[发明专利]窄脉冲下拉电流式电平位移电路

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及集成化电平位移电路，同时涉及浮动高端MOS开关的驱动电路。

背景技术

在桥式功率开关结构的智能功率集成电路中，高端桥臂和低端桥臂是由功率MOS或IGBT构成。对高端桥臂的驱动有如下的基本要求：第一，需要把兼容CMOS/TTL逻辑的较低逻辑电平位移到满足驱动功率开关的高逻辑电平。第二，为了使得高低端MOS开关工作状态对称，须向高端MOS开关的栅源间提供和低端MOS开关相同的逻辑电平。但在高端桥臂的开关过程中，用作高端开关的功率MOS的源极电位是在地电位到母线电压间浮动的，因此需要电平位移电路能够提供高端MOS开关所需的浮动的栅源驱动电压。

在分立元件构成的高压电平位移电路中，通常采用光电耦合器或脉冲变压器来实现，然而光耦传输线性范围小，工作电流小，只能用于小电流范围，脉冲变换器对指标要求比较高容易产生失真，最大的问题在于这两种器件都不便于集成，因而这两种方式在功率集成电路中极少采用。

以下介绍两种常见的电平位移电路：

第一种电平位移电路如图1所示。其中VH为高端浮动电源，VB为高端浮动地，M1和M2须为高压PMOS管，该电路具有较小的功耗，该电路在PDP显示驱动或H桥电路中有广泛的应用。但是该电路在高压应用时，M1和M2管的栅源之间需要承受很高的电压，要求所设计的高压PMOS管有较高栅源耐压，而该耐压值超出了普通高压PMOS栅源耐压的要求，这同时也给高压PMOS管阈值设计带来了困难，所以一般适用于中低电压电路的电平位移。

另一种电平位移电路如图2所示。该电路将输入控制信号的上升沿和下降沿分别用窄脉冲表征，通过高压LDMOS管M9和M10及其负载电阻R1和R2进行电平位移，通过信号恢复电路(即RS触发器)进行控制信号的恢复。该电路的优点是功耗低，可以适用于高压应用。但是，由于要将控制信号的上升沿和下降沿分别转换成窄脉冲，因此电路十分复杂。此外，高端的逻辑电平是直接从负载电阻R1或R2两端的电压获得的，在功率开关打开或关闭时的位移电流容易产生负载电阻R1和R2上的电压波动，从而出现误触发信号。因此在高压端要采用一定的脉冲滤波电路以消除误触发信号，这同样增加了电路的复杂度。

综上所述，目前所采用的电平位移电路存在电路复杂，器件要求高，不适合高压应用等问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提出一种窄脉冲下拉电流式电平位移电路，该电路有电路简单、对器件要求较低、自身功耗低、不存在误触发现象、工作状态稳定、易于集成和适合高压应用等特点。

本发明技术方案为：

窄脉冲下拉电流式电平位移电路，如图3所示，由输入缓冲1、恒流源开关A、恒流源开关B、脉冲自产生A、脉冲自产生B、栅极下拉6、反相器7共七个电路单元构成。

兼容CMOS/TTL的低逻辑电平信号IN通过输入缓冲1电路单元产生同相控制信号S1和反相控制信号S2。同相控制信号S1用于控制恒流源开关A电路单元，当同相控制信号S1为低电平时，通过控制恒流源开关A电路单元产生恒流输出信号S3；反相控制信号S2用于控制恒流源开关B电路单元，当反相控制信号S2为低电平时，通过控制恒流源开关B电路单元产生恒流输出信号S4。当同相控制信号S1为高电平时，恒流源开关A电路单元处于高阻状态并停止产生恒流输出信号S3；当反相控制信号S2为高电平时，恒流源开关B电路单元处于高阻状态并停止产生恒流输出信号S4。由于输入缓冲1所产生的控制信号S1和S2是反相的，所以恒流源开关A电路单元和恒流源开关B电路单元总是处于交替提供恒流输出信号的状态。

恒流源开关A电路单元产生的横流输出信号S3通过脉冲自产生电路A电路单元产生窄脉冲下拉电流S5，恒流源开关B电路单元产生的横流输出信号S4通过脉冲自产生电路B电路单元产生窄脉冲下拉电流S6，窄脉冲下拉电流S5、S6通过栅极下拉6电路单元产生电平为VB～VH的浮动电平位移信号S7，浮动电平位移信号S7经反相器7电路单元后，在反相器7电路单元的输出端与高端浮动地VB之间产生与兼容CMOS/TTL的低逻辑电平信号IN同步且同相的高逻辑电平信号Vout-VB；

整个电路中，直流电源VDC1为输入缓冲1电路单元供电，直流电源VDC2为恒流源开关A和恒流源开关B电路单元供电，高端浮动电源VH采用相对于高端浮动地VB电位高10～15V的直流电源为脉冲自产生电路A、脉冲自产生电路B、栅极下拉6和反相器7四个电路单元供电。