反向电平移动电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及反向电平移动电路。对高侧基准电位的变动实现稳定的反向电平移动动作。利用将高侧基准电位作为基准电位而生成的第一和第二驱动信号对晶体管（HVPMOS1、HVPMOS2）进行驱动。将晶体管（HVPMOS1、HVPMOS2）的输出信号电压变换到低侧，生成第一和第二主信号以及第一和第二屏蔽信号。屏蔽信号产生电路（6）对高侧基准电位的变动以比第一和第二屏蔽信号高的灵敏度生成第三屏蔽信号。屏蔽逻辑电路（7）对第一屏蔽信号和第二屏蔽信号进行AND运算来生成第四屏蔽信号，用第三屏蔽信号和第四屏蔽信号这两者对第一和第二主信号进行屏蔽。SR触发电路（10）根据被屏蔽的第一和第二主信号生成输出信号。
【专利说明】反向电平移动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够对在功率开关元件的导通(ON)/截止(OFF)切换时产生的高侦仪high side)基准电位的变动实现稳定的反向电平移动动作的反向电平移动电路。
【背景技术】
[0002]在对功率开关元件的导通/截止进行切换的功率半导体装置中，使用将高侧(P侦D的信号变换为低侧(low side) (N侧)的信号的反向电平移动电路(例如，参照专利文献
I)。在反向电平移动电路中，利用根据高侧的输入信号产生的导通/截止脉冲信号对晶体管进行驱动，利用电阻将这些信号变换为低侧的电压。SR触发(flip flop)电路根据被变换为低侧的电压的导通/截止脉冲信号来生成输出信号。
[0003]现有技术文献 专利文献
专利文献1:日本特开2003-32102号公报。
[0004]发明要解决的课题
在功率开关元件的导通/截止切换时，VS电位(高侧基准电位)在P电位和N电位之间变动。在VS电位的变动时(dV/dt瞬变期)流过导通侧和截止侧的晶体管的电流会变得不平衡(unbalance),在导通侧和截止侧的屏蔽(mask)信号中产生偏差。在该情况下,在以往的电路中由任一个短的一方的屏蔽信号决定屏蔽期间，因此，存在当偏差比该屏蔽期间长时错误信号被输出的问题。此外，无论VS电位是P电位和N电位的哪一个，反向电平移动电路都进行信号传递，因此，在P电位时存在高的电流流过晶体管而将其破坏的问题。因而，不能对VS电位的变动进行稳定的反向电平移动动作。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到能够对高侧基准电位的变动实现稳定的反向电平移动动作的反向电平移动电路。
[0006]用于解决课题的方案
本发明提供一种反向电平移动电路，将高侧的输入信号变换为低侧的输出信号，所述反向电平移动电路的特征在于，具备:第一脉冲电路，在所述输入信号的上升沿时输出第一脉冲信号；第二脉冲电路，在所述输入信号的下降沿时输出第二脉冲信号；第一和第二驱动电路，将高侧基准电位作为基准电位，根据所述第一和第二脉冲信号分别生成第一和第二驱动信号；第一和第二晶体管，分别由所述第一和第二驱动信号驱动；电压变换屏蔽信号产生电路，将所述第一晶体管的输出信号电压变换到低侧，生成第一主信号和第一屏蔽信号，将所述第二晶体管的输出信号电压变换到低侧，生成第二主信号和第二屏蔽信号；屏蔽信号产生电路，对所述高侧基准电位的变动以比所述第一和第二屏蔽信号高的灵敏度生成第三屏蔽信号；屏蔽逻辑电路，对所述第一屏蔽信号和所述第二屏蔽信号进行AND运算来生成第四屏蔽信号，用所述第三屏蔽信号和所述第四屏蔽信号这两者对所述第一和第二主信号进行屏蔽；以及SR触发电路，根据被屏蔽的所述第一和第二主信号生成所述输出信号。
[0007]发明效果
根据本发明，能够对高侧基准电位的变动实现稳定的反向电平移动动作。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是示出本发明实施方式I的反向电平移动电路的图。
[0009]图2是示出本发明实施方式I的滤波电路的图。
[0010]图3是本发明实施方式I的反向电平移动电路的时序图(timing chart)。
