一种半桥常开耗尽型开关器件的直驱电路的制作方法

本发明涉及电子，特别是涉及一种半桥常开耗尽型开关器件的直驱电路。

背景技术：

1、在高功率应用场景中，半桥（或全桥）拓扑结构，如llc半桥拓扑，如图1所示，常被采用作为解决方案。在这些拓扑结构中，上下桥臂的功率开关管通常使用传统的si mosfet晶体管，这些传统si mosfet由于其较大的输出结电荷，导致在实现零电压切换（zvs）时，充放电的时间比较长。因此，为了确保安全和稳定的工作，半桥上下桥臂之间的驱动死区时间设置得相对较长。此外，实现zvs所需的激磁能量也相对较大，这在一定程度上限制了开关频率和整个系统的能效。

2、随着第三代宽禁带半导体材料，如氮化镓（gan）的发展，其在半桥应用中展现出显著的优势。gan器件的结电荷较小，这有助于减少死区时间，并可以实现更高的开关频率。同时，由于其较低的激磁能量需求，gan器件在实现zvs时更为高效。

3、然而，增强型gan器件在电流承载能力上相对较弱，且驱动电压范围较窄。相比之下，级联耗尽型氮化镓（gan）器件提供了更宽的驱动电压范围和更强的电流承载能力，这使得它们更适合于大功率应用场景下的半桥应用。这不仅能够降低死区时间，提高开关频率，还能减少实现zvs所需的激磁能量，从而提升整个系统的能效和性能。

4、在半桥应用中，级联耗尽型氮化镓（gan）器件虽然具有一系列优势，但也存在一些局限性和挑战：

5、1.级联驱动方式的挑战：级联耗尽型gan器件并非直接驱动的耗尽型器件，而是通过驱动级联的硅（si）mosfet来实现。这种方式带来了一些普遍问题，如开关滞后、级联上管速度不可控、并联问题和应用场景受限等。

6、2.开关速度不可控导致的dv/dt,di/dt问题：在半桥应用中，由于级联内部的耗尽型器件开关速度不可控，可能会导致半桥桥臂上下开关管沟道电压变化率（dv/dt）或者电流变化率（di/dt）较大。这可能会引起上下桥臂的直通现象，从而导致器件失效。为了缓解这一问题，一般在电路设计中引入缓冲网络和吸收电路，以限制电压/电流变化率并保护器件。

7、3.功率集成合封的复杂性和成本问题：在半桥功率集成合封过程中，由于级联耗尽型gan器件内部包含多个die（指的是晶圆上切割出的单个芯片单元），导致面积较大，增加了成本和合封设计的复杂性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种半桥常开耗尽型开关器件的直驱电路，能够提高驱动电路的稳定性和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种半桥常开耗尽型开关器件的直驱电路，所述直驱电路包括：驱动电路和半桥功率桥臂；

4、所述驱动电路与所述半桥功率桥臂连接；所述驱动电路用于驱动所述半桥功率桥臂工作；

5、所述半桥功率桥臂包括第一耗尽型开关器件、第二耗尽型开关器件、n型mosfet器件和第一二极管；

6、所述第一耗尽型开关器件的源极与所述第二耗尽型开关器件的漏极连接，所述第二耗尽型开关器件的源极与所述n型mosfet器件的漏极连接，所述第二耗尽型开关器件的栅极与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与所述n型mosfet器件的源极连接；或者，所述第一耗尽型开关器件的源极与所述n型mosfet器件的漏极连接，所述n型mosfet器件的源极与所述第二耗尽型开关器件的漏极连接，所述第一耗尽型开关器件的栅极与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与所述n型mosfet器件的源极连接；

7、所述第一耗尽型开关器件、所述第二耗尽型开关器件和所述n型mosfet器件的栅极均与所述驱动电路连接。

8、可选地，当所述驱动电路为隔离式半桥驱动器时，所述直驱电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二二极管和第三二极管；

9、所述隔离式半桥驱动器的第一输出端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接；所述第一电阻的另一端与所述第二二极管的负极连接；所述第二二极管的正极与所述第二电阻的另一端均与所述第一耗尽型开关器件的栅极连接；

