CN115395943A - 一种电平位移电路及开关管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电平位移电路及开关管驱动电路，涉及开关管驱动技术领域，恒流电路的供电端连接第一电源，恒流电路的输出端连接反相电路的输入端，恒流电路用于向反相电路提供预设的恒定电流；反相电路的控制端用于输入控制信号，反相电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，反相电路用于根据所述控制信号输出所述第一开关管的控制信号；稳压电路的稳压端连接第一开关管的控制端和所述反相电路的输出端，反相电路用于通过预设的恒定电流控制稳压电路中的电流，稳压电路的接地端接地；第一开关管的输入端连接第二电源，第一开关管的输出端接地；提高了电路工作稳定性。

Description

一种电平位移电路及开关管驱动电路

技术领域

本发明涉及开关管驱动技术领域，特别涉及一种电平位移电路及开关管驱动电路。

背景技术

高压集成电路（High Voltage Integrated Circuit，HVIC）分为高压区、低压区和电平位移电路，目前，电平位移电路通常使用窄脉冲技术通过带上拉电阻的第一开关管将信号从低压端传输到高压端，如图1所示，由于第一开关管的栅极耐压较低，通常在第一开关管栅极设置稳压电路，来限制栅极电压到一定值；而实际应用中，电源VCC的电压范围较大，使得稳压电路中的稳压器件的电流也较大，工作时，开关电流对稳压器件造成较大冲击，导致电平位移电路的稳定性较差。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电平位移电路及开关管驱动电路，以解决开关电流对稳压器件造成较大冲击，导致电平位移电路的稳定性较差的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种电平位移电路，包括：

恒流电路、反相电路、稳压电路和第一开关管；

其中，所述恒流电路的供电端连接第一电源，所述恒流电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述恒流电路用于向所述反相电路提供预设的恒定电流；

所述反相电路的控制端用于输入控制信号，所述反相电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述反相电路用于根据所述控制信号输出所述第一开关管的控制信号；

所述稳压电路的稳压端连接所述第一开关管的控制端和所述反相电路的输出端，所述反相电路用于通过所述预设的恒定电流控制所述稳压电路中的电流，所述稳压电路的接地端接地；所述第一开关管的输入端连接第二电源，所述第一开关管的输出端接地。

上述方案具有以下有益效果：

本发明的电平位移电路，设置恒流电路，恒流电路输出预设的恒定电流，该恒定电流流入反相电路，从而限制反相电路输出到稳压电路中的电流，即 流过稳压电路中稳压器件的电流，进而减小电流对稳压器件的冲击，提高电平位移电路工作的稳定性。

可选的，所述电平位移电路还包括：

加速电路，所述加速电路的供电端连接第一电源，所述加速电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述加速电路用于经由所述反相电路向所述第一开关管的控制信号中提供加速电流。

该加速电路能够在控制信号控制反相电路导通时，增大反相电路的输入电流，从而提高反相电路的输出电流，加速第一开关管的开启速度，降低电平位移电路的信号传输延迟。

可选的，所述加速电路包括：

第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极连接第一电源，所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述反相电路的输入端。

可选的，所述恒流电路包括：

恒流源和电流镜电路，所述电流镜电路的供电端连接第一电源，所述电流镜电路的第一输出端连接所述恒流源的输入端，所述电流镜电路的第二输出端连接所述反相电路的输入端。

可选的，所述电流镜电路包括：

第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的输入端连接第一电源，所述第二开关管的输出端连接所述恒流源的输入端，所述第二开关管的控制端连接所述恒流源的输入端；

所述第三开关管的输入端连接第一电源，所述第三开关管的输出端连接所述反相电路的输入端，所述第三开关管的控制端连接所述第二开关管的控制端。

可选的，所述反相电路包括：

第四开关管和第五开关管，所述第四开关管的输入端分别连接所述恒流电路的输出端和所述加速电路的输出端，所述第四开关管的控制端连接所述第五开关管的控制端，所述第四开关管的衬底端连接第一电源，所述第四开关管的输出端连接所述第五开关管的输入端，所述第五开关管的控制端用于输入控制信号，所述第五开关管的输出端接地；

