一种防直通保护自适应死区电路及包含该电路的驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种防直通保护自适应死区电路及包含该电路的驱动电路，属于涉及电机及电源应用场合的集成电路的技术领域。驱动电路包括自适应死区电路、高侧通路逻辑电路和低侧通路逻辑电路，自适应死区电路用于检测高低侧输出信号的电平来实现高低侧输出之间的自适应死区时间，显著降低输出功率管类型、寄生电容以及负载条件变化对驱动电路死区时间的影响，具有很强的稳定性即自适应性，且本发明专利技术通过在自适应死区电路的基础上增加窄脉冲防直通控制电路，消除驱动电路在窄脉冲输入情况下可能存在短暂的输出同时为高电平的情况，实现窄脉冲输入防直通保护功能并大大提高自适应死区电路的可靠性和应用频率范围。

An adaptive dead zone circuit preventing direct through protection and driving circuit including the circuit

The invention discloses an anti direct protection adaptive dead zone circuit and a driving circuit including the circuit, which belongs to the technical field of an integrated circuit involving the application of the motor and the power supply. The driving circuit includes adaptive dead zone circuit, high side path logic circuit and low side path logic circuit. Adaptive dead zone circuit is used to detect the level of high and low side output signal to realize adaptive dead time between high and low side output, and significantly reduce output power pipe type, parasitic capacitance and load condition change to drive. The influence of dead time on the circuit has a strong stability and self adaptability. By adding a narrow pulse anti direct control circuit on the basis of the adaptive dead zone circuit, the invention eliminates the short pulse and high level of the drive circuit in the narrow pulse input condition, and realizes the narrow pulse input anti direct pass. The protection function greatly improves the reliability and the application frequency range of the adaptive dead zone circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种防直通保护自适应死区电路及包含该电路的驱动电路
本专利技术公开了一种防直通保护自适应死区电路及包含该电路的驱动电路，属于涉及电机及电源应用场合的集成电路的

