DE10226066A1

DE10226066A1 - Pegelverschiebungsumkehrschaltung und Leistungshalbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE10226066A1
Application number: DE10226066A
Authority: DE
Inventors: Shouichi Orita; Yoshikazu Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP2003032102A; DE10226066B4; KR100432327B1; JP4319362B2; US6498738B1; KR20030006984A; US20030012040A1

Abstract

Eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung von niedrigen Kosten und hervorragender Betriebssicherheit wird bereitgestellt, bei der kein Pch-DMOS-Transistor zum Einsatz kommt und die zusammen mit einer Pegelverschiebungsschaltung auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet wird. Ein hochspannungsseitiges Eingangsspannungssignal (VIN) wird durch eine Spannungs-Strom-Wandlerschaltung (CV1) und eine Stromquelle (CS1) in ein Stromsignal umgewandelt. Unter Verwendung eines Nch-DMOS-Transistors (ND1) eines gemeinsamen Gate-Schaltungsaufbaus als Hochspannungsdurchbruchwiderstand wird das Signal dann zur Niederspannungsseite übertragen, auf der das Stromsignal durch eine Stromquelle (CS2) und eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung (CV1) in ein Stromsignal umgewandelt wird. Dadurch kann die Signalveränderung des Signals (VIN) unter Verwendung des Potentials (HGND) als Bezugspotential als eine Signalveränderung des Signals (VOUT) ausgegeben werden, das das Potential (GND) als Bezugspotential verwendet.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung zum Umwandeln eines hochspannungsseitigen Spannungssignals in ein niederspannungsseitiges Spannungssignal, welches in einer Leistungshalbleitervorrichtung zum Einsatz kommt.

Beschreibung des Stands der Technik

In einer HVIC (Hochspannungs-IC), bei der zum Beispiel eine Umkehrschaltung, deren Steuerkreis und Schutzschaltung auf einem einzelnen Chip enthalten sind, gibt es im allgemeinen eine Auswerteschaltung zum Identifizieren von Spannungssignalen. Diese Auswerteschaltung erkennt, ob ein von der Norm abweichender Spannungsanstieg in den jeweiligen Schaltungselementen auf der Hochspannungsseite und Niederspannungsseite der Halbbrücke jeder Phase auftritt.

Fig. 6 ist ein Schema, das eine beispielhafte Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung darstellt, die eine Schaltung enthält, um zu erfassen, ob ein von der Norm abweichender Spannungsanstieg in einem Schaltungselement auf der Hochspannungsseite einer einphasigen Halbbrücke auftritt. In dieser Schaltung sind beispielsweise Schaltelemente SW1 und SW2, wie ein IGBT (Isolierschicht-Bipolartransistor) in Reihe geschaltet, und Freilaufdioden D1 und D2 sind einer inversparallelen Verbindung mit den Schaltelementen SW1 bzw. SW2 unterworfen.

Diese Teile bilden eine Halbbrücke für eine Phase. Das Schaltelement SW1 auf der Hochspannungsseite dient als Mehremitter, wobei an eines seiner Ausgangsterminals ein Anschluss eines Parallelwiderstands SH angeschlossen ist. Durch Überwachen des Spannungsabfallwerts im Parallelwiderstand SH kann erfasst werden, ob ein von der Norm abweichender Spannungsanstieg im Schaltelement SW1 auftritt. Der andere Anschluss des Parallelwiderstands SH ist an einen Anschlusspunkt MP der Schaltelemente SW1 und SW2 angeschlossen.

Ein Ausgangssignal eines Spannungsabfalls im Parallelwiderstand SH wird beispielsweise durch eine AD- Wandlerschaltung (analog zu digital) AD in ein digitales Signal umgewandelt und dann in eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS eingegeben. Hierbei bewirkt die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS die Übertragung einer Spannungsabfallssignalveränderung (d. h., VIN-HGND) in dem Parallelwiderstand SH, während sie sein Bezugspotential vom Potential HGND im Anschlusspunkt MP auf Erdpotential GND absenkt, das ein Bezugspotential der anderen Schaltung ist.

Das Potential HGND am Anschlusspunkt MP ist hoch und in einem Schwebezustand. Zum Erfassen von Ausgangssignalen ist es deshalb wünschenswert, dass das Bezugspotential auf das Erdpotential GND abgesenkt wird. Insbesondere im Falle von Mehrphasenschaltungen, wie einer Dreiphasenschaltung, erfasst ein in einer HVIC vorhandener Mikroprozessor ein Ausgangssignal jeder Phase und beurteilt, ob es von der Norm abweicht oder nicht (z. B. wird es als abweichend eingestuft, wenn Spannungsanstiege im Parallelwiderstand in zwei Phasen vorhanden sind). Von daher sollten also alle Bezugspotentiale der Ausgangssignale auf das Erdpotential GND abgesenkt werden, und das ist auch der Grund für das Vorhandensein der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS.

Ein Ausgangssignal der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS (VOUT-GND) wird in eine Signalausgangsschaltung DT zum Erfassen/Stoppen von Abweichungen eingegeben, die gleichwertig mit dem oben erwähnten Mikroprozessor ist. In dieser Schaltung DT wird erfasst, ob es einen von der Norm abweichenden Spannungsabfall am Parallelwiderstand SH in jeder Phase gibt, und wenn ein Abweichen von der Norm festgestellt wird, wird ein Stoppsignal Sc ausgegeben, um den Betrieb des Schaltelements SW1 zu stoppen.

Das Stoppsignal Sc wird über eine Pegelverschiebungsschaltung LS und eine Ausgangsschaltung OU an eine Steuerelektrode des Schaltelements SW1 angelegt. Die Pegelverschiebungsschaltung LS bewirkt die Übertragung des Stoppsignals Sc, während sie ihr Bezugspotential vom Erdpotential GND auf das Potential HGND des Anschlusspunkts MP anhebt. Die Ausgangsschaltung OU bewirkt die Verstärkung des Ausgangs der Pegelverschiebungsschaltung LS.

In der vorstehenden Beschreibung ist es nicht von Bedeutung, ob ein Spannungsabfallausgangssignal am Parallelwiderstand SH durch die AD-Wandlerschaltung AD in ein digitales Signal umgewandelt wird. Wenn beispielsweise die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS oder die Signalausgangsschaltung DT zum Erfassen/Stoppen von Abweichungen Signale eines analogen Eingangs verarbeiten kann, kann die AD-Wandlerschaltung AD entfallen und eine Spannungsabfallsignaländerung direkt in die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS eingegeben werden.

Fig. 7 ist ein Schema, das eine herkömmliche Konfiguration einer Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS darstellt. In einer Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS4 empfängt eine hochspannungsseitige Signalauswerteschaltung HD, die einen Komparator etc. umfasst, ein Eingangssignal VIN und beurteilt, ob der Spannungsabfallwert an einem Parallelwiderstand SH größer ist als ein vorbestimmter Wert. Wenn ersterer größer als zweiterer ist, aktiviert die hochspannungsseitige Signalauswerteschaltung HD einen Ausgang.

Der Ausgang der hochspannungsseitigen Signalauswerteschaltung HD wird über eine Umkehrschaltung IV6 an den Steueranschluss eines Pch-DMOS-Transistors PD1 angelegt (Pch-DMOS: P-channel double -diffusion metal oxide semiconductor). Wird der Ausgang der hochspannungsseitigen Signalauswerteschaltung HD aktiviert, eröffnet der Pch-DMOS- Transistor PD1 den Betriebsstatus, damit Strom zwischen seinem Drain und seiner Source fließt. Jede Schaltung auf der Hochspannungsseite wird durch eine HVCC höheren Potentials gesteuert, das eine Energiequelle V1 aus dem Erdpotential HGND erzeugt.

