專利名稱：一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，MOSEFT (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,功率場效應(yīng)晶體管)和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)得到廣泛的應(yīng)用。MOSEFT的三個(gè)極分別是源極、漏極和 柵極，IGBT的三個(gè)極分別是集電極、發(fā)射極和柵極。 大功率M0SFET及IGBT的控制柵極等效為一個(gè)電容。在大功率MOSFET及IGBT開 關(guān)應(yīng)用中，隨著開關(guān)頻率的提高，希望快速瞬態(tài)開通門極。使隔離驅(qū)動(dòng)信號傳輸獲得高瞬態(tài) 功率，低的傳輸延時(shí)，低的功率損耗及低成本是一個(gè)需要權(quán)衡的問題。 現(xiàn)有技術(shù)的一種IGBT驅(qū)動(dòng)器如圖l所示，該驅(qū)動(dòng)器能夠達(dá)到驅(qū)動(dòng)延時(shí)300-400ns， 瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)功率最大20A(不能長期工作)，上升率最快300ns(0.047uf容性與2Q串聯(lián))左 右。其中，其脈沖功率驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示。 現(xiàn)有脈沖功率驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)簡圖，由于是單電平驅(qū)動(dòng)，使正負(fù)脈沖驅(qū)動(dòng)能力具 有明顯區(qū)別，其中輸出信號某一邊沿上升速率不高，具有較大延時(shí)。而且由于采用雙極三級 管作為主推動(dòng)，電流能力受到很大限制。因此，現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)器具有以下缺陷1、驅(qū)動(dòng)延時(shí)過 長。 一方面對瞬態(tài)反映不利，延時(shí)對控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生附加相移。另一方面由于關(guān)閉延時(shí)過 長，有可能產(chǎn)生過流現(xiàn)象。由于反映速度慢，使保護(hù)功能收到限制。2、驅(qū)動(dòng)功率不夠，雖然 瞬態(tài)功率能夠達(dá)到20A，但實(shí)際工作頻率不高，一般不超過20K。且損耗很大，限制了高頻應(yīng) 用。隨功率器件性能越來越好，大功率變換逐漸向更高頻率擴(kuò)展。而現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器在〉20KHz 時(shí)，帶載能力急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)動(dòng)延 時(shí)過長、驅(qū)動(dòng)功率不夠的缺陷。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器 包括信號變換單元，用于將驅(qū)動(dòng)輸入信號轉(zhuǎn)換為兩路互補(bǔ)的信號(或邊沿微分信號)；隔 離傳輸單元，與所述信號變換單元連接，用于將所述兩路互補(bǔ)的信號(或邊沿微分信號)分 別進(jìn)行隔離傳輸；信號還原單元，與所述隔離傳輸單元連接，用于將所述隔離傳輸單元傳輸 過來的兩路信號還原為驅(qū)動(dòng)輸入信號；互補(bǔ)電平變換功率放大單元，與所述信號還原單元 連接，用于對所述信號還原單元還原得到的驅(qū)動(dòng)輸入信號進(jìn)行功率放大。
優(yōu)選地，所述信號變換單元包括緩沖器，所述驅(qū)動(dòng)輸入信號經(jīng)過緩沖器后形成所 述驅(qū)動(dòng)輸入信號的兩路微分信號。 優(yōu)選地，所述隔離傳輸單元包括兩路光電耦合器，所述兩路光電耦合器的輸入端 分別接收所述信號變換單元轉(zhuǎn)換的兩路微分信號，輸出端連接所述信號還原單元。
優(yōu)選地，所述隔離傳輸單元包括兩路變壓器，所述兩路變壓器的輸入端分別接收
所述信號變換單元轉(zhuǎn)換的兩路微分信號，輸出端連接所述信號還原單元。 優(yōu)選地，所述信號還原單元包括由寄存器構(gòu)成，其輸入端分別接收所述隔離傳輸