所述第四开关管的输出端还分别连接所述稳压电路的稳压端和所述第一开关管的控制端。

可选的，所述电平位移电路还包括：

源跟随器，所述源跟随器的输入端连接所述第一开关管的输出端，所述源跟随器的输出端接地。

第二方面，本发明实施例提供一种开关管驱动电路，包括窄脉冲产生电路和高压区电路，所述高压区电路包括：

电平位移电路及连接所述电平位移电路的后级电路，所述电平位移电路的开通脉冲输入端连接所述窄脉冲产生电路的输出端，所述电平位移电路的关断脉冲输入端连接所述窄脉冲产生电路的输出端，所述电平位移电路的开通脉冲输出端用于向所述后级电路输出开通位移电平，所述电平位移电路的关断脉冲输出端用于向后级电路输出关断位移电平；

所述电平位移电路包括：恒流电路、反相电路、稳压电路和第一开关管；

其中，所述恒流电路的供电端连接第一电源，所述恒流电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述恒流电路用于向所述反相电路提供预设的恒定电流；

所述反相电路的控制端用于输入控制信号，所述反相电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述反相电路用于根据所述控制信号输出所述第一开关管的控制信号；

所述稳压电路的稳压端连接所述第一开关管的控制端，所述反相电路还用于通过所述预设的恒定电流控制所述稳压电路中的电流，所述稳压电路的接地端接地；所述第一开关管的输入端连接第二电源，所述第一开关管的输出端接地。

上述方案具有以下有益效果：

本发明的开关管驱动电路，包括窄脉冲产生电路和高压区电路，高压区电路包括电平位移电路及连接所述电平位移电路的后级电路，电平位移电路设置恒流电路，恒流电路输出预设的恒定电流，该恒定电流流入反相电路，从而限制反相电路输出到稳压电路中的电流，即流过稳压电路中稳压器件的电流，进而减小电流对稳压器件的冲击，提高开关管驱动电路工作稳定性。

可选的，所述电平位移电路还包括：

加速电路，所述加速电路的供电端连接第一电源，所述加速电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述加速电路用于向所述反相电路提供加速电流。

可选的，所述加速电路包括：

第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极连接第一电源，所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述反相电路的输入端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种电平位移电路示意图；

图2是本发明一实施例中提供的第一种电平位移电路示意图；

图3是本发明一实施例中提供的第二种电平位移电路示意图；

图4是本发明一实施例中提供的第三种电平位移电路示意图；

图5是本发明一实施例中提供的第四种电平位移电路示意图；

图6是本发明一实施例中提供的一种开关管管驱动电路示意图；

图7是本发明一实施例中提供的带加速电路和不带加速电路HVLDMOS栅极电压变化对比示意图；

符号说明如下：

1、恒流电路；11、电流镜电路；2、反相电路；3、稳压电路；4、加速电路；5、源跟随器；IN、控制信号。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在一实施例中，提供一种如图2所示的电平位移电路，该电平位移电路包括：恒流电路1、反相电路2、稳压电路3和开关管HVLDMOS；其中，恒流电路1的供电端连接电源VCC，恒流电路1的输出端连接反相电路2的输入端，恒流电路1用于向反相电路2提供预设的恒定电流，该恒定的电流可以根据实际需要进行设置。

反相电路2的控制端用于输入控制信号IN，反相电路2的输出端连接开关管HVLDMOS的控制端，反相电路2用于根据控制信号IN输出开关管HVLDMOS的控制信号，以控制开关管HVLDMOS的开通与关断，开关管HVLDMOS为高压开关管，利用自身的开通与关断把低压区的控制信号IN转换为高压的控制信号。

稳压电路3的稳压端连接开关管HVLDMOS的控制端和反相电路2的输出端，反相电路2用于通过预设的恒定电流控制稳压电路3中的电流，稳压电路3的接地端接地；开关管HVLDMOS的输入端连接电源VB，开关管HVLDMOS的输出端接地。

上述电平位移电路的工作工程如下：

控制信号IN控制反相电路2工作，恒流电路1则向反相电路2输出恒定的电流，恒流电路1输出的电流即为反相电路2的工作电流，反相电路2输出电压控制开关管HVLDMOS的开通与关断，同时，反相电路2输出的电流流入稳压电路3中，通过控制恒流电路1输出的电流大小来控制反相电路2输出的电流大小，从而控制稳压电路3中的工作电流。

本实施例的电平位移电路，设置恒流电路，恒流电路输出预设的恒定电流，该恒定电流流入反相电路，通过控制该恒定电流的大小，限制反相电路输出到稳压电路中的电流，即流过稳压电路中稳压器件的电流，进而减小电流对稳压器件的冲击，提高开关管驱动电路工作稳定性。

图2中的电平位移电路，由于通过恒流电路1减小了反相电路2输出的电流，那么，会导致开关管HVLDMOS栅极电压上升速度较慢的问题，影响了开关管HVLDMOS的开通速度。

