门极驱动电路及功率半导体芯片的制作方法

本申请涉及电力电子，具体涉及一种门极驱动电路及功率半导体芯片。

背景技术：

1、碳化硅（sic）与氮化镓（gan）等宽禁带功率半导体器件因其高耐压、低导通电阻及高速开关特性，在电力电子系统中得到广泛应用。然而，这类器件在开通瞬态过程中电流上升速率极高，当发生短路或桥臂直通等故障时，极短时间内即可产生超出器件耐受极限的电流峰值，导致器件因能量积累过快而发生热失效。实际应用中，部分器件的短路耐受时间不足1.5微秒，甚至低至数百纳秒，给驱动保护电路的设计带来了严峻挑战。

2、为驱动上述功率器件，传统门极驱动电路通常采用恒定电压（例如18v）来开通器件，以降低导通损耗并保证开关速度。

3、然而，这种固定电压驱动方式无法抑制开通初期的电流尖峰和电流上升速率，在短路故障发生时，器件在极短时间内积累的i×v能量积迅速超过安全阈值，导致热失效。由于短路耐受时间窗口极窄，现有保护机制在响应时间的设置上面临两难：若保护阈值设置过低，易因正常开关过程中的瞬态电流尖峰而频繁误触发；若设置过高，则器件在保护动作前已发生永久性损坏。因此，如何在不过度增加系统复杂度的前提下提升短路耐受能力，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种门极驱动电路及功率半导体芯片，以解决现有门极驱动电路因采用恒定电压开通导致功率器件在开通瞬态及短路故障时电流尖峰过高、短路耐受时间不足、保护机制易误触发或响应不及时的技术问题。

2、第一方面，本申请提供一种门极驱动电路，用于驱动碳化硅功率器件和/或氮化镓功率器件，包括：

3、电压源模块，用于生成至少两个不同的电压信号；

4、驱动输出网络，其输出端连接至所述功率器件的门极，用于根据控制信号选择性地将所述电压信号输出至所述门极，以驱动所述功率器件的导通；

5、控制模块，用于在所述功率器件的导通阶段，于第一预设时段内控制所述驱动输出网络将所述电压源模块生成的一个电压信号输出至所述门极，以产生使所述功率器件导通的第一门极电压；

6、以及用于在所述第一预设时段结束后的第二预设时段内输出控制所述驱动输出网络将所述电压源模块生成的另一个电压信号输出至所述门极，以在产生使所述功率器件导通的第二门极电压；

7、其中，所述第二门极电压高于所述第一门极电压。

8、第二方面，本申请提供一种功率半导体芯片，包括碳化硅功率器件或氮化镓功率器件，以及包括上述第一方面所述的门级驱动电路。

9、本申请提供的门极驱动电路及功率半导体芯片，通过设置电压源模块生成至少两个不同的电压信号，并利用控制模块在功率器件导通阶段的第一预设时段内控制驱动输出网络输出较低的第一门极电压，在随后的第二预设时段内输出较高的第二门极电压。采用上述分时切换门极电压的控制方式，在功率器件开通初期以较低电压驱动，能够有效抑制电流上升速率和开通瞬态电流尖峰，从而在发生短路或桥臂直通等故障时显著降低器件积累的i×v能量积，延长短路耐受时间窗口；待器件进入稳定导通状态后再切换至较高电压，则可保证较低的导通电阻和理想的开关速度，避免增加导通损耗。相较于传统恒定电压驱动方案，本申请在不依赖额外电流检测电路或复杂反馈回路的前提下，从源头抑制了电流尖峰，缓解了保护机制在响应时间设置上的两难困境，降低了误触发风险，提升了系统的可靠性和安全性。

10、本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

1.一种门极驱动电路，用于驱动碳化硅功率器件和/或氮化镓功率器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的门极驱动电路，其特征在于，所述控制模块还用于在所述功率器件的关断阶段，控制所述驱动输出网络将所述电压源模块生成的又一个电压信号输出至所述门极，以产生使所述功率器件关断的门极电压。

3.根据权利要求1至2任一项所述的门极驱动电路，其特征在于，所述驱动输出网络包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻；

4.根据权利要求3所述的门极驱动电路，其特征在于，所述控制模块在所述第一预设时段内控制所述第一开关管和所述第二开关管导通、控制所述第三开关管截止，使所述第一电阻与所述第二电阻构成分压网络，以产生使所述功率器件导通的第一门极电压。

5.根据权利要求3所述的门极驱动电路，其特征在于，所述控制模块在所述第二预设时段内控制所述第一开关管导通、控制所述第二开关管和所述第三开关管截止，以产生使所述功率器件导通的第二门极电压。

6.根据权利要求3所述的门极驱动电路，其特征在于，所述控制模块在关断阶段控制所述第二开关管和/或所述第三开关管导通，以产生使所述功率器件关断的门极电压。

7.根据权利要求1至2任一项所述的门极驱动电路，其特征在于，所述驱动输出网络包括：第一缓冲器、第二缓冲器和第四电阻；

8.根据权利要求7所述的门极驱动电路，其特征在于，所述控制模块输出四种逻辑电平组合，包括：

9.根据权利要求8所述的门极驱动电路，其特征在于，所述控制模块在所述第一预设时段内输出所述第一逻辑电平组合，在所述第二预设时段内输出所述第二逻辑电平组合，在关断阶段输出所述第三逻辑电平组合或所述第四逻辑电平组合。

10.一种功率半导体芯片，其特征在于，包括碳化硅功率器件和/或氮化镓功率器件，以及包括上述权利要求1至9任一所述的门级驱动电路。