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CN111146931B - 一种功率器件的驱动电路以及电子设备 - Google Patents

一种功率器件的驱动电路以及电子设备 Download PDF

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CN111146931B CN201911340918.XA CN201911340918A CN111146931B CN 111146931 B CN111146931 B CN 111146931B CN 201911340918 A CN201911340918 A CN 201911340918A CN 111146931 B CN111146931 B CN 111146931B
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Guangdong Midea White Goods Technology Innovation Center Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种功率器件的驱动电路以及电子设备，其中，该驱动电路包括：控制信号输入端，用于输入控制信号；驱动信号输出端，连接功率器件；第一开关组件，连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端和驱动信号输出端；第二开关组件，连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端和驱动信号输出端；其中，第一开关组件的开关时间小于第二开关组件的开关时间，开关时间为驱动信号输出端输出的信号电位被拉高或拉低的时间间隔。通过上述方式，既保证高频开关特性的功率器件能够迅速开启和关闭，也能够保证在导通的情况下对功率器件进行持续的驱动。

Description

一种功率器件的驱动电路以及电子设备
技术领域
本申请涉及功率器件技术领域，特别是涉及一种功率器件的驱动电路以及电子设备。
背景技术
功率半导体器件是电力电子技术的基础，是电力电子设备的构成核心，其在工作过程中，有两种功率损耗：器件开关损耗和导通损耗，器件工作在高频时，主要是开启和关断损耗。器件在实际应用中，要求开启和关断必须在有限时间内完成，电压和电流在瞬间完成变化，否则会导致器件失效，并且很有可能会损害其他系统构件。因此作为开关器件，功率半导体器件必须具有开关速度快、承受电流和电压能力大及工作损耗小等特性。
Si(硅)基功率器件经过几十年的发展，开关性能已经接近理论上的极限，若要继续提升其性能往往成本会大幅增加。传统的Si基功率器件已无法满足具有更快的开关速度、更高的功率效率和更低的损耗的需求。因此，宽禁带半导体材料SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)成为新型功率电子器件的理想材料。以GaN为代表的宽禁带半导体材料具有带隙宽、电子漂移速度大、热导率高、耐高电压等特点，这些优势使GaN基开关器件损耗更低、特性更好。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供了一种功率器件的驱动电路以及电子设备，既保证高频开关特性的功率器件能够迅速开启和关闭，也能够保证在导通的情况下对功率器件进行持续的驱动。
本申请采用的一个技术方案是：提供一种功率器件的驱动电路，该驱动电路包括：控制信号输入端，用于输入控制信号；驱动信号输出端，连接功率器件；第一开关组件，连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端和驱动信号输出端，用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端以驱动功率器件；第二开关组件，连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端和驱动信号输出端，用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端以驱动功率器件；其中，第一开关组件的开关时间小于第二开关组件的开关时间，开关时间为驱动信号输出端输出的信号电位被拉高或拉低的时间间隔。
其中，第一开关组件中的开关管的尺寸小于第二开关组件中的开关管的尺寸。
其中，开关管为MOS管，开关管的尺寸表示MOS管的宽/长比；或开关管为三极管，开关管的尺寸表示三极管发射极区或集电极区的面积。
其中，第一开关组件包括：反相电路，反相电路的输入端连接控制信号输入端；第一开关管，第一开关管的控制端连接反相电路的输出端，第一开关管的输入端连接驱动电源信号，第一开关管的输出端连接驱动信号输出端；第二开关管，第二开关管的控制端连接反相电路的输出端，第二开关管的输入端连接地信号，第二开关管的输出端连接驱动信号输出端。
其中，第一开关管和第二开关管中的一个为N型开关管，第一开关管和第二开关管中的另一个为P型开关管。
其中，反相电路包括：反相器，反相器的输入端连接控制信号输入端；升/降压电路，升/降压电路的输入端连接反相器的输出端，升/降压电路的输出端连接第一开关管和第二开关管的控制端。
