一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路制造技术

一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，其中的脉冲滤波电路包括两条信号通路，两条通路均设有缓冲电路、倒相器单元和整形电路，两个倒相器单元均有四个端口，两个倒相器单元的第一端口为输入端，两个倒相器单元的第二端口分别为输出端，两个倒相器单元的第三端口为固定电位端，两个倒相器单元的第四端口为浮动电位端；若第一端口和第四端口的电压差的绝对值高于倒相器单元阈值电压VTH，第四端口的电信号可以通过第一倒相器单元或第二倒相器单元传递至第二端口；若第一端口和第四端口的电压差绝对值不高于倒相器单元阈值电压VTH，则第四端口的电信号无法通过第一倒相器单元或第二倒相器单元传递至第二端口。

A high voltage side gate driving circuit for half bridge structure

【技术实现步骤摘要】
一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路
本专利技术涉及高压驱动技术，特别涉及一种具有高抗噪声能力，用于半桥结构的高压浮栅驱动电路，属于集成电路

技术介绍
高压侧栅驱动电路是一种以低压信号控制高压功率开关器件开启与关断的集成电路，因其可以有效地控制桥式连接的功率开关器件，所以被广泛应用于电机驱动与谐振电源等领域。高压侧栅驱动电路常被用于驱动半桥结构中的高侧开关器件，而半桥结构中的低侧开关器件由低压侧栅驱动电路驱动。其基本拓扑结构如图1所示，MH、ML分别为半桥结构的高侧功率开关器件与低侧功率开关器件，半桥拓扑外接高压母线电压和HV，半桥驱动电路(100)包含高压侧栅驱动电路(101)和低压栅驱动电路(102)，高压侧栅驱动电路(101)的输出信号HO驱动高侧功率开关器件MH，低压侧栅驱动电路(102)的输出信号LO驱动低侧功率开关器件ML。为了提高电源的利用效率，半桥驱动电路(100)采用单电源供电模式，低压侧栅驱动电路(102)和高压侧栅驱动电路(101)中的低压区电路采用低侧固定电源VCC供电，VCC通过自举二极管DB和自举电容CB对高压侧栅驱动电路(101)中的高压区电路进行供电，高压侧栅驱动电路(101)中的高压区电路的电源电压VB和参考地VS为浮动电压，当高压侧栅驱动电路(101)的输出信号HO为高电平(VB)并且低压侧栅驱动电路(102)的输出LO为低电平(COM)时，高侧功率开关器件MH导通，低侧功率开关器件ML关断，VS电压升高，VB电压也随VS电压升高而升高；反之，当HO为低电平而LO为高电平时，MH截止，ML导通，VS和VB电压下降。在高压侧栅驱动电路(101)中，为了减小功耗并提高电路的可靠性，常采用双窄脉冲控制高压功率开关器件的方式以实现高压电平移位，即将高侧输入信号转换为两路窄脉冲，分别代表高侧输入信号的上升沿和下降沿，大大减小了高压功率开关器件的导通时间。如图2a所示，一种高压侧栅驱动电路(101)，包括窄脉冲产生电路(200)、高压电平移位电路(201)、脉冲滤波电路(202)、RS触发器(203)和栅驱动电路(204)。其中，窄脉冲产生电路(200)分别将高侧输入信号HIN的上升沿和下降沿转换为两路窄脉冲信号SET和RESET，SET和RESET分别控制高压电平移位电路(201)中的高压功率开关器件LDM1和LDM2，高压电平移位电路(201)的两路输出信号与脉冲滤波电路(202)的两个输入信号相连接，脉冲滤波电路(202)的两个输出信号分别作为RS触发器(203)的置位输入端和复位输入端RS触发器(203)的输出端与栅驱动电路(204)的输入端相连接，栅驱动电路(204)的输出信号为HO。窄脉冲产生电路(200)的作用是将高侧输入信号HIN转换为两路窄脉冲，分别代表高侧输入信号HIN的上升沿和下降沿，使用这两路脉冲信号来驱动高压功率开关器件LDM1和LDM2。高压电平移位电路(201)中含有高压功率开关器件LDM1和LDM2、负载电阻(RL1、RL2)和齐纳管(Z1、Z2)，该电路的作用是分别将低压区电路的脉冲信号SET和RESET转换为高压区电路信号VDS和VDR。如图2b，由于高压栅驱动电路(101)采用浮动电源供电，VS电压的变化产生dV/dt应力，并通过自举电容(CB)耦合到浮动电源VB端，在高压侧栅驱动电路(101)中产生内部噪声，可能会造成HO状态变化，并引起MH的误关断或误开启。VS电压上升期间，即正dV/dt应力产生的内部噪声通常会比较容易造成MH的误关断或误开启。传统解决dV/dt噪声问题的方法是采用RC滤波形式，如图3所示，脉冲滤波电路(202a)由倒相器、电阻和电容组成，其作用是将低于一定脉冲宽度的输入信号(VDS、VDR)滤除，尤其是dV/dt噪声产生的共模噪声信号。这种电路虽然可以一定程度上减小dV/dt噪声的影响，但是存在着抗dV/dt能力、抗VS负偏压能力和通道传输延时互相制约的矛盾。
