一种电平移位器与半桥转换电路

本技术涉及集成电路，具体而言，涉及一种电平移位器与半桥转换电路。

背景技术：

1、随着第三代半导体的广泛应用，氮化镓功率器件因其独特的性能优势(低导通电阻、低栅极电荷、高功率密度等)使其更适用于高开关频率操作的电源转换系统，成为硅基功率器件最理想的替代者之一。

2、电平移位器作为半桥转换电路中的重要电路模块，能够将以地gnd为基准的输入信号转换为以相对浮动地(或称开关节点电压)vsw为基准的驱动信号，从而控制高侧功率管的导通与关断。然而，高开关频率操作会使得功率管的开关节点电压vsw在极短时间内上升或下降。对于氮化镓功率器件来说，vsw的变化率(即dvsw/dt)会更快，通常在100v/ns及以上，带来高瞬态噪声干扰信号，从而产生共模电流，这直接影响了电平移位器的可靠性。

3、综上，如何提高电平移位器的共模瞬态抗扰度，确保高侧功率管正确工作，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电平移位器与半桥转换电路，以提高电平移位器的共模瞬态抗扰度，确保高侧功率管正确工作。

2、为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、一方面，本技术实施例提供了一种电平移位器，所述电平移位器包括输入级模块、共模电流阻断模块和输出级模块；所述输入级模块的输入端用于接收以地信号为基准的输入信号，所述输入级模块的第一端口和第二端口分别与所述共模电流阻断模块的第一输入端和第二输入端连接，所述共模电流阻断模块的第一输出端和第二输出端分别与所述输出级模块的第一输入端和第二输入端连接，所述输出级模块的第一输出端与高侧功率管的控制端连接。

4、当所述电平移位器处于正常工作状态时，所述输入级模块用于对输入信号的上升沿与下降沿进行检测，当检测到上升沿时产生流经第一端口的第一差模电流，当检测到下降沿时产生流经第二端口的第二差模电流；其中，上升沿和下降沿交替出现；当所述电平移位器处于噪声干扰状态时，共模电流同时流经所述输入级模块的第一端口和第二端口。

5、所述共模电流阻断模块用于在第一差模电流的作用下，通过第一输出端输出第一驱动信号，以控制高侧功率管导通；并用于在第二差模电流的作用下，通过第一输出端输出第二驱动信号，以控制高侧功率管关断；所述共模电流阻断模块还用于阻断共模电流。其中，第一驱动信号和第二驱动信号均以相对浮动地信号为基准，且第一驱动信号的电平高于第二驱动信号的电平。

6、所述输出级模块用于对所述共模电流阻断模块的第一输出端输出的第一驱动信号或第二驱动信号进行锁存，并输出至高侧功率管的控制端。

7、进一步地，所述共模电流阻断模块包括控制单元、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜、第四电流镜、第五电流镜和第六电流镜。第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜、第四电流镜的第一输入端和第二输入端均与浮动电压源连接，第五电流镜和第六电流镜的第一输出端、第二输出端和第三输出端均与相对浮动地连接。

8、控制单元的第一控制端分别与第二电流镜的控制端和第二电流镜的第一输出端连接，控制单元的第二控制端分别与第一电流镜的控制端和第一电流镜的第一输出端连接，控制单元的第一输入端与第一电流镜的第二输出端连接，控制单元的第二输入端与第二电流镜的第二输出端连接，控制单元的第一输出端与第五电流镜的第一输入端连接，控制单元的第二输出端与第六电流镜的第一输入端连接。

9、第一电流镜的第一输出端还与所述输入级模块的第一端口连接，第二电流镜的第一输出端还与所述输入级模块的第二端口连接。

10、第五电流镜的第二输入端与第三电流镜的第一输出端连接，第五电流镜的第三输入端与第四电流镜的第一输出端相连作为所述共模电流阻断模块的第二输出端；第六电流镜的第二输入端与第三电流镜的第二输出端相连作为所述共模电流阻断模块的第一输出端，第六电流镜的第三输入端与第四电流镜的第二输出端连接。

