本發(fā)明涉及用于防止dV/dt噪聲所致的誤動作的電平移位電路。

背景技術：

通過驅動半橋連接的半導體元件，進行產業(yè)用馬達、服務器用電源等的控制。作為用于驅動這些半導體元件的IC，有HVIC(High Voltage IC：高壓IC)。如果利用HVIC，則能夠通過1個IC來驅動用高電位系統(tǒng)電源驅動的半橋電路的上位側半導體元件和下位側半導體元件這兩方。HVIC接受微型機等的控制信號而輸出用于驅動上述半導體元件的信號，而特別為了通過低電位系統(tǒng)的信號驅動上位側半導體元件而內置電平移位電路。

在HVIC內部，有從低壓側向高壓側傳遞信號的電平上升移位電路、和從高壓側向低壓側傳遞信號的電平下降移位電路。一般，電平上升移位電路使用N溝道型半導體開關元件，電平下降移位電路使用P溝道型半導體開關元件。伴隨半橋電路的開關，高壓側區(qū)域的基準電位從低電位向高電位變動或者從高電位向低電位變動。

圖1示出使用了專利文獻1記載的以往的電平移位電路的電路結構。在圖1中，示出了具備包括高電位側開關元件11以及低電位側開關元件12的輸出電路10、高電位側驅動電路20和低電位側驅動電路30的電路。高電位側驅動電路20與輸出電路10的高電位側開關元件11的柵極端子連接。低電位側驅動電路30與輸出電路10的低電位側開關元件12的柵極端子連接。

輸出電路10由串聯(lián)地連接的高電位側開關元件11以及低電位側開關元件12構成。高電壓的電源13經由高電位側開關元件11對負載14供給電力。負載14是從半橋電路接受電壓(電力)的供給的負載。負載14連接于高電位側開關元件11以及低電位側開關元件12的連接點Vs(連接點Vs的電位也用連接點Vs表示)與接地電位之間。

高電位側開關元件11以及低電位側開關元件12以使除了兩者都關斷的死區(qū)(dead time)以外在一方導通時另一方關斷的方式互補地導通(ON)/關斷(OFF)。在低電位側開關元件12導通時，連接點Vs的電位成為接地電位，在高電位側開關元件11導通時，連接點Vs的電位成為電源13的輸出電壓。

高電位側驅動電路20包括鎖存誤動作保護電路21、鎖存電路22、高壓側驅動器23、電源24、電阻R1及R2、電平移位晶體管25及26和二極管D1及D2。鎖存誤動作保護電路21、鎖存電路22、高壓側驅動器23以及電源24的低電位側電源端子與連接點Vs連接。

向電平移位晶體管25的柵極輸入作為向高電位側驅動電路20的電平移位電路的輸入信號的set(置位)信號。向電平移位晶體管26的柵極輸入作為向高電位側驅動電路20的電平移位電路的輸入信號的reset(復位)信號。set信號是指示高電位側開關元件11的導通期間的開始(關斷期間的結束)定時的信號，reset信號是指示低電位側開關元件12的關斷期間的開始(導通期間的結束)定時的信號。set信號以及reset信號是不會同時導通的脈沖輸入信號。作為電平移位晶體管25以及26，能夠使用N溝道型半導體開關元件。

鎖存誤動作保護電路21輸入電平移位輸出信號setdrn(以下設為setdrn信號)以及resdrn(以下設為resdrn信號)。在有連接點Vs的電位變化時，產生電平移位晶體管25以及26的源極·漏極之間的寄生電容Cds1以及Cds2等所引起的被稱為dv/dt噪聲的誤信號，但此時setdrn信號以及resdrn信號都成為H電平或者L電平，針對鎖存電路22的置位指令和復位指令都成為有效。鎖存誤動作保護電路21是在該情況下使輸出成為高阻抗等，而不將setdrn信號以及resdrn信號直接傳送到鎖存電路22的電路。鎖存誤動作保護電路21是在未產生dv/dt噪聲的狀態(tài)下使setdrn信號以及resdrn信號直接通過而輸出，在產生了dv/dt噪聲的狀態(tài)下輸出根據setdrn信號以及resdrn信號加工而成的信號(例如將輸出信號設為1個，如果setdrn信號以及resdrn信號是使鎖存電路22置位的信號則成為H電平，如果是使鎖存電路22復位的信號則成為L電平，如果是使鎖存電路22不變化的信號則使輸出成為高阻抗等)或者阻止setdrn信號以及resdrn的通過等的電路。