技术实现思路
针对高压侧栅驱动电路的现有技术中，抗dV/dt能力、抗VS负偏压能力和通道传输延时不能兼顾的问题，本专利技术提出一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，其中的采用的脉冲滤波电路具有很高的抗dV/dt噪声能力和抗VS负偏压能力，并且通道具有很小的传输延时，另外电路结构小巧，节约了版图面积。本专利技术所采用的技术方案为：一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，包括依次连接的窄脉冲产生电路、高压电平移位电路、脉冲滤波电路、RS触发器和栅驱动电路，窄脉冲产生电路将高压侧输入信号HIN的上升沿和下降沿分别转换成两路窄脉冲信号SET和RESET输出给高压电平移位电路，高压电平移位电路将低压区电路的两路窄脉冲信号SET和RESET转换为高压区电路信号VDS和VDR去分别控制高压电平移位电路中的两个高压功率开关器件，高压电平移位电路的两路输出信号与脉冲滤波电路的两个输入信号端相连接，脉冲滤波电路的两个输出信号分别连接RS触发器的置位输入端和复位输入端RS触发器的输出端Q与栅驱动电路的输入端相连接，栅驱动电路的输出信号HO驱动高压侧功率开关器件；其特征在于：所述脉冲滤波电路包括两条信号通路，第一通路包含第一缓冲电路、第一倒相器单元和第一整形电路，第二通路包含第二缓冲电路、第二倒相器单元和第二整形电路，第一缓冲电路的输入连接高压区电路信号VDS，第二缓冲电路的输入连接高压区电路信号VDR，第一倒相器单元和第二倒相器单元均设有四个端口，分别为第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，两个倒相器单元的第一端口分别为两个倒相器单元的输入端，两个倒相器单元的第二端口分别为两个倒相器单元的输出端，两个倒相器单元的第三端口分别为两个倒相器单元的固定电位端，两个倒相器单元的第四端口分别为两个倒相器单元的的浮动电位端；第一缓冲电路的输出连接第一倒相器单元的第一端口和第二倒相器单元的第四端口，第二缓冲电路的输出连接第二倒相器单元的第一端口和第一倒相器单元的第四端口，第一倒相器单元的输出连接第一整形电路的输入端，第一整形电路的输出端连接RS触发器的置位输入端第二倒相器单元的输出连接第二整形电路的输入端，第二整形电路的输出端连接RS触发器的复位输入端所述第一倒相器单元和第二倒相器单元的第三端口连接供电电源信号或连接地信号，第一倒相器单元和第二倒相器单元的内部结构均包括至少一个倒相器或多个倒相器构成的倒相器链。所述第一缓冲电路包括倒相器500，倒相器500的输入端连接高压区电路信号VDS，倒相器500的输出连接第一倒相器单元的第一端口和第二倒相器单元的第四端口，第一倒相器单元包括PMOS管502和NMOS管503，PMOS管502的栅极和NMOS管503的栅极互连作为第一倒相器单元的第一端口，PMOS管502的漏极和NMOS管503的漏极互连作为第一倒相器单元的的第二端口连接第一整形电路，PMOS管502的源极作为第一倒相器单元的第三端口，NMOS管503的源极作为第一倒相器单元的第四端口；第二缓冲电路包括倒相器501，倒相器501的输入端连接高压区电路信号VDR，倒相器501的输出连接第二倒相器单元的第一端口和第一倒相器单元的第四端口，第二倒相器单元包括PMOS管504和NMOS管505，P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，包括依次连接的窄脉冲产生电路、高压电平移位电路、脉冲滤波电路、RS触发器和栅驱动电路，窄脉冲产生电路将高压侧输入信号HIN的上升沿和下降沿分别转换成两路窄脉冲信号SET和RESET输出给高压电平移位电路，高压电平移位电路将低压区电路的两路窄脉冲信号SET和RESET转换为高压区电路信号VDS和VDR去分别控制高压电平移位电路中的两个高压功率开关器件，高压电平移位电路的两路输出信号与脉冲滤波电路的两个输入信号端相连接，脉冲滤波电路的两个输出信号分别连接RS触发器的置位输入端