[0011]图4是示出本发明实施方式2的电压变换屏蔽信号产生电路的图。
[0012]图5是示出本发明实施方式3的滤波电路的图。
[0013]图6是示出本发明实施方式4的滤波电路的图。
[0014]图7是示出本发明实施方式5的滤波电路的图。
[0015]图8是示出本发明实施方式6的反向电平移动电路的图。
【具体实施方式】
[0016]参照附图对本发明实施方式的反向电平移动电路进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的附图标记，存在省略重复说明的情况。
[0017]实施方式1.图1是示出本发明实施方式I的反向电平移动电路的图。该电路是将高侧的输入信号变换为低侧的输出信号的反向电平移动电路，并且用于对功率开关元件的导通/截止进行切换的功率半导体装置等。
[0018]脉冲电路I在输入信号的上升沿时输出单触发(one-shot)的第一脉冲信号。脉冲电路2在输入信号的下降沿时输出单触发的第二脉冲信号。驱动电路3、4将VB电位作为电源并将VS电位作为基准电位,根据第一和第二脉冲信号分别生成第一和第二驱动信号。
[0019]驱动电路3具有反相器INVl、INV2和晶体管PMOSl?PM0S4、NMOSl以及电阻Rl(附图标记PMOS表示PMOS晶体管，附图标记NMOS表示NMOS晶体管，以下也是同样的)。PM0S1、NM0S1构成反相器，PM0S3、PM0S4构成电流镜(current mirror)电路CM1。同样地，驱动电路4具有反相器INV3、INV4和晶体管PM0S5?PM0S8、NM0S2以及电阻R2。PM0S5、NM0S2构成反相器，PM0S7、PM0S8构成电流镜电路CM2。
[0020]晶体管HVPMOS1、HVPM0S2分别由第一和第二驱动信号驱动。HVPMOS1、HVPM0S2是HVPMOS (high voltage p-type metal oxide semiconductor:高压 p 型金属氧化物半导体)晶体管。
[0021]电压变换屏蔽信号产生电路5将VCC电位作为电源并将GND作为基准电位，将HVPMOSI的输出信号电压变换到低侧，生成第一主信号和第一屏蔽信号，将HVPM0S2的输出信号电压变换到低侧，生成第二主信号和第二屏蔽信号。
[0022]电压变换屏蔽信号产生电路5具有晶体管Trl?Tr6、PM0S9?PM0S14、电阻R3?R5、反相器 INV5 ?INV7、二极管 D1、D2。Trl ?Tr6 是双极晶体管。Trl、Tr2、PM0S9、PM0S10构成电流镜电路 CM3，Tr3、Tr4, PM0S11、12 构成电流镜电路 CM4，Tr5、Tr6、PM0S13、PMOS14构成电流镜电路CM5。该电流镜电路CM3、CM4分别使HVPMOS1、HVPM0S2的输出信号的电流衰减。
[0023]屏蔽信号产生电路6利用连接成二极管的晶体管HVPM0S3对VS电位的变动进行监视。HVPM0S3总是在截止了的状态下被使用，并且使用在VS电位的变动时流过源极/漏极间的寄生电容的位移电流来生成第三屏蔽信号。此时，对VS电位的变动以比第一和第二屏蔽信号高的灵敏度生成第三屏蔽信号。再有，虽然HVPM0S3连接于VB电位，但是，因为在VB-VS间施加有恒定电压，所以能监视VS电位。
[0024]屏蔽逻辑电路7具有NAND电路NANDl、NAND2和NOR电路NORl、N0R2。该屏蔽逻辑电路7对第一屏蔽信号和第二屏蔽信号进行AND运算来生成第四屏蔽信号(相当于NANDl的输出)，用第三屏蔽信号和第四屏蔽信号这两者对第一和第二主信号进行屏蔽。
[0025]被屏蔽的第一和第二主信号经由反相器INV8、INV9被输入到滤波电路8、9。滤波电路8、9分别对被屏蔽的第一和第二主信号进行滤波以除去噪声。
[0026]滤波电路8、9的输出分别被输入到SR触发电路10的S端子和R端子。SR触发电路10根据被屏蔽的第一和第二主信号生成输出信号。从SR触发电路10的Q端子输出的输出信号经由INVlO进行输出。
[0027]图2是示出本发明实施方式I的滤波电路的图。该电路对应于图1的滤波电路8、
