半桥驱动器的高侧驱动电路及设备的制作方法

1.本技术涉及半桥驱动器的技术领域，具体而言，涉及一种半桥驱动器的高侧驱动电路及设备。


背景技术：

2.图1为现有方案的半桥驱动器的第一示意图，半桥驱动器包含高侧和低侧两部分，其中低侧部分由低侧驱动器110驱动低侧开关管n1；高侧部分由高侧驱动器120驱动高侧开关管n2，开关管n1和n2由控制信号pwm1与pwm2控制交替导通。从图1中可以看到低侧供电为vdd与gnd，vdd保持为固定电压，gnd电压为零。高侧供电的vbst与vsw之间的电压差保持不变，但是vsw的电压是与开关管n1和n2的工作状态相关。当n1导通、n2关断时，vsw的电压等于gnd；当n2导通、n1关断时，vsw的电压等于vin。vsw被称为浮动地，在开关管切换过程中会由gnd上升到vin或者由vin下降到gnd。vsw电压的瞬态变化会产生瞬态干扰电压和瞬态干扰电流，从而对高侧驱动器的正常工作产生影响。
3.图2为现有方案的半桥驱动器的第二示意图，高侧驱动器120包括电压电平移位器121和驱动级122，其中电压电平移位器121的输入信号pwm2与低侧驱动器输入信号pwm1一样，参考电压均为vdd、gnd。电压电平移位器121的输出端a的输出信号的参考电压则为vbst与vsw，以pwm2与out同向为例，高侧驱动器的工作时序图如图3所示，pwm2由低变高后，电压电平移位器输出a由低变高。输出级的驱动延时为td，即由a点到out的延时为td1，所以a点变高后，经过延时td1 out变高，上管n2导通，vsw由gnd上升到vin。pwm2由高变低，到vsw由高变低的延时为td2。vsw由低变高的上升时间为tr，由高变低的下降时间为tf。从图3中可以看到，td1、td2与tr和tf之间并没有时间交叠。在电压电平移位器正常工作时，pwm2到输出a之间这段时间内，电压电平移位器并未受到vsw瞬态变化的影响。在tr和tf这两个时间段，由于vsw的快速瞬态变化，电压电平移位器的输出可能受到影响。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的在于提供一种半桥驱动器的高侧驱动电路及设备，以解决如何消除半桥驱动器浮动地高速瞬态变化产生的瞬态干扰和噪声对高侧驱动电路正常工作的影响的问题。
5.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种半桥驱动器的高侧驱动电路，半桥驱动器的高侧驱动电路包括电平移位器和高侧控制驱动模块；电平移位器具有第一电源端、第二电源端、信号接收端和输出端，所述电平移位器的第一电源端用于与第一可变电压源电连接，所述电平移位器的第二电源端用于与第二可变电压源电连接，所述电平移位器的信号接收端用于与控制器的信号输出端的电连接，其中，所述第一可变电压源和所述第二可变电压源均为电压可变的电压源，所述第一可变电压源与所述第二可变电压源的差值为恒定电压值；高侧控制驱动模块具有输入端和输出端，所述高侧控制驱动模块的输入端与所述电平移位器的输出端电连接，所述高侧控制驱动模块用于避免由于所述第二可变电压
源的瞬态变化导致所述高侧控制驱动模块的输出端输出错误电平。
6.可选地，所述高侧控制驱动模块包括：边沿检测延时单元、二选一多路复用器、缓冲单元、第一缓冲器和多级缓冲器，所述二选一多路复用器的选择端与所述边沿检测延时单元的第一端电连接，所述二选一多路复用器的第一输入端与所述缓冲单元的输出端电连接，所述缓冲单元的输入端与所述电平移位器的输出端电连接，所述二选一多路复用器的第二输入端分别与所述边沿检测延时单元的第二端、所述第一缓冲器的输出端和所述多级缓冲器的输入端电连接，所述第一缓冲器的输入端与所述二选一多路复用器的输出端电连接，所述边沿检测延时单元、所述二选一多路复用器、所述缓冲单元、所述第一缓冲器和所述多级缓冲器还分别与所述第一可变电压源电连接，所述边沿检测延时单元、所述二选一多路复用器、所述缓冲单元、所述第一缓冲器和所述多级缓冲器还分别与所述第二可变电压源电连接。
