功率半导体器件开通和关断电压产生电路的制作方法

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种功率半导体器件开通和关断电压产生电路。

背景技术：

在集成电路芯片中，在功率半导体器件(如igbt)的驱动应用中，为了使得功率半导体器件能够可靠地开通和关断，需要不同开通电压和关断电压。

在现有技术中，通常需要两个电源分别对开通模块和关断模块供电。然而由于电路影响，电源的供电电压通常会在一定范围内波动，从而导致双电源供电的设计比较复杂，成本较高，且不易实施。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供一种功率半导体器件开通和关断电压产生电路，能够通过单个电源产生功率半导体器件所需的开通电压和关断电压，从而简化设计，节约成本。

本发明为达上述目的所提出的技术方案如下：

一种功率半导体器件开通和关断电压产生电路，包括供电电压在一定范围内波动的单电源，用于通过所述单电源为功率半导体器件产生开通电压和关断电压，所述功率半导体器件开通和关断电压产生电路还包括第一基准电压模块、第二基准电压模块、开关控制模块及输出模块，所述第一基准电压模块的一端及所述第二基准电压模块的一端均电连接于所述单电源，所述第一基准电压模块的另一端及所述第二基准电压模块的另一端均电连接于所述开关控制模块，所述开关控制模块还与所述输出模块电连接，所述第一基准电压模块用于根据所述单电源产生第一电压，所述第一电压的电压值为所述单电源的电压值减去所述功率半导体器件所需的开通电压的电压值，所述第二基准电压模块用于根据所述单电源产生第二电压，所述第二电压的电压值为所述功率半导体器件所需的关断电压的电压值，所述开关控制模块用于判断所述第一电压是否大于一预设电压；

当所述第一电压大于所述预设电压时，所述开关控制模块截止与所述第二基准电压模块之间的电连接，并控制所述第一电压传输至所述输出模块，所述输出模块用于对所述第一电压进行功率放大输出，以使得所述单电源分配出稳定的开通电压及随所述单电源的供电电压变化而变化的关断电压；

当所述第一电压小于或等于所述预设电压时，所述开关控制模块导通与所述第二基准电压模块之间的电连接，并控制所述第二电压传输至所述输出模块，所述输出模块用于对所述第二电压进行功率放大输出，以使得所述单电源分配出稳定的关断电压及随所述单电源的供电电压变化而变化的开通电压。

进一步地，所述第一基准电压模块包括第一运算放大器、第一电子开关及第一电流源，所述第一运算放大器的输出端与所述第一电子开关的第一端电连接，所述第一运算放大器的同相输入端输入第一基准电压，所述第一基准电压等于所述第一电压，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一电子开关的第二端电连接，所述第一电子开关的第二端还通过所述第一电流源接地，所述第一电子开关的第三端电连接于所述单电源。

进一步地，所述第二基准电压模块包括第二运算放大器、第二电子开关及第二电流源，所述第二运算放大器的输出端与所述第二电子开关的第一端电连接，所述第二运算放大器的同相输入端输入第二基准电压，所述第二基准电压等于所述第二电压，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二电子开关的第二端电连接，所述第二电子开关的第二端还通过所述第二电流源接地，所述第二电子开关的第三端电连接于所述单电源。

进一步地，所述开关控制模块包括第三至第九电子开关、第三至第四电流源及电阻，所述第三电子开关的第一端通过所述第三电流源接地，所述第三电子开关的第二端与所述第一电子开关的第二端电连接，所述第三电子开关的第二端还与所述输出模块电连接，所述第三电子开关的第三端与所述第二电子开关的第二端电连接，所述第四电子开关的第一端与所述第三电子开关的第一端电连接，所述第四电子开关的第二端与所述第三电子开关的第二端电连接，所述第四电子开关的第三端与所述第三电子开关的第一端电连接，所述第五电子开关的第一端与所述第六电子开关的第一端电连接，所述第五电子开关的第二端与所述第三电子开关的第二端电连接，所述第五电子开关的第三端与所述第三电子开关的第一端电连接，所述第六电子开关的第二端与所述第三电子开关的第二端电连接，所述第六电子开关的第三端与所述第六电子开关的第一端电连接，所述第六电子开关的第三端还通过所述第四电流源电连接至所述第八电子开关的第三端，所述第八电子开关的第一端与所述第九电子开关的第一端电连接，所述第八电子开关的第二端接地，所述第九电子开关的第二端接地，所述第九电子开关的第三端与所述第七电子开关的第三端电连接，所述第九电子开关的第三端还与所述第九电子开关的第一端电连接，所述第七电子开关的第一端电连接一电源，所述第七电子开关的第二端通过所述电阻电连接至所述第三电子开关的第二端。