Da der Pch-DMOS-Transistor PD1 eine hohe Durchbruchspannung und eine Durchbruchspannungskennlinie einer Höhe von mehreren hundert Volt hat, arbeitet er als ein Hochspannungsdurchbruchwiderstand, um eine Pegelverschiebungsumkehr von Signalen zwischen dem Potential HVCC, das hoch ist, und dem Erdpotential GND, das niedrig ist, durchzuführen. Strom, der durch den Pch-DMOS-Transistor PD1 läuft, fließt zu einem Widerstand R5 auf der Niederspannungsseite, auf der der Strom in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Ein Spannungsabfall am Widerstand R5 wird an eine Umkehrschaltung IV7 und eine Ausgangsschaltung OUT übertragen, die einen Verstärker, etc. umfasst, und wird dann als ein Ausgangssignal VOUT ausgegeben. Jede Schaltung auf der Niederspannungsseite wird durch eine VCC höheren Potentials gesteuert, das eine Energiequelle V2 aus dem Erdpotential GND erzeugt.

Auf diese Weise wird der Pch-DMOS-Transistor PD1 in der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS4 genutzt. Vom Gesichtspunkt der Spannungssteuerung zwischen Source und Gate her wird ein Pch-Transistor im allgemeinen in einer Pegelverschiebungsumkehrschaltung genutzt, und ein Nch- Transistor wird in einer Pegelverschiebungsschaltung verwendet. Wenn man dementsprechend eine Pegelverschiebungsschaltung und eine -Pegelverschiebungsumkehrschaltung gemeinsam vorkommen lässt, ist es notwendig, Nch- und Pch-DMOS-Transistoren in einer HVIC auszubilden.

Bei der Herstellung von DMOS-Transistoren ist es jedoch schwierig, beide, also Nch- und Pch-Transistoren, in die HVIC einzubauen und gleichzeitig die Kennlinien, wie beispielsweise die Schwellenwerte beider Transistoren, auf deren jeweilige Sollwerte einzustellen. Es ist insbesondere schwierig, einen Pch-DMOS-Transistor in einem Substrat auszubilden, auf dem bereits ein Nch-DMOS-Transistor vorhanden ist. Von daher ist es wünschenswert, eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung auszubilden, ohne einen Pch-DMOS-Transistor zu verwenden.

Es kann auch in Betracht gezogen werden, eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung unter Verwendung von Optokopplern auszubilden aber ohne DMOS-Transistor. Die Verwendung von Optokopplern erhöht jedoch die Teileanzahl, was die Kosten erhöht und bei hohen Temperaturen zu schlechter Betriebssicherheit führt. Vom Standpunkt der Gesamtanordnung her enthält die Konfiguration vorzugsweise einen elektrisch arbeitenden Transistor.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung, die ein Eingangsspannungssignal unter Verwendung eines ersten Potentials als Bezugspotential in ein Ausgangsspannungssignal unter Verwendung eines zweiten Potentials als Bezugspotential umwandelt, das niedriger ist als das erste Potential, und dann das Ausgangsspannungssignal ausgibt: ein basierend auf dem ersten Potential arbeitendes Spannungs-Strom-Wandlerteil, welches das Eingangsspannungssignal in ein Stromsignal umwandelt, das einem Wert des Eingangsspannungssignals entspricht, dann das Stromsignal ausgibt; einen Nch-MOS- Transistor mit einer Source, an die das zweite Potential über eine Last angelegt wird, einem Drain, der auf das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil anspricht, und einem Gate, an das ein festes Potential angelegt wird; und ein basierend auf dem zweiten Potential arbeitendes Strom-Spannungs-Wandlerteil, das den Strom aus der Source des Nch-MOS-Transistors in ein Spannungssignal umwandelt, das einem Wert des Stroms entspricht, und dann das Spannungssignal als Ausgangsspannungssignal ausgibt.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des ersten Aspekts: eine erste, basierend auf dem ersten Potential arbeitende Stromquelle, die Strom entsprechend dem Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil an den Drain des Nch-DMOS- Transistors ausgibt; und eine zweite, basierend auf dem zweiten Potential arbeitende Stromquelle, welche die Last enthält und ein dem Strom aus der Source des Nch-MOS- Transistors entsprechendes Stromsignal an das Strom- Spannungs-Wandlerteil ausgibt.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist die Pegelverschiebungsumkehrschaltung dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungs-Strom-Wandlerteil einen ersten Widerstand enthält, an den das Eingangsspannungssignal angelegt wird, um ein Stromsignal zu erzeugen; dass die erste Stromquelle eine erste Stromspiegelschaltung enthält, die das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil empfängt und entsprechend dem Stromsignal Strom ausgibt; dass die zweite Stromquelle eine zweite Stromspiegelschaltung enthält, die als Last dient, welche den Strom aus der Source des Nch-MOS- Transistors empfängt und ein dem Strom entsprechendes Stromsignal ausgibt; und dass das Strom-Spannungs- Wandlerteil einen zweiten Widerstand enthält, der das Stromsignal aus der zweiten Stromquelle empfängt, um zur Erzeugung des Ausgangsspannungssignals einen Spannungsabfall hervorzurufen.

Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des dritten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungs-Strom-Wandlerteil darüber hinaus einen Operationsverstärker mit einem negativen Eingangsanschluss und einem positiven Eingangsanschluss enthält, an welche das Eingangsspannungssignal angelegt wird, und einen ersten Transistor mit (a) einer ersten Stromelektrode, (b) einer zweiten Stromelektrode, die sowohl an den negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers als auch einen Anschluss des ersten Widerstands angeschlossen ist, und (c) eine Steuerelektrode, an deren Ausgang der Operationsverstärker angelegt ist, wobei das erste Potential an den anderen Anschluss des ersten Widerstands angelegt ist; dass im Strom-Spannungs-Wandlerteil ein drittes Potential, das um einen festen Wert höher ist als das zweite Potential, an einen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt wird; dass die erste Stromspiegelschaltung einen zweiten Transistor umfasst mit (d) einer ersten Stromelektrode, die an die erste Stromelektrode des ersten Transistors angeschlossen ist, (e) einer zweiten Stromelektrode, an die ein viertes Potential angelegt wird, das um einen festen Wert höher ist als das erste Potential, und (f) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und einen dritten Transistor mit (g) einer ersten Stromelektrode, die an den Drain des Nch-MOS- Transistors angeschlossen ist, (h) einer zweiten Stromelektrode, an die das vierte Potential angelegt wird, und (i) einer an die Steuerelektrode des zweiten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; und dass die zweite Stromspiegelschaltung einen vierten Transistor umfasst mit (j) einer ersten an die Source des Nch-MOS-Transistor angeschlossenen Stromelektrode, (k) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (l) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und einen fünften Transistor mit (m) einer ersten Stromelektrode, die an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angeschlossen ist, (n) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (o) einer an die Steuerelektrode des vierten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode.

Nach einem fünften Aspekt der Erfindung ist, die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des dritten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromquelle darüber hinaus eine dritte Stromspiegelspannung enthält, die basierend auf einem dritten Potential arbeitet, das um einen festen Wert höher ist als das zweite Potential, welche ein Stromsignal aus der zweiten Stromspiegelschaltung empfängt und dann ein Stromsignal entsprechend dem Stromsignal an einen Anschluss des zweiten Widerstands des Strom-Spannungs- Wandlerteils ausgibt; und dass das zweite Potential an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt wird.

Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung, ist die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des fünften Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Sparmungs-Strom-Wandlerteil darüber hinaus einen Operationsverstärker mit einem negativen Eingangsanschluss und einem positiven Eingangsanschluss enthält, an welche das Eingangsspannungssignal angelegt wird, und einen ersten Transistor mit (a) einer ersten Stromelektrode, (b) einer zweiten Stromelektrode, die sowohl an den negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers als auch an einen Anschluss des ersten Widerstands angeschlossen ist, und (c) einer Steuerelektrode, an die ein Ausgang des Operationsverstärkers angelegt wird, wobei das erste Potential an den anderen Anschluss des ersten Widerstands angelegt wird; dass die erste Stromspiegelspannung einen zweiten Transistor umfasst mit (d) einer ersten an die erste Stromelektrode des ersten Transistors angeschlossenen Stromelektrode, (e) einer zweiten Stromelektrode, an die ein viertes Potential angelegt wird, das um einen festen Wert höher ist als das erste Potential, und (f) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und einen dritten Transistor mit (g) einer ersten Stromelektrode, die an den Drain des Nch-MOS-Transistors angeschlossen ist, (h) einer zweiten Stromelektrode, an die das vierte Potential angelegt wird, und (i) einer an die Steuerelektrode des zweiten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; dass die zweite Stromspiegelschaltung einen vierten Transistor umfasst mit (j) einer ersten Stromelektrode, die an die Source des Nch-MOS-Transistors angeschlossen ist, (k) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (1) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und einen fünften Transistor mit (m) einer ersten Stromelektrode, (n) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (o) einer an die Steuerelektrode des vierten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; dass die dritte Stromspiegelschaltung einen sechsten Transistor umfasst mit (p) einer ersten Stromelektrode, die an die erste Stromelektrode des fünften Transistors angeschlossen ist, (q) einer zweiten Stromelektrode, an die das dritte Potential angelegt wird, und (r) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und einen siebten Transistor mit (s) einer ersten Stromelektrode, (t) einer zweiten Stromelektrode, an die das dritte Potential angelegt wird, und (u) einer an die Steuerelektrode des sechsten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; und dass im Strom-Spannungs-Wandlerteil die erste Stromelektrode des siebten Transistors an einen Anschluss des zweiten Widerstands angeschlossen ist, und das zweite Potential an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt wird.

Nach einem siebten Aspekt der Erfindung ist die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des ersten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsspannungssignal ein Pulsdauermodulationssignal (PWM-Signal) ist, und dass sie darüber hinaus ein Integrierglied umfasst, das das Spannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil integriert und das Ergebnis als Ausgangsspannungssignal ausgibt.

Nach einem achten Aspekt der Erfindung umfasst die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des ersten Aspekts darüber hinaus ein Signalausgabeteil, das basierend auf dem Eingangsspannungssignal ein anderes Ausgangsspannungssignal erzeugt und ausgibt, wobei es das erste Potential als Bezugspotential verwendet.

Nach einem neunten Aspekt der Erfindung ist die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des achten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Signalausgabeteil einen RS-Flipflop enthält, der an seinem Solleingangsanschluss das Eingangsspannungssignal empfängt und das erwähnte andere Ausgangsspannungssignal ausgibt.

Nach einem zehnten Aspekt der Erfindung umfasst die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des ersten Aspekts darüber hinaus ein Steuerteil, das den Betrieb des Nch-MOS- Transistors entsprechend einer Änderung im Ausgangsspannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil stoppt.

Nach einem elften Aspekt der Erfindung ist die Pegelverschiebungsumkehrschaltung des zehnten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerteil einen RS- Flipflop enthält, der an seinem Solleingangsanschluss das Ausgangsspannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil empfängt, und einen Schalter, der das zweite Potential an das Gate des Nch-MOS-Transistors anlegt, wenn der RS- Flipflop aktiviert ist.

Nach einem zwölften Aspekt der Erfindung umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach dem ersten Aspekt; in Reihe geschaltete hochspannungsseitige und niederspannungsseitige Schaltelemente; eine Stoppsignal- Ausgabeschaltung, die das Ausgangsspannungssignal der Pegelverschiebungsumkehrschaltung empfängt und ein Stoppsignal ausgibt, um den Betrieb des hochspannungsseitigen Schaltelements zu stoppen, wobei eine Ausgangsspannung des hochspannungsseitigen Schaltelements als Eingangsspannungssignal verwendet wird, das an die Pegelverschiebungsumkehrschaltung angelegt wird.

Bei dem ersten Aspekt der Erfindung ist der Nch-MOS- Transistor vorhanden mit der Source, an die das zweite Potential über die Last angelegt wird, dem Drain, der auf das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil anspricht, und dem Gate, an das das feste Potential angelegt wird. Da der Nch-MOS-Transistor im Gate-Schaltungsaufbau eingesetzt ist, beträgt der Wert der Stromverstärkung zwischen dem Drain und der Source 1, so dass das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil auf der Hochspannungsseite direkt an das Strom-Spannungs-Wandlerteil auf der Niederspannungsseite übertragen werden kann. Dadurch kann eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung ohne Verwendung eines Pch-DMOS-Transistors ausgebildet werden. Selbst wenn deshalb eine Pegelverschiebungsschaltung und eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung gleichzeitig in einem einzelnen HVIC bestehen können, ist es unnötig, zusätzlich zu einem Nch-DMOS-Transistor noch einen Pch-DMOS-Transistor auszubilden, was die Herstellung des HVIC vereinfacht.

Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung kann durch die Anwesenheit der ersten und zweiten Stromquelle der negative Effekt auf die Ausgangsimpedanz des Spannungs-Strom- Wandlerteils und die Eingangsimpedanz des Strom-Spannungs- Wandlerteils verringert werden, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem das Spannungs-Strom-Wandlerteil und das Strom- Spannungs-Wandlerteil direkt an den Nch-MOS-Transistor angeschlossen sind. Dies führt dazu, dass das Ausgangsspannungssignal die Änderung des Eingangsspannungssignals getreu wiedergibt.

Bei dem dritten oder vierten Aspekt der Erfindung enthalten das Spannungs-Strom-Wandlerteil und das Strom- Spannungs-Wandlerteil die Widerstände, und die erste und zweite Stromquelle enthalten die Stromspiegelschaltungen. Deshalb kann eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung leicht unter Verwendung dieser Transistoren und Widerstände ausgebildet werden.

Bei dem fünften oder sechsten Aspekt der Erfindung enthält die zweite Stromquelle darüber hinaus die dritte Stromspiegelschaltung. Der Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung wird an einen Anschluss des zweiten Widerstands des Strom-Spannungs-Wandlerteils angelegt, und das zweite Potential wird an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt. Dies stellt ein Ausgangsspannungssignal bereit, das das zweite Potential als Bezugspotential verwendet.

Bei dem siebten Aspekt der Erfindung ist das Eingangsspannungssignal ein PWM-Signal und es ist ein Integrierglied hinzugefügt. Da das Eingangsspannungssignal eine Pulskette ist, deren Amplitude konstant ist, ist es weniger störanfällig für den Einfluss des Kanallängenmodulationseffekts des Nch-MOS-Transistors. Deshalb ist es möglich, ein Ausgangsspannungssignal abzugeben, das die Signaländerung vor der PWM- Signalmodulation (der Eingangsspannungssignalmodulation) getreuer wiedergibt, indem im Integrierglied ein Spannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil integriert wird.