9。滤波电路8、9具有电阻R6、晶体管NM0S3、电容Cl、反相器INV11。电阻R6是恒定电流源。通过调整该电阻R6的电阻值，从而能够任意地设定滤波时间。此外，通过以电阻R6构成恒定电流源，从而能够简化电路。
[0028]图3是本发明实施方式I的反向电平移动电路的时序图。在VS电位的变动时流过导通侧和截止侧的HVPM0S1、HVPM0S2的电流变得不平衡，在第一和第二屏蔽信号中产生偏差。在该情况下，在以往的电路中，仅用对第一屏蔽信号和第二屏蔽信号进行AND运算而得到的第四屏蔽信号(相当于NANDl的输出)进行屏蔽，因此，当偏差比该屏蔽期间长时，错误信号被输出。
[0029]与此相对地，在本实施方式中，对VS电位的变动以比第一和第二屏蔽信号高的灵敏度产生第三屏蔽信号。该第三屏蔽信号的宽度比由于VS电位的变动而生成的第一和第二屏蔽信号的宽度宽。而且，用第三屏蔽信号和第四屏蔽信号这两者对第一和第二主信号进行屏蔽。由此，能够对第一和第二屏蔽信号的偏差进行补充来防止错误信号的输出。其结果是，能够对VS电位(高侧基准电位)的变动实现稳定的反向电平移动动作。
[0030]此外，通过用滤波电路8、9对被屏蔽的第一和第二主信号进行滤波，从而能够对用第三屏蔽信号未能完全进行补充的第一和第二屏蔽信号的偏差进行补充来防止错误信号的输出。
[0031]此外，驱动电路3、4的电流镜电路CM1、CM2在动作时对流过HVPM0S1、HVPM0S2的电流分别进行限制。由此，即使在VS电位是P电位的情况下，也能够防止HVPMOS1、HVPM0S2的破坏。进而，在该电流镜电路CMl、CM2中使与HVPMOS1、HVPM0S2的源极和栅极连接的电路负载一致。由此，能够使在VS电位的变动时施加于它们的噪声的电平、频率等一致。因此，能够使栅极/源极间电压稳定化并且防止误导通。此外，还能够防止瞬间地被施加栅极耐压以上的电压而被破坏。
[0032]此外，在电压变换屏蔽信号产生电路5中利用电流镜电路CM3、CM4使HVPM0S1、HVPM0S2的输出信号的电流衰减，因此，能够降低对位移电流的灵敏度并且防止错误信号的输出。[0033]实施方式2.图4是示出本发明实施方式2的电压变换屏蔽信号产生电路的图。在本实施方式中，分别仅用电阻R3、R4将HVPM0S1、HVPM0S2的输出信号电压变换到低侧。由此，与实施方式I相比能够简化电路。其它结构及效果与实施方式I相同。
[0034]实施方式3.图5是示出本发明实施方式3的滤波电路的图。滤波电路8、9具有电阻R7和晶体管PM0S15、PMOS16作为恒定电流源。PM0S15、PMOS16构成电流镜电路CM6。通过调整该电流镜电路CM6的电流比，从而能够任意地设定滤波时间。其它的结构及效果与实施方式1、2相同。
[0035]实施方式4.图6是示出本发明实施方式4的滤波电路的图。滤波电路8、9具有反相器INV12和晶体管PM0S17、NM0S4。以使用了该PM0S17、匪0S4的反相器构成恒定电流源。由此，能够简化电路。其它的结构及效果与实施方式1、2相同。
[0036]实施方式5.图7是示出本发明实施方式5的滤波电路的图。在滤波电路8、9中，在使用了 PMOS17、NM0S4的反相器的输出连接有电阻R8。通过调整该电阻R8的电阻值，从而能够任意地设定恒定电流源的电流。其它的结构及效果与实施方式4相同。
[0037]实施方式6.图8是示出本发明实施方式6的反向电平移动电路的图。屏蔽信号产生电路11利用电阻R9、RlO的电阻分割对高侧基准电位的变动进行监视。而且，经由二极管D3生成第五屏蔽信号。屏蔽逻辑电路7还具有进行第三屏蔽信号和第五屏蔽信号的NOR运算的NOR电路N0R3，用第三、第四以及第五屏蔽信号对第一和第二主信号进行屏蔽。通过调整电阻R9、RlO的电阻值，从而能够任意地设定输出屏蔽信号的VS电位的阈值。其它的结构及效果与实施方式I~5相同。
[0038]附图标记的说明:
I脉冲电路(第一脉冲电路);
2脉冲电路(第二脉冲电路)；
3驱动电路(第一驱动电路)；
4驱动电路(第二驱动电路)；