7.可选地，所述边沿检测延时单元包括：异或门和延时器，所述异或门的第一输入端与所述延时器的输出端电连接，所述异或门的第二输入端分别与所述延时器的输入端和所述多级缓冲器的输入端电连接，所述异或门的输出端与所述二选一多路复用器的选择端电连接，所述异或门和所述延时器还与所述第一可变电压源电连接，所述异或门和所述延时器还与所述第二可变电压源电连接。
8.可选地，所述二选一多路复用器包括：第一与非门、第二与非门、第三与非门和第一反相器，所述第一反相器的输入端分别与所述第一与非门的第一输入端和所述边沿检测延时单元的第一端电连接，所述第一与非门的第二输入端与所述多级缓冲器的输入端电连接，所述第一反相器的输出端与所述第二与非门的第一输入端电连接，所述第二与非门的第二输入端与所述缓冲单元的输出端电连接，所述第一与非门的输出端与所述第三与非门的第一输入端电连接，所述第二与非门的输出端与所述第三与非门的第二输入端电连接，所述第三与非门的输出端与所述第一缓冲器的输入端电连接，所述第一与非门、所述第二与非门、所述第三与非门和所述第一反相器还与所述第一可变电压源电连接，所述第一与非门、所述第二与非门、所述第三与非门和所述第一反相器还与所述第二可变电压源电连接。
9.可选地，在所述控制器的信号输出端的相位与所述多级缓冲器的输出端的电位相同的情况下，所述缓冲单元为缓冲器。
10.可选地，在所述控制器的信号输出端的相位与所述多级缓冲器的输出端的电位相反的情况下，所述缓冲单元为反相器。
11.可选地，所述多级缓冲器包括多个依次串联且驱动能力逐级增加的缓冲器。
12.可选地，所述电平移位器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第二反相器、保护单元、第一二极管和第二二极管，所述第一晶体管的源极分别与所述第二晶体管的源极和所述第一可变电压源电连接，所述第一晶体管的栅极分别与所述第二二极管的负极、所述第二晶体管的漏极、所述高侧控制驱动模块的输入端和所述保护单元的第二端电连接，所述第二晶体管的栅极分别与所述第一二极管的负极、所述第一晶体管的漏极和所述保护单元的第一端电连接，所述第一二极管的正极分别与所述第二二极管的正极和所述第二可变电压源电连接，所述第三晶体管的漏极与所述保护单元的第三端电连接，所述第四晶体管的漏极与所述保护单元的第四端电连接，所述第三晶体管的栅极与所述第
二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输入端还用于与所述控制器的信号输出端电连接，所述第四晶体管的栅极与所述第二反相器的输出端电连接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极分别接地。
13.可选地，所述保护单元包括第一高压晶体管和第二高压晶体管，所述第一高压晶体管的栅极和所述第二高压晶体管的栅极分别与直流电压源电连接，所述第一高压晶体管的漏极与所述第一二极管的负极电连接，所述第二高压晶体管的漏极与所述第二二极管的负极电连接，所述第一高压晶体管的源极与所述第三晶体管的漏极电连接，所述第二高压晶体管的源极与所述第四晶体管的漏极电连接。
14.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种设备，所述设备包括任意一种所述的半桥驱动器的高侧驱动电路。
15.在本发明实施例中，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由电平移位器和高侧控制驱动模块共同决定，在第二可变电压源快速瞬态变化时间之外，高侧驱动电路的输出由电平移位器的输出端决定，在快速瞬态变化时间内，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由高侧控制驱动模块本身决定，而与该时刻的电平移位器的输出端无关，从而解决了如何消除半桥驱动器浮动地高速瞬态变化产生的瞬态干扰和噪声对高侧驱动电路正常工作的影响的问题。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1示出了现有方案的半桥驱动器的第一示意图；