进一步地，所述第一电子开关、所述第二电子开关、所述第八电子开关及所述第九电子开关均为n沟道场效应管，所述第一电子开关、所述第二电子开关、所述第八电子开关及所述第九电子开关的第一端、第二端、第三端分别对应于n沟道场效应管的栅极、源极、漏极，所述第三至第七电子开关均为p沟道场效应管，所述第三至第七电子开关的第一端、第二端、第三端分别对应于p沟道场效应管的栅极、源极、漏极。

进一步地，所述输出模块包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的同相输入端与所述第一电子开关的第二端电连接，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第三运算放大器的输出端电连接。

进一步地，所述功率半导体器件为igbt或sic。

上述功率半导体器件开通和关断电压产生电路通过设置第一基准电压模块及第二基准电压模块，使得所述第一基准电压模块及第二基准电压模块根据单电源分别产生第一电压及第二电压，又通过开关控制模块比较所述第一电压与一预设电压的大小，以在所述第一电压大于所述预设电压时从所述单电源分配出稳定的开通电压及随所述单电源的供电电压变化而变化的关断电压，在所述第一电压小于或等于所述预设电压时从所述单电源分配出所述功率半导体器件所需的关断电压及随所述单电源的供电电压变化而变化的开通电压。如此一来，通过单电源即可产生功率半导体器件所需的开通电压和关断电压，从而简化设计，节约成本。

附图说明

图1是本发明功率半导体器件开通和关断电压产生电路的一较佳实施方式的方框图。

图2是本发明功率半导体器件开通和关断电压产生电路的一较佳实施方式的电路连接图。

主要元件符号说明

功率半导体器件开通和关断电压产生电路100

单电源10

第一基准电压模块20

第二基准电压模块30

开关控制模块40

输出模块50

运算放大器op1、op2、op3

电流源i1、i2、i3、i4

电子开关q1、q2、q3、q4、q5、

q6、q7、q8、q9

电阻r

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，本发明提供一种功率半导体器件开通和关断电压产生电路100。所述功率半导体器件开通和关断电压产生电路100用于与功率半导体器件的开通模块(图未示)及关断模块(图未示)电连接，以分别为所述开通模块及所述关断模块产生对应的开通电压和关断电压。在本实施方式中，所述功率半导体器件开通和关断电压产生电路100应用于集成电路中，所述功率半导体器件可为igbt，在其他实施方式中，所述功率半导体器件也可为sic。

所述功率半导体器件开通和关断电压产生电路100包括单电源10、第一基准电压模块20、第二基准电压模块30、开关控制模块40及输出模块50。所述第一基准电压模块20的一端及所述第二基准电压模块30的一端均电连接于所述单电源10，所述第一基准电压模块20的另一端及所述第二基准电压模块30的另一端均电连接于所述开关控制模块40。所述开关控制模块40还与所述输出模块50电连接。

所述单电源10用于为产生功率半导体器件开通电压和关断电压而提供电源，其供电电压会在一定范围内波动。所述第一基准电压模块20用于根据所述单电源10产生第一电压。所述第一电压的电压值为所述单电源10的电压值减去所述功率半导体器件所需的开通电压的电压值。所述第二基准电压模块30用于根据所述单电源10产生第二电压。所述第二电压的电压值为所述功率半导体器件所需的关断电压的电压值。所述开关控制模块40用于判断所述第一电压是否大于一预设电压。

当所述开关控制模块40判断所述第一电压大于所述预设电压时，所述开关控制模块40截止与所述第二基准电压模块30之间的电连接，并控制所述第一电压传输至所述输出模块50，所述输出模块50用于对所述第一电压进行功率放大输出，以使得所述单电源10分配出稳定的开通电压及随所述单电源10的供电电压变化而变化的关断电压。