【技术特征摘要】
1.一种用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，包括依次连接的窄脉冲产生电路、高压电平移位电路、脉冲滤波电路、RS触发器和栅驱动电路，窄脉冲产生电路将高压侧输入信号HIN的上升沿和下降沿分别转换成两路窄脉冲信号SET和RESET输出给高压电平移位电路，高压电平移位电路将低压区电路的两路窄脉冲信号SET和RESET转换为高压区电路信号VDS和VDR去分别控制高压电平移位电路中的两个高压功率开关器件，高压电平移位电路的两路输出信号与脉冲滤波电路的两个输入信号端相连接，脉冲滤波电路的两个输出信号分别连接RS触发器的置位输入端和复位输入端RS触发器的输出端Q与栅驱动电路的输入端相连接，栅驱动电路的输出信号HO驱动高压侧功率开关器件；其特征在于：所述脉冲滤波电路包括两条信号通路，第一通路包含第一缓冲电路、第一倒相器单元和第一整形电路，第二通路包含第二缓冲电路、第二倒相器单元和第二整形电路，第一缓冲电路的输入连接高压区电路信号VDS，第二缓冲电路的输入连接高压区电路信号VDR，第一倒相器单元和第二倒相器单元均设有四个端口，分别为第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，两个倒相器单元的第一端口分别为两个倒相器单元的输入端，两个倒相器单元的第二端口分别为两个倒相器单元的输出端，两个倒相器单元的第三端口分别为两个倒相器单元的固定电位端，两个倒相器单元的第四端口分别为两个倒相器单元的的浮动电位端；第一缓冲电路的输出连接第一倒相器单元的第一端口和第二倒相器单元的第四端口，第二缓冲电路的输出连接第二倒相器单元的第一端口和第一倒相器单元的第四端口，第一倒相器单元的输出连接第一整形电路的输入端，第一整形电路的输出端连接RS触发器的置位输入端第二倒相器单元的输出连接第二整形电路的输入端，第二整形电路的输出端连接RS触发器的复位输入端2.根据权利要求1所述的用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，其特征在于：第一倒相器单元和第二倒相器单元的第三端口连接供电电源信号或连接地信号，第一倒相器单元和第二倒相器单元的内部结构均包括至少一个倒相器或多个倒相器构成的倒相器链。3.根据权利要求1或2所述的用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，其特征在于：所述第一缓冲电路包括倒相器500，倒相器500的输入端连接高压区电路信号VDS，倒相器500的输出连接第一倒相器单元的第一端口和第二倒相器单元的第四端口，第一倒相器单元包括PMOS管502和NMOS管503，PMOS管502的栅极和NMOS管503的栅极互连作为第一倒相器单元的第一端口，PMOS管502的漏极和NMOS管503的漏极互连作为第一倒相器单元的的第二端口连接第一整形电路，PMOS管502的源极作为第一倒相器单元的第三端口，NMOS管503的源极作为第一倒相器单元的第四端口；第二缓冲电路包括倒相器501，倒相器501的输入端连接高压区电路信号VDR，倒相器501的输出连接第二倒相器单元的第一端口和第一倒相器单元的第四端口，第二倒相器单元包括PMOS管504和NMOS管505，PMOS管504的栅极和NMOS管505的栅极互连作为第二倒相器单元的第一端口并与第一倒相器单元的第四端口和倒相器501的输出端连接，PMOS管504的漏极和NMOS管505的漏极互连作为第二倒相器单元的第二端口连接第二整形电路，PMOS管504的源极作为第二倒相器单元的第三端口并与第一倒相器单元的第三端口互连，NMOS管505的源极作为第二倒相器单元的第四端口连接第一倒相器单元的第一端口；第一整形电路包括倒相器507和倒相器509串联，倒相器507的输入端连接第一倒相器单元的的第二端口，倒相器509的输出连接RS触发器的置位输入端第二整形电路包括倒相器506和倒相器508串联，倒相器506的输入端连接第二倒相器单元的的第二端口，倒相器508的输出连接RS触发器的复位输入端4.根据权利要求1或2所述的用于半桥结构的高压侧栅驱动电路，其特征在于：所述第一缓冲电路包括倒相器600和倒相器602串联，倒相器600的输入端连接高压区电路信号VDS，第一倒相器单元包括PMOS管604和NMOS管605，PMOS管604的栅极和NMOS管605的栅极互连作为第一倒相器单元的第一端口，PMOS管604的漏极和NMOS管605的漏极互连作为第一倒相器单元的的第二端口连接第二整形电路，PMOS管604的源极作为第一倒相器单元的第三端口，NMOS管605的源极作为第一倒相器单元的第四端口；第二缓冲电路包括倒相器601和倒相器603串联，倒相器601的输入端连接高压区电路信号VDR，第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝靖，张允武，陆扬扬，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，东南大学—无锡集成电路技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32