一种耗尽型功率半导体器件的直驱电路

本发明属于电子技术及集成电路设计领域，尤其涉及一种耗尽型功率半导体器件的直驱电路。

背景技术：

1、功率半导体器件是电力电子装置中实现电力控制和转换的核心部件，主要功能为调整或改变电路中的电压、电流、频率等物理特性，以实现对电能的管理，其广泛运用于新能源汽车、工业控制、新能源发电、储能、消费电子等领域。

2、功率半导体器件一般分为增强型和耗尽型，其中增强型功率半导体器件栅源电压零伏时关断，高压时导通，栅源驱动电压范围较窄，栅极可靠性较低，栅极受干扰程度较高；耗尽型器件栅源电压零伏时导通，负压时关断，栅极可靠性高，器件电流能力大，制备成本低。通常耗尽型功率半导体器件会与n沟道金属氧化物半导体器件级联使用，以此形成常关的特性，但级联中存在高低侧器件电容电阻匹配的问题，增加设计难度，其次，级联中的寄生往往会带来额外的可靠性问题，制约了器件的进一步发展，同时由于级联器件本质上是驱动低侧低压n沟道金属氧化物半导体器件，因此不能充分发挥耗尽型器件开关速度快的优势。通常电力电子系统中很难直接驱动耗尽型功率半导体器件。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种耗尽型功率半导体器件的直驱电路,以解决耗尽型功率半导体器件由于其常开，需要负压关断的性能，通常与n沟道金属氧化物半导体器件级联合封成cascode结构使用，然而该结构开关损耗高，反向导通压降高，存在反向恢复且不能并联使用，因此制约了耗尽型功率半导体器件性能的完全发挥的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

3、本发明的耗尽型功率半导体器件的直驱电路包括耗尽型功率半导体器件g1，n沟道金属氧化物半导体器件g2，隔离型栅极驱动，隔离型变压器，第一二极管d1，第二二极管d2，第一电阻，第二电阻；其中，隔离型栅极驱动，pulse in端与脉冲源连接，vdci+与输入供电的vdc+连接，vdci-与输入供电的vdc-连接，vdco+与输出供电的vcc+连接，vdco-与输出供电的vcc-连接；第一电阻，一端与隔离型栅极驱动的pulse out连接；耗尽型功率半导体器件g1，栅极与所述第一电阻r1的另一端连接；

4、隔离型变压器，vi+端与外部供电的正极相连接，vi-端与外部供电的负极相连接；

5、第二电阻r2，一端与隔离型变压器vo+端连接；

6、n沟道金属氧化物半导体器件g2，栅极与所述第二电阻r2的另一端连接，漏极与耗尽型功率半导体器件g1的源极连接于sw端，源极与隔离型变压器的vo-端连接；

7、第一二极管d1，阳极与所述隔离型栅极驱动的pulse out端连接，阴极与所述n沟道金属氧化物半导体器件g2的源极连接；

8、第二二极管d2，阳极与输出供电的vcc+连接，阴极与耗尽型功率半导体器件g1的源极及n沟道金属氧化物半导器件g2的漏极连接，同时一起连接于sw端。

9、进一步的，所述隔离型变压器的输出直接控制n沟道金属氧化物半导体器件g2：当输入供电vdc+大于所述隔离型变压器的vi+时，所述隔离型变压器工作，其输出端vo+、vo-直接作用于所述n沟道金属氧化物半导体器件g2的栅极和源极，使得所述n沟道金属氧化物半导体器件g2导通。

10、进一步的，所述电路输入脉冲源可直接控制所述耗尽型功率半导体器件g1的开关：当输入供电与输出供电电压高于设定工作电压时，所述隔离型栅极驱动和所述隔离型变压器打开，所述n沟道金属氧化物半导体器件g2导通，所述sw端为输出供电电压，当所述隔离型栅极驱动的pulse in端为低电平时，pulse out端输出为低电平，所述耗尽型功率半导体器件g1的栅极和源极之间为负压，器件关断；当所述隔离型栅极驱动的pulse in端为高电平时，pulse out端输出为高电平，所述耗尽型功率半导体器件g1的栅极和源极之间为零压，器件导通。

