[发明专利]用于IGBT栅极驱动芯片的LDMOS电平移位dv/dt噪声抑制电路

说明书

本发明提供一种用于IGBT栅极驱动芯片的LDMOS电平移位dv/dt噪声抑制电路，其中该IGBT栅极驱动芯片包括低压侧窄脉冲产生模块、LDMOS电平移位模块和输出驱动模块，且该输出驱动模块的输出端通过一栅极电阻与一待驱动的IGBT的栅极相连，其特征在于，该噪声抑制电路包括：电压检测电路，其输入端接所述IGBT的栅极；下拉电路，其输入端接所述电压检测电路的输出端；RS触发器，其R端接所述下拉电路的第一输出端，S端接所述下拉电路的第二输出端，Q端接所述输出驱动模块的输入端。本发明利用dv/dt噪声和IGBT栅极电压之间存在的特定关系，通过检测IGBT栅极电压的变化区间实现对dv/dt噪声的滤除。

技术领域

本发明涉及高压功率集成电路领域，尤其涉及一种用于IGBT栅极驱动芯片的LDMOS电平移位dv/dt噪声抑制电路。

背景技术

在节能减排、绿色环保和智能控制越来越流行的背景下，电力电子技术在各领域的发展中都起到了不可替代的作用。高压功率集成电路的应用越来越广泛，其主要应用在汽车电子、电机驱动、显示IC、音频集成电路、和开关电源等领域。功率器件在功率集成电路中极其重要，随着半导体技术的发展，IGBT成为主要的功率输出器件。IGBT结合了BJT和MOSFET的优点，具有开关速度快、耐压高、承受电流大、热稳定性好等特点，被广泛使用在大功率应用场合。而IGBT栅极驱动芯片如何更好地驱动IGBT成为了电路能够稳定可靠运行的关键。

在IGBT栅极驱动芯片中，均需要高压电平移位电路来实现电平的转换，而高压电平移位电路的好坏将直接影响芯片的性能，是高压集成电路中最核心的部分。现有主要的高压电平移位电路共有四种，其中LDMOS高压电平移位电路成本低，可靠性较高，对封装没有特殊要求，便于集成，因而应用最广泛。在高压栅极驱动芯片的工作过程中，伴随着半桥拓扑高端IGBT管的开启和关断，容易产生dv/dt噪声，而该dv/dt噪声会造成驱动电路的误触发，导致芯片高端驱动输出异常。

目前常用的dv/dt噪声抑制技术按照抑制原理主要分为两种：第一种是脉冲滤波技术，即，利用RC延时网络滤除dv/dt噪声信号。然而，为了保证芯片的正常工作，要求脉冲滤波器能滤除掉的脉冲宽度小于LDMOS栅极输入的窄脉冲信号的宽度。因此，脉冲滤波技术能够滤除的脉冲宽度是有限的，其只能滤除宽度较窄的噪声；此外脉冲滤波器电路是栅极驱动芯片传输延时的主要来源之一，脉冲滤波器能滤除的脉冲宽度越宽，则传输延时越大。第二种是共模噪声抑制技术，即，利用双脉冲LDMOS电平移位电路的dv/dt噪声具有共模信号的特点，有相同的波形和持续时间，而正常信号相对于两条信号传输路径是差模信号，可以有效区分正常信号和dv/dt噪声信号，从而滤除噪声。然而，应该理解，该方法对电路失配敏感，并且不能用于滤除单LDMOS电平移位电路的dv/dt噪声。

图1示出了传统采用脉冲滤波技术抑制LDMOS电平移位dv/dt噪声的方案。如图1所示，IGBT栅极驱动芯片包括低压侧窄脉冲产生模块1、LDMOS电平移位模块2、脉冲滤波模块3和输出驱动模块4，且该输出驱动模块4与外围半桥拓扑高端的IGBT管Q1的栅极相连。其中，低压侧窄脉冲产生模块1在输入的PWM波的上升沿和下降沿分别产生两个窄脉冲信号，以减小LDMOS电平移位模块2的损耗；LDMOS电平移位模块2将低压侧信号传输到高压侧；脉冲滤波模块3用以滤除LDMOS电平移位dv/dt噪声；输出驱动模块4可以增加芯片的输出驱动能力。在此，噪声的产生过程如下：当半桥拓扑电路高端的IGBT开启，高端浮动地VS从0开始升高到母线电压HV，高端浮动电源端VB随着高端浮动地VS的升高也同时升高，高端浮动电源端VB的变化在电平移位LDMOS模块的源漏极寄生电容C_DS上产生电流，该电流在电阻R1、R2上产生压降，从而形成noise信号。当噪声宽度较宽而不能被脉冲滤波器完全滤除时，噪声信号会触发RS触发器，从而产生一个误触发信号，导致输出波形错误。

发明内容