11、当第一差模电流流经所述输入级模块的第一端口时，第一电流镜导通，第二电流镜关断，以使控制单元控制第五电流镜导通，第六电流镜关断，第三电流镜导通和第四电流镜关断，所述共模电流阻断模块的第一输出端的电压被第三电流镜上拉至第一驱动信号，所述共模电流阻断模块的第二输出端的电压被第五电流镜下拉至第二驱动信号。

12、当第二差模电流流经所述输入级模块的第二端口时，第一电流镜关断，第二电流镜导通，以使控制单元控制第五电流镜关断，第六电流镜导通，第三电流镜关断和第四电流镜导通，所述共模电流阻断模块的第一输出端的电压被第六电流镜下第二驱动信号，所述共模电流阻断模块的第二输出端的电压被第四电流镜上拉至第一驱动信号。

13、当共模电流同时流经所述输入级模块的第一端口和第二端口时，控制单元控制第五电流镜和第六电流镜均关断，所述共模电流阻断模块的第一输出端和第二输出端均无信号输出。

14、进一步地，所述控制单元包括第一nmos管和第二nmos管。第一nmos管的栅极为所述控制单元的第一控制端，第一nmos管的漏极为所述控制单元的第一输入端，第一nmos管的源极为所述控制单元的第一输出端；第二nmos管的栅极为所述控制单元的第二控制端，第二nmos管的漏极为所述控制单元的第二输入端，第二nmos管的源极为所述控制单元的第二输出端。

15、当第一差模电流流经所述输入级模块的第一端口时，第一电流镜导通以使第二nmos管关断，第二电流镜关断以使第一nmos管导通。

16、当第二差模电流流经所述输入级模块的第二端口时，第一电流镜关断以使第二nmos管导通，第二电流镜导通以使第一nmos管关断。

17、当共模电流同时流经所述输入级模块的第一端口和第二端口时，第一nmos管和第二nmos管均关断。

18、进一步地，所述第一电流镜包括第一pmos管、第二pmos管和第一电阻，第一pmos管的源极、第二pmos管的源极、第一电阻的一端均与浮动电压源连接，第一电阻的另一端与第一pmos管的栅极连接；所述输入级模块的第一端口分别与第一pmos管的漏极、第一pmos管的栅极、第二pmos管的栅极、第二nmos管的栅极连接；第二pmos管的漏极与第一nmos管的漏极连接。

19、所述第二电流镜包括第三pmos管、第四pmos管和第二电阻，第三pmos管的源极、第四pmos管的源极、第二电阻的一端均与浮动电压源连接，第二电阻的另一端与第三pmos管的栅极连接；所述输入级模块的第二端口分别与第三pmos管的漏极、第三pmos管的栅极、第四pmos管的栅极、第一nmos管的栅极连接；第四pmos管的漏极与第二nmos管的漏极连接。

20、所述第三电流镜包括第五pmos管和第六pmos管，第五pmos管的源极和第六pmos管的源极均与浮动电压源连接；第五pmos管的漏极与第五电流镜的第二输入端连接，第六pmos管的漏极与第六电流镜的第二输入端相连作为所述共模电流阻断模块的第一输出端；第六pmos管的栅极分别与第五pmos管的栅极和第五pmos管的漏极连接。

21、所述第四电流镜包括第七pmos管和第八pmos管，第七pmos管的源极和第八pmos管的源极均与浮动电压源连接；第七pmos管的漏极与第五电流镜的第三输入端相连作为所述共模电流阻断模块的第二输出端，第八pmos管的漏极与第六电流镜的第三输入端连接。第七pmos管的栅极分别与第八pmos管的栅极和第八pmos管的漏极连接。

22、进一步地，所述第五电流镜包括第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管和第三电阻。第三nmos管的源极、第四nmos管的源极、第五nmos管的源极、第三电阻的一端均与相对浮动地连接，第三电阻的另一端与第三nmos管的栅极连接。

23、第一nmos管的源极分别与第三nmos管的漏极、第三nmos管的栅极、第四nmos管的栅极、第五nmos管的栅极连接；第四nmos管的漏极分别与第五pmos管的漏极、第五pmos管的栅极和第六pmos管的栅极连接，第五nmos管的漏极与第七pmos管的漏极相连作为所述共模电流阻断模块的第二输出端。