5电压变换屏蔽信号产生电路；
6、11屏蔽信号产生电路；
7屏蔽逻辑电路；
8滤波电路(第一滤波电路)；
9滤波电路(第二滤波电路)；
10 SR触发电路；
CΜ1-CΜ6电流镜电路；
HVPMOSI ~HVPM0S3、NMOSl ~NM0S4、PMOSl ~PMOS17 晶体管；R1~R10电阻。
【权利要求】
1.一种反向电平移动电路，将高侧的输入信号变换为低侧的输出信号，所述反向电平移动电路的特征在于，具备: 第一脉冲电路，在所述输入信号的上升沿时输出第一脉冲信号； 第二脉冲电路，在所述输入信号的下降沿时输出第二脉冲信号； 第一和第二驱动电路，将高侧基准电位作为基准电位，根据所述第一和第二脉冲信号分别生成第一和第二驱动信号； 第一和第二晶体管，分别由所述第一和第二驱动信号驱动； 电压变换屏蔽信号产生电路，将所述第一晶体管的输出信号电压变换到低侧，生成第一主信号和第一屏蔽信号，将所述第二晶体管的输出信号电压变换到低侧，生成第二主信号和第二屏蔽信号； 屏蔽信号产生电路，对所述高侧基准电位的变动以比所述第一和第二屏蔽信号高的灵敏度生成第三屏蔽信号； 屏蔽逻辑电路，对所述第一屏蔽信号和所述第二屏蔽信号进行AND运算来生成第四屏蔽信号，用所述第三屏蔽信号和所述第四屏蔽信号这两者对所述第一和第二主信号进行屏蔽；以及 SR触发电路，根据被屏蔽的所述第一和第二主信号生成所述输出信号。
2.根据权利要求1所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述第一和第二驱动电路具有在动作时对流过所述第一和第二晶体管的电流分别进行限制的电流镜电路。
3.根据权利要求2所述的反向电平移动电路，其特征在于，在所述第一和第二驱动电路的所述电流镜电路中，使分别与所述第一和第二晶体管的电源端子和输入端子连接的电路负载一致。
4.根据权利要求1?3的任一项所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述电压变换屏蔽信号产生电路具有使所述第一和第二晶体管的输出信号的电流衰减的电流镜电路。
5.根据权利要求1?3的任一项所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述电压变换屏蔽信号产生电路具有将所述第一和第二晶体管的输出信号分别电压变换到低侧的电阻。
6.根据权利要求1?3的任一项所述的反向电平移动电路，其特征在于，还具备:第一和第二滤波电路，分别对被屏蔽的所述第一和第二主信号进行滤波。
7.根据权利要求6所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述第一和第二滤波电路具有电阻作为恒定电流源。
8.根据权利要求6所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述第一和第二滤波电路具有电阻和电流镜电路作为恒定电流源。
9.根据权利要求6所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述第一和第二滤波电路具有使用了晶体管的反相器作为恒定电流源。
10.根据权利要求9所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述第一和第二滤波电路还具有与所述反相器的输出连接的电阻。
11.根据权利要求1?3的任一项所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述屏蔽信号产生电路利用连接成二极管的晶体管对所述高侧基准电位的变动进行监视。
12.根据权利要求1?3的任一项所述的反向电平移动电路，其特征在于，所述屏蔽信号产生电路利用电阻分割对所述高侧基准电位的变动进行监视。
【文档编号】H03K19/0175GK103684402SQ201310371651
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】仲岛天贵, 今西元纪, 堺宪治 申请人:三菱电机株式会社