Bei dem achten oder neunten Aspekt der Erfindung erzeugt und gibt das Signalausgabeteil ein anderes Ausgangsspannungssignal ab, indem es das erste Potential als Bezugspotential verwendet. Dadurch kann solch ein anderes Ausgangsspannungssignal als Steuersignal an die Schaltung angelegt werden, die das erste Potential als Bezugspotential verwendet.

Bei dem zehnten oder elften Aspekt der Erfindung stoppt das Steuerteil den Betrieb des Nch-MOS-Transistors in Übereinstimmung mit einer Änderung des Ausgangsspannungssignals aus dem Strom-Spannungs- Wandlerteil. Deshalb kann der Energieverbrauch gesenkt werden, indem vorgesehen wird, dass das Steuerteil den durch den Nch-MOS-Transistor fließenden Strom stoppt, wenn die Änderung des Ausgangsspannungssignals bei ihm eingeht.

Bei dem zwölften Aspekt der Erfindung stoppt die Stoppsignal-Ausgabeschaltung den Betrieb des hochspannungsseitigen Schaltelements, wenn sie das Ausgangsspannungssignal der Pegelverschiebungsumkehrschaltung empfängt. Dies ermöglicht eine Leistungshalbleitervorrichtung von niedrigen Herstellungskosten und hervorragender Betriebssicherheit.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung von niedrigen Kosten und hervorragender Betriebssicherheit bereitzustellen, indem sie in eine Treiber-IC (eine Pegelverschiebungsschaltung, die eine HVIC enthält) eingebaut wird, ohne dabei einen Pch- DMOS-Transistor zu verwenden.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schema, das eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

die Fig. 2 und 3 sind Schemata, die die Konfiguration der Pegelverschiebungsumkehrschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform ausführlicher darstellen;

Fig. 4 ist ein Schema, das eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt,

Fig. 5 ist ein Schema, das eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform darstellt,

Fig. 6 ist ein Schema, das eine Leistungshalbleitervorrichtung darstellt, die eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung enthält; und

Fig. 7 ist ein Schema, das eine herkömmliche Pegelverschiebungsumkehrschaltung darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Erste bevorzugte Ausführungsform

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zielt darauf ab, eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung zu realisieren, die ein hochspannungsseitiges Eingangsspannungssignal in ein Stromsignal umwandelt und es an die Niederspannungsseite überträgt, indem ein Nch-DMOS- Transistor im Gate-Schaltungsaufbau als Hochspannungsdurchbruchwiderstand verwendet wird, wodurch das Stromsignal in ein Ausgangsspannungssignal umgewandelt wird. Dies ermöglicht eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung, die von niedrigen Kosten und hervorragender Betriebssicherheit ist, ohne einen Pch- DMOS-Transistor zu verwenden.

Fig. 1 ist ein Schema, das die Konfiguration einer Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt. In der Schaltung IS1 wird ein Eingangsspannungssignal VIN, dessen Bezugspotential so hoch ist wie das Potential HGND des Anschlusspunkts MP in Fig. 6, in ein Ausgangsspannungssignal VOUT umgewandelt, dessen Bezugspotential so niedrig ist wie das Erdpotential GND in Fig. 6, und dann wird das Signal VOUT ausgegeben.

Mit Bezug auf Fig. 1 umfasst die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 eine hochspannungsseitige Schaltung, eine Spannungs-Strom- Wandlerschaltung CV1, die ein Eingangsspannungssignal VIN in ein seinem Wert entsprechendes Stromsignal umwandelt und dann das Stromsignal ausgibt, und eine Stromquelle CS1, die entsprechend dem Stromsignal aus der Spannungs-Strom- Wandlerschaltung CV1 Strom abgibt.

Sowohl die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 als auch die Stromquelle CS1 arbeiten basierend auf dem Potential HGND und einem höheren Potential HVCC, das eine Energiequelle V1 aus dem Potential HGND erzeugt.

Ein Nch-DMOS-Transistor ND1 ist in der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 angeordnet. Der von der Stromquelle CS1 abgegebene Strom wird an den Drain des Nch-DMOS-Transistors ND1 angelegt, und ein festes Potential, das eine DC-Vorspannungseinrichtung BI aus dem Erdpotential GND erzeugt, wird an das Gate des Transistors ND1 angelegt.

Darüber hinaus umfasst die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 eine niederspannungsseitige Schaltung, eine Stromquelle CS2, die entsprechend einem Stromsignal aus der Source des Nch-DMOS- Transistors ND1 Strom abgibt, und eine Strom-Spannungs- Wandlerschaltung CV2, die von der Stromquelle CS2 abgegebenen Strom in ein dem Stromwert entsprechendes Spannungssignal umwandelt und dieses dann ausgibt.

Sowohl die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 als auch die Stromquelle CS2 arbeiten basierend auf dem Erdpotential GND und einem höheren Potential VCC, das eine Energiequelle V2 aus dem Erdpotential GND erzeugt.

Die Stromquelle CS2 fungiert auch als eine an die Source des Nch-DMOS-Transistors ND1 angeschlossene Last.

Als nächstes wird der Betrieb der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 beschrieben. Ein Eingangsspannungssignal VIN (ein digitales Signal mit binärem Puls oder ein analoges Signal, das kontinuierlich variiert) wird in der Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 in ein Stromsignal umgewandelt, und das Stromsignal dann über die Stromquelle CS2 an den Nch-DMOS-Transistor angelegt.

Da der Nch-DMOS-Transistor ND1 eine hohe Durchbruchspannung und eine Durchbruchsspannungskennlinie von mehreren hundert Volt besitzt, kann er als Hochspannungsdurchbruchwiderstand fungieren, um Signalpegelumkehrverschiebungen zwischen dem Potential HVCC, das hoch ist, und dem Erdpotential GND, das niedrig ist, vorzunehmen.

Ein festes Potential wird an das Gate des Nch-DMOS- Transistors ND1 angelegt, ein Signal, das variiert, wird aus der Stromquelle CS1 an seinen Drain angelegt, und die Stromquelle CS2 wird als Last an seine Source angeschlossen. Das heißt, der Nch-DMOS-Transistor ND1 ist Teil des Gate- Schaltungsaufbaus. Deshalb beträgt der Wert der Stromverstärkung zwischen Drain und Source 1.

Ein von der Source des Nch-DMOS-Transistors ND1 abgegebenes Stromsignal wird über die Stromquelle CS1 an die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 angelegt. Das Stromsignal wird entsprechend dem Wert des Stromsignals in ein Spannungssignal umgewandelt und dann als Ausgangsspannungssignal VOUT ausgegeben.

Da auf diese Weise der Nch-DMOS-Transistor ND1 als Teil des Gate-Schaltungsaufbaus verwendet wird, kann der Wert der Stromverstärkung zwischen Drain und Source 1 betragen. Als Ergebnis kann das aus der hochspannungsseitigen Spannungs- Strom-Wandlerschaltung CV1 ausgegebene Stromsignal direkt an die niederspannungsseitige Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 übertragen werden. Deshalb kann die Pegelverschiebungsumkehrschaltung ohne einen Pch-DMOS- Transistor zu verwenden ausgebildet werden. Selbst wenn eine Pegelverschiebungsschaltung und eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung gemeinsam in einem einzelnen HVIC vorkommen können, ist es unnötig, zusätzlich zu einem Nch-MOS-Transistor einen Pch-DMOS-Transistor auszubilden, wodurch der HVIC leicht hergestellt werden kann.

