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基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构
申请号	CN202410100187.6	申请日	2024-01-24	公开(公告)号	CN117938135A	公开(公告)日	2024-04-26
申请人	中山大学; 湖南炬神电子有限公司;			发明人	刘扬; 冉浩然; 赵智星; 詹海峰; 王自鑫;
摘要	本发明公开了基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，包括：正压驱动器 DRV、电荷泵 CP、常导通晶体管Q2、二极管 D1、电压控制电路、稳压管D2、常关断晶体管Q1和控制信号输出电路；正压驱动器DRV与电荷泵 CP相连接，电荷泵CP与常导通晶体管Q2的栅极相连接，常导通晶体管Q2的栅极还与二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常导通晶体管Q2的源极还与稳压管D2的阴极相连接，稳压管D2的阳极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常关断晶体管Q1的栅极与电压控制电路相连接，控制信号输出电路与正压驱动器DRV、电压控制电路相连接。本发明可以降低开关损耗，充分释放耗尽型功率场效应晶体管器件的性能。
权利要求	1.基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，包括：正压驱动器DRV、电荷泵CP、常导通晶体管Q2、二极管D1、电压控制电路、稳压管D2、常关断晶体管Q1和控制信号输出电路；正压驱动器DRV与电荷泵CP相连接，电荷泵CP与常导通晶体管Q2的栅极相连接，常导通晶体管Q2的栅极还与二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常导通晶体管Q2的源极还与稳压管D2的阴极相连接，稳压管D2的阳极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常关断晶体管Q1的栅极与电压控制电路相连接，控制信号输出电路与正压驱动器DRV、电压控制电路相连接。 2.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，电荷泵CP包括：电容C1和二极管D3；电容C1的一端与正压驱动器DRV相连接，电容C1另一端与常导通晶体管Q2的栅极相连接，二极管D3的阴极与正压驱动器DRV相连接，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连接。 3.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，常导通晶体管Q2的驱动回路采用开尔文连接方法；常导通晶体管Q2具有栅极、漏极以及源极，常导通晶体管Q2的源极与常关断晶体管Q1的漏极相连接；通过在常导通晶体管Q2的栅极和源极之间施加控制电压来控制常导通晶体管Q2的导通和截止。 4.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，电压控制电路采用包括但不限于以下方式单独实现或组合实现：比较器、驱动芯片、推挽结构电路；比较器的输入端分别接收参考电压信号和常导通晶体管Q2的控制信号，用于比较两个电压信号的大小，并输出比较结果；驱动芯片具有输入端和输出端，其中，输入端连接至常导通晶体管Q2的控制信号或比较器的输出端，接收比较结果；驱动芯片根据接收到的结果，产生相应的驱动信号；推挽结构电路连接常导通晶体管Q2接收控制信号，并根据所接收到的信号调节输出电压，产生相应的驱动信号。 5.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，包括：正压驱动器DRV，用于对电荷泵CP的正压驱动信号输入，并接收对常导通晶体管Q2的控制信号；电荷泵CP，用于将正压驱动信号转变为负压驱动信号，对常导通晶体管Q2进行驱动；电压控制电路，用于对常关断晶体管Q1的开关控制，接收对常关断晶体管Q1的控制信号；稳压管D2，用于对常关断晶体管Q1进行稳压操作，防止常关闭晶体管Q1漏极电压过高；控制信号输出电路，用于控制常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的开启与关闭。 6.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，包括：主电流通路按照常导通晶体管Q2的漏极、常关断晶体管Q1的漏极、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流；第一电流通路按照正压驱动器DRV、电荷泵CP、二极管D1、常关断晶体管Q1的漏极、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流；第二电流通路按照正压驱动器DRV、电荷泵CP、二极管D1、稳压管D2、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流。 