基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路

技术领域

本发明涉及高侧驱动电路，尤其涉及基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路。

背景技术

在半桥驱动电路中，传统的高侧驱动电路一般采用两个高压LDMOS功率晶体管来实现电平转换，如图1所示。为了降低开启LDMOS功率晶体管的功耗，输入低压信号首先通过窄脉冲产生电路进行变换，将输入信号的上升沿与下降沿转化为两个占空比极低的窄脉冲信号。当两个窄脉冲波形周期性的开启两个LDMOS功率晶体管后，高侧驱动电路中的RS触发器可以恢复最初输入端的逻辑信号，进而再通过多级第一反相器组成的驱动放大电路进行功率放大。图2所示为传统高侧驱动电路的仿真波形，输入信号IN为低压(相对于高侧VB)周期性方波，经窄脉冲产生电路转化为两路窄脉冲波形Von与Voff，分别对应输入信号IN的上升沿与下降沿，这里的窄脉冲信号仍旧为低压逻辑信号。低压窄脉冲信号Von与Voff分别周期性的开启两个LDMOS功率晶体管，进而在两个LDMOS的漏极产生两个负的窄脉冲VA1与VA2，这两个负窄脉冲的高电平等于高压VB。两个负的窄脉冲VA1与VA2依次经滤波器滤除脉冲尖峰噪声得到VB1与VB2，由于滤波的因素，VB1与VB2的负脉宽略小于VA1与VA2。最终，VB1与VB2经RS触发器恢复输入信号IN的波形，再经驱动放大输出OUT信号。

传统高侧驱动电路采用两个LDMOS功率晶体管来进行信号转换，一般具有可靠性高、转换信号保真度高等特点。然而，在部分半桥电路应用场景中，有时并不需要对输入信号的脉宽进行大范围调制，因此需要提供一种简化的高侧驱动电路，以适应不需要对输入信号的脉宽进行大范围调制的应用场景。

发明内容

本发明提供的基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，以解决现有技术中高侧驱动电路不能够针对不需要对输入信号的脉宽进行大范围调制的问题，电路结构简单，能源消耗低。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，包括上升沿窄脉冲产生电路、电平移位电路、滤波电路、T触发器、倍频电路、AND门、驱动电路、高压偏置端口、输出端口和高压浮动地端口；所述电平移位电路包括LDMOS功率晶体管、第零电阻和多个齐纳二极管；所述LDMOS功率晶体管的栅极连接所述上升沿窄脉冲产生电路的输出端；所述LDMOS功率晶体管的源极接地；所述第零电阻的一端与所述LDMOS功率晶体管的漏极连接，所述第零电阻的另一端与所述高压偏置端口连接；多个所述齐纳二极管同向串联构成钳位电路；所述钳位电路与所述第零电阻并联；位于所述钳位电路中一端的所述齐纳二极管的阳极连接所述LDMOS功率晶体管的漏极，位于所述钳位电路中另一端的所述齐纳二极管的阴极连接所述高压偏置端口；所述滤波电路的输入端连接所述LDMOS功率晶体管的漏极；所述滤波电路的输出端连接所述T触发器的CP端；所述所述T触发器的输出端连接所述倍频电路的输入端；所述倍频电路的输出端连接所述AND门的一个输入端口；所述AND门的输出端连接所述驱动电路的输入端；所述驱动电路的输出端连接所述输出端口；

其中，所述T触发器的T端与所述AND门的另一个输入端口连接所述高压偏置端口；

所述滤波电路、所述欠压保护电路、所述T触发器、所述倍频电路、所述AND门、所述驱动电路均分别接高压偏置端口和高压浮动地端口。

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，优选地，还包括欠压保护电路；所述T触发器的T端与所述AND门的另一个输入端口通过所述欠压保护电路连接所述高压偏置端口。

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，优选地，所述上升沿窄脉冲产生电路包括若干第一支电路和NOR门；所述第一支电路包括第一反相器、第一电阻和第一电容；所述第一反相器的输出端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；所述第一支电路的输入端为所述第一反相器的输入端，所述第一支电路的输出端为所述第一电阻的另一端；若干所述第一支电路同向串联构成总第一支电路；所述总第一支电路的输入端与所述NOR门的一个输入端连接构成所述上升沿窄脉冲产生电路的输入端；所述总第一支电路的输出端与所述NOR门的另一个输入端连接；所述NOR门的输出端构成所述上升沿窄脉冲产生电路的输出端。