鎖存電路22輸入來自鎖存誤動作保護電路21的信號，存儲并輸出根據該輸入是L還是H而被置位或者復位的值。在鎖存電路22中，如果輸入成為高阻抗，則保持/輸出在輸入剛要成為高阻抗之前所存儲的值。

高壓側驅動器23的輸出端子與高電位側開關元件11的柵極端子連接。高壓側驅動器23的輸出端子根據鎖存電路22的輸出，輸出信號HO，并對高電位側開關元件11進行導通關斷控制。

二極管D1以及D2的陽極與連接點Vs連接。二極管D1的陰極與連接點Vsetb連接。二極管D2的陰極與連接點Vrstb連接。二極管D1以及D2是用于以使電壓Vsetb以及Vrstb不成為電位Vs以下的方式進行鉗位，并以不向鎖存誤動作保護電路21輸入過電壓的方式進行保護的器件。

低電位側驅動電路30包括對低電位側開關元件12進行導通關斷控制的低壓側驅動器31、和對低壓側驅動器31供給電源的電源32。低壓側驅動器31對指示低電位側開關元件12的導通關斷的信號S進行放大而輸出到低電位側開關元件12的柵極端子。由此，低電位側驅動電路30在被輸入到低壓側驅動器31的信號S是H(High：高)電平時使低電位側開關元件12導通，在信號S是L(Low：低)電平時使低電位側開關元件12關斷。

圖2是專利文獻2記載的以往的電平移位電路。圖2所示的電平移位電路相對圖1所示的電平移位電路，主要不同之處在于處于高壓側的誤動作防止電路以及鎖存電路的結構。

專利文獻1：日本專利第3429937號公報

專利文獻2：日本特開2011-044770號公報

技術實現(xiàn)要素：

在電平移位電路中，伴隨半橋電路的開關動作，作為高壓側電路的基準電位的連接點Vs的電位Vs從低電位向高電位或者從高電位向低電位急速變動，從而發(fā)生高壓側電路內的一部分(或者全部)的電壓相對基準電壓Vs而變動這樣的所謂dV/dt噪聲的現(xiàn)象。在電平移位電路中，由于該dV/dt噪聲的影響，存在高壓側電路的輸出產生誤動作(邏輯反轉)的可能性。作為在發(fā)生了dV/dt噪聲時易于產生誤動作的主要原因，特別可以舉出構成電路的器件的元件偏差。即，如果有元件偏差，則setdrn信號以及resdrn信號中的dV/dt噪聲的形式不同，所以在產生鎖存誤動作保護電路21的dV/dt噪聲時，setdrn信號、resdrn信號都成為H電平或者L電平這樣的前提崩潰。如果dV/dt噪聲所致的setdrn信號和resdrn信號的產生定時的差大到某種程度，則發(fā)生根據在之后輸出的誤輸出信號而決定鎖存電路22的狀態(tài)這樣的誤動作。如果發(fā)生dV/dt噪聲所致的誤動作，則導致半橋電路的短路所致的破壞，所以要求針對dV/dt噪聲的誤動作耐受性。在圖1以及圖2所示的電路中，如上所述，為了防止dV/dt噪聲所引起的誤動作，在鎖存電路22的前級設置進行濾波動作的鎖存誤動作保護電路21。

