[发明专利]用于电压驱动器的电平位移系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于电压驱动器的电平位移(level shifting)。仅仅作为示例，本发明已应用于半桥或全桥拓扑(例如，LLC谐振拓扑)。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。

背景技术

开关模式电源已被开发并被用于低功率应用以及高功率应用。常常高度集成的电源芯片通常需要高低压兼容技术，这可能涉及许多问题，例如耐压问题、噪声问题、速度问题和寄生效应。这些问题给高低压信号的接口电路设计提出了挑战。例如首先，对于正常电路操作，通常需要使施加给设备的电压保持在某个范围内。作为另一示例，常常需要快速地发送信号，同时需要维持信号准确性。再次在又一示例中，通常需要减少开关模式电源的功耗和发热，以提高电源的效率。另外在又一示例中，常需要满意的静电防护(ESD)性能。

为了提高电源芯片的集成度并降低成本和功耗，通常使电源芯片的控制电路的电源采用低电压(例如，5-6V)。电源芯片的输出电路(例如，栅极驱动器)，如某些半桥高压侧电平位移和栅极驱动器组件，常常产生高输出电压(例如，数百伏)。

图1是示出用于控制开关的具有电平位移的系统的简化传统示图。系统100包括信号生成器102、高压侧电平位移和栅极驱动器组件104、低压侧栅极驱动器106、两个开关108和110、电容器112、二极管114以及电感器116。

例如，开关108是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在另一示例中开关110是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在又一示例中，信号生成器102生成脉宽调制(PWM)信号。

低压侧栅极驱动器106接收低压侧电压126(例如，vdd1)和参考电压128(例如，GND)。电压信号137(例如，VREG)在二极管114处被接收，二极管114生成电压(例如，vddh)。高压侧电平位移和栅极驱动器组件104接收高压侧电压130(例如，vddh)和高压侧浮动电压132。开关108和110接收输入电压136(例如，V_in)和参考电压128。例如，高压侧浮动电压132与半桥节点134(例如，HB)相连。在又一示例中，参考电压128(例如，GND)是地电压(例如，0V)。在又一示例中，电压信号137(例如，VREG)的大小在10V到20V的范围内。在又一示例中，输入电压136(例如，V_in)高达400V。在又一示例中，高压侧浮动电压132基于开关108和110以及系统100的状态而改变(例如，在0V与输入电压136之间)。在又一示例中，高压侧电压130(例如，vddh)高于高压侧浮动电压132，并且高压侧电压130(例如，vddh)与高压侧浮动电压132之差在大小上近似等于电压信号137(例如，VREG)减去二极管114的正向电压。

在操作时，信号生成器102生成高压侧调制信号118(例如，PWM_H)和低压侧调制信号120(例如，PWM_L)。高压侧电平位移和栅极驱动器组件104接收高压侧调制信号118并且生成用于驱动开关108的高压侧栅极驱动信号122(例如，GATE_HV)。低压侧栅极驱动器106接收低压侧调制信号120并且生成用于驱动开关110的低压侧栅极驱动信号124(例如，GATEL)。

图2是示出作为系统100一部分的高压侧电平位移和栅极驱动器组件104的某些组件的简化传统示图。高压侧电平位移和栅极驱动器组件104包括脉冲生成器202、电平位移电路204和高压侧栅极驱动器298。电平位移电路204包括两个晶体管206和208、四个电阻器210，212，214和216、两个齐纳二极管218和220、两个反相器222和224以及触发器226。例如，晶体管206包括寄生电容器228，并且晶体管208包括寄生电容器230。在另一示例中，晶体管206和208都是N沟道MOSFET。

晶体管206和208可以承受高漏极-源极电压。电阻器214和216分别被用来限制流经晶体管206和208的最大电流。电阻器210和212被用来设置电平位移电路204的初始状态。齐纳二极管218和220被用来分别将信号240(例如，setb)和246(例如，resetb)的最小值设为浮动电压242(例如，HB)。