其中，反相电路包括：第一反相器，第一反相器的输入端连接控制信号输入端；第一升/降压电路，第一升/降压电路的输入端连接第一反相器的输出端，第一升/降压电路的输出端连接第一开关管的控制端；第二反相器，第二反相器的输入端连接控制信号输入端；第二升/降压电路，第二升/降压电路的输入端连接第二反相器的输出端，第二升/降压电路的输出端连接第二开关管的控制端。
其中，第二开关组件包括：第三开关管，第三开关管的控制端连接控制信号输入端，第三开关管的输入端连接驱动电源信号，第三开关管的输出端连接驱动信号输出端；第四开关管，第四开关管的控制端连接控制信号输入端，第四开关管的输入端连接地信号，第四开关管的输出端连接驱动信号输出端。
其中，第三开关管和第四开关管中的一个为N型开关管，第三开关管和第四开关管中的另一个为P型开关管。
本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括：功率器件；驱动电路，连接功率器件，以驱动功率器件的开启和关断，驱动电路是如上述的驱动电路。
其中，功率器件为GaN功率器件或SiC功率器件。
本申请提供的功率器件的驱动电路包括：控制信号输入端用于输入控制信号；驱动信号输出端连接功率器件；第一开关组件用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端以驱动功率器件；第二开关组件用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端以驱动功率器件。由于第一开关组件的开关时间小于第二开关组件的开关时间，所以第一开关组件开启导通时间短，可以迅速的将驱动电源信号输入至驱动信号输出端，以对功率器件进行驱动，然后第二开关组件导通，再持续的将驱动电源信号输入至驱动信号输出端，以对功率器件进行持续的驱动。通过上述方式，既保证高频开关特性的功率器件能够迅速开启和关闭，也能够保证在导通的情况下对功率器件进行持续的驱动。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请提供的功率器件的驱动电路第一实施例的结构示意图；
图2是本申请提供的开关管的开关时间示意图；
图3是本申请提供的功率器件的驱动电路第二实施例的结构示意图；
图4是本申请提供的功率器件的驱动电路第三实施例的结构示意图；
图5是本申请提供的功率器件的驱动电路第四实施例的结构示意图；
图6是本申请提供的功率器件的驱动电路第五实施例的结构示意图；
图7是本申请提供的功率器件的驱动电路第六实施例的结构示意图；
图8是本申请提供的功率器件的驱动电路第七实施例的结构示意图；
图9是本申请提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
宽禁带半导体材料SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)成为新型功率电子器件的理想材料。以GaN为代表的宽禁带半导体材料具有带隙宽、电子漂移速度大、热导率高、耐高电压等特点，这些优势使GaN基开关器件损耗更低、特性更好。
以GaN FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)为例，其与Si MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)相比具有更快的开关速度，但也存在一些需要特别注意的因素：阈值电压低、栅源电压上限Vgs(MAX)低、可反向导通等。这些不足之处导致目前传统的用于MOS功率器件的驱动电路并不适用于GaN功率器件。因为GaN功率器件通常用在高频开关频率下(MHz以上)，尤其是开关频率达到10MHz之后，传统栅极驱动电路较大的延时(几十纳秒)就会占开关周期比例过大，甚至导致逻辑错误，进而限制了开关频率的升高。
参阅图1，图1是本申请提供的功率器件的驱动电路第一实施例的结构示意图，该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13和第二开关组件14。
其中，控制信号输入端11用于输入控制信号；驱动信号输出端12连接功率器件(图未示)。
其中，第一开关组件13连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端11和驱动信号输出端12，用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端12以驱动功率器件。
其中，第二开关组件14与第一开关组件13类似地，第二开关组件14连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端11和驱动信号输出端12，用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端12以驱动功率器件。
可选地，本实施例中的控制信号可以是高电平信号或者低电平信号，用于使第一开关组件13和第二开关组件14中的开关管导通或关闭，从而使得将驱动电源信号或者低信号输入至驱动信号输出端12。
其中，第一开关组件13和第二开关组件14是并列的，两者的作用相同。在本实施例中，第一开关组件13的开关时间小于第二开关组件14的开关时间，开关时间为驱动信号输出端输出的信号电位被拉高或拉低的时间间隔。
具体地，第一开关组件13中的开关管的开关时间小于第二开关组件14中的开关管的开关时间。