此處，dV/dt噪聲除了起因于與電平移位晶體管25以及26的導通關斷相伴的噪聲以外，還起因于雷電涌、其他設備的噪聲等外來噪聲。在圖1以及圖2所示的以往的電平移位電路中，在dV/dt噪聲僅起因于上述導通關斷的情況下，與上述導通關斷相伴的噪聲所致的影響在某種程度能夠預測，所以通過調整鎖存誤動作保護電路21的閾值，能夠防止誤動作。但是，在dV/dt噪聲除了起因于與導通關斷相伴的噪聲以外還起因于外來噪聲的情況下，由于無法預測外來噪聲所致的影響，所以無法防止誤動作。進而，在圖1以及圖2所示的電路中，存在如下缺點：如果想要強化鎖存誤動作保護電路21的功能以使得還能夠應對外來噪聲，則電路面積變大。

本發(fā)明是鑒于上述內容而完成的，其目的在于提供一種電平移位電路，用于防止起因于與電平移位晶體管的導通關斷相伴的噪聲和外來噪聲所致的dV/dt噪聲的誤動作(邏輯反轉)。

為了解決上述課題，本發(fā)明的電平移位電路的一個實施方式是從一次側的電位系統(tǒng)向與所述一次側的電位系統(tǒng)不同的二次側的電位系統(tǒng)傳遞信號的電平移位電路，其特征在于，該電平移位電路具備：第1串聯(lián)電路，包括串聯(lián)地連接的第1電阻和第1開關元件，并且向所述第1開關元件輸入對所述第1開關元件進行導通關斷控制的第1輸入信號，將所述第1電阻和所述第1開關元件的連接點設為輸出端子；第2串聯(lián)電路，包括串聯(lián)地連接的第2電阻和第2開關元件，并且向所述第2開關元件輸入對所述第2開關元件進行導通關斷控制的第2輸入信號，將所述第2電阻和所述第2開關元件的連接點設為輸出端子，所述第1輸入信號和所述第2輸入信號不會同時導通；鎖存電路，其狀態(tài)根據所述第1串聯(lián)電路的輸出端子的輸出以及所述第2串聯(lián)電路的輸出端子的輸出的變化而變化；和第1電容器，連接于所述第1串聯(lián)電路的輸出端子與所述第2串聯(lián)電路的輸出端子之間。

根據本發(fā)明的電平移位電路，能夠抑制起因于與電平移位晶體管的導通關斷相伴的噪聲和外來噪聲所致的dV/dt噪聲的誤動作。

另外，根據本發(fā)明，無需通過在2個串聯(lián)電路之間設置電容器來強化鎖存誤動作保護電路的功能，所以能夠將鎖存誤動作保護電路面積設計得較小，能夠實現(xiàn)電路裝置整體的緊湊化。

附圖說明

圖1示出專利文獻1記載的以往的電平移位電路。

圖2示出專利文獻2記載的以往的電平移位電路。

圖3示出本發(fā)明的實施例1的電平上升移位電路。

圖4A示出電平移位電路的動作波形的時序圖。

圖4B示出電平移位電路的動作波形的時序圖。

圖5示出本發(fā)明的實施例2的電平下降移位電路。

圖6示出本發(fā)明的實施例3的電平上升移位電路。

圖7示出電容器的頻率特性和dV/dt噪聲頻率的關系。

圖8示出追加了多個不同的電容器的情況下的頻率特性和dV/dt噪聲頻率的關系。

(符號說明)

10：輸出電路；11：高電位側開關元件；12：低電位側開關元件；13、24、32：電源；14：負載；20：高電位側驅動電路；21、301：鎖存誤動作保護電路；22、302：鎖存電路；23：高壓側驅動器；25、26、203、204：電平移位晶體管；30：低電位側驅動電路；31：低壓側驅動器；R1、R2：電阻；D1、D2：二極管；C1、C2：電容器；200：高壓側電路；201：檢測部；202：脈沖生成部；300：低壓側電路；303：警報輸出電路。

