CN116094312A - 一种用于igbt驱动芯片的输入降压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于信号链电源噪声抑制技术领域，提供一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，包括：电阻降压电路，用于接入输入电压信号并对输入电压信号进行降压处理，以输出与输入成一定比例的电压信号；电流抵消电路，与电阻降压电路连接，用于采样电阻降压电路中的电流，并将采样后的电流输入信号端以抵消分压电阻的电流，实现高阻抗输入。本发明为了提高电路抗电源干扰能力，减小误差来源，芯片使用时外部会接uf/nF级别的滤波电容，利用此电容设计了一种高电源抑制的输入降压电路，采用电阻直接分压，同时增加了补偿电路以抵消电阻抽取的电流，实现输入高阻抗的功能，利用外部电容滤除大部分电源干扰，提升PSR，并且不会抽取输出电流。

Description

一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路
技术领域
本发明涉及信号链电源噪声抑制技术领域，特别是涉及一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路。
背景技术
当需要将外部电压分压后供给后续内部电路使用，此外部电压由内部电流灌入外部电阻、二极管或者其它原件产生，如图2所示，此电流需要全部流出到外部器件，所以内部分压电路不能抽取电流。通常做法是将一个运放接成单位增益缓冲器，后接一组分压电阻RA/RB来实现，但是为了输入范围较大，输出的结构通常为共源极p型mos管，这种结构电源抑制比很难做高，通常PSR最差点在-20dB左右，要提高电源抑制比需要增大片内滤波电阻电容，这需要较大面积成本，占用电压裕度。同时，这样设计会引入运放的失调误差，增加***的误差来源。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，能够解决上述问题。
本发明提供的技术方案如下：
在一些实施方式中，本发明提供一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，包括：
电阻降压电路，用于接入输入电压信号并对所述输入电压信号进行降压处理，以输出与输入成一定比例的电压信号；
电流抵消电路，与所述电阻降压电路连接，用于采样所述电阻降压电路中的电流，并将采样后的电流输入信号端以抵消分压电阻的电流，实现高阻抗输入。
在一些实施方式中，所述电阻降压电路，包括：第一分压电阻、第二分压电阻；
第一分压电阻，与输入电压信号的输入端、所述电流抵消电路、所述第二分压电阻连接；所述第二分压电阻，与所述电流抵消电路、所述输入电压信号的输入端连接，用于对所述输入电压信号进行分压。
在一些实施方式中，所述电流抵消电路，包括：
电流钳位子电路，与所述电阻降压电路连接，用于使得所述电阻降压电路的两路输出电流信号相等；
电流复制子电路，与所述电流钳位子电路连接，用于复制所述输出电流信号。
在一些实施方式中，所述电流钳位子电路，包括：
运算放大器、第三电阻；所述运算放大器的反相输入端与所述第一分压电阻、所述第二分压电阻连接；所述运算放大器的同相输入端与所述第三电阻、所述电流复制子电路连接；所述运算放大器的输出端与所述电流复制子电路连接。
在一些实施方式中，当输入电压信号接入所述第一分压电阻和所述第二分压电阻，在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共节点处得到分压之后的输出电压信号，所述分压之后的输出电压信号与所述输入电压信号成一定比例，所述分压之后的输出电压信号为：IN*RB/(RA+RB)；
其中，IN为输入电压信号；RB为所述第二分压电阻的电阻值，RA为所述第一分压电阻的电阻值；
通过所述运算放大器使得镜像的所述第三电阻的电压和所述第二分压电阻的两端电压一致。
在一些实施方式中，所述电流复制子电路包括：第一电流镜、第二电流镜；
所述第一电流镜，与所述运算放大器，所述第二电流镜，所述第一分压电阻连接；
所述第二电流镜，与所述运算放大器、所述第三电阻连接。
在一些实施方式中，通过所述第一电流镜和所述第二电流镜将所述第一分压电阻和所述第三电阻的电流复制到输出端，使得IX=IRC=IRA，所述第一分压电阻的电流IRA等于所述第一电流镜的电流IX。
本发明提供的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路至少具有以下有益效果：
本发明为了提高电路抗电源干扰能力，减小误差来源，芯片使用时外部会接uf/nF级别的滤波电容，利用此电容设计了一种高电源抑制的输入降压电路，采用电阻直接分压，同时增加了补偿电路以抵消电阻抽取的电流，这样可以利用外部电容滤除大部分电源干扰，提升PSR，并且不会抽取输出电流。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明中一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路第一个实施例的示意图；
图2是现有技术中的输入降压电路的的示意图；