当所述开关控制模块40判断所述第一电压小于或等于所述预设电压时，所述开关控制模块40导通与所述第二基准电压模块20之间的电连接，并控制所述第二电压传输至所述输出模块50，所述输出模块50用于对所述第二电压进行功率放大输出，以使得所述单电源10分配出稳定的关断电压及随所述单电源10的供电电压变化而变化的开通电压。

具体而言，在所述单电源10分配出稳定的开通电压时，所述单电源10分配出的另一关断电压将随所述单电源10的供电电压变化而变化，但不影响关断电压的关断作用。同理，在所述单电源10分配出稳定的关断电压时，所述单电源10分配出的另一开通电压将随所述单电源10的供电电压变化而变化，但不影响开通电压的开通作用。如此，可通过供电出电压在一定范围内波动的单电源10产生所述功率半导体器件所需的开通电压和关断电压，简化设计，节约成本。

请同时参考图2，图2为本发明的一较佳实施方式的电路连接图。在本实施方式中，所述单电源10所提供的电压值为vdd_hv。所述第一基准电压模块20包括运算放大器op1、电子开关q1及电流源i1。所述运算放大器op1的输出端与所述电子开关q1的第一端电连接，所述运算放大器op1的同相输入端输入第一基准电压vref1，所述运算放大器op1的反相输入端与所述电子开关q1的第二端电连接，所述电子开关q1的第二端还通过所述电流源i1接地，所述电子开关q1的第三端电连接于所述单电源10。所述运算放大器op1、所述电子开关q1及所述电流源i1构成电压负反馈闭环电路，其中所述电子开关q1提供驱动电流，所述电流源i1提供偏置电流，所述运算放大器op1实现闭环负反馈。在本实施方式中，所述功率半导体器件的开通电压为15v，所述第一基准电压vref1＝vdd_hv-15v，所述第一电压等于所述第一基准电压vref1。

所述第二基准电压模块30包括运算放大器op2、电子开关q2及电流源i2。所述运算放大器op2的输出端与所述电子开关q2的第一端电连接，所述运算放大器op2的同相输入端输入第二基准电压，所述运算放大器op2的反相输入端与所述电子开关q2的第二端电连接，所述电子开关q2的第二端还通过所述电流源i2接地，所述电子开关q2的第三端电连接于所述单电源10。所述运算放大器op2、所述电子开关q2及所述电流源i2构成电压负反馈闭环电路，其中所述电子开关q2提供驱动电流，所述电流源i2提供偏置电流，所述运算放大器op2实现闭环负反馈。在本实施方式中，所述功率半导体器件的关断电压为5.5v，所述第二基准电压vref2＝5.5v，所述第二电压等于所述第二基准电压vref2。

所述开关控制模块40包括七个电子开关q3-q9、两个电流源i3-i4及电阻r。所述电子开关q3的第一端通过所述电流源i3接地，所述电子开关q3的第二端与所述电子开关q1的第二端电连接，所述电子开关q3的第二端还与所述输出模块50电连接，所述电子开关q3的第三端与所述电子开关q2的第二端电连接。所述电子开关q4的第一端与所述电子开关q3的第一端电连接，所述电子开关q4的第二端与所述电子开关q3的第二端电连接，所述电子开关q4的第三端与所述电子开关q3的第一端电连接。

所述电子开关q5的第一端与所述电子开关q6的第一端电连接，所述电子开关q5的第二端与所述电子开关q3的第二端电连接，所述电子开关q5的第三端与所述电子开关q3的第一端电连接。所述电子开关q6的第二端与所述电子开关q3的第二端电连接，所述电子开关q6的第三端与所述电子开关q6的第一端电连接，所述电子开关q6的第三端还通过所述电流源i4电连接至所述电子开关q8的第三端。所述电子开关q5和所述电子开关q6构成电流镜，即所述电子开关q5可以镜像所述电子开关q6的电流。在本实施方式中，流经所述电流源i4的电流与流经所述电流源i3的电流相等。