18.图2示出了现有方案的半桥驱动器的第二示意图；
19.图3示出了现有方案的半桥驱动器的工作时序图；
20.图4示出了根据本技术的实施例中的第一种半桥驱动器的高侧驱动电路的示意图；
21.图5示出了根据本技术的实施例中的第二种半桥驱动器的高侧驱动电路的示意图；
22.图6示出了根据本技术的实施例中的边沿检测延时单元的示意图；
23.图7示出了根据本技术的实施例中的二选一多路复用器的示意图；
24.图8示出了根据本技术的实施例中的第一种半桥驱动器的高侧驱动电路的工作时序图；
25.图9示出了根据本技术的实施例中的第二种半桥驱动器的高侧驱动电路的工作时序图。
26.其中，上述附图包括以下附图标记：
27.110、低侧驱动器；120、高侧驱动器；121、电压电平移位器；122、驱动级；200、电平移位器；210、保护单元；300、高侧控制驱动模块；310、边沿检测延时单元；311、延时器；312、异或门；320、二选一多路复用器；321、第一与非门；322、第二与非门；323、第三与非门。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
30.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
32.正如背景技术中所说的，现有技术中的vsw电压的瞬态变化会产生瞬态干扰电压和瞬态干扰电流，从而对高侧驱动器的正常工作产生影响，为了解决如何消除半桥驱动器浮动地高速瞬态变化产生的瞬态干扰和噪声对高侧驱动电路正常工作的影响的问题，本技术的一种典型的实施方式中，提供了一种半桥驱动器的高侧驱动电路及设备。
33.根据本技术的实施例，提供了一种半桥驱动器的高侧驱动电路，如图4和图5所示，半桥驱动器的高侧驱动电路包括电平移位器200和高侧控制驱动模块300；电平移位器200具有第一电源端、第二电源端、信号接收端和输出端，上述电平移位器200的第一电源端用于与第一可变电压源vbst电连接，上述电平移位器200的第二电源端用于与第二可变电压源vsw电连接，上述电平移位器200的信号接收端用于与控制器的信号输出端pwm2的电连接，其中，上述第一可变电压源vbst和上述第二可变电压源vsw均为电压可变的电压源，上述第一可变电压源vbst与上述第二可变电压源vsw的差值为恒定电压值(例如差值一直保持在5v)；高侧控制驱动模块300具有输入端和输出端，上述高侧控制驱动模块300的输入端与上述电平移位器200的输出端电连接，上述高侧控制驱动模块300用于避免由于上述第二可变电压源vsw的瞬态变化导致上述高侧控制驱动模块300的输出端输出错误电平。
34.上述电路中，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由电平移位器和高侧控制驱动模块共同决定，在第二可变电压源vsw快速瞬态变化时间之外，高侧驱动电路的输出由电平移位器的输出端a决定，在vsw快速瞬态变化时间内，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由高侧控制驱动模块本身决定，而与该时刻的电平移位器的输出端a无关，从而解决了如何消除半桥驱动器浮动地高速瞬态变化产生的瞬态干扰和噪声对高侧驱动电路正常工作的影响的问题。
35.在本技术的一种实施例中，上述高侧控制驱动模块300包括边沿检测延时单元
310、二选一多路复用器320、缓冲单元i1、第一缓冲器i2和多级缓冲器i3，上述二选一多路复用器320的选择端与上述边沿检测延时单元310的第一端电连接，上述二选一多路复用器320的第一输入端与上述缓冲单元i1的输出端电连接，上述缓冲单元i1的输入端与上述电平移位器200的输出端电连接，上述二选一多路复用器320的第二输入端分别与上述边沿检测延时单元310的第二端、上述第一缓冲器i2的输出端和上述多级缓冲器i3的输入端电连接，上述第一缓冲器i2的输入端与上述二选一多路复用器320的输出端电连接，上述边沿检测延时单元310、上述二选一多路复用器320、上述缓冲单元i1、上述第一缓冲器i2和上述多级缓冲器i3还分别与上述第一可变电压源vbst电连接，上述边沿检测延时单元310、上述二选一多路复用器320、上述缓冲单元i1、上述第一缓冲器i2和上述多级缓冲器i3还分别与上述第二可变电压源vsw电连接。