图3是本发明中一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路第二个实施例的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在一个实施例中，本发明提供一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，包括：
电阻降压电路100，用于接入输入电压信号并对所述输入电压信号进行降压处理，以输出与输入成一定比例的电压信号。
具体的，如图3所示，电阻降压电路与外部器件连接，外部器件包括uf/nF级别的滤波电容、和电阻RL。通过接入直接在节点IN接入外部电压源作为输入信号，或者，输入降压电路的内部电流IDC流经外部电阻RL在节点IN产生输入信号。
电流抵消电路200，与所述电阻降压电路连接，用于采样所述电阻降压电路中的电流，并将采样后的电流输入信号端以抵消分压电阻的电流，实现高阻抗输入。
本发明为了提高电路抗电源干扰能力，减小误差来源，芯片使用时外部会接uf/nF级别的滤波电容，利用此电容设计了一种高电源抑制的输入降压电路，采用电阻直接分压，同时增加了补偿电路以抵消电阻抽取的电流，这样可以利用外部电容滤除大部分电源干扰，提升PSR，并且不会抽取输出电流。
在一个实施例中，所述电阻降压电路，包括：
第一分压电阻、第二分压电阻；
第一分压电阻，与输入电压信号的输入端、所述电流抵消电路、所述第二分压电阻连接；所述第二分压电阻，与所述电流抵消电路、所述输入电压信号的输入端连接，用于对所述输入电压信号进行分压。
示例性的，如图3所示，电阻降压电路包括两个输入电阻：RA和RB，即第一分压电阻RA和第二分压电阻RB。
第一分压电阻为RA，与输入电压信号的输入端、所述电流抵消电路、所述第二分压电阻RB连接；
所述第二分压电阻RB，与所述电流抵消电路、所述输入电压信号的输入端连接。
在一个实施例中，所述电流抵消电路，包括：
电流钳位子电路，与所述电阻降压电路连接，用于使得所述电阻降压电路的两路输出电流信号相等；
电流复制子电路，与所述电流钳位子电路连接，用于复制所述输出电流信号。
在一个实施例中，所述电流钳位子电路，包括：
运算放大器、第三电阻；所述运算放大器的反相输入端与所述第一分压电阻、所述第二分压电阻连接；所述运算放大器的同相输入端与所述第三电阻、所述电流复制子电路连接；所述运算放大器的输出端与所述电流复制子电路连接。
示例性的，如图3所示，运算放大器为OPA，所述运算放大器OPA的反相输入端（-）与所述第一分压电阻RA、所述第二分压电阻RB连接。
所述运算放大器OPA的同相输入端（+）与所述第三电阻RC、所述电流复制子电路连接。
所述运算放大器OPA的输出端与所述电流复制子电路连接。
在一个实施例中，当输入电压信号接入所述第一分压电阻和所述第二分压电阻，在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共节点处得到分压之后的输出电压信号，所述分压之后的输出电压信号与所述输入电压信号成一定比例，所述分压之后的输出电压信号为：IN*RB/(RA+RB)；
其中，IN为输入电压信号；RB为所述第二分压电阻的电阻值，RA为所述第一分压电阻的电阻值；
通过所述运算放大器使得镜像的所述第三电阻的电压和所述第二分压电阻的两端电压一致，以复制所述第一分压电阻和所述第二分压电阻上的电流，使得IRC=IRA；
其中，IRC为所述第三电阻的电流，IRA为所述第一分压电阻的电流。
在一个实施例中，所述电流复制子电路包括：第一电流镜、第二电流镜；
所述第一电流镜，与所述运算放大器，所述第二电流镜，所述第一分压电阻连接；
所述第二电流镜，与所述运算放大器、所述第三电阻连接。
示例性的，如图3所示，所述第一电流镜X，与所述运算放大器OPA，所述第二电流镜Y，所述第一分压电阻RA连接。
所述第二电流镜Y，与所述运算放大器OPA、所述第三电阻RC连接。
在本实施例中，本发明中电路结构的本质目的是实现一个高输入阻抗的理想缓冲电路，即在信号端输入电压，内部不会抽取电流,等效为输入阻抗无穷大。信号对于输入电阻上的电流不是简单的复制，应当是采样和抵消，以实现输入零电流，达到高阻输入的目的。本结构通过电阻RC、放大器OPA、Y实现对电阻RB上的电流采样，使得电阻RC的电流能动态跟踪电阻RB上的电流，通过X对Y的电流复制流出至电阻，实现对电阻上电流的抵消。
其中，电阻RA和RB的作用是对输入高摆幅电压的幅度降低，供给内部低压电路模块使用。
示例性的，如图3所示，电流复制子电路包括电流镜X和Y，其作用是复制电流副本。
电压钳位子电路包括运放OPA和电阻RC，其作用是利用运放特性使得电阻RC上的电压等于电阻RB上的电压，电阻RC和电阻RB相等，那么流过电阻RC和电阻RC的电流相等，电流值等于I=V/R。
在一个实施例中，通过所述第一电流镜和所述第二电流镜将所述第一分压电阻和所述第三电阻的电流复制到输出端，使得IX=IRC=IRA，所述第一分压电阻的电流IRA等于所述第一电流镜的电流IX。
本发明为了提高电路抗电源干扰能力，减小误差来源，芯片使用时外部会接uf/nF级别的滤波电容，利用此电容设计了一种高电源抑制的输入降压电路，采用电阻直接分压，同时增加了补偿电路以抵消电阻抽取的电流，这样可以利用外部电容滤除大部分电源干扰，提升PSR，并且不会抽取输出电流。
