一種用于半橋驅(qū)動(dòng)中的電平位移電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及高壓半橋驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于半橋驅(qū)動(dòng)電路中的單脈沖高壓電平位移電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在高壓半橋驅(qū)動(dòng)電路中，由微控制器輸入PWM信號(hào)，通過(guò)半橋驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率器件(MOSFET或者IGBT)，其中一個(gè)是高邊開(kāi)關(guān)，另一個(gè)是低邊開(kāi)關(guān)。低邊的信號(hào)傳輸是在相同的電源域中，而高邊的信號(hào)傳輸是在兩個(gè)不同的電源域中傳輸，要使信號(hào)有效傳輸就必須要用到電平位移電路。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常需要制造高壓器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電平位移。如圖1所示，為現(xiàn)有常用的半橋驅(qū)動(dòng)電路高邊信號(hào)的傳輸電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了描述方便，對(duì)下面圖中各種符號(hào)給出統(tǒng)一定義:VDD為半橋驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓，GND為電源地，IN為微控制器的PWM輸入信號(hào)端，OUT為半橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)端，VB為高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的浮動(dòng)電源電壓，VS為浮動(dòng)地。輸入信號(hào)IN位于VDD?GND的電源域中，輸出信號(hào)OUT位于VB?VS的電源域中，且VB?VS的電源域要遠(yuǎn)高于VDD?GND的電源域，通常VDD為10?20V，而VB在60V以上，甚至可高達(dá)幾百伏。兩個(gè)NMOS晶體管104、105需要承受VB到GND之間的高壓，如在電動(dòng)車(chē)的應(yīng)用中，該電壓高達(dá)60V?150V。輸入信號(hào)IN經(jīng)過(guò)脈沖產(chǎn)生電路101產(chǎn)生NMOS晶體管104和105的開(kāi)啟信號(hào)，當(dāng)NMOS晶體管104開(kāi)啟而NMOS晶體管105關(guān)閉時(shí)，RS觸發(fā)器106的R端為0，S端為I，則OUT輸出為I ;當(dāng)NMOS晶體管104關(guān)閉而NMOS晶體管105開(kāi)啟時(shí)，RS觸發(fā)器106的R端為1，S端為0，則OUT輸出為O。上述的“I”信號(hào)代表高電平VB，“O”信號(hào)代表低電平VS。由于VB到GND間的電壓為高壓，當(dāng)NMOS晶體管104和105開(kāi)啟時(shí)，會(huì)有大電流從電阻102或者103流過(guò)，如果持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，則功耗很大，所以現(xiàn)有技術(shù)通常會(huì)在輸入信號(hào)IN后加入脈沖發(fā)生電路，產(chǎn)生短時(shí)間的高脈沖，用于開(kāi)啟NMOS晶體管104或105。由于只是脈沖電平來(lái)開(kāi)啟NMOS晶體管104和105，因此為了保持信號(hào)的正確，必須加入RS觸發(fā)器106用來(lái)鎖存輸出信號(hào)。
[0004]由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中使用單晶體管來(lái)承受高壓，這樣不僅增加了集成電路制造工藝的難度，導(dǎo)致工藝過(guò)程復(fù)雜，光刻層次較多，且為了降低電路功耗，在電路中增加脈沖產(chǎn)生電路和鎖存電路，從而帶來(lái)整體電路成本的大幅增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠在普通簡(jiǎn)單的低壓半導(dǎo)體制造工藝上實(shí)現(xiàn)的半橋驅(qū)動(dòng)電平位移電路，解決半橋驅(qū)動(dòng)電路對(duì)高壓器件的依賴(lài)，通過(guò)電阻串聯(lián)分壓的原理，對(duì)VB到GND間的電壓進(jìn)行分壓處理，從而簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，降低了電路成本，并增強(qiáng)了電路的可靠性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，一種用于半橋驅(qū)動(dòng)中的電平位移電路，包括恒定電流源、輸入級(jí)三極管、與恒定電流源相匹配的電流鏡、負(fù)載電阻、第一分壓電路、第二分壓電路和反相器，所述第一分壓電路是由至少兩個(gè)承壓三極管串聯(lián)而成，所述第二分壓電路是由至少兩個(gè)分壓電阻串聯(lián)而成，所述恒定電流源的正極與VDD相連，負(fù)極連接輸入級(jí)三極管的集電極，輸入信號(hào)端IN連接輸入級(jí)三級(jí)管的基極，輸入級(jí)三極管的發(fā)射極連接電源地GND，所述電流鏡采用兩個(gè)同型號(hào)的三極管背靠背連接構(gòu)成，所述電流鏡的輸入端連接恒定電流源的負(fù)極，輸出端與第一分壓電路的一端相連，第一分壓電路的另一端連接負(fù)載電阻的一端，負(fù)