36.具体地，缓冲单元的作用为对电平移位器的输出信号整流；第一缓冲器的作用为增强二选一多路复用器输出端的驱动能力；二选一多路复用器的作用为，选择电平移位器经过缓冲单元后的输出，或者二选一多路复用器经过第一缓冲器后的输出之一作为多路选择器的输入；边沿检测延时单元的作用为，检测其第二端输入信号的边沿，并在其第一端输出一个具有一定宽度的高电平信号；多级缓冲器的作用为对其输入信号逐级增大驱动能力，并在其输出端具有相对较大的电流驱动能力。
37.在本技术的一种实施例中，如图4和图6所示，上述边沿检测延时单元310包括异或门312和延时器311，上述异或门312的第一输入端与上述延时器311的输出端电连接，上述异或门312的第二输入端分别与上述延时器311的输入端和上述多级缓冲器i3的输入端电连接，上述异或门312的输出端与上述二选一多路复用器320的选择端电连接，上述异或门312和上述延时器311还与上述第一可变电压源vbst电连接，上述异或门312和上述延时器311还与上述第二可变电压源vsw电连接。
38.具体地，异或门的作用为输入的两个信号相同时输出为低电平，输入的两个信号不同时输出高电平；延时器的作用为，对输入信号经过一段时间延时后输出。
39.在本技术的一种实施例中，如图4和图7所示，上述二选一多路复用器320包括第一与非门321、第二与非门322、第三与非门323和第一反相器i5，上述第一反相器i5的输入端分别与上述第一与非门321的第一输入端和上述边沿检测延时单元310的第一端电连接，上述第一与非门321的第二输入端与上述多级缓冲器i3的输入端电连接，上述第一反相器i5的输出端与上述第二与非门322的第一输入端电连接，上述第二与非门322的第二输入端与上述缓冲单元i1的输出端电连接，上述第一与非门321的输出端与上述第三与非门323的第一输入端电连接，上述第二与非门322的输出端与上述第三与非门323的第二输入端电连接，上述第三与非门323的输出端out_s与上述第一缓冲器i2的输入端电连接，上述第一与非门321、上述第二与非门322、上述第三与非门323和上述第一反相器i5还与上述第一可变电压源vbst电连接，上述第一与非门321、上述第二与非门322、上述第三与非门323和上述第一反相器i5还与上述第二可变电压源vsw电连接。
40.具体地，上述二选一多路复用器320的输出端out_s的表达式为out_s＝s
×
c+s
×
b，s的电平与s的电平相反。
41.在本技术的一种实施例中，在上述控制器的信号输出端的相位与上述多级缓冲器的输出端的电位相同的情况下，上述缓冲单元为缓冲器。如图8所示，电路的初始态pwm2为
低电平，a、b端输出均为低电平，s为低电平，二选一多路复用器选择b端为输入，则c端也为低电平。当pwm2由低电平变高电平时，电平移位器输出a由低电平变高电平，b点由低电平变高电平，这时s点还保持为低电平，c点由低电平变高电平。c点变高电平后，触发边沿检测延时控制模块工作并输出s变高电平，并保持高电平时间长度为dt。s变高电平后c点作为二选一多路复用器的输入端(即选择输入端)，从而c点电压可以在整个dt时间范围内保持为高电平。半桥驱动器的高侧驱动电路输出out由低变高的时间长度tr与dt交叠，在tr时间段内s点输出均为高电平。所以在vsw快速上升的tr时间内，无论电平移位器的输出a以及b的值为高电平或者低电平，c点电压均保持为高电平，从而保证了out输出为高电平，进而使得半桥驱动器的高侧驱动电路正常工作。
42.同理，当pwm2由高变低时，tf与dt时间交叠，在vsw由高变低的时间内，输出out不受到电平移位器的输出a的值影响。同样，当pwm2与out相位相反时，该电平移位器的工作原理相同，此时的工作时序图如图9所示。
