一种用于开关变换器的电平位移电路的制作方法

本发明属于开关电源，具体地说是一种用于开关变换器的电平位移电路。

背景技术：

1、在开关变换器中，电平位移（level shift）电路是一种重要的组成部分，它主要用于解决不同电压域之间的信号电平转换问题，而且作为驱动逻辑链上重要的一环，其工作频率需与功率管保持一致。由于驱动逻辑链先进入高电源轨再进入低电源轨，电平位移电路分为电平上移（level up）电路和电平下移（level down）电路，电平上移电路将控制信号传输到高压侧，电平下移电路将pwm比较器的输出脉冲传输到低压侧。

2、为了保证整体电路的高速可靠地工作，电平位移电路应具备如下特点：

3、（1）尽可能快速地将待传输的电平转移到其他电源轨用于电路控制；

4、（2）应当具备足够的抗干扰能力，各个关键节点在dv/dt阶段应当存在有源的低阻通路连接到电源轨电位，在稳态阶段应当形成锁存结构防止电路误翻转；

5、（3）在状态切换阶段存在较大的瞬态电流用于各个节点切换电位时的充放电，在状态切换完成后应当只存在静态泄露电流，降低电路功耗。

6、在当前的技术文献中，虽然存在多种电路架构以实现电平位移功能，但大多数研究及创新聚焦于电平上移电路的设计与优化，而对于电平下移电路的关注则相对不足。电平下移电路的设计要求与电平上移电路存在显著差异，这就要求对其进行针对性的优化设计。

7、目前，电平下移电路常见的设计可以采取简单的电阻分压网络形式，该形式通过仅使用两个电阻器即可实现信号电压的降低，但是这种设计在效率方面往往表现不佳，且可能不足以提供必要的电流驱动能力。或者，采用专门的电平位移芯片的设计能够提供更高效且更精确的电平转换，同时，通常也具备更优良的电气隔离特性，但是这种设计集成电路的集成度较低，而且成本较高。在集成电路设计领域，存在多种实现电平下移的电路方案。例如，通过将两个电源电压不同的反相器结合成一个简单的电平下移电路，虽然这种实现方式在操作上极为简单，但是存在在高电源电压下无法使用的局限性。在常规的高压工艺中，如果将高电源电压连接到mosfet的栅极，可能会导致高压mosfet损坏，从而使得电平下移电路无法正常运作。另一种方法是反转使用电平上移电路，即交换高低压电源的位置来实现电平位移，但使用这种方法，存在改进型电平上移电路不支持直接电源位置交换，以及经典电平上移电路不适用于高电源电压等难题。因此，设计一种专门的电平下移电路以满足特定的设计需求显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的，是要提供一种用于开关变换器的电平位移电路，能够在高压环境下运行，实现电平从高压域到低压域的转换，具备高速、低功耗和抗干扰的特性。

2、本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

3、一种用于开关变换器的电平位移电路，包括电压采样模块和电平下移模块，电压采样模块包括采样输入单元、提速单元和采样输出单元，电平下移单元包括电平输入单元、电压限制单元、抗干扰单元和电平输出单元，采样输入单元的输入端与开关变换器中上功率管的栅极连接，采样输入单元的输出端分别与提速单元的输入端和采样输出单元的输入端连接，提速单元的输出端和采样输出单元的输出端均与电平输入单元的输入端连接，电平输入单元的输出端分别与电压限制模块、抗干扰模块和电平输出单元的输入端连接；电压采样模块和电平输入单元工作在高电源轨，电压限制单元、抗干扰单元和电平输出单元工作在低电源轨。

4、作为限定：采样输入单元包括第一pmos管和第一nmos管，提速单元包括第一电压缓冲器、第一电容、第一电阻和第二pmos管，采样输出单元包括第三pmos管、第四pmos管和第二nmos管；第一pmos管的栅极和第一nmos管的栅极均与开关变换器中上功率管的栅极连接，第一pmos管的源极连接电压bst，第一pmos管的漏极分别与第一电压缓冲器的输入端、第三pmos管的栅极、第二nmos管的栅极和第一nmos管的漏极连接，第一nmos管的源极分别与第二nmos管的源极和电平输入单元的控制端连接，第三pmos管的源极连接电压bst，第三pmos管的漏极与第四pmos管的源极连接，第四pmos管的漏极分别连接第二pmos管的漏极、电平输入单元的输入端和第二nmos管的漏极，第四pmpos管的栅极连接电压pbias，第一电压缓冲器的输出端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端分别与第一电阻的一端和第二pmos管的栅极连接，第一电阻的另一端和第二pmos管的源极均连接电压bst。

5、作为进一步限定：电平输入单元包括第一高压pmos管，电压限制单元包括第五pmos管和第三nmos管，抗干扰单元包括单向延迟反向电路、第四nmos管和第二电阻，电平输出单元包括第二电压缓冲器和第三电阻；采样输入单元的输出端与第一高压pmos管的栅极连接，提速单元和采样输出单元的输出端均与第一高压pmos管的源极连接，第一高压pmos管的漏极分别与第五pmos管的漏极、第三nmos管的漏极、第二电阻的一端、第二电压缓冲器的输入端和第三电阻的一端连接，第五pmos管的栅极和源极均连接内部电源电压vdd，第三nmos管的栅极连接电压nbias，第三nmos管的源极接地，第二电阻的另一端与第四nmos管的漏极连接，第四nmos管的源极接地，第四nmos管的栅极与单向延迟反向电路的输出端连接，单向延迟反向电路的输入端连接nbias电压，第二电压缓冲器的输出端与第三电阻的另一端连接输出电平信号。

6、作为再进一步限定：单向延迟反向电路包括第六pmos管、第五nmos管、第四电阻和第二电容，第六pmos管的栅极和第五nmos管的栅极连接nbias电压，第六pmos管的源极连接内部电源电压vdd，第六pmos管的漏极分别与第四电阻的一端、第二电容的一端和第四nmos管的栅极连接，第四电阻的另一端与第五nmos管的漏极连接，第五nmos管的源极和第二电容的另一端均接地。

7、本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：

8、（1）本发明提供的一种用于开关变换器的电平位移电路，通过一个电压采样模块对开关变换器中上功率管栅极信号进行采样，并输出到电平下移模块，能够将开关变换器中上功率管的状态信号准确反映到后级电路，且不影响上功率管的驱动能力；从高电源轨到低电源轨的电平位移时间低于2ns，电平位移速率快；静态电流仅2μa，功耗较低；由于功率管栅极信号的特殊性，使用了一个电压采样模块避免影响上功率管的状态，占用面积很小，集成度高；

9、（2）本发明提供的一种用于开关变换器的电平位移电路，其中，第一电压缓冲器、第一电容、第一电阻和第二pmos管相互配合，起到了提升电平位移速率的作用；第四pmos管和其输入的偏置电压pbias一起限制了第三pmos管输出的最大电流，避免发生电压bst直接与地导通的情况；电压nbias控制第三nmos管提前导通，保证了第三nmos管、第五pmos管和第一高压pmos管连接节点处的初始电位为0，同时，电压nbias的电位相对较低，流过第三nmos管的电流非常小，降低了功耗；单向延迟反向电路仅在电压nbias由0变高时输出一个延时的反相信号，提高了抗干扰能力，电压nbias由高变低时，没有延时，提升了输入电压从高到低时的电平位移速度；第二电压缓冲器和第三电阻起到正反馈的作用，提升了电平位移的速度。

10、本发明适用于高压域到低压域的电平转换。