單元傳輸過來的兩路信號，兩個(gè)輸出端連接所述互補(bǔ)電平變換功率放大單元。 優(yōu)選地，所述互補(bǔ)電平變換功率放大單元包括由一個(gè)N溝道場效應(yīng)管和一個(gè)P溝 道場效應(yīng)管構(gòu)成的互補(bǔ)對稱功率放大電路，所述N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管的柵極 分別接收所述寄存器的兩個(gè)輸出端的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號，輸出端連接待驅(qū)動(dòng)器件。
優(yōu)選地，所述所述N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管由共極三極管推動(dòng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明使得MOSFET及IGBT驅(qū)動(dòng)性能得到大幅度提高，驅(qū)動(dòng)延時(shí)短，典型開啟延時(shí) 《150ns，關(guān)閉延時(shí)《120ns ;具有可以長期工作，至少達(dá)20A的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)能力；上升下降沿 高；無占空比限制；靜態(tài)耗電低。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種IGBT驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種脈沖功率驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的信號變換單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的隔離傳輸單元的結(jié)構(gòu)示意圖，列出了兩種隔離傳輸形式； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的信號還原單元的結(jié)構(gòu)示意圖，列出了由RS觸發(fā)器構(gòu)成的寄 存器； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)電平變換功率放大單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為采用本發(fā)明邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 本發(fā)明的一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括信號變換單元、隔離 傳輸單元、信號還原單元和互補(bǔ)電平變換功率放大單元。使用該驅(qū)動(dòng)器首先得到兩路互補(bǔ) 的信號，將此互補(bǔ)信號邊沿進(jìn)行隔離傳輸(傳輸上升沿和下降沿)，在接收端進(jìn)行信號還 原，最后用互補(bǔ)電平變換功率放大器變?yōu)榫哂姓?fù)輸出的驅(qū)動(dòng)信號。 信號變換單元用于將驅(qū)動(dòng)輸入信號轉(zhuǎn)換為兩路互補(bǔ)的信號；隔離傳輸單元與所述 信號變換單元連接，用于將所述兩路互補(bǔ)的信號分別進(jìn)行隔離傳輸；信號還原單元與所述 隔離傳輸單元連接，用于將所述隔離傳輸單元傳輸過來的兩路信號還原為驅(qū)動(dòng)輸入信號； 互補(bǔ)電平變換功率放大單元與所述信號還原單元連接，用于對所述信號還原單元還原得到 的驅(qū)動(dòng)輸入信號進(jìn)行功率放大。 本發(fā)明的信號變換單元的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括緩沖器，所述驅(qū)動(dòng)輸入信號經(jīng)過 緩沖器后形成與所述驅(qū)動(dòng)輸入信號互補(bǔ)的信號。驅(qū)動(dòng)輸入信號與經(jīng)過緩沖器后形成的信號 分別為UP驅(qū)動(dòng)信號、DWN驅(qū)動(dòng)信號，其傳輸?shù)氖俏⒎中盘枴?br> 本發(fā)明實(shí)施例的隔離傳輸單元的結(jié)構(gòu)如圖5所示，所述隔離傳輸單元可以采用光 耦或磁耦合方式。當(dāng)采用光耦方式時(shí)，隔離傳輸單元包括兩路光電耦合器，所述兩路光電耦 合器的輸入端分別接收所述信號變換單元轉(zhuǎn)換的兩路互補(bǔ)的信號，輸出端連接所述信號還 原單元；當(dāng)采用磁耦合方式時(shí)，所述隔離傳輸單元包括兩路變壓器，所述兩路變壓器的輸入 端分別接收所述信號變換單元轉(zhuǎn)換的兩路互補(bǔ)的信號，輸出端連接所述信號還原單元?，F(xiàn) 有隔離信號傳輸采用的光耦與磁耦合是直接傳輸，具有明顯缺陷(l)光耦普遍傳輸速度 不快，超高速光耦速度與本發(fā)明相當(dāng)(50M傳輸速度)，但成本高，不利推廣。高速意味著高 的電流驅(qū)動(dòng)，使耗電增加，壽命降低。