10、所述隔离式半桥驱动器的第二输出端分别与所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端连接；所述第三电阻的另一端与所述第三二极管的负极连接；所述第三二极管的正极与所述第四电阻的另一端均与所述第二耗尽型开关器件的栅极连接；

11、所述隔离式半桥驱动器的控制信号输出端分别与所述n型mosfet器件的栅极和第五电阻的一端连接；所述第五电阻的另一端与所述n型mosfet器件的源极连接。

12、可选地，所述驱动电路包括耗尽型开关器件驱动电路和控制电路；

13、所述耗尽型开关器件驱动电路用于驱动所述第一耗尽型开关器件和所述第二耗尽型开关器件；所述控制电路用于控制所述n型mosfet器件的开通和关断。

14、可选地，所述耗尽型开关器件驱动电路包括第一耗尽型开关器件驱动电路和第二耗尽型开关器件驱动电路；

15、所述第一耗尽型开关器件驱动电路用于驱动第一耗尽型开关器件；所述第二耗尽型开关器件驱动电路用于驱动所述第二耗尽型开关器件；

16、所述第一耗尽型开关器件驱动电路包括第一驱动芯片、第一p型mosfet器件和第六电阻；所述第一驱动芯片的使能输出端与所述第一耗尽型开关器件的栅极连接；所述第一驱动芯片的控制信号输出端分别与所述第一p型mosfet器件的栅极和所述第六电阻的一端连接；所述第一p型mosfet器件的源极与所述第六电阻的另一端连接后与所述第一耗尽型开关器件的源极连接；所述第一p型mosfet器件的漏极与所述第一驱动芯片的供电电压端连接；

17、所述第二耗尽型开关器件驱动电路包括第二驱动芯片、第二p型mosfet器件和第七电阻；所述第二驱动芯片的使能输出端与所述第二耗尽型开关器件的栅极连接；所述第二驱动芯片的控制信号输出端分别与所述第二p型mosfet器件的栅极和所述第七电阻的一端连接；所述第二p型mosfet器件的漏极与所述第二耗尽型开关器件的源极连接；所述第七电阻的另一端与所述第二p型mosfet器件的源极连接后与所述第二驱动芯片的供电电压端连接。

18、可选地，所述控制电路包括控制芯片、第八电阻、第九电阻和第三p型mosfet器件；

19、所述控制芯片的第一控制信号输出端分别与所述第八电阻的一端和所述第三p型mosfet器件的栅极连接；所述第八电阻的另一端分别与所述控制芯片的供电电压端和所述第三p型mosfet器件的源极连接；所述第三p型mosfet器件的漏极分别与所述第九电阻的一端和所述n型mosfet器件的栅极连接；所述第九电阻的另一端与所述n型mosfet器件的源极连接。

20、可选地，所述驱动电路还包括第四二极管、第一电容和第二电容；

21、所述第一驱动芯片的供电电压端与所述第一电容的一端连接；所述第一电容的另一端与所述第四二极管的负极连接；所述第四二极管的正极与所述第二电容的一端连接；所述第二电容的另一端与所述第二驱动芯片的供电电压端连接。

22、可选地，所述第一驱动芯片和所述第二驱动芯片均为隔离式驱动芯片。

23、可选地，所述控制芯片为非隔离式控制芯片。

24、可选地，所述控制芯片的第二控制信号输出端分别与所述第一驱动芯片和所述第二驱动芯片的使能输入端连接。

25、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

26、本发明提供的半桥常开耗尽型开关器件的直驱电路中的耗尽型开关器件的开关速度可控，使得能够精确地调节耗尽型开关器件的开关速率，从而能够适应不同的工作条件和要求，进而半桥桥臂上下管沟道的电压/电流变化率（dv/dt，di/dt）也得到了有效控制，大大降低了桥臂直通的风险，从而提高了系统的稳定性和可靠性。此外，本发明所需的功率die数量仅需三个，相比传统级联方案中的四个die，减少了占板面积，降低了整体成本。这种减少die数量的设计不仅使得电路布局更为紧凑，而且也减轻了散热压力，因为更少的die意味着可能的热源减少，进一步有助于提高系统的热稳定性和长期可靠性。