載電阻的另一端與高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的浮動(dòng)電源電壓VB相連，所述第二分壓電路的一端與高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的浮動(dòng)電源電壓VB相連，另一端連接電源地GND，且所述第一分壓電路中所有承壓三極管的基極依次連接至所述第二分壓電路中相鄰兩個(gè)分壓電阻之間引出的支路，所述反相器是由輸出級(jí)三極管和限流電阻串聯(lián)組成，限流電阻的一端與輸出級(jí)三極管的集電極相連，另一端與浮動(dòng)地VS相連，輸出級(jí)三極管的發(fā)射極連接高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的浮動(dòng)電源電壓VB，輸出級(jí)三極管的基極連接至負(fù)載電阻和第一分壓電路之間引出的支路，半橋驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)端OUT連接在輸出級(jí)三極管和限流電阻之間的支路上。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述恒定電流源能夠通過(guò)普通電流鏡鏡像產(chǎn)生，其值為微安級(jí)別。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述第二分壓電路中所串聯(lián)的所有分壓電阻的阻值相同。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述輸入級(jí)三極管采用NPN型雙極型晶體管，所述輸出級(jí)三極管采用PNP型雙極型晶體管，所述承壓三極管采用同型號(hào)的NPN型雙極型晶體管。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述輸入級(jí)三極管還能夠采用N溝道MOS晶體管，所述輸出級(jí)三極管還能夠采用P溝道MOS晶體管，所述承壓三極管還能夠采用同型號(hào)的N溝道MOS晶體管。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述電流鏡采用同型號(hào)的第一三極管和第二三極管背靠背連接構(gòu)成，所述第一三極管和第二三極管為NPN型雙極型晶體管，第一三極管的基極和第二三極管的基極相連，第一三極管的發(fā)射極和第二三極管的發(fā)射極接電源地GND，第一三極管的集電極連接恒定電流源的負(fù)極，第二三極管的集電極連接第一分壓電路的一端，并從第一三極管的基極和第二三極管的基極之間引出一條支路連接至恒定電流源的負(fù)極。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)第二分壓電路，S卩利用電阻串聯(lián)分壓的原理，對(duì)VB到GND間的電壓進(jìn)行分壓處理，并在每個(gè)分壓節(jié)點(diǎn)上連接NPN型雙極型晶體管的基極，通過(guò)NPN型雙極型晶體管串聯(lián)形成第一分壓電路進(jìn)行分壓，這樣就將VB到GND間的電壓均分在串聯(lián)的NPN型雙極型晶體管上，從而降低每個(gè)承壓三極管所承受的電壓，最終能夠使用普通簡(jiǎn)單的低壓半導(dǎo)體制造工藝實(shí)現(xiàn)半橋驅(qū)動(dòng)電路中的高壓電平位移電路，極大地簡(jiǎn)化半橋驅(qū)動(dòng)電路的半導(dǎo)體制造工藝，不必使用復(fù)雜昂貴的高壓半橋工藝，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度，降低了電路成本；電路的輸入端采用恒流驅(qū)動(dòng)的方式，大大降低了電路的功耗，并簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，在一定程度上增強(qiáng)了電路的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為現(xiàn)有半橋驅(qū)動(dòng)電路中常用的電平位移電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所提出的電平位移電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的電平位移電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解和認(rèn)識(shí)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述和介紹。
[0017]如圖2—圖3，一種用于半橋驅(qū)動(dòng)中的電平位移電路，包括恒定電流源201、輸入級(jí)三極管202、與恒定電流源相匹配的電流鏡1、負(fù)載電阻207、第一分壓電路3、第二分壓電路4和反相器2。所述第一分壓電路3是由第一承壓三極管205和第二承壓三極管206串聯(lián)而成，所述第一承壓三極管205和第二承壓三極管206采用同型號(hào)的NPN型雙極型晶體管，所述第一承壓三極管205的集電極連接第二承壓三極管206的發(fā)射極，第一承壓三極管205的發(fā)射極連接第二三極管204的集電極，第二承壓三極管206的集電極連接負(fù)載電阻207的一端。所述恒定電流源201的正極與VDD相連，負(fù)極連接輸入級(jí)三極管202的集電極。所述輸入級(jí)三極管202采用NPN型雙極型晶體管，所述恒定電流源201可以通過(guò)普通電流鏡鏡像產(chǎn)生，其為微安(uA)級(jí)別電流。輸入信號(hào)端IN連接輸入級(jí)三級(jí)管202的基極，輸入級(jí)三極管202的發(fā)射極連接電源地GND。所述電流鏡I采用同型號(hào)的第一三極管203和第二三極管204背靠背