具體實施方式

(實施例1)

圖3示出本發(fā)明的實施例1的電平上升移位電路的結構例。在圖3所示的電平上升移位電路中，在由電阻R1以及第1電平移位晶體管25構成的第1串聯(lián)電路、與由電阻R2以及第2電平移位晶體管26構成的第2串聯(lián)電路之間設置電容器C1。具體而言，在電阻R1以及第1電平移位晶體管25的漏極端子間的連接點(第1串聯(lián)電路的輸出端子)、與電阻R2以及第2電平移位晶體管26的漏極端子間的連接點(第2串聯(lián)電路的輸出端子)之間連接電容器C1。在圖3例示的電路中設置了電容器C1，這一點與圖1所示的電路不同，關于與圖1所示的電路同樣的結構，省略其說明。

如上所述，已知由于針對電位Vs的變化的2個串聯(lián)電路的動作差分而發(fā)生電平移位電路的誤動作。作為例子，考慮在有元件偏差(電平移位晶體管25以及26的寄生電容Cds1以及Cds2的偏差等)的狀態(tài)下發(fā)生dV/dt噪聲所致的誤動作的情況。在與開關動作相伴的半橋電路的輸出點Vs(＝高壓側的基準電位)的變動經由二極管D1以及D2分別傳播到第1以及第2串聯(lián)電路而在setdrn信號以及resdrn信號中產生dV/dt噪聲時，影響寄生電容Cds1以及Cds2產生的dV/dt噪聲的波形，所以由于寄生電容Cds1和Cds2的差而在2個setdrn信號以及resdrn信號中產生相位、振幅的差異，該差異引起誤動作。

在本發(fā)明中，以減少該差異為目的，在2個串聯(lián)電路之間耦合電容器C1。由此，針對伴隨setdrn信號以及resdrn信號的振鈴(ringing)等振動的setdrn信號以及resdrn信號之間的電位性的變動，電容器C1以使2個setdrn信號以及resdrn信號耦合而降低兩者之間的阻抗的方式發(fā)揮作用，所以能夠降低setdrn信號以及resdrn信號之間的電位性的誤差。由此，能夠防止起因于與電平移位晶體管的導通關斷相伴的噪聲和外來噪聲所致的dV/dt噪聲的誤動作。另外，在第1以及第2串聯(lián)電路之間沒有DC耦合，所以不存在動作上的問題。

圖4A示出圖1所示那樣的在串聯(lián)電路之間未設置電容器的以往結構的電平移位電路的動作波形的時序圖，圖4B示出本發(fā)明的實施例1的電平移位電路的動作波形的時序圖。如圖4A以及圖4B的基準GND(Vs)的圖形所示，如果產生與電平移位晶體管的導通關斷相伴的噪聲、外來噪聲，則在無耦合電容的以往的電平移位電路中，如圖4A所示，在setdrn信號以及resdrn信號之間產生大的差分的變動，由此產生信號HO從L電平成為H電平的誤動作。相對于此，在具有耦合電容的本發(fā)明的電平移位電路中，如圖4B所示，setdrn信號以及resdrn信號之間的差分的變動被抑制得較小。因此，在本發(fā)明的電平移位電路中，信號HO直接成為L電平而能夠抑制誤動作。

如以上那樣，根據本發(fā)明，能夠防止起因于與電平移位晶體管的導通關斷相伴的噪聲和外來噪聲所致的dV/dt噪聲的誤動作。另外，根據本發(fā)明，通過設置電容器C1，無需強化鎖存誤動作保護電路的功能。因此，能夠將鎖存誤動作保護電路面積設計得較小，能夠實現(xiàn)電路裝置整體的緊湊化。

(實施例2)

