專利名稱：一種可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎮(zhèn)流器、電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域的半橋驅(qū)動芯片中為防止驅(qū)動管被誤操作所使用的抗共模電源噪聲干擾高壓驅(qū)動電路設(shè)計。
背景技術(shù)：
智能功率模塊(Intelligent Power Modular)將高壓集成電路芯片、低壓控制集成電路芯片、分立的功率器件等多個電路元件集成在一個模塊中，具有傳統(tǒng)的分立電子元件構(gòu)成的電子控制系統(tǒng)所不具備的很多優(yōu)勢，近年來已逐漸取代分立電子元器件所搭建的傳統(tǒng)電子控制系統(tǒng)，成為當(dāng)前工業(yè)電機(jī)、空調(diào)/冰箱各種家用電器及汽車轉(zhuǎn)向控制等應(yīng)用中的核心部件，有著非常廣泛的應(yīng)用。近幾年來，隨著電機(jī)緊湊性和環(huán)保性等概念的提出，對變頻電機(jī)用IPM也提出了更高層次的需求小型化、低功耗、智能化、高可靠，單芯片集成IPM就是這一發(fā)展趨勢的集中表現(xiàn)，單芯片集成智能功率模塊需基于先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝平臺，利用高端器件及電路設(shè)計技術(shù)，將各類高、低壓電路，如邏輯控制電路、保護(hù)電路、高壓輸出電路及高壓絕緣柵雙極型器件(IGBT)等集成在一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)功能。目前，掌握變頻電機(jī)用單片集成IPM芯片設(shè)計與制造技術(shù)的單位(機(jī)構(gòu))主要是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，其主要代表有東芝、日立、三菱、恩智浦、意法，其產(chǎn)品占據(jù)了國內(nèi)幾乎全部的變頻電機(jī)控制芯片市場。造成這一局面的主要問題就是我國高壓驅(qū)動芯片電路與工藝核心設(shè)計及制造技術(shù)的缺失。半橋驅(qū)動芯片主要用來驅(qū)動外部半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率管，內(nèi)部的驅(qū)動電路按照工作電源電壓的不同分為高壓側(cè)驅(qū)動電路與低壓側(cè)驅(qū)動電路，隨著半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)晶體管的開通關(guān)斷輸出點(diǎn)電壓工作在浮動狀態(tài)，因此高壓側(cè)的驅(qū)動電路電壓也應(yīng)隨著輸出點(diǎn)電壓的變化工作在浮動狀態(tài)，這種功能主要可以通過外部的自舉電路來實(shí)現(xiàn)。為了減小半橋驅(qū)動芯片整體的功耗，主要通過產(chǎn)生雙路短脈沖的方式來產(chǎn)生高壓側(cè)晶體管的驅(qū)動信號，這樣可以通過減小內(nèi)部電平轉(zhuǎn)換開關(guān)管的導(dǎo)通時間從而抑制功耗，導(dǎo)通時間越短，功耗越小。然而導(dǎo)通時間越短，有效的脈沖信號就越容易受到干擾信號的影響，干擾信號主要有兩種，一種為不同寬度的差模噪聲脈沖，一種為由電源噪聲引入的共模電源噪聲干擾脈沖。為了濾除掉不符合要求的干擾信號，對于差模信號一般可以采取RC濾波電路從而可以濾除掉不符合寬度要求的脈沖信號，比如頂公司的系列產(chǎn)品。對于共模電源噪聲信號， 由于電平移位電路中的開關(guān)管存在寄生電容，因此共模電源噪聲的存在將會在電平移位電路上產(chǎn)生位移電流，從而將在電阻Rtl產(chǎn)生壓降被后級電路誤認(rèn)為是正常工作時的觸發(fā)信號，在正常的時序下有可能使得兩只功率管之間產(chǎn)生直通現(xiàn)象從而損毀晶體管。為解決此種問題，可以采用特制的共模噪聲抑制電路將共模電壓噪聲轉(zhuǎn)化為電流，再通過差動對的形式將其消除，F(xiàn)airchild公司的半橋系列產(chǎn)品中都會采用此種共模抑制電路。此種最常用的共模抑制電路主要缺點(diǎn)在于①電路整體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方式困難；②由于它在芯片整體信號的傳播通路上，所以它會增加整體電路的延遲；③在芯片正常工作時該電路依然處于工作狀態(tài)，因此會增加芯片的整體工作電路從而影響芯片功耗。

