[发明专利]浮接闸驱动器电路以及平移切换信号准位的方法

说明书

技术领域

本发明有关一种浮接闸(floating gate)驱动器电路，特别是关于一种改善浮接闸驱动器电路的准位平移器的安全操作区及抗串扰(noise immunity)能力的电路。

背景技术

高压集成电路是电机、安定器、双电感单电容转换器及冷阴极管等高压应用中必须使用的元件。例如参照图1的浮接闸驱动器电路，控制器集成电路10分别根据切换信号Hin及Lin产生栅极控制信号Vh及Vl切换半H桥电路的高侧(high side)功率晶体管Ht及低侧(low side)功率晶体管Lt，为了减小高侧电路承受的电压，以半H桥电路的切换节点SX的电压Vs作为高侧电路的参考电位，再将参考到接地端GND产生的低压逻辑信号Hin平移到较高的准位去产生高侧功率晶体管Ht的栅极控制信号Vh。为了平移高侧功率晶体管Ht的切换信号Hin的准位，参照图1及图2，边缘脉冲产生器12检测高侧功率晶体管Ht的切换信号Hin的上升缘及下降缘分别触发设定信号Set及重设信号Reset，二者皆为短脉冲信号，准位平移器14包含第一输入晶体管M1及第二输入晶体管M2分别接受设定信号Set及重设信号Reset，因而在准位平移器14的第一输出端AA及第二输出端BB造成第一输出电压VAA的负脉冲及第二输出电压VBB的负脉冲，逻辑再生电路16根据第一输出电压VAA的负脉冲及第二输出电压VBB的负脉冲产生切换信号Hin准位平移后的信号，其与切换信号Hin具有相同的逻辑表态，因此，由其产生的栅极控制信号Vh受设定信号Set触发，被重设信号Reset关闭。

在这种浮接闸驱动器电路中，透过耦接在直流电源输入端Vboot及切换节点SX之间的靴带电容Cboot，切换节点SX的电压Vs的暂态变化会在准位平移器14的第一输出端AA及第二输出端BB各引起电压串扰，可能进而造成逻辑再生电路16误动作，甚至造成高侧功率晶体管Ht及低侧功率晶体管Lt同时打开而让直流电源Vin直接短路到接地端GND。为了改善准位平移器14的抗串扰能力，美国专利申请公开号2011/0006828将第一输入晶体管M1及第二输入晶体管M2改为差动输入对，藉由固定的共用偏压电流的限制，将串扰引起的充、放电电流分摊到差动输入对的两个晶体管，因而降低在第一输出端AA及第二输出端BB引起的串扰电压的大小。然而此法使用共用偏压电流源将差动输入对的两个晶体管捆绑在一起，反而导致两个晶体管容易互相干扰。

另一方面，高侧电路需要以超高压(Ultra High Voltage，UHV)工艺制作，而UHV工艺非常昂贵，因此控制器集成电路10具有很高的成本。使用多芯片模块(Multi-Chip Module，MCM)可以减少成本，例如参照图1，以虚线18标示的界线将浮接闸驱动器电路分成两部份，虚线18上方的高侧电路及准位平移器14的一部分制作在UHV芯片中，虚线18下方的低侧电路及准位平移器14的另一部份制作在低压芯片中，如此减少UHV芯片的电路及尺寸，因而减少成本。不过此MCM是以电压的形式将信号从低侧传送到高侧，而MCM传送电压信号通常具有较差的抗串扰能力，因此准位平移器14的抗串扰能力变差。

再者，介于高侧电路及低侧电路之间的第一输入晶体管M1及第二输入晶体管M2必须使用高压元件，因此在设计控制器集成电路10时必须在第一输入晶体管M1及第二输入晶体管M2的击穿电压与其他参数之间妥协。虽然增加晶体管的尺寸可以提高其击穿电压，但同时也会增加集成电路的面积和成本，尤其是在使用UHV工艺的情况下，增加第一输入晶体管M1及第二输入晶体管M2的尺寸更是不利的作法，因此通常以调整第一输入晶体管M1及第二输入晶体管M2的工作点的方式来改善其安全操作区。以NMOSFET为例，参照图3，在不同的栅-源极电压Vgs下，晶体管有不同的电流-电压特性曲线，图中Vgs1＞Vgs2＞Vgs3＞Vgs4，右侧的虚线是在不同的Vgs下的击穿电压连线而成，左侧的虚线是在不同的Vgs下的开启电压连线而成，介于此二虚线之间的区域为安全操作区。当晶体管操作在较大的栅-源极电压Vgs时，其击穿电压较低，较容易发生击穿，因此将晶体管操作在较小的栅-源极电压Vgs或较小的漏极电流Ids，可以让晶体管的工作点距离其击穿电压较远，亦即比较不容易发生击穿，但这同时也会降低晶体管的抗串扰能力。

美国专利号5896043提出一种改良的准位平移器，将两个输入晶体管各并联一个电阻-电容电路，在刚打开输入晶体管时提高其电流，以加快转态的速度，但此法需要更复杂的控制。

发明内容

本发明的目的之一，在于改善浮接闸驱动器电路的准位平移器。