圖5示出本發(fā)明的實施例2的電平下降移位電路的結構。在圖5中，示出了跨越高壓側電路200和低壓側電路300的、具備電容器C1的電平下降移位電路。

高壓側電路200包括檢測部201、脈沖生成部202和電平移位晶體管203及204。低壓側電路300包括鎖存誤動作保護電路301、鎖存電路302、警報輸出電路303、電阻R1及R2和二極管D1及D2。作為電平移位晶體管203以及204，能夠使用P溝道型半導體開關元件。

在圖5所示的電平下降移位電路的高壓側電路200中，檢測部201檢測高電位側開關元件的過電流、電壓降低以及過熱，輸出檢測信號。脈沖生成部202響應于從檢測部201輸出的信號而生成脈沖，將set信號以及reset信號分別輸出到電平移位晶體管203以及204。

在圖5所示的電平下降移位電路的低壓側電路300中，鎖存誤動作保護電路301輸入setdrn信號以及resdrn信號，對預定的閾值以下的setdrn信號以及resdrn信號進行濾波，向鎖存電路302輸出信號。警報輸出電路303根據鎖存電路302的輸出，輸出警報信號。

通過電平下降移位電路，能夠將用高壓側的輸出(HO)驅動的高電位側開關元件的過電流檢測、電壓降低檢測以及過熱檢測結果等傳遞到低壓側。

如圖5所示，通過在由電平移位晶體管203以及電阻R1構成的串聯(lián)電路、與由電平移位晶體管204以及電阻R2構成的串聯(lián)電路之間設置電容器C1，與本發(fā)明的實施例1的電平上升移位電路同樣地，能夠防止起因于與電平移位晶體管的導通關斷相伴的噪聲和外來噪聲所致的dV/dt噪聲的誤動作。另外，能夠實現(xiàn)電路裝置整體的緊湊化。

(實施例3)

圖6示出本發(fā)明的實施例3的電平上升移位電路的結構例。如圖6所示，在實施例3的電平上升移位電路中，在2個串聯(lián)電路之間，除了設置電容器C1以外，還設置頻率特性與電容器C1不同的電容器C2。

這樣，通過使用多個頻率特性不同的電容器，相比于如實施例1那樣僅追加1個電容器C1的情況，能夠加寬使阻抗降低的頻率區(qū)域，能夠提高抑制誤動作的效果。

圖7示出電容器的頻率特性和dV/dt噪聲頻率區(qū)域的關系。一般，作為在電平移位電路中為了電容耦合而使用的電容器，優(yōu)選使用具有在產生dV/dt噪聲的頻率區(qū)域(dV/dt噪聲頻率區(qū)域)中阻抗變低的電容值的電容器。

圖8示出追加多個不同的電容器的情況下的頻率特性和dV/dt噪聲頻率區(qū)域的關系。在圖8中，示出了在分別單體地使用頻率特性不同的電容器C5以及C10的情況下和在使用電容器C5以及C10的合成電容的情況下的頻率特性與dV/dt噪聲頻率區(qū)域的關系。

如圖8所示，在分別單體地使用頻率特性不同的電容器C5以及C10的情況下，如果提高頻率，則以電容器的自共振頻率為界，阻抗從減少傾向(電容器特性)變化為增加傾向(電感特性)。因此，阻抗變低的范圍未完全覆蓋dV/dt噪聲頻率區(qū)域，所以有無法充分地應對dV/dt噪聲的情況。

相對于此，在使用電容器C5以及C10的合成電容的情況下，能夠在2個自共振頻率之間降低阻抗。因此，相比于單體地使用1個電容器的情況，能夠將在dV/dt噪聲頻率區(qū)域中阻抗變低的范圍確保得更寬，所以能夠更好地應對dV/dt噪聲。

此處，在實施例3中，示出了在2個串聯(lián)電路之間設置2個電容器C1以及C2的結構，但能夠在電平移位電路之間設置2個以上的電容器。另外，在實施例3中，示出了在電平上升移位電路中在2個串聯(lián)電路之間設置2個電容器C1以及C2的結構，但本結構還能夠應用于電平下降移位電路。