如图2所示，图2是本申请提供的开关管的开关时间示意图，以三极管为例，图2上图表示输入电流变化示意图，图2下图表示输出电流变化示意图。
其中，开关干的开关时间可以是开启时间、关断时间、或者开启时间和关断时间的总和。即，第一开关组件13中的开关管的开启时间小于第二开关组件14中的开关管的开启时间，或第一开关组件13中的开关管的关断时间小于第二开关组件14中的开关管的关断时间，或第一开关组件13中的开关管的开启时间和关闭时间的总和小于第二开关组件14中的开关管的开启时间和关闭时间的总和。
其中，开启时间又包括了延迟时间td(t0-t1)和上升时间tr(t1-t2)，关断时间又包括了存储时间ts(t3-t4)和下降时间tf(t4-t5)，可以理解地，第一开关组件13中的开关管的开启时间小于第二开关组件14中的开关管的开启时间，可以是第一开关组件13中的开关管的延迟时间td(t0-t1)、上升时间tr(t1-t2)、或两者的总和小于第二开关组件14中的开关管；第一开关组件13中的开关管的关断时间小于第二开关组件14，可以是第一开关组件13中的开关管的存储时间ts(t3-t4)、下降时间tf(t4-t5)或两者的总和小于第二开关组件14。
其中，减少开关组件的开关时间的方法有多种，例如，可以通过开关组件中的开关管自身设计参数的改变，如调节开关管的尺寸；也可以通过开关管外围电路的改变，如设置加速电路，例如增速电容等。
以延迟时间为例，延迟时间主要是对发射极和集电极势垒电容充电的时间常数。减短延迟时间的主要措施，从器件设计来说，可以减小发射极和集电极的面积(减小势垒电容)和减小基极反向偏压的大小(使得发射极能够鸡块进入正偏而开启晶体管)；而从晶体管使用来说，可以增大输入基极电流脉冲的幅度，以加快对结电容的充电速度。
以上升时间为例，上升时间是基极少子电荷累计到一定程度后，导致晶体管达到临界饱和(即集电极0偏)时所需要的时间。减短上升时间的主要措施，从器件设计上来说，可以正常基极的少子寿命(使少子累积加快)，减小基极宽度和减小结面积(以减小临界饱和时的基极少子电荷量)，以及提高晶体管的特征频率(以在基极尽快建立起一定的少子浓度梯度，使得集电极电流达到饱和)；而从晶体管使用来说，可以增大基极输入电流脉冲的幅度，以加快基极注入少子的速度。
以存储时间为例，存储时间是晶体管从过饱和状态(集电极正偏)退出到临界饱和状态(集电极0偏)所需要的时间，也就是基极和集电极中的过量存储电荷消失的时间。而这些过量少子存储电荷的消失主要是依靠复合作用来完成，所以从器件设计来说，减短存储时间的主要措施，可以在集电极掺杂Au等来减短集电极的少子寿命(以减少集电极的过量存储电荷和加速过量存储电荷的消失)，尽可能减小外延层厚度(以减少集电极的过量存储电荷)。而从晶体管使用来说，减短存储时间主要措施，可以使基极输入电流脉冲的幅度不要过大(以避免晶体管饱和太深，使得过量存储电荷减少)，增大基极抽取电流(以加快过量存储电荷的消失速度)。
以下降时间为例，下降时间的过程与上升时间的过程相反，即让临界饱和时基极中的存储电荷逐渐消失的一个过程。因此，为了减短下降时间，就应该减少存储电荷(减小结面积、减小基极宽度)和加大基极抽取电流。
可选地，在另一实施例中，第一开关组件13中的开关管的尺寸小于第二开关组件14中的开关管的尺寸。通过上述分析，在减小第一开关组件13中的开关管的尺寸时，可以：
1、减小发射极或集电极的面积；
2、减小基极宽度或减小结面积；
3、在集电极掺杂Au等来减短集电极的少子寿命，或者减小外延层厚度。
其中，开关管的尺寸会影响到开关管的导通或截止时间，具体地，开关管的尺寸越小，其导通或截止的时间越短，相反，开关管的尺寸越大，其导通或截止的时间越长。其中，该开关管可以是MOS管或者三极管。
在一实施例中，开关管是采用CMOS工艺制作的MOS管，则开关管的尺寸表示MOS管宽/长比，即第一开关组件13中的MOS管宽/长比小于第二开关组件14中的MOS管的宽/长比。
在另一实施例中，开关管是三极管(如BJT，双极结型晶体管)，则表示三极管发射极区或集电极区的面积，即第一开关组件13中的三极管发射极区或集电极区面积小于第二开关组件14中的三极管发射极区或集电极区面积。
下面以MOS管为例进行说明。
MOS管导通特性：NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V)就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，因而在DS(漏极和源极)间流过电流的同时，两端还会有电压，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。
MOS管在导通或截止的时候，并不是在瞬间完成的。MOS管两端的电压有一个下降或上升的过程，流过的电流有一个上升或下降的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，即为开关损失。
MOS管一般有以下两个参数：
Td(on)：导通延迟时间，从有输入电压上升到10％开始到Vds(漏源电压)下降到其幅值的90％的时间。
Td(off)：关断延迟时间，从有输入电压下降到90％开始到Vds上升到其关断电压时10％的时间。
另外，对于开关管来说，尺寸小的开关管的导通和截止的时间较短，但是，其导通后，输出能力较弱。相反，尺寸大的开关管的导通和截止的时间较长，但是，其导通后，输出能力较强。