Darüber hinaus ist in der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 bzw. Strom- Spannungs-Wandlerschaltung CV2 nicht direkt an den Nch-DMOS- Transistor ND1 angeschlossen, und die Stromquellen CS1 und CS2 sind jeweils dazwischen angeordnet. Dadurch kann der negative Effekt auf die Ausgangsimpedanz der Spannungs- Strom-Wandlerschaltung CV1 und die Eingangsimpedanz der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 verringert werden, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem Schaltungen CV1 und CV2 direkt an den Nch-MOS-Transistor ND1 angeschlossen sind. Dies führt dazu, dass das Ausgangsspannungssignal VOUT eine Änderung des Eingangsspannungssignals VIN getreu wiedergibt.

Die Anwendung der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 in der Leistungshalbleitervorrichtung von Fig. 6 resultiert in einer Leistungshalbleitervorrichtung, die von niedrigen Herstellungskosten und hervorragender Betriebssicherheit ist.

Die Fig. 2 und 3 sind Schemata, die die Konfiguration der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 ausführlicher unter der Annahme darstellen, dass ein Eingangsspannungssignal VIN der Wert des Spannungsabfalls selbst im Parallelwiderstand SH von Fig. 6 ist, nämlich ein analoges Signal.

In einer Pegelverschiebungsunkehrschaltung IS1a von Fig. 2 besteht eine Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 aus einem Operationsverstärker PO1, einem Nch-MOS-Transistor N1, und einem Widerstand R1. Ein Eingangsspannungssignal VIN wird an den positiven Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers OP1 angelegt. Ein Anschluss des Widerstands R1 und die Source des Nch-MOS-Transistors N1 werden gemeinsam an den negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP1 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPI wird an das Gate des Nch-MOS- Transistors N1 angelegt. Das Potential HGND wird an den anderen Anschluss des Widerstands R1 angelegt.

Der Widerstand R1, der Operationsverstärker OP1 und der Nch-MOS-Transistor N1 bilden die sogenannte anziehende Konstantstromschaltung. In der anziehenden Konstantstromschaltung wird ein in den positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP1 einzugebendes Eingangsspannungssignal durch einen imaginären Kurzschluss an den Widerstand R1 angelegt, und eine Änderung des Eingangsspannungssignals VIN wird in ein Stromsignal umgewandelt, das durch den Widerstand R1 läuft. Der Wert des Stromsignals ist proportional zum Wert des Eingangsspannungssignals VIN. Dann wird Strom, der denselben Wert wie dieses Stromsignal hat, aus dem Drain des Nch-MOS- Transistors N1 abgeleitet. Das heißt, die anziehende Konstantstromschaltung fungiert als Spannungs-Strom- Wandlerschaltung.

Die Stromquelle CS1 besteht aus einer Stromspiegelschaltung, die die Pch-MOS-Transistoren P1 und P2 enthält. Bei Empfang eines Stromsignals, das die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 ausgibt, gibt die Stromspiegelschaltung einen Strom ab, der einen dem Stromsignal entsprechenden Wert hat.

Die Stromspiegelschaltung ist beispielsweise wie folgt aufgebaut. Ein Potential HVCC wird gemeinsam an die Sources der Pch-MOS-Transistoren P1 und P2 angelegt. Das Gate des Pch-MOS-Transistors P1 wird an dessen Drain angeschlossen. Der Drain des Nch-MOS-Transistors N1 der Spannungs-Strom- Wandlerschaltung CV1 wird auch an den Drain des Pch-MOS- Transistors P1 angeschlossen. Das Gate des Pch-MOS- Transistors P2 wird an das Gate des Pch-MOS-Transistors P1 angeschlossen. Der Drain des Pch-MOS-Transistors P2 wird an den Drain des Nch-DMOS-Transistors ND1 angeschlossen, wodurch Stromsignale übertragen werden.

Die DC-Vorspannungseinrichtung BI, die ein festes Potential an das Gate des Nch-DMOS-Transistors ND1 anlegt, besteht zum Beispiel aus einer DC-Spannungsquelle V3.

Eine Stromquelle CS2 besteht aus einer Stromspiegelschaltung, die die Nch-MOS-Transistoren N2 und N3 enthält (die als Last des Gate-Schaltungsaufbaus dient) und einer Stromspiegelspannung, die die Pch-MOS-Transistoren P3 und P4 enthält. Die die Nch-MOS-Transistoren N2 und N3 enthaltende Stromspiegelschaltung empfängt ein Stromsignal aus dem Nch-DMOS-Transistor ND1 und gibt dann Strom ab, der einen dem Stromsignal entsprechenden Wert hat. Diese Abgabe wird dann an die die Transistoren P3 und P4 enthaltende Stromspiegelschaltung übertragen, von der dann wiederum Strom abgegeben wird, der einen dieser Abgabe entsprechenden Wert hat.

Die die Transistoren N2 und N3 enthaltende Stromspiegelschaltung ist beispielsweise wie folgt aufgebaut. Ein Potential GND wird gemeinsam an die Sources der Nch-MOS-Transistoren N2 und N3 angelegt. Das Gate des Nch-MOS-Transistor N2 wird an dessen Drain angeschlossen.

Die Source des Nch-DMOS-Transistors ND1 wird auch an den Drain des Nch-MOS-Transistors N2 angeschlossen. Das Gate des Nch-MOS-Transistors N3 wird an das Gate des Nch-MOS- Transistors N2 angeschlossen.

Die die Transistoren P3 und P4 enthaltende Stromspiegelschaltung ist beispielsweise wie folgt aufgebaut. Ein Potential VCC wird gemeinsam an die Sources der Pch-MOS-Transistoren P3 und P4 angelegt. Das Gate des Pch-MOS-Transistors P3 wird an dessen Drain angeschlossen. Der Drain des Nch-MOS-Transistors N3 wird auch an den Drain des Pch-MOS-Transistors P3 angeschlossen. Das Gate des Pch- MOS-Transistors P4 wird an das Gate des Pch-MOS-Transistors P3 angeschlossen. Ein vom Drain des Pch-MOS-Transistors P2 ausgegebenes Stromsignal wird an eine Strom-Spannungs- Wandlerschaltung CV2 angelegt.

Die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 besteht aus einem Widerstand R2. Ein Stromsignal aus der Stromquelle CS2 wird an den Widerstand R2 angelegt und ein Spannungsabfall im Widerstand R2 wird zu einem Ausgangsspannungssignal VOUT.

So kann mit einer derartigen Anordnung, dass die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 und die Strom- Spannungs-Wandlerschaltung CV2 die jeweiligen Widerstände enthalten, und die Stromquellen CS1 und CS2 die jeweiligen Stromspiegelschaltungen enthalten, eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung unter Verwendung dieser Transistoren und Widerstände leicht aufgebaut werden.

Die Schaltung IS1b in Fig. 3 ist eine Abänderung der Schaltung von Fig. 2. Insbesondere ist die die Transistoren P3 und P4 enthaltende Stromspiegelschaltung entfallen, und der die Transistoren N2 und N3 enthaltende Ausgang der Stromspiegelschaltung ist an einen Anschluss des Widerstands R2 angeschlossen, um ein Potential VCC an den anderen Anschluss des Widerstands R2 anzulegen. Obwohl bei dieser Konfiguration ein Ausgangsspannungssignal VOUT zu einem Signal wird, das das Potential VCC als Bezugspotential verwendet, kann die Anzahl an Transistoren gesenkt werden.

Obwohl andererseits bei der Konfiguration von Fig. 2 die Anzahl an Transistoren erhöht ist, kann sie das Ausgangsspannungssignal unter Verwendung des Erdpotentials GND als Bezugspotential bereitstellen.