發(fā)明內(nèi)容
針對高壓柵驅(qū)動電路的抗共模電源噪聲干擾的問題，本發(fā)明提供一種能夠有效避免產(chǎn)生誤觸發(fā)信號且電路結(jié)構(gòu)簡單的可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊，本發(fā)明能夠在保證整體電路的抗噪聲干擾能力的同時，不影響電路的正常工作狀況。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊，包括高壓電平移位電路，脈沖濾波電路，RS觸發(fā)器、輸出驅(qū)動級電路，其中高壓電平移位電路的輸入由外部輸入信號提供， 其輸出接脈沖濾波電路的輸入端，脈沖濾波電路的輸出經(jīng)過RS觸發(fā)器進(jìn)入輸出驅(qū)動級電路，在高壓電平移位電路的輸出端連接有抗共模電源噪聲信號干擾電路，所述抗共模電源噪聲干擾電路由PMOS管M1，電阻R1，電容Cl以及齊納二極管Dl組成，電阻Rl —端接電源 VB,另一端接PMOS管Ml柵極，PMOS管Ml源極接電源VB，PMOS管Ml漏極接高壓電平移位電路的輸出端，電容Cl的一端接PMOS管的柵極，電容Cl的另一端接地，齊納二極管Dl陰極接電源VB，齊納二極管Dl陽極接PMOS管的柵極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)可以有效降低共模電源噪聲對電路工作狀態(tài)的影響。本發(fā)明中包含的抗共模電源噪聲干擾電路可以有效地減小由電源信號波動而在電平移位電路輸出端產(chǎn)生的共模噪聲脈沖寬度，從而使其無法通過后級的脈沖濾波電路，從而有效避免電源信號的波動對后級電路產(chǎn)生誤觸發(fā)信號。(2)抗共模電源噪聲干擾電路結(jié)構(gòu)簡單。高壓電平移位電路中的抗共模電源噪聲干擾電路結(jié)構(gòu)僅由一只PMOS管，一只電阻，一只電容與一只齊納二極管組成，與大部分傳統(tǒng)的抗共模電源噪聲干擾電路結(jié)構(gòu)相比整體電路結(jié)構(gòu)要簡單很多，可以采用更少的器件實(shí)現(xiàn)同樣的抗噪聲干擾功能。(3)不影響電路的正常工作狀況。柵驅(qū)動電路正常工作時電源電壓穩(wěn)定，因此抗共模噪聲干擾電路并不工作，只有當(dāng)電源中出現(xiàn)共模電源噪聲時抗共模電源噪聲干擾電路才起作用，所以說在保證整體電路的抗噪聲干擾能力的同時，本發(fā)明并不影響電路的正常工作狀況。(4)芯片整體延遲要小。本發(fā)明中外加的抗共模電源噪聲干擾電路并不在電路正常工作時信號的傳播通路上，因此說不影響電路模塊正常工作時的整體延遲。(5)芯片的功耗更低。本發(fā)明中的抗共模電源噪聲干擾電路在芯片正常工作時不影響總體工作電流，因此不需要引入額外的電源功耗。(6)整體電路方便集成?？构材ｋ娫丛肼暩蓴_電路中所涉及的所有器件均可以采用高低壓兼容工藝與整體電路集成在一起，并且由于電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，所以整體所占的版圖面積比較小。


圖1是半橋驅(qū)動電路驅(qū)動外部功率管的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明中高壓電平移位電路與抗共模電源噪聲干擾電路的具體電路圖。圖4是普通不帶抗共模電源噪聲干擾電路的高壓電平移位電路的工作波形。圖5是本發(fā)明中帶抗共模電源噪聲干擾電路的高壓電平移位電路的工作波形，圖中，dv/dt噪聲為共模電源噪聲。