7.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，包括：多个节点，节点为半导体元件的输入输出部分，包括端子或向半导体元件电连接的部位。 8.根据权利要求7所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，包括：节点之间相互连接形成电路网络；节点之间通过寄生电容、寄生电阻、寄生电感相互连接，构成一个完整的寄生参数网络；寄生电容连接在第一节点和第二节点之间，用于在两节点间提供电容耦合；寄生电阻连接在第一节点和第三节点之间，用于在两节点间提供电阻耦合；寄生电感连接在第一节点和第四节点之间，用于在两节点间提供电感耦合。 9.根据权利要求2所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，其特征在于，包括：当正压驱动器DRV进行正常开关后，产生高电平为VH，低电平为0V的方波信号，对电容C1进行充电；对电容C1充满电后，在正压驱动器DRV为高电平输出时，电容C1左端电压为VH，右端电压为二极管D1的导通压降VF；在正压驱动器DRV为低电平输出时，C1左端电压为0，右端电压为：VF‑VH； C1右端电压即为常导通晶体管栅极电压，实现负压关断。 10.根据权利要求1所述的基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，包括对电路结构正常工作的时序控制方法，其特征在于，包括：电路结构启机时的时序控制为：当前电路处于关闭状态，常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的控制信号均为低电平；然后常导通晶体管Q2的控制信号转为工作状态，常关断晶体管Q1的控制信号仍为低电平；经过数个周期后，常关断晶体管Q1的控制信号变为高电平，电路结构进入正常工作状态；电路结构关机时的时序控制为：当前电路处于开启状态，常导通晶体管Q2的控制信号为正常开关状态，常关断晶体管Q1的控制信号为高电平；然后常关断晶体管Q1的控制信号变为低电平，常关断晶体管Q1关闭；最后常导通晶体管Q2的控制信号从正常开关状态转为常关闭状态，完成电路结构的关闭过程。
说明书全文	基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构技术领域 [0001] 本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构。背景技术 [0002] 功率半导体电子器件是电力电子技术的核心元件，主要功能是通过切换开启以及关断状态实现电力设备的电能转换与电路控制，被广泛应用于能源系统、计算机系统、航空航天等领域，是与人们生活息息相关的一部分。 [0003] 功率半导体电子器件可以分为增强型器件和耗尽型器件两大类型，增强型器件即在0栅偏压时是不导电，只有当栅极电压的大于其阈值电压时才能出现导电沟道的器件。而耗尽型器件即在0栅偏压时就能够导电的器件，就是说耗尽型MOS管不加栅极电压时就有导电沟道存在。在实际应用过程中，我们倾向于使用增强型器件，因为耗尽型器件需要负压控制，在应用过程中存在失效安全问题，当栅极市失去控制后电路仍处于导通状态容易造成应用系统的损坏。 [0004] 当前功率半导体电子器件主要以Si基器件为主，但是受限于Si基器件的开关速度和功耗，Si基器件无法再进一步满足功率密度增长、电源转换效率提高的需求，而新一代功率器件，例如宽禁带功率半导体器件(GaN类器件和SiC类器件)相对于Si基器件耐压水平高、导通电阻更小、开关切换速度更快，可以进一步提升电源系统的功率密度和效率，已替代部分Si基器件，广泛应用于高压、中大功率、高开关频率的应用场合。 [0005] 其中，氮化镓器件由于材料所特有的极化效应，AlGaN类/GaN类异质结材料由于极化效应形成的二维电子气(2DEG)的面密度可达1013cm‑2，这使得该种器件具有种种优势，但同时也由于二维电子气(2DEG)在器件栅极电压为0V时依然存在，栅极电压为负时才消失使得器件关断，这使得氮化镓器件处于天然常开的状态，在使用过程中需要负压关断；使得在实际电路的应用中存在着失效安全问题，影响应用可靠性。 [0006] 而碳化硅器件同样由于其材料的禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，这使得该种器件具有种种优势，在应用过程中，碳化硅结型场效应晶体管可以充分利用材料的优越性能，但是碳化硅结型场效应晶体管为耗尽型器件，即也为常开状态，同样在使用过程中需要负压关断；使得在实际电路的应用中存在着失效安全问题，影响应用可靠性。 [0007] 对于氮化镓材料，一种解决方法是在氮化镓器件的栅极添加一层P‑GaN类层，以使得在栅极电压为0V时，栅极下沟道的二维电子气能够被夹断，实现增强型氮化镓器件。但是该种方法会使得氮化镓器件的制备更加复杂，而且栅极添加的P‑GaN类层会使得栅极产生较大的缺陷，造成导通电阻稳定性差、栅极耐压范围小、通流能力变弱的问题，此外P‑GaN类层对阈值电压的抬升有限，使得阈值电压虽然大于零，但仍然较低，容易受到干扰。 [0008] 对于碳化硅材料，可以采用金属氧化物半导体结构制造功率器件，解决常开的问题，但是因为它固有的晶格缺陷数量要超过硅，所以会造成较低的电子迁移率和较高的导通电阻。栅极阈值电压也表现出了明显的不稳定性和迟滞现象，而且在短路和过压等应力事件后栅氧化层会降级。它还会出现意外问题，并伴随“基面错位”或大块晶格缺陷，这种错位或缺陷可能在特定条件下扩大或迁移，进而导致导通电阻和漏电电流上升。 [0009] 另一种解决方法是采用在耗尽型功率场效应晶体管器件下串联一个低压硅基功率器件，并将高压耗尽型器件的栅极与低压硅基功率器件的源极相连，构成Cascode GaN类结构，但该结构由于引入了硅基器件，会产生电容匹配问题、使得器件的开关速度受到硅基器件的限制、由于硅基器件的体二极管还会引入反向恢复时间。 [0010] 耗尽型氮化镓器件相比于增强型氮化镓器件导通电阻更加稳定、栅极耐压范围大、通流能力更强，使得耗尽型氮化镓器件在更大功率领域相比于增强型氮化镓器件更具优势。但目前的Cascode结构氮化镓器件应用方法无法释放耗尽型氮化镓器件的全部性能优势，同时所有耗尽型器件在应用过程中也会面临着与耗尽型GaN器件同样的耗尽型存在着更优的结构解决Cascode结构的不足。 [0011] 因此，急需一种基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构。发明内容 [0012] 本发明提供了一种基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，以解决现有技术中存在的上述问题。 [0013] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案： [0014] 基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，包括：正压驱动器DRV、电荷泵CP、常导通晶体管Q2、二极管D1、电压控制电路、稳压管D2、常关断晶体管Q1和控制信号输出电路； [0015] 正压驱动器DRV与电荷泵CP相连接，电荷泵CP与常导通晶体管Q2的栅极相连接，常导通晶体管Q2的栅极还与二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常导通晶体管Q2的源极还与稳压管D2的阴极相连接，稳压管D2的阳极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常关断晶体管Q1的栅极与电压控制电路相连接，控制信号输出电路与正压驱动器DRV、电压控制电路相连接。 [0016] 其中，电荷泵CP包括：电容C1和二极管D3； [0017] 电容C1的一端与正压驱动器DRV相连接，电容C1另一端与常导通晶体管Q2的栅极相连接，二极管D3的阴极与正压驱动器DRV相连接，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连接。 [0018] 其中，常导通晶体管Q2的驱动回路采用开尔文连接方法； [0019] 常导通晶体管Q2具有栅极、漏极以及源极，常导通晶体管Q2的源极与常关断晶体管Q1的漏极相连接； [0020] 通过在常导通晶体管Q2的栅极和源极之间施加控制电压来控制常导通晶体管Q2的导通和截止。 [0021] 其中，电压控制电路采用包括但不限于以下方式单独实现或组合实现：比较器、驱动芯片、推挽结构电路； [0022] 比较器的输入端分别接收参考电压信号和常导通晶体管Q2的控制信号，用于比较两个电压信号的大小，并输出比较结果； [0023] 驱动芯片具有输入端和输出端，其中，输入端连接至常导通晶体管Q2的控制信号或比较器的输出端，接收比较结果；驱动芯片根据接收到的结果，产生相应的驱动信号； [0024] 推挽结构电路连接常导通晶体管Q2接收控制信号，并根据所接收到的信号调节输出电压，产生相应的驱动信号。 [0025] 其中，包括： [0026] 正压驱动器DRV，用于对电荷泵CP的正压驱动信号输入，并接收对常导通晶体管Q2的控制信号； [0027] 电荷泵CP，用于将正压驱动信号转变为负压驱动信号，对常导通晶体管Q2进行驱动； [0028] 电压控制电路，用于对常关断晶体管Q1的开关控制，接收对常关断晶体管Q1的控制信号； [0029] 稳压管D2，用于对常关断晶体管Q1进行稳压操作，防止常关闭晶体管Q1漏极电压过高； [0030] 控制信号输出电路，用于控制常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的开启与关闭。 [0031] 其中，包括： [0032] 主电流通路按照常导通晶体管Q2的漏极、常关断晶体管Q1的漏极、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流； [0033] 第一电流通路按照正压驱动器DRV、电荷泵CP、二极管D1、常关断晶体管Q1的漏极、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流； [0034] 第二电流通路按照正压驱动器DRV、电荷泵CP、二极管D1、稳压管D2、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流。 [0035] 其中，包括：多个节点，节点为半导体元件的输入输出部分，包括端子或向半导体元件电连接的部位。 [0036] 其中，包括：节点之间相互连接形成电路网络； [0037] 节点之间通过寄生电容、寄生电阻、寄生电感相互连接，构成一个完整的寄生参数网络； [0038] 寄生电容连接在第一节点和第二节点之间，用于在两节点间提供电容耦合； [0039] 寄生电阻连接在第一节点和第三节点之间，用于在两节点间提供电阻耦合； [0040] 寄生电感连接在第一节点和第四节点之间，用于在两节点间提供电感耦合。 [0041] 其中，包括： [0042] 当正压驱动器DRV进行正常开关后，产生高电平为VH，低电平为0V的方波信号，对电容C1进行充电； [0043] 对电容C1充满电后，在正压驱动器DRV为高电平输出时，电容C1左端电压为VH，右端电压为二极管D1的导通压降VF；在正压驱动器DRV为低电平输出时，C1左端电压为0，右端电压为：VF‑VH； [0044] C1右端电压即为常导通晶体管栅极电压，实现负压关断。 [0045] 其中，基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，包括对电路结构正常工作的时序控制方法，包括： [0046] 电路结构启机时的时序控制为：当前电路处于关闭状态，常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的控制信号均为低电平；然后常导通晶体管Q2的控制信号转为工作状态，常关断晶体管Q1的控制信号仍为低电平；经过数个周期后，常关断晶体管Q1的控制信号变为高电平，电路结构进入正常工作状态； [0047] 电路结构关机时的时序控制为：当前电路处于开启状态，常导通晶体管Q2的控制信号为正常开关状态，常关断晶体管Q1的控制信号为高电平；然后常关断晶体管Q1的控制信号变为低电平，常关断晶体管Q1关闭；最后常导通晶体管Q2的控制信号从正常开关状态转为常关闭状态，完成电路结构的关闭过程。 [0048] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： [0049] 基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，包括：正压驱动器DRV、电荷泵CP、常导通晶体管Q2、二极管D1、电压控制电路、稳压管D2、常关断晶体管Q1和控制信号输出电路；正压驱动器DRV与电荷泵CP相连接，电荷泵CP与常导通晶体管Q2的栅极相连接，常导通晶体管Q2的栅极还与二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常导通晶体管Q2的源极还与稳压管D2的阴极相连接，稳压管D2的阳极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常关断晶体管Q1的栅极与电压控制电路相连接，控制信号输出电路与正压驱动器DRV、电压控制电路相连接。充分利用耗尽型功率场效应晶体管器件性能、并且满足失效安全性要求的电路结构，克服了现有耗尽型器件应用方案具有失效安全问题、开关特性受到串联硅基器件影响、存在电容匹配和反向恢复时间的问题，降低开关损耗，充分释放耗尽型功率场效应晶体管器件的性能。 [0050] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。 [0051] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明 [0052] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： [0053] 图1为本发明实施例中基于耗尽型功率场效应晶体管的直接驱动电路结构图一； [0054] 图2为本发明实施例中基于耗尽型功率场效应晶体管的直接驱动电路结构图二； [0055] 图3为本发明实施例中电荷泵的一种具体实现方式。 [0056] 图4为本发明实施例中启机时的时序控制图； [0057] 图5为本发明实施例中关机时的时序控制图。