因此，在本实施例中，通过将两种尺寸的开关管并列，在需要导通时，由于第一开关组件13导通时间短，可以迅速的将驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以对功率器件进行驱动，然后第二开关组件14导通，再持续的将驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以对功率器件进行持续的驱动。
参阅图3，图3是本申请提供的功率器件的驱动电路第二实施例的结构示意图，该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13和第二开关组件14。
其中，第一开关组件13包括反相电路131、第一开关管M1和第二开关管M2。反相电路131的输入端连接控制信号输入端11，第一开关管M1的控制端连接反相电路131的输出端，第一开关管M1的输入端连接驱动电源信号，第一开关管M1的输出端连接驱动信号输出端12。第二开关管M2的控制端连接反相电路131的输出端，第二开关管M2的输入端连接地信号，第二开关管M2的输出端连接驱动信号输出端12。
可选地，在第一开关管M1和第二开关管M2为MOS管的实施例中，第一开关管M1和第二开关管M2的控制端对应MOS管的栅极(G)，第一开关管M1和第二开关管M2的输入端和输出端分别对应MOS管的源极(S)和漏极(D)，或者漏极和源极。
其中，第二开关组件14包括第三开关管M3和第四开关管M4。第三开关管M3的控制端连接控制信号输入端11，第三开关管M3的输入端连接驱动电源信号，第三开关管M3的输出端连接驱动信号输出端12；第四开关管M4的控制端连接控制信号输入端11，第四开关管M4的输入端连接地信号，第四开关管M4的输出端连接驱动信号输出端12。
可选地，在第三开关管M3和第四开关管M4为MOS管的实施例中，第三开关管M3和第四开关管M4的控制端对应MOS管的栅极(G)，第三开关管M3和第四开关管M4的输入端和输出端分别对应MOS管的源极(S)和漏极(D)，或者漏极和源极。
在本实施例中，第一开关管M1和第二开关管M2的一个为N型开关管，第一开关管M1和第二开关管M2中的另一个为P型开关管。第三开关管M3和第四开关管M4中的一个为N型开关管，第三开关管M3和第四开关管M4中的另一个为P型开关管。并且，在本实施例中，第一开关管M1和第二开关管M2的尺寸小于第三开关管M3和第四开关管M4的尺寸。
在本实施例中，M1为NMOS，M2为PMOS，M3为PMOS，M4为NMOS。电路的具体工作原理如下：
在需要开启功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为低电平，经过反相电路131后变为高电平，高电平信号使得M1导通、M2截止，进一步，M1导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。同时，控制信号输入端11输入的低电平的控制信号使得M3导通、M4截止，M3导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。
在需要关闭功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为高电平，经过反相电路131后变为低电平，低电平信号使得M1截止、M2导通，进一步，M2导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。同时，控制信号输入端11输入的高电平的控制信号使得M3截止、M4导通，M4导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。
参阅图4，图4是本申请提供的功率器件的驱动电路第三实施例的结构示意图，该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13和第二开关组件14。
其中，第一开关组件13第一开关管M1和第二开关管M2。第一开关管M1的控制端连接连接控制信号输入端11，第一开关管M1的输入端连接驱动电源信号，第一开关管M1的输出端连接驱动信号输出端12。第二开关管M2的控制端连接控制信号输入端11，第二开关管M2的输入端连接地信号，第二开关管M2的输出端连接驱动信号输出端12。
其中，第二开关组件14包括第三开关管M3和第四开关管M4。第三开关管M3的控制端连接控制信号输入端11，第三开关管M3的输入端连接驱动电源信号，第三开关管M3的输出端连接驱动信号输出端12；第四开关管M4的控制端连接控制信号输入端11，第四开关管M4的输入端连接地信号，第四开关管M4的输出端连接驱动信号输出端12。
在本实施例中，第一开关管M1和第二开关管M2的尺寸小于第三开关管M3和第四开关管M4的尺寸。
在本实施例中，M1为NMOS，M2为PMOS，M3为NMOS，M4为PMOS。电路的具体工作原理如下：
在需要开启功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为高电平，高电平信号使得M1导通、M2截止，进一步，M1导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。同时，控制信号输入端11输入的高电平的控制信号使得M3导通、M4截止，M3导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。
