[发明专利]用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路

说明书

本发明公开了一种用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，该电路包括：输入接收电路、X级前后级联的共模可调放大电路CM1～CMX、高灵敏度共模可调放大电路CMN、输出整形电路和共模自适应调整电路。本发明所提供的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，一方面，可自动检测地电位共模瞬态噪声的大小，并在噪声超过阈值时对共模瞬态噪声产生的误差进行动态补偿。另一方面，输出整形电路进一步采用RC低通滤波和施密特触发器组合滤波，以滤除高频噪声的影响，从而产生稳定数据输出。本发明可以广泛应用于各类高压绝缘隔离栅驱动芯片和数据隔离器中。

技术领域

本发明涉及一种用于高压栅驱动芯片的高共模瞬态抑制差分信号接收电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求系统装备在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。新一代电力电子整机系统对其内部高压栅驱动芯片的可靠性、速度、智能化提出了更高的需求，从而进一步提高整机可靠性，并降低整机系统设计复杂度。高压栅驱动芯片作为系统信号处理部分和执行部分的桥梁，将高压功率器件与控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在一起，需要在功率集成技术就是需要在有限的芯片面积上实现高低压兼容、高性能、高效率与高可靠性。

图1示出了电力电子应用系统中最常用的一种高压栅驱动芯片，该电路为典型高压半桥栅驱动芯片及应用系统电路框图。典型半桥驱动电路分为高侧和低侧两路通道驱动电路，高侧驱动电路采用自举升压的方式实现信号传输控制，两路低压输入HI和LI，分别进入高侧和低侧两路通道。在低侧LI输入高电平期间，LO输出高电平，开关ML导通，开关节点(SW)被下拉至地，输入电源电压为VCC，高侧电路电源电压为VDD(HB点电压)，通过自举二极管给自举电容充电使得自举电容两端电压差接近VCC。当高侧HI输入高电平期间，HO输出高电平，高侧管MH开启，开关节点电压上升至VH，即SW上升至VH。由于自举电容两端电压不变，故HB点电压＝自举电压VHB被自举到SW+VCC。高侧电路始终保持电源电压VHB–SW≈VCC，SW在0和VH之间摆动，导致高侧电路电源电压VDD和衬底电位存在巨大的波动，产生非常严重的共模噪声。由于高/低侧输出电压最大值之间存在VH的压差，芯片内部产生高/低侧输出信号的电路之间必须进行高压隔离；此外，高压和低压区电路之间还必须进行信号连接，因此芯片内必须有负责隔离区两侧之间信号传输功能的隔离区信号传输模块；图1中高压隔离信号传输模块00即为完成上述2大核心功能的电路模块。

由于功率半导体器件的应用场景存在很大差异，VH电压可以从40V跨度到6500V，电流从几安培跨度到上百安培，开关频率从几KHz跨度到几MHz，不同的应用场景对于栅驱动IC的性能和成本要求完全不同。VH大小直接决定了芯片内部高/低侧信号电路之间的电气隔离等级，而在芯片内部实现不同等级的电气隔离功能模块，所需要采用的电路器件技术和成本质量等级存在较大差异。用于栅驱动IC的高压电气隔离技术主要有单片集成隔离技术和物理绝缘隔离技术两大类。其中，单片集成的隔离技术主要为PN结隔离技术，PN结隔离技术常用于实现650V以下的单片集成栅驱动IC产品；物理绝缘隔离技术将高低压信号处理电路在物理空间上隔离开，可实现超过6500V的超高压电气隔离，但是该技术实现栅驱动IC产品必须采用芯片组封装集成，具体实现时可采用变压器、电容或光电耦合进行高低压电路之间隔离区的信号传输。