具體實(shí)施例方式一種可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊，包括高壓電平移位電路1，脈沖濾波電路2，RS觸發(fā)器3、輸出驅(qū)動級電路4，其中高壓電平移位電路1的輸入由外部輸入信號提供，其輸出接脈沖濾波電路2的輸入端，脈沖濾波電路2的輸出經(jīng)過RS觸發(fā)器3進(jìn)入輸出驅(qū)動級電路4，在高壓電平移位電路1的輸出端連接有抗共模電源噪聲信號干擾電路5，所述抗共模電源噪聲干擾電路5由PMOS管Ml，電阻Rl，電容Cl以及齊納二極管Dl組成，電阻Rl —端接電源VB，另一端接PMOS管Ml柵極，PMOS管Ml源極接電源VB，PMOS管Ml 漏極接高壓電平移位電路1的輸出端，電容Cl的一端接PMOS管的柵極，電容Cl的另一端接地，齊納二極管Dl陰極接電源VB，齊納二極管Dl陽極接PMOS管的柵極，在本實(shí)施例中， 高壓電平移位電路1由NLDMOS管M0，漏端電阻RO與齊納二極管DO組成，NLDMOS管MO的柵極接外部輸入的低壓脈沖信號，NLDMOS管MO的源極接地，NLDMOS管MO的漏極接電阻RO 的一端，電阻RO的另一端接電源信號VB，齊納二極管DO的陰極接電源VB，陽極接NLDMOS 管MO的漏端。下面參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施例做出更為詳細(xì)的描述
如圖1，Mh、M^為以半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相連接的兩只功率管，半橋拓?fù)渫饨痈邏浩秒娫?Vdc,本發(fā)明中的高壓側(cè)柵驅(qū)動電路模塊主要用來驅(qū)動上功率管Mh，隨著上功率管的開通關(guān)斷輸出點(diǎn)Vs電壓呈幅度為0到Vdc的方波變化，Vs作為高壓側(cè)柵驅(qū)動電路的地，為了保證上功率管在每個周期內(nèi)可以被準(zhǔn)確開啟，采用外接電源Vcc與自舉二極管Db、自舉電容Cb組成電壓自舉電路為高壓側(cè)柵驅(qū)動電路提供偏置電源VB，最終通過高壓側(cè)柵驅(qū)動電路產(chǎn)生方波信號控制上功率管的開通與關(guān)斷。 如圖2，本發(fā)明的可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊主要包括抗共模電源噪聲干擾電路模塊、高壓電平移位電路模塊、脈沖濾波電路模塊、RS觸發(fā)器與輸出驅(qū)動電路。為了縮短電平移位電路中功率管的導(dǎo)通時間從而降低功耗，高側(cè)柵驅(qū)動電路采用窄脈沖的工作方式。其中高壓電平移位電路主要用來將低壓的輸入窄脈沖信號轉(zhuǎn)換成高壓窄脈沖信號，抗共模電源噪聲干擾電路將可以把由電源信號波動而在電平移位電路輸出端產(chǎn)生的共模噪聲脈沖寬度減小，脈沖濾波電路用來把電平移位電路輸出端產(chǎn)生的窄脈沖信號中寬度不符合要求的干擾脈沖信號全部濾除掉，從而可以輸出正常工作的脈沖信號經(jīng)過RS 觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換形成有固定周期的方波信號進(jìn)入輸出驅(qū)動級電路，最終輸出具有合適驅(qū)動能力的的方波信號，用來控制圖1中高側(cè)晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷?？筪v/dt噪聲干擾電路由簡單的電阻、電容、齊納二極管、場效應(yīng)管組成，可以用很少的電路元件來減小由電源信號波動而在電平移位電路輸出端產(chǎn)生的共模噪聲脈沖寬度，使其無法通過后級的脈沖濾波電路， 從而有效避免電源信號波動產(chǎn)生的共模電源噪聲信號通過高壓柵驅(qū)動電路對功率管實(shí)現(xiàn)誤觸發(fā)。
如圖3所示為本發(fā)明中設(shè)計的抗共模電源噪聲干擾電路與高壓電平移位電路的具體電路結(jié)構(gòu)。電平移位電路中輸入信號為有固定脈沖寬度的窄脈沖信號，M0為可以耐高壓的NLDM0S，其只在輸入窄脈沖幅度為高電平期間開通，導(dǎo)通電流在漏電阻Rtl上產(chǎn)生壓降， 壓降的最大幅度被齊納二極管Dtl的擊穿電壓所箝位，從而可以保護(hù)后級脈沖濾波電路中的器件不會被Rtl上過大的壓降所擊穿。正常工作時電阻Rtl上的壓降將會在NLDMOS漏端產(chǎn)生幅度固定的與輸入脈沖相位相反的輸出脈沖信號，只有低于后級電路的翻轉(zhuǎn)電平Vth的輸出電平才是有效的輸出信號，此輸出信號將輸入后級的脈沖濾波電路，濾除其中寬度不足的噪聲信號。如圖4為不接抗共模電源噪聲干擾電路時，高壓電平移位電路在共模電源噪聲干擾下的工作波形。