所述电子开关q8的第一端与所述电子开关q9的第一端电连接，所述电子开关q8的第二端接地。所述电子开关q9的第二端接地，所述电子开关q9的第三端与所述电子开关q7的第三端电连接，所述电子开关q9的第三端还与所述电子开关q9的第一端电连接。所述电子开关q8和所述电子开关q9构成电流镜，即所述电子开关q8可以镜像所述电子开关q9的电流。

所述电子开关q7的第一端电连接电源vdd，所述电子开关q7的第二端通过所述电阻r电连接至所述电子开关q3的第二端。所述电子开关q7与所述电阻r构成电压检测单元，检测所述电子开关q1的第二端所输出的第一电压是否超过预设电压。在本实施方式中，所述电源vdd为集成芯片内部5v电源，所述预设电压为可使所述电子开关q7导通的电压，例如5.5v。

所述输出模块50包括运算放大器op3。所述运算放大器op3的同相输入端与所述电子开关q1的第二端电连接，所述运算放大器op3的反相输入端与所述运算放大器op3的输出端电连接，所述运算放大器op3的输出端与所述功率半导体器件的开通模块(图未示)及关断模块(图未示)电连接，以分别为所述开通模块及所述关断模块产生对应的开通电压和关断电压。

工作时，当所述电子开关q7与所述电阻r所构成的电压检测单元检测到所述第一电压超过所述预设电压时，所述电子开关q7导通，并产生一个电流流经所述电子开关q9，该电流随所述第一电压增大而增大。此时所述所述电子开关q8将镜像流经所述电子开关q9的电流，该镜像电流通过所述电流源i4限流后流经所述电子开关q6。所述电子开关q5再镜像流经所述电子开关q6的电流，产生的镜像电流经过所述电流源i3限流后流到地。随着所述单电源10提供的电压调大时，所述第一电压将增大，流经所述电流源i3的电流可全部由所述电子开关q5提供，此时所述电子开关q4将没有电流流过，所述电子开关q3将没有偏置电压，从而处于截止状态。如此一来，可将所述第二基准电压模块30隔离开来，以保证所述第二基准电压模块30不受高压影响。所述运算放大器op3对所述第一电压进行缓冲功率放大后输出电压vddl，用于关断所述半导体功率器件，其中vddl＝vref1＝vdd_hv-15v，如此，所述单电源10将分配出另一稳定的电压vddh，用于开通所述半导体功率器件，其中vddh的电压为15v。

当所述电子开关q7与所述电阻r所构成的电压检测单元检测到所述第一电压小于或者等于所述预设电压时，所述电子开关q7截止，所述电子开关q5、所述电子开关q6、所述电子开关q8和所述电子开关q9均没有电流流过，此时电流源i3产生的电流全部流经所述电子开关q4，在所述电子开关q4上产生一个偏置电压，这个偏置电压将使所述电子开关q3导通。此时，所述运算放大器op3对电压较高的所述第二电压进行缓冲功率放大后输出稳定的电压vddl，用于关断所述半导体功率器件，其中vddl＝vref2＝5.5v。所述单电源10将分配出另一电压vddh，用于开通所述半导体功率器件，其中vddh的电压为vdd_hv-5.5v。

在本实施方式中，所述电子开关q1、q2、q8、q9均为n沟道场效应管，所述电子开关q1、q2、q8、q9的第一端、第二端、第三端分别对应于n沟道场效应管的栅极、源极、漏极。所述电子开关q3-q7均为p沟道场效应管，所述电子开关q3-q7的第一端、第二端、第三端分别对应于p沟道场效应管的栅极、源极、漏极。

上述功率半导体器件开通和关断电压产生电路100通过设置第一基准电压模块20及第二基准电压模块30，使得所述第一基准电压模块20及第二基准电压模块30根据单电源10分别产生第一电压及第二电压，又通过开关控制模块40比较所述第一电压与一预设电压的大小，以在所述第一电压大于所述预设电压时从所述单电源10分配出稳定的开通电压及变化的关断电压，在所述第一电压小于或等于所述预设电压时从所述单电源10分配出稳定的关断电压及变化的开通电压。如此一来，通过单电源10即可产生功率半导体器件所需的开通电压和关断电压，从而简化设计，节约成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。