[实用新型]一种低工作电压的下行电平移位电路

说明书

一种下行电平移位电路，包括高侧输入网络、共栅耐压结构和低侧锁存电路，高侧输入网络由两路并行的共源结构的PMOS器件组成，将输入信号传输到共栅耐压结构，共栅耐压电路包括一对共栅的PMOS管和一对共栅的NMOS管以及两个钳位二极管，低侧锁存电路包括两对用作线性电阻的NMOS管和一对交叉耦合的NMOS器件形成的锁存器结构，实现高侧电压差很小时将高侧信号传递到低压区。

技术领域

本实用新型涉及半桥驱动领域技术的电平移位电路，尤其涉及将高压电平的信号变换为低压电平的信号的一种低工作电压的下行电平移位电路

背景技术

随着电子电力技术的飞速发展，特别是IGBT和MOSFET等高频自关断元器件应用的日益广泛，驱动电路的设计就显得十分重要，尤其是高压集成电路HVIC驱动。良好的驱动电路能够保证HVIC芯片的高性能运作，比如出色的系统可靠性和效率等。目前的消费与工业应用中，HVIC被广泛运用于多个领域，如变频电机驱动，开关电源以及电子镇流器等。

图1是传统的HVIC驱动电路的内部框图。传统的HVIC驱动电路一般包括高压区与低压区。高压区工作在较高的电平范围内，其高压区高侧高电平为VB，高侧低电平为VS；低压区工作在较低的电平范围内，其低侧高电平为VCC，低侧低电平为VSS。在传统的HVIC驱动电路中，一般还包含高侧保护电路。如图1所示，在虚线框标出的高压区中就包含着保护信号产生电路。保护信号产生电路的作用是通过传递保护信号，如死区保护信号、欠压信号、过压信号等，来改变电路的逻辑，控制电路的开关状态来保护所驱动的电路不受到损坏。保护信号产生电路所产生的保护信号需要控制低侧的开关状态，也就是需要将保护电路产生的保护信号传递到低侧的逻辑控制电路，如图1所示，保护信号需要将从高压区检测产生的较高电平的保护信号传递到低侧信号输出电路，以控制电路的开关状态，从而改变低侧输出LO信号。这个过程中两个模块之间具有不同的电平，传递的保护信号必须经过一个电平移位电路，才可以将高压区的保护信号传递给低压区。这种将较高电平的高压转换为低压的电平移位电路，一般统称为下行电平移位电路。

传统的下行电平移位电路主要是采用一个由NMOS管锁存器结构来实现电平的转换，如图2，利用NMOS管MN1和MN2栅源交叉耦合形成正反馈环路，加速输入信号的转换速率，降低锁存器的传输延时；PMOS管MP1和MP2为输入信号开关管，控制信号的传输。但是由于电路在垂直方向上没有做任何的高低侧电平耐压结构，如果高压区高侧高电平VB比较高，将会使较大的电压落在MOS管的两端，这将会导致MOS管源漏击穿等后果，因此传统下的下行电平移位电路无法满足高压系统应用。

现有技术中，有多种方案可以很好地解决上述电路耐压问题，目前一种常见的方法是在采用包含两级共栅耐压结构的一种垂直下行电平移位电路，其电路原理图如图3所示。该电路采用了高侧共源级开关传输结构，分别用PMOS管MP1和MP2形成两条共源开关的结构，将输入信号IN1与IN2传输到共栅极耐压结构中。共栅极耐压结构利用两级由NMOS管MN1、MN2和PMOS管MP1和MP2组成，晶体管Q1和Q2起到钳位的作用，连接在NMOS管MN1和MN2的栅源两端，防止NMOS管漏端电流过大。NMOS管MN3和MN4交叉耦合相连形成锁存器结构，栅端分别连接输出信号OUT2与输出信号OUT1。输出信号OUT1和OUT2经过类似RS触发器的双端转单端模块将输入的信号再传输到图1所示的低侧信号输出电路。NMOS管MN1和MN2与PMOS管MP3和MP4组成的两级共栅结构用于耐压高侧电平与低侧电平，因此需要晶体管Q1和Q2对其栅源之间进行钳位以防止漏电流过大使MOS管击穿。相应的，虽然这种结构解决了高低侧电平之间的耐压的问题，但是在高压区高侧高电平VB至高侧低电平VS之间的电压较低时，会使得NMOS管MN3、MN4的栅压较低，MN3和MN4不能够正常工作，导致了整个电路不能正常的工作。

发明内容