Die vorstehende Beschreibung erfolgte, indem der Nch- DMOS-Transistor als Beispiel genommen wurde. Alternativ können andere Nch-MOS-Transistoren mit einer hohen Durchbruchspannung verwendet werden, z. B. ein VMOS- Transistor, dessen Gate-Elektrode in einer V-förmigen Rille ausgebildet ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Schaltungskonfigurationen, bei denen das Eingangsspannungssignal VIN ein analoges Signal ist. Wenn zum Beispiel das Eingangsspannungssignal VIN ein digitales Signal ist, kann die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 eine DA- (digital zu analog) Wandlerschaltung enthalten, um ein analoges Spannungssignal an den Widerstand R1 anzulegen.

Zweite bevorzugte Ausführungsform

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform ist eine Modifikation der Pegelverschiebungsumkehrschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform. Unter der Annahme, dass ein Eingangsspannungssignal VIN ein PWM-Signal, also ein Pulsbreitenmodulationssignal ist, wird ein Integrierglied hinzugefügt, das ein Spannungssignal aus der Strom- Spannungs-Wandlerschaltung CV2 integriert und es dann als Ausgangsspannungssignal VOUT ausgibt.

Das Eingangsspannungssignal VIN kann als verschiedene Signale auftreten, wie beispielsweise als digitales Signal, das die AD-Wandlerschaltung AD ausgibt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, oder als analoges Signal, wie es im Hinblick auf die Schaltungen der Fig. 2 und 3 in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist. Die zweite bevorzugte Ausführungsform wird hinsichtlich dessen beschrieben, dass das Eingangsspannungssignal VIN ein PWM- (Pulsbreitenmodulations-)Signal ist, dessen Pulsbreite moduliert wird.

Wenn ein Eingangsspannungssignal VIN ein analoges Signal ist, kann beispielsweise die Schaltung von Fig. 2 oder 3 der ersten bevorzugten Ausführungsform ein Signal abgeben, das eine Signalveränderung des Eingangsspannungssignals VIN gewissermaßen als ein Ausgangsspannungssignal VOUT getreu wiedergibt.

Genaugenommen jedoch kann in Betracht gezogen werden, dass, da die Signalveränderung des Eingangsspannungssignals VIN dem Einfluss des Kanallängenmodulationseffekts des Nch- DMOS-Transistors ND1 unterliegt, die Signalveränderung nicht genau auf das Ausgangsspannungssignal VOUT übertragen werden kann.

Ist andererseits das Eingangsspannungssignal VIN ein PWM-Signal, ist seine Spannungsamplitude konstant und sein Puls hat unterschiedliche Längen. Dadurch ist in der Schaltung von Fig. 2 oder 3 der Wert des durch den Widerstand R1 fließenden Stroms konstant, und die Länge der Zeit, während der der Strom fließt, ist unterschiedlich für unterschiedliche Pulse. Da der Strom einen konstanten Wert hat, ist er in diesem Fall weniger anfällig für die Einflüsse des Kanallängenmodulationseffekts des Nch-DMOS- Transistors ND1.

Auch ist der Wert eines Spannungsabfalls im Widerstand R2 konstant, und es wird ein PWM-Spannungssignal abgegeben, bei dem nur die Länge der Zeit, während der Spannung erzeugt wird, für unterschiedliche Pulse anders ist. Indem ein Integrierglied hinzugefügt wird, das einen Spannungsabfall im Widerstand R2 zeitlich integriert, kann dementsprechend eine Spannungssignalform, die das Integrierglied ausgibt, die Signalveränderung vor der PWM-Signalmodulation getreu wiedergeben.

Bei der Leistungshalbleitervorrichtung von Fig. 6 kann zum Beispiel eine Modulation am PWM-Signal mit einer PWM- Modulationsschaltung anstelle der AD-Wandlerschaltung AD leicht durchgeführt werden.

Fig. 4 ist ein Schema, das die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS2 nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt. In Fig. 4 haben dieselben Teile wie in der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 der ersten Ausführungsform gleiche Bezugszeichen. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS2 erhalten, indem der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 ein Integrierglied IN hinzugefügt wird. Eine bekannte CR-Schaltung oder eine einen Operationsverstärker enthaltende Schaltung kann als Integrierglied IN verwendet werden.

Ansonsten ist die Konfiguration dieselbe wie bei der Pegelverschiebungsumkehrschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform, weshalb deren Beschreibung entfallen kann.

Dritte bevorzugte Ausführungsform

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform ist eine Modifikation der Pegelverschiebungsumkehrschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform. Insbesondere ist ein Signalausgangsteil vorgesehen, das ein anderes Ausgangsspannungssignal unter Verwendung des Potentials HGND als Bezugspotential auf der Hochspannungsseite ausgeben kann. Die Pegelverschiebungsumkehrschaltung dieser Ausführungsform kann auch den Betrieb des Nch-DMOS- Transistors ND1 übereinstimmend mit einer Änderung eines Ausgangsspannungssignals aus der Strom-Spannungs- Wandlerschaltung CV2 stoppen.

Nun wird er Fall betrachtet, dass es bei der Leistungshalbleitervorrichtung von Fig. 6 eine andere Schaltung gibt, die der Abweichungs-Erfassungs-/Stopp- Signalausgangsschaltung DT ähnelt, die unter Verwendung des Potentials HGND auf der Hochspannungsseite als Bezugspotential arbeitet. Sie kann dergestalt angeordnet werden, dass die Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS unter Verwendung des Potentials HGND als Bezugspotential ein neues Ausgangssignal erzeugt und es als Steuersignal an die andere Schaltung anlegt, um das hochspannungsseitige Schaltelement SW1 zu steuern. Beispielsweise kann das Stoppsignal Sc der Abweichungs-Erfassungs-/Stopp-Signalausgangsschaltung DT so angeordnet werden, dass es in die Steuerelektrode des niederspannungsseitigen Schaltelements SW2 eingegeben wird, ohne die Pegelverschiebungsschaltung LS zu durchlaufen. Dazu ist es notwendig, dass in der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS ein neues Ausgangsspannungssignal als hochspannungsseitiges Stoppsignal erzeugt wird, das das hochspannungsseitige Potential HGND als Bezugspotential verwendet.

In der Pegelverschiebungsumkehrschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform lässt der Nch-DMOS-Transistor ND1 es zu, dass Strom während der Zeit weiterfließt, während der das Eingangsspannungssignal VIN eingegeben wird. Wohingegen im Falle der Leistungshalbleitervorrichtung von Fig. 6 zu erwägen ist, dass, wenn einmal eine Abweichung von der Norm erfasst wurde, von diesem Zeitpunkt an kein Strom mehr im Nch-DMOS-Transistor ND1 benötigt wird. In diesem Fall kann der Energieverbrauch durch Vorsehen eines Steuerteils reduziert werden, das keinen Strom mehr durch den Nch-DMOS-Transistor ND1 fließen lässt, wenn es eine Änderung eines Ausgangsspannungssignals VOUT empfängt.

Die dritte bevorzugte Ausführungsform zielt darauf ab, eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung zu realisieren, die diesen Anforderungen gerecht wird.

Fig. 5 ist ein Schema, das eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS3 nach der dritten bevorzugten Ausführungsform darstellt. In Fig. 5 sind dieselben Teile wie in der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS1 der ersten bevorzugten Ausführungsform mit denselben Bezugszahlen versehen.