由于^^^05管禮漏端存在寄生電容，電源變化產(chǎn)生的共模噪聲信號將會通過NLDMOS的寄生電容產(chǎn)生位移電流，從而在Rtl上產(chǎn)生電壓降，如果此電壓降(Vb-Vcj)足夠大并且低電平脈寬、大于脈沖濾波電路的設(shè)計濾波寬度，噪聲信號將會造成對功率管的誤觸發(fā)。為了避免功率管被誤觸發(fā)，本發(fā)明中引入了抗共模電源噪聲干擾電路?？构材ｋ娫丛肼暩蓴_電路中C1為與NLDMOS具有相同工藝結(jié)構(gòu)的電容，此種結(jié)構(gòu)可以保證C1具有較高的擊穿電壓，C1的作用在于當(dāng)電源端產(chǎn)生共模噪聲之后，干擾噪聲可以通過C1產(chǎn)生流過 RpC1支路的位移電流，所產(chǎn)生的位移電流將流過電阻R1從而在R1上產(chǎn)生壓降，當(dāng)此壓降大于PMOS開關(guān)管M1的閾值電壓Vtlip時，M1將會被開啟，而齊納二極管D1的存在將保證M1柵上的壓降不會過高從而導(dǎo)致M1被擊穿。M1開啟之后，若此時NLDMOS上也有由于存在寄生電容而產(chǎn)生的位移電流，則開啟之后的M1與NLDMOS的寄生電容將會形成電流通路，若此時 M1源漏之間的電壓為Vsdp，則電平移位電路的輸出電平V。為(VB-Vsdp)。圖5為外接抗共模電源噪聲干擾電路后高壓電平移位電路的工作波形。若虬為理想的開關(guān)管，則導(dǎo)通之后的Vsdp很低，從而使得電平移位電路的輸出點(diǎn)電壓V。又被拉回到近似高電平的位置。因此，我們可以通過抗共模電源干擾電路盡可能縮短N(yùn)LDMOS漏極輸出信號I中有效低電平的維持時間、，使得共模電源噪聲所產(chǎn)生的信號無法通過脈沖濾波電路，從而有效避免電源信號波動產(chǎn)生的共模電源噪聲信號通過高壓柵驅(qū)動電路對功率管實(shí)現(xiàn)誤觸發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊，包括高壓電平移位電路1，脈沖濾波電路2，RS觸發(fā)器3、輸出驅(qū)動級電路4，其中高壓電平移位電路1的輸入由外部輸入信號提供，其輸出接脈沖濾波電路2的輸入端，脈沖濾波電路2的輸出經(jīng)過RS觸發(fā)器3進(jìn)入輸出驅(qū)動級電路4，其特征在于，在高壓電平移位電路1的輸出端連接有抗共模電源噪聲信號干擾電路5，所述抗共模電源噪聲干擾電路5由PMOS管M1，電阻R1，電容Cl以及齊納二極管Dl組成，電阻Rl —端接電源VB，另一端接PMOS管Ml柵極，PMOS管Ml源極接電源 VB, PMOS管Ml漏極接高壓電平移位電路1的輸出端，電容Cl的一端接PMOS管的柵極，電容Cl的另一端接地，齊納二極管Dl陰極接電源VB，齊納二極管Dl陽極接PMOS管的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊，其特征在于，高壓電平移位電路1由NLDMOS管M0，漏端電阻RO與齊納二極管DO組成，NLDMOS管MO 的柵極接外部輸入的低壓脈沖信號，NLDMOS管MO的源極接地，NLDMOS管MO的漏極接電阻 RO的一端，電阻RO的另一端接電源信號VB，齊納二極管DO的陰極接電源VB，陽極接NLDMOS 管MO的漏端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可抗共模電源噪聲干擾的高壓柵驅(qū)動電路模塊，主要包括抗共模電源噪聲干擾電路，高壓電平移位電路，脈沖濾波電路，RS觸發(fā)器，輸出驅(qū)動電路，其中抗共模電源噪聲干擾電路可以把由電源信號波動而在電平移位電路輸出端產(chǎn)生的共模噪聲脈沖寬度減小，高壓電平移位電路主要用來將低壓的輸入脈沖信號轉(zhuǎn)換成高壓脈沖信號，脈沖濾波電路用來把電平移位電路輸出的脈沖信號中一定寬度以下的干擾脈沖信號都濾除掉，只留下正常工作的脈沖信號?？构材ｋ娫丛肼暩蓴_電路由簡單的電阻、電容、齊納二極管、場效應(yīng)管組成，可以用很少的電路元件來有效的避免電源信號波動產(chǎn)生的共模電源噪聲信號通過高壓柵驅(qū)動電路對功率管造成的誤觸發(fā)。
文檔編號H02M1/08GK102307001SQ20111024292
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者劉少鵬, 孫偉鋒, 時龍興, 毛寧, 錢欽松, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)