24、进一步地，所述第六电流镜包括第六nmos管、第七nmos管、第八nmos管和第四电阻。第六nmos管的源极、第七nmos管的源极、第八nmos管的源极、第四电阻的一端均与相对浮动地连接，第四电阻的另一端与第六nmos管的栅极连接。

25、第二nmos管的源极分别与第六nmos管的漏极、第六nmos管的栅极、第七nmos管的栅极、第八nmos管的栅极连接；第七nmos管的漏极与第六pmos管的漏极相连作为所述共模电流阻断模块的第一输出端，第八nmos管的漏极分别与第八pmos管的漏极、第八pmos管的栅极和第七pmos管的栅极连接。

26、进一步地，所述输入级模块包括脉冲触发器、第一高压nmos管和第二高压nmos管。所述脉冲触发器的输入端用于接收输入信号，所述脉冲触发器的第一输出端与所述第一高压nmos管的栅极连接，所述脉冲触发器的第二输出端与所述第二高压nmos管的栅极连接；所述第一高压nmos管的源极和所述第二高压nmos管的源极均接地，所述第一高压nmos管的漏极和所述第二高压nmos管的漏极分别与所述共模电流阻断模块的第一输入端和第二输入端连接。

27、所述脉冲触发器用于根据所述输入信号的上升沿输出第一脉冲信号，以使所述第一高压nmos管导通，产生流经所述第一高压nmos管的漏极至源极的第一差模电流；所述脉冲触发器还用于根据所述输入信号的下降沿输出第二脉冲信号，以使所述第二高压nmos管导通，产生流经所述第二高压nmos管的漏极至源极的第二差模电流。

28、进一步地，所述输出级模块包括锁存器和缓冲单元，所述锁存器的第一输入端和第二输入端分别与所述共模电流阻断模块的第一输出端和第二输出端连接，所述锁存器的第一输出端和第二输出端分别与所述缓冲单元的第一输入端和第二输入端连接，所述缓冲单元的第一输出端与所述高侧功率管的控制端连接。

29、进一步地，所述锁存器包括第一反相器和第二反相器，所述缓冲单元包括第三反相器和第四反相器。所述第一反相器的输入端分别与共模电流阻断模块的第一输出端、第二反相器的输出端和第四反相器的输入端连接，所述第一反相器的输出端分别与第三反相器的输入端、第二反相器的输入端和共模电流阻断模块的第二输出端连接；所述第三反相器的输出端与所述高侧功率管的控制端连接，所述第四反相器的输出端浮空。

30、另一方面，本技术实施例还提供了一种半桥转换电路，所述半桥转换电路包括如前述实施方式任一项所述的电平移位器。

31、相对现有技术，本技术具有以下有益效果：

32、本技术提供了一种电平移位器与半桥转换电路，电平移位器包括输入级模块、共模电流阻断模块和输出级模块。当电平移位器处于正常工作状态时，输入级模块用于对输入信号的上升沿与下降沿进行检测，当检测到上升沿时产生流经第一端口的第一差模电流，当检测到下降沿时产生流经第二端口的第二差模电流。当电平移位器处于噪声干扰状态时，共模电流同时流经输入级模块的第一端口和第二端口。

33、共模电流阻断模块用于在第一差模电流的作用下，通过第一输出端输出第一驱动信号，以控制高侧功率管导通；并用于在第二差模电流的作用下，通过第一输出端输出第二驱动信号，以控制高侧功率管关断；共模电流阻断模块还用于阻断共模电流。其中，第一驱动信号和第二驱动信号均以相对浮动地信号为基准，且第一驱动信号的电平高于第二驱动信号的电平。

34、输出级模块用于对共模电流阻断模块的第一输出端输出的第一驱动信号或第二驱动信号进行锁存，并输出至高侧功率管的控制端。

35、由于开关节点电压vsw在快速上升或下降期间会带来高瞬态噪声干扰，从而产生共模电流。电平移位器在接收到输入信号的上升沿时会产生第一差模电流，在接收到输入信号的下降沿时会产生第二差模电流。通过共模电流阻断模块一方面能够阻断共模电流，另一方面能够确保第一差模电流或第二差模电流正确通过，从而实现对共模瞬态抗扰度的显著提升，不会影响电平移位器的正常输出，确保高侧功率管正确工作，具有高可靠性、高速的特点。

36、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。