在一个实施例中，本发明提供一种电路主体结构包含电流镜X和Y，运算放大器OPA，分压电阻RA/RB，镜像电阻RC。
电流镜是一种电路块，其功能是通过复制输出端子中的电流来产生流入或流出输入端子的电流的副本，可以产生成比例的电流副本。
在本实施例中，电路的工作原理是：
内部电流IDC流经外部电阻RL在节点IN产生输入信号，或者直接在节点IN接入外部电压源作为输入信号。
输入信号直接接入内部分压电阻RA和RB，如此在节点OUT处得到分压之后的输出电压，OUT电压为输入电压IN的一定比例，即RB/(RA+RB)，但是电阻RA和RB会抽取电流IRA，这就需要内部补偿一路电流，否则IRA将来自IDC中的电流或者外部电流，所以内部做了电流抵消电路。
内部电路通过运放OPA钳位环路使得镜像电阻RC电压和分压电阻RB两端电压一致，如此便复制了输入电阻RA/RB上的电流，使得IRC=IRA。因为电阻RC和RB的电压一致，当RC=RB时，他们的电流I=V/R就是一致的(V和R均相等)，然后RB和RA是一个路径上的，因此RB和RA的电流一致，所以RA和RC电流一致。再通过电流镜X和Y将电流复制到输出，使得IX=IRC=IRA，如此输入电阻上的电流IRA等于内部电流镜X的电流IX，不会抽取额外电流，达到补偿的效果。
由于外部电容C的存在，节点IN能吸收大部分电源波动注入的电流(来自IDC和电流镜X)，维持输出电压稳定，仿真结果最差点约为-50dB（仿真条件与图1结构一致，包括外部负载），同时输出的分压信号直接通过分压电阻RA和RB得到，不会引入额外误差。
通过电流抵消电路，消除分压电阻对电流IDC(或者外部电流)的抽取，通过外部电容对电源扰动进行抑制。
在本实施例中，仿真结果为直接仿真的结果，其中，外部负载电容为1nF，外部电阻为12.5kΩ。外部负载电容作为储能元件，在有电流流入时电压不会突变，会是一个缓慢的变化过程，所以抑制了电源波动对IN电压的影响。
电流抵消电路，消除分压电阻对电流IDC(或者外部电流)的抽取，通过外部电容对电源扰动的抑制。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的***，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，包括：
电阻降压电路，用于接入输入电压信号并对所述输入电压信号进行降压处理，以输出与输入成一定比例的电压信号；
电流抵消电路，与所述电阻降压电路连接，用于采样所述电阻降压电路中的电流，并将采样后的电流输入信号端以抵消分压电阻的电流，实现高阻抗输入。
2.根据权利要求1所述的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，所述电阻降压电路，包括：第一分压电阻、第二分压电阻；
第一分压电阻，与输入电压信号的输入端、所述电流抵消电路、所述第二分压电阻连接；所述第二分压电阻，与所述电流抵消电路、所述输入电压信号的输入端连接，用于对所述输入电压信号进行分压。
3.根据权利要求2所述的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，所述电流抵消电路，包括：
电流钳位子电路，与所述电阻降压电路连接，用于使得所述电阻降压电路的两路输出电流信号相等；
电流复制子电路，与所述电流钳位子电路连接，用于复制所述输出电流信号。
4.根据权利要求3所述的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，所述电流钳位子电路，包括：
运算放大器、第三电阻；所述运算放大器的反相输入端与所述第一分压电阻、所述第二分压电阻连接；所述运算放大器的同相输入端与所述第三电阻、所述电流复制子电路连接；所述运算放大器的输出端与所述电流复制子电路连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，
当输入电压信号接入所述第一分压电阻和所述第二分压电阻，在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共节点处得到分压之后的输出电压信号，所述分压之后的输出电压信号与所述输入电压信号成一定比例，所述分压之后的输出电压信号为：IN*RB/(RA+RB)；
其中，IN为输入电压信号；RB为所述第二分压电阻的电阻值，RA为所述第一分压电阻的电阻值；
通过所述运算放大器使得镜像的所述第三电阻的电压和所述第二分压电阻的两端电压一致。
6.根据权利要求5所述的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，所述电流复制子电路包括：第一电流镜、第二电流镜；
所述第一电流镜，与所述运算放大器，所述第二电流镜，所述第一分压电阻连接；
所述第二电流镜，与所述运算放大器、所述第三电阻连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于IGBT驱动芯片的输入降压电路，其特征在于，
通过所述第一电流镜和所述第二电流镜将所述第一分压电阻和所述第三电阻的电流复制到输出端，使得IX=IRC=IRA，所述第一分压电阻的电流IRA等于所述第一电流镜的电流IX。
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