基于上述考虑，在一实施例中，提供一种如图3所示的电平位移电路，该电平位移电路在图2中的电平位移电路的基础上增加加速电路4，其中，加速电路4的供电端连接电源VCC，加速电路4的输出端连接反相电路2的输入端，该加速电路4用于经由反相电路2向开关管HVLDMOS的控制信号中提供加速电流。

本实施例的加速电路4可以在反相电路2输出的控制信号中提供加速电流，从而缩短开关管HVLDMOS栅极电压升高时间，提高开关管HVLDMOS的开启速度。

上述电平位移电路的工作过程如下：

控制信号IN控制反相电路2导通，恒流电路1则向反相电路2输出恒定的电流，恒流电路1输出的电流即为反相电路2的工作电流，反相电路2输出电压控制开关管HVLDMOS的开通与关断，同时，反相电路2输出的电流流入稳压电路3中，从而控制稳压电路3中的工作电流；在反相电路2导通时，加速电路4能够为反相电路2提供瞬间的加速电流，控制开关管HVLDMOS开通。

本实施例的电平位移电路，通过增加加速电路，在反相电路导通的瞬间提供加速电流，从而使反相电路2输出的电流增大，缩短开关管HVLDMOS栅极电压上升时间，提高了开关管HVLDMOS的开通速度，在提高电平位移电路工作稳定性的同时，减小电平位移电路的信号传输延迟。

在一实施例中，提供一种如图4所示的电平位移电路，该电平位移电路包括：恒流电路1、反相电路2、稳压电路3、加速电路4和开关管HVLDMOS，其中，恒流电路1、反相电路2、稳压电路3、加速电路4和开关管HVLDMOS的连接关系，与图3中的恒流电路1、反相电路2、稳压电路3、加速电路4和开关管HVLDMOS连接关系相同。

本实施例中，恒流电路1包括：恒流源IBIAS和电流镜电路11，其中，电流镜电路11的供电端连接电源VCC，电流镜电路11的第一输出端连接恒流源IBIAS的输入端，电流镜电路11的第二输出端连接反相电路2的输入端。

电流镜电路11包括：开关管M5和开关管M6，其中，开关管M5的输入端连接电源VCC，开关管M5的输出端连接恒流源IBIAS的输入端，开关管M5的控制端连接恒流IBIAS的输入端；开关管M6的输入端连接电源VCC，开关管M6的输出端连接反相电路2的输入端，开关管M6的控制端连接开关管M5的控制端；开关管M5和开关管M6构成电流镜结构，开关管M6中的导通电流与开关管M5中的导通电流相同，即为恒流源IBIAS的电流。

本实施例中，加速电路4包括：二极管D1和二极管D2，其中，二极管D1的阴极连接电源VCC，二极管D1的阳极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极分别连接反相电路2的输入端和开关管M6的输出端。

本实施例中，反相电路2包括：开关管M3和开关管M4，其中，开关管M3的输入端分别连接开关管M6的输出端和二极管D2的阴极，开关管M3的控制端连接开关管M4的控制端，开关管M3的衬底端连接电源VCC，开关管M3的输出端连接开关管M4的输入端，开关管M4的控制端用于输入控制信号IN，开关管M4的输出端接地；开关管M3的输出端还分别连接稳压电路3的稳压端和开关管HVLDMOS的控制端，以控制开关管HVLDMOS的开通与关断；稳压电路3用于稳定开关管HVLDMOS栅极电压，防止HVLDMOS栅极电压过高。

上述电平位移电路的工作工程如下：

控制信号IN控制反相电路2中的开关管M3导通，开关管M4关断，恒流电路1中的恒流源IBIAS和电流镜电路11中的开关管M6则向反相电路2输出恒定的电流，恒流电路1输出的电流即为反相电路2中开关管M3的导通电流，反相电路2中的开关管M3输出电压控制开关管HVLDMOS的开通与关断，同时，反相电路2中的开关管M3输出的电流流入稳压电路3中，从而控制稳压电路3中的工作电流；在反相电路2中的开关管M3导通时，加速电路4中的二极管D1反向导通，能够为反相电路2提供瞬间的加速电流，控制开关管HVLDMOS开通。

参见图7，为本实施例提供的带加速电路和不带加速电路HVLDMOS栅极电压变化对比示意图，由该图可知，增加加速电路之后，开关管HVLDMOS栅极电压上升较快，能够实现快速开通。