11、进一步的，当所述电路处于待机状态下，可自动补偿关断所述耗尽型功率半导体器件g1：当不提供输入供电与输出供电电压时，所述隔离型栅极驱动和所述隔离型变压器关断，所述n沟道金属氧化物半导体器件g2关断，所述耗尽型功率半导体器件g1的栅极恒为低电平，所述sw端的电压随着漏极电压升高而升高，当栅极与该端电压的压差低于所述耗尽型功率半导体器件g1的阈值电压时，所述耗尽型功率半导体器件g1形成自反馈式关断。

12、所述n沟道金属氧化物半导体器件g2在系统上电后一直导通，因此反向导通压降低且无反向恢复。

13、可以通过改变第一电阻的阻值控制耗尽型功率半导体器件g1的开关速度。

14、所述驱动电路可同时驱动多颗耗尽型功率半导体器件g1，便于器件并联使用。

15、进一步的，隔离型变压器，vi+端与输入供电的vdc+相连接，vi-端与输入供电的vdc-相连接。

16、进一步的，隔离型变压器，vi+端与输入供电的vcc+相连接，vi-端与输入供电的vcc-相连接。

17、本发明的一种耗尽型功率半导体器件的直驱电路，具有以下优点：

18、(1)本发明通过隔离型变压器对n沟道金属氧化物半导体器件的控制，隔离型栅极驱动与耗尽型功率半导体器件的栅极的直接连接完成对耗尽型功率半导体器件的驱动能直接驱动耗尽型功率半导体器件，充分发挥其特有优势；

19、(2)本发明采用n沟道金属氧化物半导体器件，栅极供电易于实现且方便；

20、(3)本发明采用n沟道金属氧化物半导体器件，成本较低；

21、(4)本发明采用自反馈式结构，待机状态下耗尽型功率半导体器件实现关断；

22、(5)本发明通过隔离型栅极驱动完成对耗尽型功率半导体器件栅极的直接控制，便于耗尽型功率半导体器件的并联使用。

技术特征：

1.一种耗尽型功率半导体器件的直驱电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的耗尽型功率半导体器件的直驱电路，其特征在于，所述隔离型变压器的输出直接控制n沟道金属氧化物半导体器件g2：

3.根据权利要求2所述的耗尽型功率半导体器件的直驱电路，其特征在于，所述电路输入脉冲源直接控制所述耗尽型功率半导体器件g1的开关：

4.根据权利要求1所述的耗尽型功率半导体器件的直驱电路，其特征在于，当所述电路处于待机状态下，可自动补偿关断所述耗尽型功率半导体器件g1：

5.根据权利要求1所述的耗尽型功率半导体器件的直驱电路，其特征在于，隔离型变压器，vi+端与输入供电的vdc+相连接，vi-端与输入供电的vdc-相连接。

6.根据权利要求1所述的耗尽型功率半导体器件的直驱电路，其特征在于，隔离型变压器，vi+端与输入供电的vcc+相连接，vi-端与输入供电的vcc-相连接。

技术总结
本发明提供一种耗尽型功率半导体器件的直驱电路，包括耗尽型功率半导体器件，N沟道金属氧化物半导体器件，隔离型栅极驱动，隔离型变压器，二极管和电阻；其中耗尽型功率半导体器件的栅极与隔离型栅极驱动的输出相连接，源极与N沟道金属氧化物半导体器件的漏极及输出供电相连接；N沟道金属氧化物半导体器件的栅极与隔离型变压器的输出相连接；第一二极管的阳极与隔离型栅极驱动的输出相连接，阴极与N沟道金属氧化物半导体器件的源极相连接；第二二极管的阳极与隔离型栅极驱动的输出供电相连接，阴极与耗尽型功率半导体器件的源极及N沟道金属氧化物半导体器件的漏极相连接。本发明完成对耗尽型功率半导体器件的直接控制，提高开关速度和频率。

技术研发人员：李胜,毛伟雄,陆伟豪,刘斯扬,孙伟锋,时龙兴
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15