压和栅极电压生成短路检测信号，并在短路时通过第二驱动电路接收短路检测信号进行逻辑运算，生成低逻辑值的第二栅极电压信号关闭第二mos管以实现短路保护，防止第一mos管和第二mos管在短路情况下承受长时间的过流而失效，避免短路导致的能量损失。

25、通过单片集成短路检测电路、第一驱动电路和第二驱动电路，减少寄生参数，提高整体电路的功率密度。

26、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述短路检测电路包括：

3.如权利要求2所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述第二驱动电路的输入端电连接至所述第二电阻和所述第二电容之间，用于接收所述短路检测信号。

4.如权利要求3所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述第二驱动电路包括：

5.如权利要求4所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，当且仅当所述电压控制信号为逻辑高值且所述短路检测信号为逻辑低值时，所述第二栅极电压信号为逻辑高值。

6.如权利要求1所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述驱动器还包括：

7.如权利要求6所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述控制模块的输出端包括与所述第一驱动电路电连接的第一输出端和与所述第二驱动电路电连接的第二输出端，所述电压控制信号包括控制所述第一mos管开关的第一电压控制信号和控制所述第二mos管开关的第二电压控制信号。

8.如权利要求1-7中任一所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述单片集成氮化镓短路保护电路基于gan mis-hemt器件制备而成。

9.如权利要求1-7中任一所述的一种单片集成氮化镓短路保护电路，其特征在于，所述单片集成氮化镓短路保护电路基于p-gan hemt器件制备而成。

技术总结
本发明涉及一种单片集成氮化镓短路保护电路，包括半桥电路、控制模块和驱动器。该半桥电路包括第一MOS管和第二MOS管。该控制模块用于生成控制半桥电路开关的电压控制信号。该驱动器包括短路检测电路，其输入端与第二MOS管电连接，用于检测第二MOS管的漏极电压和栅极电压并生成短路检测信号；第二驱动电路，其输入端与控制模块的输出端电连接，其输出端与第二MOS管电连接，用于同时接收电压控制信号和短路检测信号并生成开关第二MOS管的第二栅极电压信号。第一MOS管和第二MOS管共导通产生短路电流时，短路检测信号为高逻辑值，第二驱动电路通过逻辑运算生成低逻辑值的第二栅极电压信号关闭第二MOS管以实现短路保护。

技术研发人员：曹平予,龚韬文,崔苗
受保护的技术使用者：西交利物浦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16