在需要关闭功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为低电平，低电平信号使得M1截止、M2导通，进一步，M2导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。同时，控制信号输入端11输入的低电平的控制信号使得M3截止、M4导通，M4导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。
参阅图5，图5是本申请提供的功率器件的驱动电路第四实施例的结构示意图，该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13和第二开关组件14。
其中，第一开关组件13包括反相器N、升/降压电路132、第一开关管M1和第二开关管M2。反相器N的输入端连接控制信号输入端11，升/降压电路132的输入端连接反相器N的输出端，第一开关管M1的控制端连接升/降压电路132的输出端，第一开关管M1的输入端连接驱动电源信号，第一开关管M1的输出端连接驱动信号输出端12。第二开关管M2的控制端连接升/降压电路132的输出端，第二开关管M2的输入端连接地信号，第二开关管M2的输出端连接驱动信号输出端12。
其中，第二开关组件14包括第三开关管M3和第四开关管M4。第三开关管M3的控制端连接控制信号输入端11，第三开关管M3的输入端连接驱动电源信号，第三开关管M3的输出端连接驱动信号输出端12；第四开关管M4的控制端连接控制信号输入端11，第四开关管M4的输入端连接地信号，第四开关管M4的输出端连接驱动信号输出端12。
在本实施例中，M1为NMOS，M2为PMOS，M3为PMOS，M4为NMOS。电路的具体工作原理如下：
在需要开启功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为低电平，经过反相器N后变为高电平，并通过升/降压电路132进一步抬高，高电平信号使得M1导通、M2截止，进一步，M1导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。同时，控制信号输入端11输入的低电平的控制信号使得M3导通、M4截止，M3导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。
在需要关闭功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为高电平，经过反相器N后变为低电平，并通过升/降压电路132进一步降低，低电平信号使得M1截止、M2导通，进一步，M2导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。同时，控制信号输入端11输入的高电平的控制信号使得M3截止、M4导通，M4导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。
在另一实施例中，也可以分别采用两个反相器和两个升/降压电路，如图6所示，图6是本申请提供的功率器件的驱动电路第五实施例的结构示意图。该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13和第二开关组件14。
其中，第一开关组件13包括第一反相器N1、第一升/降压电路132a、第二反相器N2、第二升/降压电路132b、第一开关管M1和第二开关管M2。第一反相器N1的输入端连接控制信号输入端11，第一升/降压电路132a的输入端连接第一反相器N1的输出端，第一开关管M1的控制端连接第一升/降压电路132a的输出端，第一开关管M1的输入端连接驱动电源信号，第一开关管M1的输出端连接驱动信号输出端12。第二反相器N2的输入端连接控制信号输入端11，第二升/降压电路132b的输入端连接第二反相器N2的输出端，第二开关管M2的控制端连接第二升/降压电路132b的输出端，第二开关管M2的输入端连接地信号，第二开关管M2的输出端连接驱动信号输出端12。
其中，第二开关组件14包括第三开关管M3和第四开关管M4。第三开关管M3的控制端连接控制信号输入端11，第三开关管M3的输入端连接驱动电源信号，第三开关管M3的输出端连接驱动信号输出端12；第四开关管M4的控制端连接控制信号输入端11，第四开关管M4的输入端连接地信号，第四开关管M4的输出端连接驱动信号输出端12。
在需要开启功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为低电平，经过第一反相器N1和第二反相器N2后变为高电平，并通过第一升/降压电路132a和第二升/降压电路132b进一步抬高，高电平信号使得M1导通、M2截止，进一步，M1导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。同时，控制信号输入端11输入的低电平的控制信号使得M3导通、M4截止，M3导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。
