电平偏移电路和电子装置制造方法及图纸

本公开涉及一种电平偏移电路和电子装置。电平偏移电路具有配置用于接收输入信号的输入端，其中输入信号具有对称的最大和最小电压。电平偏移电路进一步包括配置用于提供输出信号的输出端，其中输出信号具有非对称的最大和最小电压。响应于输入信号而产生输出信号。施加输出信号以驱动SiC MOSFET的栅极端子。

Level offset circuit and electronic device

The present disclosure relates to a level offset circuit and an electronic device. A level offset circuit has an input terminal configured to receive an input signal, in which the input signal has a symmetrical maximum and minimum voltage. The level offset circuit further includes an output terminal configured to provide an output signal, in which the output signal has an asymmetrical maximum and minimum voltage. The output signal is generated in response to the input signal. The gate terminal applied to drive the SiC MOSFET output signal.

【技术实现步骤摘要】
电平偏移电路和电子装置
本公开涉及集成电路，并且更具体而言涉及用于在将控制信号施加至非对称驱动器电路之前电平偏移控制信号的电平偏移电路。
技术介绍
碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是在许多功率电子器件应用中的有吸引力的功率开关部件。宽带隙SiC材料的先进和创新性的特性提供了如下切换晶体管：其呈现比硅MOSFET器件或绝缘栅极双极晶体管(IGBT)器件更好的操作特性。例如，SiCMOSFET器件具有相当的Si基晶体管开关远远更低的开关损耗，并且可以以比相当的Si基晶体管开关大二至五倍的开关频率进行操作。SiCMOSFET进一步呈现非常低的泄漏电流，并且这有助于提升系统可靠性和一致性，甚至当经受提高的反向电压或温度升高时。以此方式驱动SiCMOSFET以便于促进最低可能的导通和开关损耗是至关重要的。然而，应该注意，绝对最大额定值(AMR)设置了非对称的SiCMOSFET的最大Vgs-on和最小Vgs-off。例如，最大Vgs-on可以是+25V，而最小Vgs-off是-10V。例如，产生具有+12V的最大电压和-12V的最小电压的栅极驱动信号的常规对称驱动电路无法适当和高效地驱动SiCMOSFET。在该示例中，用于驱动电路的+12V最大驱动信号电压产生对于以最佳性能导通的SiCMOSFET而言不够高的Vgs-on，并且用于驱动电路的-12V的最小电压产生在SiCMOSFET的AMR之外的Vgs-off。本领域需要诸如脉冲变压器之类的电平偏移电路以将具有对称电压的输入信号转换为具有非对称电压的、适用于驱动具有晶体管器件的AMR需求的SiCMOSFET的栅极的输出信号。
技术实现思路
鉴于上述问题，本公开的实施例旨在解决上述技术问题的至少一部分。在一个实施例中，一种电子装置，包括：电平偏移电路，具有被配置用于接收具有对称的最大和最小电压的输入信号的输入端，以及被配置用于提供具有非对称的最大和最小电压的输出信号的输出端；以及SiCMOSFET，具有由所述输出信号所驱动的栅极端子。电平偏移电路的一个实施例包括：电容器，被耦合在输入端和输出端之间；电压分压器电路，被耦合在输入端与被配置用于耦合至SiCMOSFET的源极端子的参考节点之间，电压分压器电路具有分接头节点；以及第一二极管，具有被耦合至分接头节点的阳极、以及被耦合至电容器的端子的阴极。通过使用本公开的实施例，可以解决上述技术问题的至少一部分并且实现相应的技术效果。附图说明为了更好理解实施例，现在将借由示例的方式而参考附图，其中：图1A和图1B是用于使用非对称信号驱动SiCMOSFET的栅极的电平偏移电路的示意图；图2示出了用于图1A或图1B的电平偏移电路的操作波形；图3A和图3B是用于使用非对称信号驱动SiCMOSFET的栅极的电平偏移电路的示意图；图4示出了用于图3A或图3B的电平偏移电路的操作波形；图5是具有驱动高压侧和低压侧SiCMOSFET的栅极的电平偏移电路的半桥驱动器电路的示意图；以及图6示出了用于图5的电路的操作波形。具体实施方式现在参照图1A，示出了用于使用非对称信号驱动SiCMOSFET14的栅极的电平偏移电路10的示意图。SiCMOSFET14是n沟道器件，具有漏极端子16、栅极端子18(耦合至电平偏移电路10的输出端12)以及源极端子20。漏极端子16被配置用于在节点22处连接至在低压侧驱动器操作中待被驱动的电路。源极端子20连接至低参考电源电压节点(接地)。电平偏移电路10具有输入节点24。电容器C具有耦合至输入节点24的第一端子，以及耦合至中间节点26的第二端子。电阻器R1具有连接至中间节点26的第一端子，以及连接至输出端12并耦合至SiCMOSFET14的栅极端子18的第二端子。电阻性分压器由串联连接在输入节点24与低参考电源电压节点之间的电阻器R2和R3形成。电阻器R2具有连接至输入节点24的第一端子，以及连接至分接头节点28的第二端子。电阻器R3具有连接至分接头节点28的第一端子，以及连接至低参考电源电压节点的第二端子。齐纳二极管D1具有连接至分接头节点28的阳极，以及连接至中间节点26的阴极。电平偏移电路10的输入节点24被配置用于接收具有对称的最大和最小电压的输入驱动信号IN1。当最大电压和最小电压的绝对幅度实质上相等(也即在±1-3％内)时，输入驱动信号IN1的电压被视作是对称的。例如，具有对称电压的输入驱动信号IN1可以具有+12V的最大电压和-12V的最小电压，并且具有脉冲信号的形状(例如，方波或脉冲宽度调制(PWM)波)。电平偏移电路10由合适类型的驱动电路所驱动。在示例性的实施方式中，驱动电路可以包括接收对称信号输入的脉冲变压器电路。具有连接至输入节点24的第一端子、和连接至低参考电源电压节点的第二端子的电感器L表示该脉冲变压器电路的次级绕组。如在此应注意的那样，SiCMOSFET14具有由晶体管器件的绝对最大额定值(AMR)所设置的、并非对称的最大Vgs-on和最小Vgs-off(也即它们的绝对幅度基本上不相等)。电平偏移电路10操作用于偏移输入驱动信号IN1的对称电压，以在输出端12处产生具有非对称电压的驱动信号。电平偏移电路10如下操作：由电阻器R2和R3形成的电阻性分压器将电压固定至由电平偏移电路10所偏移的电平。齐纳二极管D1操作作为整流器以在电容器C上使用相对于中间节点26的电压Vc维持正向极化(也即节点26处的电压被维持为比输入节点24处的电压高+Vc)。电压Vc是在电容器C上被维持的电平偏移电压。输入驱动信号IN1的对称电压被偏移+Vc。应该注意，对于输入驱动信号IN1的负电压而言，电容被保持为由二极管D充电。从数学上而言：VC＝VIN+*(R2/(R2+R3))–VfD1，其中VIN+是输入驱动信号IN1的正电压，并且VfD1是二极管D1的正向电压。作为示例，通过恰当选择R2和R3的电阻，电压Vc可以被设置在+8V。在使用具有+12V的最大电压和-12V的最小电压的对称电压的输入驱动信号IN1的情形下，在输出端12处产生并施加至SiCMOSFET14的栅极的输出电压将具有+20V的最大电压和-4V的最小电压的非对称电压。这些非对称电压恰好在SiCMOSFET的绝对最大额定值(AMR)内，并且当SiCMOSFET导通(Vgs-on＝+20V)以及也允许SiCMOSFET器件被完全关断(Vgs-off＝-4V)时进一步产生导通电阻的最优水平。该电平偏移电路10存在许多优点：其容易制造，不昂贵，并且与现有技术电路相比具有减小的功率损耗。应该理解，可以使用普通二极管替代齐纳二极管D1。然而，齐纳二极管的使用是优选的，因为其使得电压Vc不受电阻器R2和R3电阻的变化影响。在操作中，存在对电容器C的电容充电所需的时间延迟。因此，在电路操作的开始处将存在如下危险：响应于输入驱动信号IN1而在输出端12处产生的输出信号将具有小于SiCMOSFET的绝对最大额定值(AMR)的电压。这在图2中示出在参考标记50处，其中在电容器C变得被充分充电以将信号电平偏移至晶体管器件的AMR内范围之前的大段时间期间，输出信号的电压小于-5.75V(在操作开始处具有-12.2V的最大值－本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电平偏移电路，其特征在于，包括：输入节点；输出节点，被配置用于耦合至SiC MOSFET的栅极端子；电容器，被耦合在所述输入节点和所述输出节点之间；分压器电路，被耦合在所述输入节点与被配置用于耦合至所述SiC MOSFET的源极端子的参考节点之间，所述分压器电路具有分接头节点；以及第一二极管，具有耦合至所述分接头节点的阳极，以及耦合至所述电容器的端子的阴极。