本实施例的电平位移电路，设置恒流电路和加速电路，恒流电路中的恒流源和电流镜电路能够为反相电路提供预设的恒定电流，从而控制反相电路输出的电流大小，减小开关电流对稳压电路中元器件的冲击，提高电平位移电路工作的稳定性；加速电路中的二极管反向导通时能够为反相电路中的开关管导通初期提供瞬间的加速电流，从而提高开关管HVLDMOS的开通速度，减小电平位移电路的信号传输延迟。

在一实施例中，提供一种如图5所示的电平位移电路，该电平位移电路在图4中的电平位移电路的基础上增加源跟随器5、电阻R2、电容C1、二极管D3和非门U2，其中，源跟随器5的输入端连接开关管HVLDMOS的输出端，源跟随器5的输出端接地；源跟随器5与开关管HVLDMOS串联，通过减小源跟随器5中的电流来减小开关管HVLDMOS中的电流，从而降低开关管HVLDMOS的功耗。

电阻R2的一端连接电源VB，另一端连接开关管HVLDMOS的输入端；非门U2的输入端连接开关管HVLDMOS的输入端，输出端用于输出驱动信号Vo；电容C1的一端连接电源VB，电容C1的另一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接开关管HVLDMOS的输入端，电容C1和二极管D3构成自举电路，能够抬高电源VB的电压。

本实施例电平位移电路，当开关管HVLDMOS导通时，非门U2输入端为低电平，非门U2输出的驱动信号Vo为高电平；当开关管HVLDMOS关断时，非门U2输入端为高电平，非门U2输出的驱动信号Vo为低电平，从而实现对低压区的控制信号IN的向高压区的驱动信号Vo的电平位移。

本实施例的电平位移电路能够达到与图4中的电平位移电路的效果。

在一实施例中，提供一种如图6开关管驱动电路，该开关管驱动电路包括窄脉冲产生电路和高压区电路，高压区电路包括如图2所示的电平位移电路及连接电平位移电路的后级电路，电平位移电路的开通脉冲输入端连接所述窄脉冲产生电路的输出端，电平位移电路的关断脉冲输入端连接窄脉冲产生电路的输出端，电平位移电路的开通脉冲输出端用于向后级电路输出开通位移电平，电平位移电路的关断脉冲输出端用于向后级电路输出关断位移电平。

参见图2，电平位移电路包括：恒流电路1、反相电路2、稳压电路3和开关管HVLDMOS；其中，恒流电路1的供电端连接第一电源VCC，恒流电路1的输出端连接反相电路2的输入端，恒流电路1用于向反相电路2提供预设的恒定电流，该恒定的电流可以根据实际需要进行设置。

反相电路2的控制端用于输入控制信号IN，反相电路2的输出端连接开关管HVLDMOS的控制端，反相电路2用于根据控制信号IN输出开关管HVLDMOS的控制信号，以控制开关管HVLDMOS的开通与关断，开关管HVLDMOS为高压开关管，利用自身的开通与关断把低压控制信号IN转换为高压控制信号。

稳压电路3的稳压端连接开关管HVLDMOS的控制端和反相电路2的输出端，反相电路2用于通过预设的恒定电流控制稳压电路3中的电流，稳压电路3的接地端接地；开关管HVLDMOS的输入端连接第二电源VB，开关管HVLDMOS的输出端接地。

进一步的，该开关管驱动电路还包括图4中的加速电路4，其中，加速电路4的供电端连接电源VCC，加速电路4的输出端连接反相电路2的输入端，加速电路4用于向反相电路2提供加速电流。

进一步的，加速电路4包括：二极管D1和二极管D2，其中，二极管D1的阴极连接电源VCC，二极管D1的阳极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极分别连接反相电路2的输入端和恒流电路1的输出端。

上述开关管驱动电路的工作工程如下：

开关管驱动电路中的电平位移电路的控制信号IN控制反相电路2导通，恒流电路1则向反相电路2输出恒定的电流，恒流电路1输出的电流即为反相电路2的工作电流，反相电路2输出电压控制开关管HVLDMOS的开通与关断，同时，反相电路2输出的电流流入稳压电路3中，从而控制稳压电路3中的工作电流；在反相电路2导通时，加速电路4能够为反相电路2提供瞬间的加速电流，控制开关管HVLDMOS开通，从而为电平位移电路的后级电路提供驱动信号。