具体实施方式 [0058] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 [0059] 本发明实施例提供了基于耗尽型功率场效应晶体管器件的直接驱动电路结构，包括：正压驱动器DRV、电荷泵CP、常导通晶体管Q2、二极管D1、电压控制电路、稳压管D2、常关断晶体管Q1和控制信号输出电路； [0060] 正压驱动器DRV与电荷泵CP相连接，电荷泵CP与常导通晶体管Q2的栅极相连接，常导通晶体管Q2的栅极还与二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常导通晶体管Q2的源极还与稳压管D2的阴极相连接，稳压管D2的阳极与常关断晶体管Q1的源极相连接，常关断晶体管Q1的栅极与电压控制电路相连接，控制信号输出电路与正压驱动器DRV、电压控制电路相连接。 [0061] 上述技术方案的工作原理为：如图1所示，基于耗尽型功率场效应晶体管的直接驱动电路结构图，具备常关断晶体管Q1、常导通晶体管Q2、电荷泵CP、正压驱动器DRV、二极管D1、稳压管D2、电压控制电路、控制信号输出电路； [0062] 常关断晶体管Q1，具有栅极、漏极以及源极；常关断晶体管Q1是使用了Si(硅)半导体的纵向型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，另外常关断晶体管Q1具备图示的寄生二极管。常关断晶体管Q1的耐压是10V～30V； [0063] 常导通晶体管Q2，具有栅极、漏极以及与上述常关断晶体管Q1漏极电连接的源极，常导通晶体管是不向栅极施加电压的情况下也流过漏极电流的晶体管。常导通晶体管是使用了GaN类半导体的HEMT(High Electron Mobility Transistor)，常导通晶体管的耐压比常关断晶体管的耐压高。常导通晶体管的耐压是600V～1200V； [0064] 常导通晶体管Q2和常关断晶体管Q1均为N型晶体管； [0065] 如图1所示的电路结构将常关断晶体管和常导通晶体管进行级联连接而实现常关断动作，所谓级联连接是指将常关断晶体管的源极与常关断晶体管的漏极进行电连接；电荷泵CP，与常导通晶体管Q2的栅极相连接，将正压驱动信号转变为负压驱动信号，对常导通晶体管Q2进行驱动；电荷泵包括电容C1，二极管D3；电容C1的左端与正压驱动器DRV相连，右端与常导通晶体管Q2的栅极相连，二极管D2的阴极与正压驱动器DRV相连，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连。 [0066] 如图2所示的电路结构图，不同的是二极管D1的连接方式，具有与常导通晶体管Q2栅极电连接的阳极、与常关断晶体管Q1源极连接的阴极；该电路结构的应用方法与图1中相同。 [0067] 上述技术方案的有益效果为：从耗尽型功率场效应晶体管器件在实际电路中应用的性能需求、安全需求和控制需求出发，设计出了一种可以充分利用耗尽型功率场效应晶体管性能、并且满足失效安全性要求的电路结构。本直接驱动电路结构包括高压耗尽型功率场效应晶体管，低压增强型硅基金属氧化物场效应晶体管，电荷泵结构，常规正压驱动器，电压控制结构以及信号主控电路。常规正压驱动器用于为电荷泵提供正压的脉冲控制信号，电荷泵结构用于将正压驱动信号转化为负压驱动信号用以驱动高压耗尽型功率场效应晶体管，电压控制结构用于控制低压增强型硅基金属氧化物场效应晶体管，信号主控电路用于给出低压增强型硅基金属氧化物场效应晶体管的控制信号。直接驱动电路结构克服了现有耗尽型功率场效应晶体管的失效安全问题，并且解决了在级联结构应用过程中受到低压硅器件开关速度的影响，是一种更加灵活控制的耗尽型功率场效应晶体管器件的应用结构。 [0068] 在另一实施例中，电荷泵CP包括：电容C1和二极管D3； [0069] 电容C1的一端与正压驱动器DRV相连接，电容C1另一端与常导通晶体管Q2的栅极相连接，二极管D3的阴极与正压驱动器DRV相连接，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连接。 [0070] 上述技术方案的工作原理为：如图3所示是一种电荷泵的实现方式，正压驱动器DRV，与电荷泵CP相连接，实现对电荷泵CP的正压驱动信号输入，并接收对常导通晶体管Q2的控制信号；正压驱动器DRV可以是将栅极驱动电路内的多个半导体元件在同一半导体基板上形成并封装化而成的集成电路，也可以是安装有栅极驱动电路内的多个半导体元件的电子电路板； [0071] 二极管D1，具有与常导通晶体管Q2栅极电连接的阳极、与常导通晶体管Q2源极连接的阴极；二极管D1的作用是为电荷泵充电时形成电流通路； [0072] 稳压管D2，具有与常关断晶体管Q1源极相连的阳极、与常导通晶体管Q2源极相连的阴极；稳压管的作用是防止常关闭晶体管漏极电压过高，对常关闭晶体管造成损害； [0073] 电压控制电路，与常关断晶体管Q1栅极相连，实现对常关断晶体管Q1的开关控制，并接收对常关断晶体管Q1的控制信号；电压控制电路输出0V和能使常关断晶体管导通的电压Va信号，即Va大于常关断晶体管的阈值电压，电压控制电路输出为持续的电平信号而非方波信号；当电路结构正常开关工作时，输出高电平Va，当电路结构不工作时，输出低电平0V； [0074] 控制信号输出电路，与正压驱动器DRV与电压控制电路相连，控制常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的开启与关闭。 [0075] 上述技术方案的有益效果为：电容C1的一端与正压驱动器DRV相连接，电容C1另一端与常导通晶体管Q2的栅极相连接，二极管D3的阴极与正压驱动器DRV相连接，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连接。 [0076] 在另一实施例中，常导通晶体管Q2的驱动回路采用开尔文连接方法； [0077] 常导通晶体管Q2具有栅极、漏极以及源极，常导通晶体管Q2的源极与常关断晶体管Q1的漏极相连接； [0078] 通过在常导通晶体管Q2的栅极和源极之间施加控制电压来控制常导通晶体管Q2的导通和截止。 [0079] 上述技术方案的工作原理为：常导通晶体管Q2驱动回路连接可采用开尔文连接方法，也可不采用开尔文连接方法。 [0080] 开尔文连接方法是一种连接晶体管的技术，特别是在高精度或大电流应用中；在开尔文连接中，晶体管的源极或发射极直接连接到负载电路的返回路径，以最小化接触和连线电阻对电流测量的影响，这种连接方式可以确保电流传感器测量的电流与实际流过晶体管的电流相匹配，从而提高精度。 [0081] 当不采用开尔文连接方法时，晶体管的源极或发射极通过较长的导线或电路板走线连接到负载电路，这引入额外的电阻和电感，从而影响电流测量的准确性和晶体管的开关性能。 [0082] 上述技术方案的有益效果为：通过减少接触和连线电阻，开尔文连接可以提高电流测量的精度，这对于精密电子应用至关重要；减少了由于额外电阻引起的功率损耗，提高了电路的能效；减少了寄生电感，可以提高晶体管的开关速度，对于需要快速响应的电路特别有益；在大电流应用中，开尔文连接可以减少由于电流变化引起的电压波动，从而提高电路的稳定性。 [0083] 在另一实施例中，电压控制电路采用包括但不限于以下方式单独实现或组合实现：比较器、驱动芯片、推挽结构电路； [0084] 比较器的输入端分别接收参考电压信号和常导通晶体管Q2的控制信号，用于比较两个电压信号的大小，并输出比较结果； [0085] 驱动芯片具有输入端和输出端，其中，输入端连接至常导通晶体管Q2的控制信号或比较器的输出端，接收比较结果；驱动芯片根据接收到的结果，产生相应的驱动信号； [0086] 推挽结构电路连接常导通晶体管Q2接收控制信号，并根据所接收到的信号调节输出电压，产生相应的驱动信号。 [0087] 上述技术方案的工作原理为：电压控制电路采用包括但不限于以下方式单独实现或组合实现：比较器、驱动芯片、推挽结构电路； [0088] 驱动芯片是用于控制高功率、高电流器件(如功率晶体管或IGBT)的关键组件。它接收来自控制电路的输入信号，通常是来自微控制器或其他控制器，然后产生适当的电压和电流信号来控制输出器件的开关状态； [0089] 比较器是一个电子设备，用于比较两个电压信号，并产生一个输出信号，指示哪一个输入电压更高。在电压控制电路中，比较器通常用于检测实际电压与期望电压之间的差异； [0090] 推挽结构电路是一种电路拓扑，通常由两个互补的输出晶体管组成，一个是N沟道MOSFET，另一个是P沟道MOSFET；这两个晶体管协同工作，一个用于将电压拉高，另一个用于将电压拉低，以控制负载的电压。 [0091] 上述技术方案的有益效果为：驱动芯片的主要作用是提供输出器件所需的电流和电压，确保它们能够迅速开启或关闭。这有助于提高系统的响应速度和效率，并减少能量损耗；比较器的使用可以用于监测电路的输出，如果输出电压不在期望范围内，比较器可以触发修正措施，以确保系统保持在所需的电压水平，从而提高系统的稳定性和可靠性；推挽结构电路可以实现高效的电压切换，同时降低电路的功耗。它适用于需要输出电压变化幅度大且需要高电流的应用，如功率放大、开关电源等。 [0092] 在另一实施例中，包括： [0093] 正压驱动器DRV，用于对电荷泵CP的正压驱动信号输入，并接收对常导通晶体管Q2的控制信号； [0094] 电荷泵CP，用于将正压驱动信号转变为负压驱动信号，对常导通晶体管Q2进行驱动； [0095] 电压控制电路，用于对常关断晶体管Q1的开关控制，接收对常关断晶体管Q1的控制信号； [0096] 稳压管D2，用于对常关断晶体管Q1进行稳压操作，防止常关闭晶体管Q1漏极电压过高； [0097] 控制信号输出电路，用于控制常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的开启与关闭。 [0098] 上述技术方案的工作原理为：常关断晶体管Q1，具有栅极、漏极以及源极；常导通晶体管Q2，具有栅极、漏极以及与上述常关断晶体管Q1漏极电连接的源极；电荷泵CP，与上述常导通晶体管Q2的栅极相连接，将正压驱动信号转变为负压驱动信号，对上述常导通晶体管Q2进行驱动；正压驱动器DRV，与上述电荷泵CP相连接，实现对电荷泵CP的正压驱动信号输入，并接收对常导通晶体管Q2的控制信号；二极管D1，具有与上述常导通晶体管Q2栅极电连接的阳极、与上述常导通晶体管Q2源极或上述常关断晶体管Q1源极电连接的阴极；稳压管D2，具有与上述常关断晶体管Q1源极相连的阳极、与上述常导通晶体管Q2源极相连的阴极；电压控制电路，与常关断晶体管Q1栅极相连，实现对常关断晶体管Q1的开关控制，接收对常关断晶体管Q1的控制信号；其中电荷泵用于将正压驱动器DRV的正压驱动信号变为负压驱动信号；电荷泵包括电容C1，二极管D3；电容C1的左端与正压驱动器DRV相连，右端与常导通晶体管Q2的栅极相连，二极管D2的阴极与正压驱动器DRV相连，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连。 [0099] 上述技术方案的有益效果为：DRV的作用是提供对电荷泵CP的正压驱动信号输入，并接收对常导通晶体管Q2的控制信号，这样可以确保CP能够正常工作，并且常导通晶体管Q2能够在需要时得到正确的控制信号；电荷泵CP将正压驱动信号转变为负压驱动信号，用于对常导通晶体管Q2进行驱动，这样可以实现对常导通晶体管Q2的准确控制，并确保其在需要时能够正确导通；电压控制电路负责对常关断晶体管Q1进行开关控制，接收对常关断晶体管Q1的控制信号。这样可以实现对常关断晶体管Q1的精确控制，确保在需要时它能够正确地开启或关闭；稳压管D2对常关断晶体管Q1进行稳压操作，防止Q1漏极电压过高，这有助于保护Q1免受电压过载的影响，从而延长其寿命并提高系统的稳定性；控制信号输出电路负责控制常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的开启与关闭。通过准确控制这两个晶体管的状态，可以确保电路系统的正常运行，并实现所需的电压变换和控制。 [0100] 在另一实施例中，包括： [0101] 主电流通路按照常导通晶体管Q2的漏极、常关断晶体管Q1的漏极、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流； [0102] 第一电流通路按照正压驱动器DRV、电荷泵CP、二极管D1、常关断晶体管Q1的漏极、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流； [0103] 第二电流通路按照正压驱动器DRV、电荷泵CP、二极管D1、稳压管D2、常关断晶体管Q1的源极的顺序流过电流。 [0104] 上述技术方案的工作原理为：主电流通路，按上述常导通晶体管源极、常关闭晶体管漏极、常关闭晶体管源极顺序流过电流； [0105] 第一电流通路，按上述常规正压驱动器、电荷泵、二极管D1、常关闭晶体管漏极、常关闭晶体管源极顺序流过电流； [0106] 第二电流通路，按上述常规正压驱动器、电荷泵、二极管D1、稳压器件D2、常关闭晶体管源极顺序流过电流。 [0107] 上述技术方案的有益效果为：主电流通路负责主要的电流传输路径，它允许电流通过导通晶体管Q2流动，同时在需要时通过常关断晶体管Q1进行控制，这有助于实现电流的主要通路，使系统能够正常工作。 [0108] 第一电流通路通过正压驱动器DRV和电荷泵CP将正压驱动信号转换为负压驱动信号，通过二极管D1进行整流，然后控制常关断晶体管Q1的导通。这有助于实现对常关断晶体管Q1的控制，确保其按照需要的方式工作，从而实现电路的正常运行。 [0109] 第二电流通路与第一电流通路类似，但它引入了稳压管D2，以确保电路中的电压稳定性。这有助于保护Q1免受电压过高的影响，延长其寿命，并提高整个系统的可靠性。 [0110] 在另一实施例中，包括：多个节点，节点为半导体元件的输入输出部分，包括端子或向半导体元件电连接的部位。 [0111] 上述技术方案的工作原理为：将任意的半导体元件的输入输出部分称作节点。节点可以是端子，也可以是进行向半导体元件电连接的部位。 [0112] 上述技术方案的有益效果为：这些节点用于将不同的半导体元件相互连接，以构建一个完整的电路了，它们提供了电流和电压的传递通道，使不同的元件能够协同工作；节点用于传递信号，包括电压和电流，通过这些节点，信号可以从一个半导体元件传递到另一个，实现信息处理和控制功能；节点可以连接到外部电路或连接器，以实现电路与其他系统或设备的连接。这有助于电路与外部世界进行通信和协作。 [0113] 在另一实施例中，包括：节点之间相互连接形成电路网络； [0114] 节点之间通过寄生电容、寄生电阻、寄生电感相互连接，构成一个完整的寄生参数网络； [0115] 寄生电容连接在第一节点和第二节点之间，用于在两节点间提供电容耦合； [0116] 寄生电阻连接在第一节点和第三节点之间，用于在两节点间提供电阻耦合； [0117] 寄生电感连接在第一节点和第四节点之间，用于在两节点间提供电感耦合。 [0118] 上述技术方案的工作原理为：还包括节点与节点之间的寄生电容、寄生电阻、寄生电感； [0119] 在电子电路中，节点是指半导体元件的输入输出部分，包括端子或与半导体元件电连接的部位。