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，优选地，所述上升沿窄脉冲产生电路还包括偶数个第三反相器；全部所述第三反相器同向串联，并与所述总第一支电路串联；所述总第一支电路的输入端通过所述第三反相器与所述NOR门的一个输入端连接；所述第三反相器与所述总第一支电路串联；所述第三反相器的输入端与所述总第一支电路的输出端连接；所述第三反相器的输出端与所述NOR门的一个输入端连接。

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，优选地，所述上升沿窄脉冲产生电路还包括第四反相器；所述NOR门的输出端与所述第四反相器的输入端连接；所述第四反相器的输出端构成所述上升沿窄脉冲产生电路的输出端。

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，优选地，所述倍频电路包括若干第二支路、XOR门和奇数个第六反相器；所述第二支电路包括第二反相器、第二电阻和第二电容；所述第二反相器的输出端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端所述高压浮动地端口连接；所述第二支电路的输入端为所述第二反相器的输入端，所述第二支电路的输出端为所述第二电阻的另一端；若干所述第二支电路同向串联构成总第二支电路；所述总第二支电路的输入端与所述XOR门的一个输入端连接构成所述倍频电路的输入端；所述XOR门的输出端构成所述倍频电路的输出端；全部所述第三反相器同向串联，并与所述总第二支电路串联；所述总第二支电路的输入端通过所述第六反相器与所述XOR门的一个输入端连接；所述第六反相器与所述总第一支电路串联；所述第六反相器的输入端与所述总第二支电路的输出端连接；所述第六反相器的输出端与所述XOR门的一个输入端连接。

本发明提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，优选地，所述倍频电路还包括第五反相器；所述XOR门的输出端与所述第五反相器的输入端连接；所述第五反相器的输出端构成所述倍频电路的输出端。

本发明具有如下优点：

本发明通过在高侧驱动电路中设计固定的输出信号脉宽，仅通过调节输入信号的周期来实现对输出信号占空比的调制，同时利用倍频原理来实现高低压信号转换，使高侧驱动电路大大简化。本发明基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路减少了一个LDMOS功率晶体管的面积，电路首先对输入信号进行降频，然后再通过高压侧的RC倍频电路实现固定脉宽信号的倍频，整个过程没有增加单路LDMOS功率晶体管的开关频率，有效的降低了高侧电平移位电路的功耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是传统高侧驱动电路原理图；

图2传统高侧驱动电路仿真波形；

图3本发明提供的基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路原理图；

图4本发明提供的基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路仿真波形一；

图5本发明提供的基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路仿真波形二；

图6本发明提供的上升沿窄脉冲产生电路模块原理图；

图7本发明提供的倍频电路模块原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。

如图3所示，本发明实施例1提供的一种基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路，包括上升沿窄脉冲产生电路1、电平移位电路2、滤波电路3、T触发器4、倍频电路5、AND门6、驱动电路7、高压偏置端口8、输出端口9和高压浮动地端口0；电平移位电路2包括LDMOS功率晶体管21、第零电阻22和多个齐纳二极管23；LDMOS功率晶体管21的栅极连接上升沿窄脉冲产生电路1的输出端；LDMOS功率晶体管21的源极接地；第零电阻22的一端与LDMOS功率晶体管21的漏极连接，第零电阻22的另一端与高压偏置端口8连接；多个齐纳二极管23同向串联构成钳位电路；钳位电路与第零电阻22并联；位于钳位电路中一端的齐纳二极管23的阳极连接LDMOS功率晶体管21的漏极，位于钳位电路中另一端的齐纳二极管23的阴极连接高压偏置端口8；滤波电路3的输入端连接LDMOS功率晶体管21的漏极；滤波电路的输出端连接T触发器4的CP端；T触发器4的输出端连接倍频电路5的输入端；倍频电路5的输出端连接AND门6的一个输入端口；AND门6的输出端连接驱动电路7的输入端；驱动电路7的输出端连接输出端口9；其中，T触发器4的T端与AND门6的另一个输入端口连接高压偏置端口8；滤波电路3、T触发器4、倍频电路5、AND门6、驱动电路7均分别接高压偏置端口8和高压浮动地端口0。