43.在本技术的一种实施例中，在上述控制器的信号输出端的相位与上述多级缓冲器的输出端的电位相反的情况下，上述缓冲单元为反相器，如图5所示。
44.在本技术的一种实施例中，上述多级缓冲器i3包括多个依次串联且驱动能力逐级增加的缓冲器，缓冲器是晶体管构成的，用cmos器件可以搭成缓冲器。
45.在本技术的一种实施例中，上述电平移位器200包括第一晶体管pm1、第二晶体管pm2、第三晶体管nm1、第四晶体管nm2、第二反相器i4、保护单元210、第一二极管d1和第二二极管d2，上述第一晶体管pm1的源极分别与上述第二晶体管pm2的源极和上述第一可变电压源vbst电连接，上述第一晶体管pm1的栅极分别与上述第二二极管d2的负极、上述第二晶体管pm2的漏极、上述高侧控制驱动模块300的输入端和上述保护单元210的第二端电连接，上述第二晶体管pm2的栅极分别与上述第一二极管d1的负极、上述第一晶体管pm1的漏极和上述保护单元210的第一端电连接，上述第一二极管d1的正极分别与上述第二二极管d2的正极和上述第二可变电压源vsw电连接，上述第三晶体管nm1的漏极与上述保护单元210的第三端电连接，上述第四晶体管nm2的漏极与上述保护单元210的第四端电连接，上述第三晶体管nm1的栅极与上述第二反相器i4的输入端电连接，上述第二反相器i4的输入端还用于与上述控制器的信号输出端pwm2电连接，上述第四晶体管nm2的栅极与上述第二反相器i4的输出端电连接，上述第三晶体管nm1的源极和上述第四晶体管nm2的源极分别接地。
46.在本技术的一种实施例中，上述保护单元210包括第一高压晶体管hnm1和第二高压晶体管hnm2，上述第一高压晶体管hnm1的栅极和上述第二高压晶体管hnm2的栅极分别与直流电压源vdd电连接，上述第一高压晶体管hnm1的漏极与上述第一二极管d1的负极电连接，上述第二高压晶体管hnm2的漏极与上述第二二极管d2的负极电连接，上述第一高压晶体管hnm1的源极与上述第三晶体管nm1的漏极电连接，上述第二高压晶体管hnm2的源极与上述第四晶体管nm2的漏极电连接。
47.第一高压晶体管hnm1和第二高压晶体管hnm2用于保护第三晶体管nm1、第四晶体管nm2。
48.本技术还提供了一种设备，上述设备包括任意一种上述的半桥驱动器的高侧驱动电路。
49.需要说明的是，上述的电连接可以是直接电连接，也可以是间接电连接，直接电连
接就是指两个器件直接连接，间接电连接就是指相连接的a与b之间还连接有其余类似电容、电阻等器件。
50.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.从以上的描述中，可以看出，本技术上述的实施例实现了如下技术效果：
52.1)、本技术的半桥驱动器的高侧驱动电路，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由电平移位器和高侧控制驱动模块共同决定，在第二可变电压源快速瞬态变化时间之外，高侧驱动电路的输出由电平移位器的输出端决定，在快速瞬态变化时间内，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由高侧控制驱动模块本身决定，而与该时刻的电平移位器的输出端无关，从而解决了如何消除半桥驱动器浮动地高速瞬态变化产生的瞬态干扰和噪声对高侧驱动电路正常工作的影响的问题。
53.2)、本技术的设备，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由电平移位器和高侧控制驱动模块共同决定，在第二可变电压源快速瞬态变化时间之外，高侧驱动电路的输出由电平移位器的输出端决定，在快速瞬态变化时间内，半桥驱动器的高侧驱动电路的输出由高侧控制驱动模块本身决定，而与该时刻的电平移位器的输出端无关，从而解决了如何消除半桥驱动器浮动地高速瞬态变化产生的瞬态干扰和噪声对高侧驱动电路正常工作的影响的问题。
54.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。