本实施例的开关管驱动电路，包括窄脉冲产生电路和高压区电路，高压区电路包括电平位移电路及连接所述电平位移电路的后级电路，电平位移电路设置恒流电路，恒流电路输出预设的恒定电流，该恒定电流流入反相电路，从而限制反相电路输出到稳压电路中的电流，即流过稳压电路中稳压器件的电流，进而减小电流对稳压器件的冲击，提高开关管驱动电路工作稳定性。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电平位移电路，其特征在于，包括：

恒流电路、反相电路、稳压电路和第一开关管；

其中，所述恒流电路的供电端连接第一电源，所述恒流电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述恒流电路用于向所述反相电路提供预设的恒定电流；

所述反相电路的控制端用于输入控制信号，所述反相电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述反相电路用于根据所述控制信号输出所述第一开关管的控制信号；

所述稳压电路的稳压端连接所述第一开关管的控制端和所述反相电路的输出端，所述反相电路用于通过所述预设的恒定电流控制所述稳压电路中的电流，所述稳压电路的接地端接地；所述第一开关管的输入端连接第二电源，所述第一开关管的输出端接地。

2.根据权利要求1所述的电平位移电路，其特征在于，所述电平位移电路还包括：

加速电路，所述加速电路的供电端连接第一电源，所述加速电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述加速电路用于经由所述反相电路向所述第一开关管的控制信号中提供加速电流。

3.根据权利要求2所述的电平位移电路，其特征在于，所述加速电路包括：

第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极连接第一电源，所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述反相电路的输入端。

4.根据权利要求1所述的电平位移电路，其特征在于，所述恒流电路包括：

恒流源和电流镜电路，所述电流镜电路的供电端连接第一电源，所述电流镜电路的第一输出端连接所述恒流源的输入端，所述电流镜电路的第二输出端连接所述反相电路的输入端。

5.根据权利要求4所述的电平位移电路，其特征在于，所述电流镜电路包括：

第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的输入端连接第一电源，所述第二开关管的输出端连接所述恒流源的输入端，所述第二开关管的控制端连接所述恒流源的输入端；

所述第三开关管的输入端连接第一电源，所述第三开关管的输出端连接所述反相电路的输入端，所述第三开关管的控制端连接所述第二开关管的控制端。

6.根据权利要求2所述的电平位移电路，其特征在于，所述反相电路包括：

第四开关管和第五开关管，所述第四开关管的输入端分别连接所述恒流电路的输出端和所述加速电路的输出端，所述第四开关管的控制端连接所述第五开关管的控制端，所述第四开关管的衬底端连接第一电源，所述第四开关管的输出端连接所述第五开关管的输入端，所述第五开关管的控制端用于输入控制信号，所述第五开关管的输出端接地；

所述第四开关管的输出端还分别连接所述稳压电路的稳压端和所述第一开关管的控制端。

7.根据权利要求1所述的电平位移电路，其特征在于，所述电平位移电路还包括：

源跟随器，所述源跟随器的输入端连接所述第一开关管的输出端，所述源跟随器的输出端接地。

8.一种开关管驱动电路，包括窄脉冲产生电路和高压区电路，其特征在于，所述高压区电路包括：

电平位移电路及连接所述电平位移电路的后级电路，所述电平位移电路的开通脉冲输入端连接所述窄脉冲产生电路的输出端，所述电平位移电路的关断脉冲输入端连接所述窄脉冲产生电路的输出端，所述电平位移电路的开通脉冲输出端用于向所述后级电路输出开通位移电平，所述电平位移电路的关断脉冲输出端用于向后级电路输出关断位移电平；

所述电平位移电路包括：恒流电路、反相电路、稳压电路和第一开关管；

其中，所述恒流电路的供电端连接第一电源，所述恒流电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述恒流电路用于向所述反相电路提供预设的恒定电流；

所述反相电路的控制端用于输入控制信号，所述反相电路的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述反相电路用于根据所述控制信号输出所述第一开关管的控制信号；

所述稳压电路的稳压端连接所述第一开关管的控制端，所述反相电路还用于通过所述预设的恒定电流控制所述稳压电路中的电流，所述稳压电路的接地端接地；所述第一开关管的输入端连接第二电源，所述第一开关管的输出端接地。

9.根据权利要求8所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述电平位移电路还包括：

加速电路，所述加速电路的供电端连接第一电源，所述加速电路的输出端连接所述反相电路的输入端，所述加速电路用于向所述反相电路提供加速电流。

10.根据权利要求9所述的开关管驱动电路，其特征在于，所述加速电路包括：

第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极连接第一电源，所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述反相电路的输入端。

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