在需要关闭功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为高电平，经过第一反相器N1和第二反相器N2后变为低电平，并通过第一升/降压电路132a和第二升/降压电路132b进一步降低，低电平信号使得M1截止、M2导通，进一步，M2导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。同时，控制信号输入端11输入的高电平的控制信号使得M3截止、M4导通，M4导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。
参阅图7，图7是本申请提供的功率器件的驱动电路第六实施例的结构示意图，该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13和第二开关组件14。
其中，第一开关组件13包括反相器N、升/降压电路132、第一开关管M1和第二开关管M2。反相器N的输入端连接控制信号输入端11，升/降压电路132的输入端连接反相器N的输出端，第一开关管M1的控制端连接升/降压电路132的输出端，第一开关管M1的输入端连接驱动电源信号，第一开关管M1的输出端连接驱动信号输出端12。第二开关管M2的控制端连接升/降压电路132的输出端，第二开关管M2的输入端连接地信号，第二开关管M2的输出端连接驱动信号输出端12。
其中，第二开关组件14包括第三开关管M3和第四开关管M4。第三开关管M3的控制端连接控制信号输入端11，第三开关管M3的输入端连接驱动电源信号，第三开关管M3的输出端连接驱动信号输出端12；第四开关管M4的控制端连接控制信号输入端11，第四开关管M4的输入端连接地信号，第四开关管M4的输出端连接驱动信号输出端12。
在本实施例中，M1为PMOS，M2为NMOS，M3为NMOS，M4为PMOS。电路的具体工作原理如下：
在需要开启功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为高电平，经过反相器N后变为低电平，并通过升/降压电路132进一步降低，低电平信号使得M1导通、M2截止，进一步，M1导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。同时，控制信号输入端11输入的高电平的控制信号使得M3导通、M4截止，M3导通使得驱动电源信号输入至驱动信号输出端12，以驱动功率器件。
在需要关闭功率器件时，控制信号输入端11输入的控制信号为高电平，经过反相器N后变为高电平，并通过升/降压电路132进一步抬高，高电平信号使得M1截止、M2导通，进一步，M2导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。同时，控制信号输入端11输入的低电平的控制信号使得M3截止、M4导通，M4导通使得地信号输入至驱动信号输出端12，以使得功率器件关闭。
参阅图8，图8是本申请提供的功率器件的驱动电路第七实施例的结构示意图，该驱动电路10包括控制信号输入端11、驱动信号输出端12、第一开关组件13、第二开关组件14和信号处理器15。
其中，信号处理器15用于接收输入信号，并将输入信号转化为对应不同电平的控制信号，以控制第一开关组件13或第二开关组件14中的开关管的导通或关闭。
其中，第一开关组件13连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端11和驱动信号输出端12，用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端12以驱动功率器件。
其中，第二开关组件14与第一开关组件13类似地，第二开关组件14连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接控制信号输入端11和驱动信号输出端12，用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端12以驱动功率器件。
可选地，本实施例中的控制信号可以是高电平信号或者低电平信号，用于使第一开关组件13和第二开关组件14中的开关管导通或关闭，从而使得将驱动电源信号或者低信号输入至驱动信号输出端12。
可以理解地，在本实施例中，第一开关组件13和第二开关组件14是并列的，两者的作用相同。但是，在本实施例中，第一开关组件13中的开关管的尺寸小于第二开关组件14中的开关管的尺寸。
区别于现有技术，本申请提供的功率器件的驱动电路包括：控制信号输入端用于输入控制信号；驱动信号输出端连接功率器件；第一开关组件用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端以驱动功率器件；第二开关组件用于响应控制信号以导通驱动电源信号与驱动信号输出端之间的通路，或者地信号与驱动信号输出端之间的通路，从而切换驱动电源信号或者地信号至驱动信号输出端以驱动功率器件。由于第一开关组件的开关时间小于第二开关组件的开关时间，所以第一开关组件导通时间短，可以迅速的将驱动电源信号输入至驱动信号输出端，以对功率器件进行驱动，然后第二开关组件导通，再持续的将驱动电源信号输入至驱动信号输出端，以对功率器件进行持续的驱动。通过上述方式，既保证高频开关特性的功率器件能够迅速开启和关闭，也能够保证在导通的情况下对功率器件进行持续的驱动。