【技术特征摘要】
2017.01.03 US 15/396,9641.一种电平偏移电路，其特征在于，包括：输入节点；输出节点，被配置用于耦合至SiCMOSFET的栅极端子；电容器，被耦合在所述输入节点和所述输出节点之间；分压器电路，被耦合在所述输入节点与被配置用于耦合至所述SiCMOSFET的源极端子的参考节点之间，所述分压器电路具有分接头节点；以及第一二极管，具有耦合至所述分接头节点的阳极，以及耦合至所述电容器的端子的阴极。2.根据权利要求1所述的电平偏移电路，其特征在于，所述电容器的第一端子连接至所述输入节点，所述电容器的第二端子连接至中间节点，以及其中所述第一二极管的所述阴极连接至所述中间节点。3.根据权利要求2所述的电平偏移电路，其特征在于，进一步包括电阻器，被耦合在所述中间节点与所述输出节点之间。4.根据权利要求3所述的电平偏移电路，其特征在于，所述电阻器的第一端子连接至所述中间节点，以及所述电阻器的第二端子连接至所述输出节点。5.根据权利要求1所述的电平偏移电路，其特征在于，所述第一二极管的所述阳极连接至所述分接头节点，以及所述第一二极管的所述阴极连接至所述电容器的所述端子。6.根据权利要求1所述的电平偏移电路，其特征在于，进一步包括栅极钳位电路，被耦合在所述输出节点与所述参考节点之间，所述栅极钳位电路被配置用于钳位所述SiCMOSFET的栅极至源极电压。7.根据权利要求6所述的电平偏移电路，其特征在于，所述栅极钳位电路包括：第二二极管，被耦合在所述输出节点与另一中间节点之间；以及第三二极管，被耦合在所述另一中间节点与所述参考节点之间；其中所述第一二极管和所述第二二极管的阳极相互连接。8.一种电子装置，其特征在于，包括：电平偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·巴托罗梅奥，江口和男，G·D·布鲁诺，
申请(专利权)人：意法半导体株式会社，
类型：新型
国别省市：日本,JP