(2)磁耦合傳輸速度可以很快，選擇不同磁芯，可以 得到很高的傳輸速度。但為避免磁飽和現(xiàn)象產(chǎn)生，需要滿足伏秒積分。它只能傳輸交流信 號，不能傳輸直流信號。在頻率較低時(shí)使磁芯增大，漏感增大，傳輸速度受影響。本實(shí)施例 具有如下優(yōu)點(diǎn)(l)將電平信號傳輸變?yōu)樗沧冃盘杺鬏?。在隔離驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以使用較大電流 傳輸，提高抗干擾能力。而平均功率卻不大。(2)對光耦來講，瞬態(tài)功率的提高意味著傳輸 速度可以更快，平均功率的降低意味著光耦壽命的提高。(3)對磁耦合來講，不必為選擇何 種磁芯而煩惱。只選擇可以傳輸傳輸瞬態(tài)信號的高頻磁芯，體積可以非常小，匝數(shù)也很少， 漏感可以降到最低。體積與結(jié)構(gòu)的改變意味著，可以以極低的成本，獲得只有超高速光耦光 耦才能達(dá)到的高速度(甚至超過)。 發(fā)明實(shí)施例的信號還原單元的結(jié)構(gòu)如圖6所示，所述信號還原單元包括由兩個(gè)或 非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器，其輸入端(RD、 S。端)分別接收所述隔離傳輸單元傳輸過來的兩路 信號，兩個(gè)輸出端(Q、5端)連接所述互補(bǔ)電平變換功率放大單元。所述信號還原單元采用 RS寄存器采樣微分信號，并還原。 本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)電平變換功率放大單元的結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括由一個(gè)N溝 道場效應(yīng)管和一個(gè)P溝道場效應(yīng)管構(gòu)成的互補(bǔ)對稱功率放大電路，所述N溝道場效應(yīng)管和P 溝道場效應(yīng)管的柵極分別接收所述RS觸發(fā)器兩個(gè)輸出端的信號，輸出端連接待驅(qū)動(dòng)器件； 所述所述N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管由共極三極管推動(dòng)。本實(shí)施例中，利用RS觸發(fā) 器產(chǎn)生的互補(bǔ)信號，構(gòu)成互補(bǔ)電平功率放大器。與MOSFET驅(qū)動(dòng)配合，得到最小的延時(shí)與驅(qū) 動(dòng)信號。使用互補(bǔ)輸入結(jié)構(gòu)，共極三極管推動(dòng)，共漏結(jié)構(gòu)的脈沖驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以使驅(qū)動(dòng)能力與 驅(qū)動(dòng)速度得到本質(zhì)提高。本發(fā)明引入了互補(bǔ)輸入結(jié)構(gòu)，使得在開、關(guān)過程都獲得很高推動(dòng)能 力，可以通過優(yōu)化輸入延時(shí)，使共極三極管推動(dòng)、共漏輸出的共態(tài)導(dǎo)通時(shí)間降至最低。共漏 輸出結(jié)構(gòu)最適合瞬態(tài)大電流情況，是電容性負(fù)載的最佳驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。 采用本發(fā)明邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)波形如圖8所示，參照圖8，可知本發(fā)明的 邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器具有以下驅(qū)動(dòng)性能(l)驅(qū)動(dòng)延時(shí)極快典型開啟延時(shí)《150ns，關(guān)閉 延時(shí)《120ns。甚至優(yōu)于非隔離專用芯片。(2)具有最高可達(dá)20A的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)能力。(3)上 升下降沿50ns(負(fù)載0. lii電容與3. 3Q串聯(lián)，輸出端測量)。(4)工作占空比0-100% 。
本發(fā)明的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器從瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)能力，反應(yīng)速度，體積，成本上，都優(yōu)于 現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)器(l)邊沿信號傳輸可以成為超高速光耦的低成本替代產(chǎn)品。隔離延時(shí)小于 50ns。 (2)將高速信號分為2路信號，降低傳輸速率。由于信號上下沿延時(shí)特性一致，即便 較慢的dv/dt也不影響對信號的還原。這就使低速器件傳輸高速信號成為可能。比如將高 速信號分為2路，4路，甚至8路進(jìn)行傳輸，從而降低傳輸速率。圖9，信號四路傳輸。(3)互 補(bǔ)電平功率放大器，通過引入互補(bǔ)信號，大幅提高了反應(yīng)速度，驅(qū)動(dòng)能力。