参阅图9，图9是本申请提供的电子设备的结构示意图，该电子设备80包括功率器件81和驱动电路82。
可选地，该功率器件81为具有高频开关特性的功率器件，例如SiC功率器件、GaN功率器件等。
其中，该驱动电路82连接功率器件81用于控制功率器件81的开启和关闭，以对功率器件81进行驱动，该驱动电路82是如上述图1-图7中各个实施例中的电路，其结构和原理类似，这里不再赘述。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是根据本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率器件的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：
控制信号输入端，用于输入控制信号；
驱动信号输出端，连接功率器件；
第一开关组件，连接在驱动电源信号和地信号之间，并连接所述控制信号输入端和所述驱动信号输出端，用于响应所述控制信号以导通所述驱动电源信号与所述驱动信号输出端之间的通路，或者所述地信号与所述驱动信号输出端之间的通路，从而切换所述驱动电源信号或者所述地信号至所述驱动信号输出端以驱动所述功率器件；
第二开关组件，连接在所述驱动电源信号和所述地信号之间，并连接所述控制信号输入端和所述驱动信号输出端，用于响应所述控制信号以导通所述驱动电源信号与所述驱动信号输出端之间的通路，或者所述地信号与所述驱动信号输出端之间的通路，从而切换所述驱动电源信号或者所述地信号至所述驱动信号输出端以驱动所述功率器件；
其中，所述第一开关组件的开关时间小于所述第二开关组件的开关时间，所述开关时间为所述驱动信号输出端输出的信号电位被拉高或拉低的时间间隔，所述第二开关组件导通所述驱动电源信号与所述驱动信号输出端之间的通路时，所述第一开关组件保持导通所述驱动电源信号与所述驱动信号输出端之间的通路；
其中，所述第一开关组件中的开关管的尺寸小于所述第二开关组件中的开关管的尺寸。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
所述开关管为MOS管，所述开关管的尺寸表示MOS管的宽/长比；或
所述开关管为三极管，所述开关管的尺寸表示三极管发射极区或集电极区的面积。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
所述第一开关组件包括：
反相电路，所述反相电路的输入端连接所述控制信号输入端；
第一开关管，所述第一开关管的控制端连接所述反相电路的输出端，所述第一开关管的输入端连接所述驱动电源信号，所述第一开关管的输出端连接所述驱动信号输出端；
第二开关管，所述第二开关管的控制端连接所述反相电路的输出端，所述第二开关管的输入端连接所述地信号，所述第二开关管的输出端连接所述驱动信号输出端。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，
所述第一开关管和所述第二开关管中的一个为N型开关管，所述第一开关管和所述第二开关管中的另一个为P型开关管。
5.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，
所述反相电路包括：
反相器，所述反相器的输入端连接所述控制信号输入端；
升/降压电路，所述升/降压电路的输入端连接所述反相器的输出端，所述升/降压电路的输出端连接所述第一开关管和所述第二开关管的控制端。
6.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，
所述反相电路包括：
第一反相器，所述第一反相器的输入端连接所述控制信号输入端；
第一升/降压电路，所述第一升/降压电路的输入端连接所述第一反相器的输出端，所述第一升/降压电路的输出端连接所述第一开关管的控制端；
第二反相器，所述第二反相器的输入端连接所述控制信号输入端；
第二升/降压电路，所述第二升/降压电路的输入端连接所述第二反相器的输出端，所述第二升/降压电路的输出端连接所述第二开关管的控制端。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，
所述第二开关组件包括：
第三开关管，所述第三开关管的控制端连接所述控制信号输入端，所述第三开关管的输入端连接所述驱动电源信号，所述第三开关管的输出端连接所述驱动信号输出端；
第四开关管，所述第四开关管的控制端连接所述控制信号输入端，所述第四开关管的输入端连接所述地信号，所述第四开关管的输出端连接所述驱动信号输出端。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，
所述第三开关管和所述第四开关管中的一个为N型开关管，所述第三开关管和所述第四开关管中的另一个为P型开关管。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
功率器件；
驱动电路，连接所述功率器件，以驱动所述功率器件的开启和关断，所述驱动电路是如权利要求1-8任一项所述的驱动电路。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，
所述功率器件为GaN功率器件或SiC功率器件。
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