本实施例中还包括欠压保护电路50；T触发器4的T端与AND门6的另一个输入端口通过欠压保护电路50连接高压偏置端口8。

如图6所示，本实施例中的上升沿窄脉冲产生电路1包括若干第一支电路11和NOR门12；第一支电路11包括第一反相器111、第一电阻112和第一电容113；第一反相器111的输出端与第一电阻112的一端连接，第一电阻112的另一端与第一电容113的一端连接，第一电容113的另一端接地；第一支电路11的输入端为第一反相器111的输入端，第一支电路11的输出端为第一电阻112的另一端；若干第一支电路11同向串联构成总第一支电路；总第一支电路的输入端与NOR门12的一个输入端连接构成上升沿窄脉冲产生电路1的输入端；NOR门12的输出端构成上升沿窄脉冲产生电路1的输出端。上升沿窄脉冲产生电路1还包括两个第三反相器13；两个第三反相器13同向串联，并与总第一支电路串联；总第一支电路的输入端通过第三反相器13与NOR门12的一个输入端连接；第三反相器13与总第一支电路串联；第三反相器13的输入端与总第一支电路的输出端连接；第三反相器13的输出端与NOR门12的一个输入端连接。上升沿窄脉冲产生电路1还包括第四反相器14；NOR门12的输出端与第四反相器14的输入端连接；第四反相器14的输出端构成上升沿窄脉冲产生电路1的输出端。

本实施例中的倍频电路5包括若干第二支路51、XOR门52和奇数个第六反相器54；第二支电路51包括第二反相器511、第二电阻512和第二电容513；第二反相器511的输出端与第二电阻512的一端连接，第二电阻512的另一端与第二电容513的一端连接，第二电容的513另一端连接高压浮动地端口0；第二支电路51的输入端为第二反相器511的输入端，第二支电路51的输出端为第二电阻512的另一端；若干第二支电路51同向串联构成总第二支电路；总第二支电路的输入端与XOR门52的一个输入端连接构成倍频电路5的输入端；XOR门的52输出端构成倍频电路5的输出端。倍频电路5还包括第五反相器53；XOR门52的输出端与第五反相器53的输入端连接；第五反相器53的输出端构成倍频电路5的输出端。；总第二支电路的输入端通过第六反相器54与XOR门52的一个输入端连接；第六反相器54与总第一支电路串联；第六反相器54的输入端与总第二支电路的输出端连接；第六反相器54的输出端与XOR门52的一个输入端连接。

本发明实施例1工作时，仿真波形图如图4所示，周期性方波经输入端口IN输入，经上升沿窄脉冲产生电路1转化为窄脉冲V

在固定倍频电路5中的RC延时后，输出信号单位周期内的脉宽亦得到固定，可以通过调节输入信号IN的周期改变输出HO的占空比。

欠压保护主要通过欠压保护电路50、T触发器4与AND门6来实现，欠压保护电路50的输出VUP分别接T触发器5的T端口与AND门6的一个端口。如图5所示，正常工作条件下，VUP恒定处于高电平，为T触发器5提供初始状态，同时使能AND门6可以让VR2通过。当发生欠压时，VUP从高电平转换为低电平，T触发器4的T端口被置位低电平，同时AND门6被锁定，VR2无法有效通过AND门6，输出恒定为低电平。

综上所述，本发明通过在高侧驱动电路中设计固定的输出信号脉宽，仅通过调节输入信号的周期来实现对输出信号占空比的调制，同时利用倍频原理来实现高低压信号转换，使高侧驱动电路大大简化。本发明基于倍频原理的低功耗高侧驱动电路减少了一个LDMOS功率晶体管的面积，电路首先对输入信号进行降频，然后再通过高压侧的RC倍频电路实现固定脉宽信号的倍频，整个过程没有增加单路LDMOS功率晶体管的开关频率，有效的降低了高侧电平移位电路的功耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。