所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包括信號變換單元，用于將驅(qū)動(dòng)輸入信號轉(zhuǎn)換為兩路互補(bǔ)的信號；隔離傳輸單元，與所述信號變換單元連接，用于將所述兩路互補(bǔ)的信號分別進(jìn)行隔離傳輸；信號還原單元，與所述隔離傳輸單元連接，用于將所述隔離傳輸單元傳輸過來的兩路信號還原為驅(qū)動(dòng)輸入信號；互補(bǔ)電平變換功率放大單元，與所述信號還原單元連接，用于對所述信號還原單元還原得到的驅(qū)動(dòng)輸入信號進(jìn)行功率放大。
2. 如權(quán)利要求1所述的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述信號變換單元包括緩 沖器，所述驅(qū)動(dòng)輸入信號經(jīng)過緩沖器形成與所述驅(qū)動(dòng)輸入信號互補(bǔ)的信號，或上下邊沿的 微分信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述隔離傳輸單元包括兩 路光電耦合器，所述兩路光電耦合器的輸入端分別接收所述信號變換單元轉(zhuǎn)換的兩路互補(bǔ) 的信號，或上下邊沿的微分信號，輸出端連接所述信號還原單元。
4. 如權(quán)利要求1所述的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述隔離傳輸單元包括兩 路變壓器，所述兩路變壓器的輸入端分別接收所述信號變換單元轉(zhuǎn)換的兩路互補(bǔ)的信號， 或上下邊沿的微分信號，輸出端連接所述信號還原單元。
5. 如權(quán)利要求1所述的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述信號還原單元包括信 號寄存器，其輸入端分別接收所述隔離傳輸單元傳輸過來的兩路信號，兩個(gè)輸出端連接所 述互補(bǔ)電平變換功率放大單元。
6. 如權(quán)利要求5所述的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述互補(bǔ)電平變換功率放 大單元包括由一個(gè)N溝道場效應(yīng)管和一個(gè)P溝道場效應(yīng)管構(gòu)成的互補(bǔ)對稱功率放大電路， 所述N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管的柵極分別接收所述寄存器的兩個(gè)輸出端的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號，輸出端連接待驅(qū)動(dòng)器件。
7. 如權(quán)利要求6所述的邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述所述N溝道場效應(yīng)管和 P溝道場效應(yīng)管由共極三極管推動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種邊沿信號隔離驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括信號變換單元，用于將驅(qū)動(dòng)輸入信號轉(zhuǎn)換為兩路互補(bǔ)的信號；隔離傳輸單元，與所述信號變換單元連接，用于將所述兩路互補(bǔ)的信號分別進(jìn)行隔離傳輸；信號還原單元，與所述隔離傳輸單元連接，用于將所述隔離傳輸單元傳輸過來的兩路信號還原為驅(qū)動(dòng)輸入信號；互補(bǔ)電平變換功率放大單元，與所述信號還原單元連接，用于對所述信號還原單元還原得到的驅(qū)動(dòng)輸入信號進(jìn)行功率放大。本發(fā)明使得MOSFET及IGBT驅(qū)動(dòng)性能得到大幅度提高，驅(qū)動(dòng)延時(shí)短，典型開啟延時(shí)≤150ns，關(guān)閉延時(shí)≤120ns；具有可以長期工作，至少達(dá)20A的瞬態(tài)驅(qū)動(dòng)能力；上升下降沿高；無占空比限制；靜態(tài)耗電低。
文檔編號H03K3/021GK101714862SQ20091023769
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者李力生 申請人:李力生