节点与节点之间不可避免地存在寄生电容、寄生电阻和寄生电感，这些寄生元件会对电路的性能产生影响。 [0120] 寄生电容通常形成于相邻导电部分之间，它可以影响电路的带宽和响应时间。寄生电阻来自于连接线和接触点的电阻，它会导致功率损耗和信号衰减。寄生电感主要来源于导线的自感和互感效应，它会影响电路的开关速度和噪声性能。 [0121] 第一节点指电路的一个主要连接点，如地线；第二节点与第一节点通过寄生电容相连的另一个点，这个节点提供了与第一节点电容耦合的路径；第三节点与第一节点通过寄生电阻相连的另一个点，这个节点提供了与第一节点电阻耦合的路径；第四节点与第一节点通过寄生电感相连的另一个点，这个节点提供了与第一节点电感耦合的路径。 [0122] 上述技术方案的有益效果为：通过理解和计算节点间的寄生元件，可以更准确地预测电路在不同频率下的行为，从而在设计阶段进行优化；在高速电路设计中，准确控制寄生参数可以减少信号反射和串扰，提高信号完整性；通过最小化寄生电阻，可以减少电路中的能量损耗，提高整体的功率效率；合理的布局和设计可以减少寄生电感的影响，减少电磁干扰，使电路操作更加稳定；通过减少寄生电感，可以提高晶体管的开关速度，减少开关时的能量损耗。 [0123] 在另一实施例中，包括： [0124] 当正压驱动器DRV进行正常开关后，产生高电平为VH，低电平为0V的方波信号，对电容C1进行充电； [0125] 对电容C1充满电后，在正压驱动器DRV为高电平输出时，电容C1左端电压为VH，右端电压为二极管D1的导通压降VF；在正压驱动器DRV为低电平输出时，C1左端电压为0，右端电压为：VF‑VH； [0126] C1右端电压即为常导通晶体管栅极电压，实现负压关断。 [0127] 上述技术方案的工作原理为：电荷泵CP，与上述常导通晶体管Q2的栅极相连接，将正压驱动信号转变为负压驱动信号，对上述常导通晶体管Q2进行驱动。电荷泵包括电容C1，二极管D3；电容C1的左端与正压驱动器DRV相连，右端与常导通晶体管Q2的栅极相连，二极管D2的阴极与正压驱动器DRV相连，阳极与常导通晶体管Q2的栅极相连。工作原理是，当正压驱动器DRV进行正常开关后，产生高电平为VH，低电平为0V的方波信号，对电容C1进行充电。对电容C1充满电后，在正压驱动器DRV为高电平输出时，电容C1左端电压为VH，右端电压为二极管D1的导通压降VF；在正压驱动器DRV为低电平输出时，由于电容两端电容不能突变，此时C1左端电压为0，右端电压为(VF‑VH)。C1右端电压即为常导通晶体管栅极电压，实现负压关断。 [0128] 上述技术方案的有益效果为：有助于实现对晶体管的栅极电压的精确控制，从而实现负压关断的操作。 [0129] 在另一实施例中，包括： [0130] 电路结构启机时的时序控制为：当前电路处于关闭状态，常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的控制信号均为低电平；然后常导通晶体管Q2的控制信号转为工作状态，常关断晶体管Q1的控制信号仍为低电平；经过数个周期后，常关断晶体管Q1的控制信号变为高电平，电路结构进入正常工作状态； [0131] 电路结构关机时的时序控制为：当前电路处于开启状态，常导通晶体管Q2的控制信号为正常开关状态，常关断晶体管Q1的控制信号为高电平；然后常关断晶体管Q1的控制信号变为低电平，常关断晶体管Q1关闭；最后常导通晶体管Q2的控制信号从正常开关状态转为常关闭状态，完成电路结构的关闭过程。 [0132] 上述技术方案的工作原理为：电路结构启机时的时序控制如图4所示为：①首先处于关闭状态，常关断晶体管Q1与常导通晶体管Q2的控制信号均为低电平；②然后常导通晶体管Q2的控制信号进行工作状态，开始正常开关，而常关断晶体管Q1的控制信号仍为低电平，此时电路结构处于关闭状态；③当常关断晶体管Q1的控制信号开关数个周期后，常关闭晶体管控制信号为高电平，此时电路结构处于正常工作状态； [0133] 电路结构关机时的时序控制如图5所示为：①首先处于开启状态，常导通晶体管Q2的控制信号为正常开关状态，常关断晶体管Q1的控制信号为高电平，处于常开状态；②然后常关断晶体管Q1的控制信号处于低电平，常关断晶体管Q1关闭，而常导通晶体管Q2的控制信号仍为正常开关状态，此时整个电路结构已经从开启状态变为关闭状态；③当常关闭晶体管关闭后，常导通晶体管Q2控制信号便可从正常开关状态转为常关闭状态，此时完成完整的电路结构关闭过程。 [0134] 上述技术方案的有益效果为：可以充分利用耗尽型功率场效应晶体管器件性能、并且满足失效安全性要求的电路结构，克服了现有耗尽型器件应用方案具有失效安全问题、开关特性受到串联硅基器件影响、存在电容匹配和反向恢复时间的问题，降低开关损耗，充分释放耗尽型功率场效应晶体管器件的性能。 [0135] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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