Mit Bezug auf Fig. 5 gibt es auf der Hochspannungsseite der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS3 Widerstände R3 und R4, die zwischen einem Potential HVCC und einem Potential HGND in Reihe geschaltet sind, und der Spannungswert geteilt durch beide Widerstände in den negativen Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers OP1 eingegeben wird. Das heißt, der Operationsverstärker OP1 wird als Komparator verwendet, der den Spannungswert geteilt durch die Widerstände mit einem Eingangsspannungssignal VIN vergleicht und dann ein Ausgangssignal auslöst, wenn das Eingangsspannungssignal VIN größer ist.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP1 wird über in Reihe geschaltete Umkehrschaltungen IV1 und IV2 an einen Nch-MOS-Transistor N1 übertragen. Hierbei fungiert der Nch-MOS-Transistor N1 als Schalter.

Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich die Funktionen des Operationsverstärkers OP1 und Nch-MOS-Transistors N1 von denjenigen der ersten bevorzugten Ausführungsform, wohingegen die Funktion der Spannungs-Strom-Wandlerschaltung CV1 dieselbe bleibt. Das heißt, es gibt keine Änderung bei der Funktion, ein Eingangsspannungssignal VIN in einem Widerstand R1 in ein Stromsignal umzuwandeln.

Das Ausgangssignal der Umkehrschaltung IV1 wird über eine Umkehrschaltung IV3 in einen Solleingangsanschluss eines RS-Flipflops FF1 unter Verwendung eines Potentials HGND als Bezugspotential eingegeben. Der RS-Flipflop FF1 entspricht dem zu Anfang dieser Ausführungsform beschriebenen Signalausgangsteil, und sein Ausgangsspannungssignal HVOUT entspricht dem erwähnten anderen Ausgangsspannungssignal. Die Verzögerungszeit in jeder der Umkehrschaltungen IV1 und IV3 ist so ausgelegt, dass sie einen für den gewünschten Vorgang geeigneten Wert hat. Ein von außen kommendes Rücksetzsignal Sr1 wird in einen Rücksetzeingangsanschluss des RS-Flipflops FF1 eingegeben.

Dadurch, dass man den RS-Flipflop FF1, nämlich ein Signalausgangsteil, ein Ausgangsspannungssignal HVOUT unter Verwendung des Potentials HVOUT als Bezugspotential erzeugen und abgeben lässt, ist es möglich, das Ausgangsspannungssignal HVOUT als Steuersignal an die Schaltung auszugeben, die unter Verwendung des Potentials HGND als Bezugspotential arbeitet.

Zusätzlich ist auf der Niederspannungsseite der Pegelverschiebungsumkehrschaltung IS3 ein als Schalter dienender Nch-MOS-Transistor N4 zwischen dem Gate des Nch- DMOS-Transistors ND1 und dem Erdpotential GND angeordnet. Durch Steuerung der Gate-Spannung des Transistors N4 wird das Erdpotential GND an das Gate des Nch-DMOS-Transistors ND1 angelegt, um den Strom zu sperren, der durch den Nch- DMOS-Transistor ND1 fließt.

Der RS-Flipflop FF2 ist angeordnet, um die Gate- Spannung des Nch-MOS-Transistors N4 durch seine Ausgabe zu steuern. Ein Ausgangssteuersignal aus einer Strom-Spannungs- Wandlerschaltung CV2 wird in einen Solleingangsanschluss des RS-Flipflops FF2 eingegeben, und ein Rücksetzsignal Sr2 wird in seinen Rücksetzeingangsanschluss eingegeben.

Das Ausgangssignal des RS-Flipflops FF2 wird zu einem Ausgangsspannungssignal VOUT, das dann über die Umkehrschaltungen IV4 und IV5 an das Gate des Nch-MOS- Transistors N4 angelegt wird. Die Verzögerungszeit in jeder der Umkehrschaltungen IV4 und IV5 ist so ausgelegt, dass sie ein für den gewünschten Vorgang geeigneter Wert ist.

Der Nch-MOS-Transistor N4 und der RS-Flipflop FF2 entsprechen dem zu Beginn dieser Ausführungsform beschriebenen Steuerteil und funktionieren so, dass sie den Betrieb des Nch-DMOS-Transistors ND1 übereinstimmend mit einer Veränderung des Ausgangsspannungssignals aus der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung CV2 anhalten. Deshalb kann der Energieverbrauch gesenkt werden, indem vorgesehen wird, dass das Steuerteil keinen Strom mehr durch den Nch-DMOS- Transistor ND1 fließen lässt, wenn es eine Änderung beim Ausgangsspannungssignal VOUT empfängt.

Ansonsten ist die Konfiguration dieselbe wie bei der Pegelverschiebungsumkehrschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform, weshalb deren Beschreibung unterbleiben kann.

Während die Erfindung ausführlich dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen ihren Aspekten illustrativ und nicht einschränkend. Selbstverständlich können zahlreiche Modifikationen und Variationen angedacht werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Pegelverschiebungsumkehrschaltung, die ein Eingangsspannungssignal <VIN> unter Verwendung eines ersten Potentials <HGND> als Bezugspotential in ein Ausgangsspannungssignal <VOUT> unter Verwendung eines zweiten Potentials <GND> als Bezugspotential umwandelt, das niedriger ist als das erste Potential, und dann das Ausgangsspannungssignal ausgibt,
wobei die Pegelverschiebungsumkehrschaltung umfasst:
ein basierend auf dem ersten Potential arbeitendes Spannungs-Strom-Wandlerteil <CV1>, das das Eingangsspannungssignal in ein Stromsignal umwandelt, das einem Wert des Eingangsspannungssignals entspricht, und dann dieses Stromsignal ausgibt;
einen Nch-MOS-Transistor <ND1> mit einer Source, an die das zweite Potential über eine Last <N2> angelegt wird, einem auf das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom- Wandlerteil ansprechenden Drain, und einem Gate, an den ein festes Potential angelegt wird; und
einen basierend auf dem zweiten Potential arbeitenden Strom-Spannungs-Wandlerteil <CV2>, das Strom aus der Source des Nch-MOS-Transistors in ein Spannungssignal umwandelt, das einem Wert des Stroms entspricht, und dann das Spannungssignal als Ausgangsspannungssignal ausgibt.

2. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend:
eine erste, basierend auf dem ersten Potential arbeitende Stromquelle <CS1>, die Strom entsprechend dem Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil an den Drain des Nch-MOS-Transistors ausgibt; und
eine zweite, basierend auf dem zweiten Potential arbeitende Stromquelle <CS2>, welche die Last enthält und ein dem Strom aus der Source des Nch-MOS-Transistors entsprechendes Stromsignal an das Strom-Spannungs- Wandlerteil ausgibt.

3. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 2, bei der das Spannungs-Strom-Wandlerteil einen ersten Widerstand <R1> enthält, an den das Eingangsspannungssignal angelegt wird, um das Stromsignal zu erzeugen;
die erste Stromquelle eine erste Stromspiegelschaltung <P1, P2> enthält, die das Stromsignal aus dem Spannungs-Strom-Wandlerteil empfängt und entsprechend dem Stromsignal Strom abgibt;
die zweite Stromquelle eine zweite Stromspiegelschaltung <N2, N3> enthält, die als Last dient, welche den Strom aus der Source des Nch-MOS- Transistors empfängt und ein dem Strom entsprechendes Stromsignal ausgibt; und
das Strom-Spannungs-Wandlerteil einen zweiten Widerstand <R2> enthält, der das Stromsignal aus der zweiten Stromquelle empfängt, um zur Erzeugung des Ausgangsspannungssignals einen Spannungsabfall hervorzurufen.

4. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 3, bei der das Spannungs-Strom-Wandlerteil darüber hinaus enthält:
einen Operationsverstärker <OP1> mit einem negativen Eingangsanschluss und einem positiven Eingangsanschluss, an welche das Eingangsspannungssignal angelegt wird, und
einen ersten Transistor <N1> mit (a) einer ersten Stromelektrode, (b) einer zweiten Stromelektrode, die sowohl an den negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers als auch an einen Anschluss des ersten Widerstands angeschlossen ist, und (c) einer Steuerelektrode, an die ein Ausgang des Operationsverstärkers angelegt wird,
wobei das erste Potential an den anderen Anschluss des ersten Widerstands angelegt wird;
wobei in dem Strom-Spannungs-Wandlerteil ein drittes Potential <VCC>, das um einen festen Wert höher ist als das zweite Potential, an einen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt wird;
wobei die erste Stromspiegelspännung umfasst:
einen zweiten Transistor <P1> mit (d) einer ersten an die erste Stromelektrode des ersten Transistors angeschlossenen Stromelektrode, (e) einer zweiten Stromelektrode, an die ein viertes Potential <HVGC> angelegt wird, das um einen festen Wert höher ist als das erste Potential, und (f) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und
einen dritten Transistor <P2> mit (g) einer ersten Stromelektrode, die an den Drain des Nch-MOS-Transistors angeschlossen ist, (h) einer zweiten Stromelektrode, an die das vierte Potential angelegt wird, und (i) einer an die Steuerelektrode des zweiten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; und
wobei die zweite Stromspiegelschaltung umfasst
einen vierten Transistor <N2> mit (j) einer ersten Stromelektrode, die an die Source des Nch-MOS-Transistors angeschlossen ist, (k) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (1) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und
einen fünften Transistor <N3> mit (m) einer ersten Stromelektrode, die an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angeschlossen ist, (n) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (o) einer an die Steuerelektrode des vierten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode.

5. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 3, bei der
die zweite Stromquelle darüber hinaus eine dritte Stromspiegelschaltung <P3, P4> enthält, die basierend auf einem dritten Potential <VCC> arbeitet, das um einen festen Wert höher ist als das zweite Potential, wobei die dritte Stromspiegelschaltung ein Stromsignal aus der zweiten Stromspiegelschaltung erhält und ein diesem Stromsignal entsprechendes Stromsignal an einen Anschluss des zweiten Widerstands des Strom-Spannungs- Wandlerteils ausgibt; und
das zweite Potential an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt wird.

6. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 5, bei der
das Spannungs-Strom-Wandlerteil darüber hinaus enthält:
einen Operationsverstärker <OP1> mir einem negativen Eingangsanschluss und
einem positiven Eingangsanschluss, an welche das Eingangsspannungssignal angelegt wird, und einen ersten Transistor <N1> mit (a) einer ersten Stromelektrode, (b) einer zweiten Stromelektrode, die sowohl an den negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers als auch an einen Anschluss des ersten Widerstands angeschlossen ist, und (c) einer Steuerelektrode, an die ein Ausgang des Operationsverstärkers angelegt wird,
wobei das erste Potential an den anderen Anschluss des ersten Widerstands angelegt wird;
wobei die erste Stromspiegelspannung umfasst: einen zweiten Transistor <P1> mit (d) einer ersten an die erste Stromelektrode des ersten Transistors angeschlossenen Stromelektrode, (e) einer zweiten Stromelektrode, an die ein viertes Potential <HVCC> angelegt wird, das um einen festen Wert höher ist als das erste Potential, und (f) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und
einen dritten Transistor <P2> mit (g) einer ersten Stromelektrode, die an den Drain des Nch-MOS-Transistors angeschlossen ist, (h) einer zweiten Stromelektrode, an die das vierte Potential angelegt wird, und (i) einer an die Steuerelektrode des zweiten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode;
wobei die zweite Stromspiegelschaltung umfasst einen vierten Transistor <N2> mit (j) einer ersten Stromelektrode, die an die Source des Nch-MOS-Transistors angeschlossen ist, (k) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (1) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und
einen fünften Transistor <N3> mit (m) einer ersten Stromelektrode, (n) einer zweiten Stromelektrode, an die das zweite Potential angelegt wird, und (o) einer an die Steuerelektrode des vierten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode;
wobei die dritte Stromspiegelschaltung umfasst: einen sechsten Transistor <P3> mit (p) einer ersten Stromelektrode, die an die erste Stromelektrode des fünften Transistors angeschlossen ist, (q) einer zweiten Stromelektrode, an die das dritte Potential <VCC> angelegt wird, und (r) einer an die erste Stromelektrode angeschlossenen Steuerelektrode, und
einen siebten Transistor <P4> mit (s) einer ersten Stromelektrode, (t) einer zweiten Stromelektrode, an die das dritte Potential angelegt wird, und (u) einer an die Steuerelektrode des sechsten Transistors angeschlossenen Steuerelektrode; und
im Strom-Spannungs-Wandlerteil die erste Stromelektrode des siebten Transistors an einen Anschluss des zweiten Widerstands angeschlossen ist, und das zweite . Potential an den anderen Anschluss des zweiten Widerstands angelegt wird.

7. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 1, bei der das Eingangsspannungssignal ein Pulsbreitenmodulationssignal ist, wobei die Pegelverschiebungsumkehrschaltung darüber hinaus umfasst:
ein Integrierglied <IN>, das das von dem Strom- Spannungs-Wandlerteil ausgegebene Spannungssignal integriert und das Ergebnis als Ausgangsspannungssignal ausgibt.

8. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend:
ein Signalausgabeteil <IV1, IV3, FF1>, das basierend auf dem Eingangsspannungssignal ein anderes Ausgangsspannungssignal <HVOUT> unter Verwendung des ersten Potentials als Bezugspotential erzeugt und ausgibt.

9. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 8, bei der das Signalausgabeteil einen RS-Flipflop <FF1> enthält, der an seinem Solleingangsanschluss das Eingangsspannungssignal empfängt und das andere Ausgangsspannungssignal ausgibt.

10. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend:
ein Steuerteil <FF2, IV4, IV5, N4>, das den Betrieb des Nch-MOS-Transistors übereinstimmend mit einer Änderung im Ausgangsspannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil anhält.

11. Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 10, wobei das Steuerteil enthält:
einen RS-Flipflop <FF2>, der an seinem Solleingangsanschluss das Ausgangsspannungssignal aus dem Strom-Spannungs-Wandlerteil empfängt; und
einen Schalter <N4>, der das zweite Potential an das Gate des Nch-MOS-Transistors anlegt, wenn der Ausgang des RS-Flipflop aktiviert ist.

12. Leistungshalbleitervorrichtung, folgendes umfassend:
eine Pegelverschiebungsumkehrschaltung nach Anspruch 1; in Reihe geschaltete Schaltelemente <SW1, SW2> auf einer Hochspannungsseite und einer Niederspannungsseite; und
einer Stoppsignal-Ausgabeschaltung <DT>, die das Ausgangsspannungssignal von der Pegelverschiebungsumkehrschaltung empfängt und ein Stoppsignal ausgibt, um den Betrieb des hochspannungsseitigen Schaltelements zu stoppen;
wobei eine Ausgangsspannung des hochspannungsseitigen Schaltelements als das Eingangsspannungssignal verwendet wird, das an die Pegelverschiebungsumkehrschaltung angelegt wird.