技术介绍
单相功率器件栅驱动电路在电机系统和电源系统中应用广泛，其典型应用电路如图1所示，输入一个周期信号，高低侧输出分别连接功率管Q1和Q2的栅极，功率管Q1的漏极连接功率电源VDC，功率管Q1的源极和Q2的漏极互连并连接L1电感，电感L1的另一端连接负载电容CL的一端，负载电容CL的另一端和功率管Q2的源极互连到地，VB和VS之间连接一个自举电容CB，VCC经过一个自举二极管DB连接到VB，VCC连接系统电源。在单相功率器件栅驱动电路中，为了防止高低侧通路输出信号出现同时为高电平、两个功率管同时打开，此时，功率电源和地之间直通，极易烧毁功率器件，通常设计驱动电路时会采用死区电路来规避这种风险。从结构与设计思路上可以将死区电路大体分为两种，第一种是通过对输入信号增加死区来实现高低侧输出信号存在同时为低电平的死区，第二种是通过对高侧和低侧输出信号的电平进行检测，检测信号经过一定延时后分别反馈到低侧和高侧输入级进行逻辑控制，从而自适应控制高低侧通路输出信号之间的死区。在高频应用如电源系统中，通常采用第二种死区电路。在现有的技术中，死区电路有很多不同的结构，不同结构死区电路的共同要求都是防止高低侧输出同时为高电平，避免功率管直通，但现有的死区电路仍存在着一些不足。图2示出了一种采用传统固定死区电路的驱动电路，包括死区时间产生电路001、高侧通路逻辑电路002、低侧通路逻辑电路003和反相器004。其中，高侧通路逻辑电路002包括脉冲产生电路101、电平移位电路102、第一RS触发器103、高侧输出驱动级电路104，低侧通路逻辑电路003包括低侧延时电路105、低侧输出驱动级电路106。死区时间产生电路001的一个输入端和反相器004的输入端接输入信号IN，反相器004输出信号至死区时间产生电路001的另一个输入端，死区时间产生电路001输出HIN信号至脉冲产生电路101的输入端，死区时间产生电路001输出LIN信号至低侧延时电路105的输入端。脉冲产生电路101的两个输出端分别连接电平移位电路102的两个输入端，电平移位电路102的两个输出端分别连接第一RS触发器103的置位输入端和复位输入端，第一RS触发器103的输出端连接高侧输出驱动级电路104的输入端。低侧延时电路105的输出端连接低侧输出驱动级电路106的输入端。采用传统固定死区电路的驱动电路，其工作过程如下：S1）对驱动电路输入信号IN的下升沿延时，将经延时处理的IN与信号或非之后输出LIN；S2）对反相器输出信号的下升沿延时，将经延时处理的与IN或非之后输出HIN；上述死区时间产生的波形如图3所示，LIN的下降沿与HIN的上升沿之间产生一个死区时间DT，HIN的下降沿与LIN的上升沿之间产生死区时间DT，HIN和LIN信号分别经过高侧和低侧通路逻辑电路后输出HO和LO，HO和LO之间存在死区，避免了HO和LO同时为高电平引发高低侧功率管直通以至毁坏器件的情形。然而，这种死区产生方式还存在着很多问题，一方面，死区时间取决于功率开关管栅极上升时间tr、下降时间tf和驱动电路传输延时，随着功率管类型、寄生电容和负载条件的变化，tr和tf会随之改变，死区时间也必须重新设置；另一方面，死区时间内，功率器件的体二极管长时间导通带来额外的功耗。因此，有必要针对上面的缺点对传统固定死区电路进行改进。针对采用传统固定死区电路的驱动电路的不足，图4给出了一种可以根据输出信号自动调整死区时间的自适应死区电路以及包含该自适应死区电路的驱动电路，该驱动电路包括死区时间产生电路001、高侧通路逻辑电路002和低侧通路逻辑电路003。其中，死区时间产生电路001包括反相器004、第一与门005、第二与门006、第一延时电路007、第二延时电路008、第一电平检测电路009、第二电平检测电路010；高侧通路逻辑电路002包括脉冲产生电路101、电平移位电路102、第一RS触发器103、高侧输出驱动级电路104；低侧通路逻辑电路003包括低侧延时电路105、低侧输出驱动级电路106。第一与门005的一个输入端和反相器004的输入端接输入信号IN，反相器004输出信号至第二与门006的一个输入端，第一电平检测电路009的输入端连接低侧输出驱动级电路106的输出端LO，第一电平检测电路009的输出端连接第一延时电路007的输入端，第一延时电路007的输出端LOCK1连接第一与门005的另一个输入端，第二电平检测电路010的输入端连接高侧输出驱动级电路104的输出端HO，第二电平检测电路010的输出端连接第二延时电路008的输入端，第二延时电路008的输出端LOCK2连接第二与门006的另一个输入端。脉冲产生电路101的输入端连接第一与门005的输出端，脉冲产生电路101的两个输出端分别连接电平移位电路102的两个输入端，电平移位电路102的两个输出端分别连接第一RS触发器103的置位输入端和复位输入端，第一RS触发器103的输出端连接高侧输出驱动级电路104的输入端。低侧延时电路105的输入端连接第二与门006的输出端，低侧延时电路105的输出端连接低侧输出驱动级电路106的输入端。采用自适应死区电路的驱动电路，其工作过程如下：S1）当高侧输出信号电平由高电平变为低电平时，第二电平检测电路010输出高电平，经过第二延时电路008后与经过反相器004后的输出信号作为第二与门006的两个输入，使得低侧输出高电平，高侧输出下降沿到低侧输出上升沿之间存在死区DT；S2）当低侧输出信号电平由高电平变为低电平时，第一电平检测电路009输出高电平，经过第一延时电路007后与输入信号IN作为第一与门005的两个输入，使得高侧输出高电平，低侧输出下降沿到高侧输出上升沿之间存在死区DT。上述死区DT产生过程的波形如图5所示，虽然这种带有自适应死区电路的驱动电路能够根据驱动电路的输出自动调整死区时间DT，解决采用传统固定死区电路的驱动电路在功率管类型或负载条件变化时必须重新设置死区时间的缺陷；但是输出HO和LO在针对高频应用中窄脉冲输入信号下可能存在直通风险，其波形如图6所示，高侧通路逻辑电路传输延时为t1，当负窄脉冲宽度tpw小于输入信号到反馈信号之间的传输延时t2时，高低侧输出同时为高电平会导致功率管直通，高低侧直通时间t3为：t3=t2-tpw。高低侧功率管直通会导致功率管极易被毁坏，大大降低了这种自适应死区电路的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种防直通保护自适应死区电路及包含该电路的驱动电路，窄脉冲防直通控制电路在窄脉冲输入下对输入信号进行单边延时，消除高低侧直通时间，进而实现防直通保护功能，解决了高低侧输出死区可自适应调节的驱动电路在窄脉冲输入下存在短暂导通风险的这一技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种防直通保护自适应死区电路，包括：用于在正窄脉冲输入下调节高低侧输出信号之间死区的第一子模块，其输入端接输入信号和低侧输出信号，在输入信号为正窄脉冲时对输入信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防直通保护自适应死区电路，其特征在于，包括：用于在正窄脉冲输入下调节高低侧输出信号之间死区的第一子模块，其输入端接输入信号和低侧输出信号，在输入信号为正窄脉冲时对输入信号和低侧输出电平检测反馈信号处理后输出高侧通路逻辑电路的输入信号，及，用于在负窄脉冲输入下调节高低侧输出信号之间死区的第二子模块，其输入端接反相输入信号和高侧输出信号，在输入信号为负窄脉冲时对反相输入信号和高侧输出电平检测反馈信号处理后输出低侧通路逻辑电路的输入信号。

【技术特征摘要】
1.一种防直通保护自适应死区电路，其特征在于，包括：用于在正窄脉冲输入下调节高低侧输出信号之间死区的第一子模块，其输入端接输入信号和低侧输出信号，在输入信号为正窄脉冲时对输入信号和低侧输出电平检测反馈信号处理后输出高侧通路逻辑电路的输入信号，及，用于在负窄脉冲输入下调节高低侧输出信号之间死区的第二子模块，其输入端接反相输入信号和高侧输出信号，在输入信号为负窄脉冲时对反相输入信号和高侧输出电平检测反馈信号处理后输出低侧通路逻辑电路的输入信号。2.根据权利要求1所述一种防直通保护自适应死区电路，其特征在于，所述第一子模块和第二子模块电路结构相同，均包括：电平检测电路，其输入端接高侧通路逻辑电路的输出端或低侧通路逻辑电路的输出端，输出高侧输出电平跳变检测结果或低侧输出电平跳变检测结果至延时电路，延时电路，其输入端接电平检测电路的输出端，延时处理高侧输出电平跳变检测结果或低侧输出电平跳变检测结果后输出高侧输出电平检测反馈信号或低侧输出电平检测反馈信号至窄脉冲防直通控制电路，窄脉冲防直通控制电路，其输入端接高侧输出电平检测反馈信号和反相输入信号或者低侧输出电平检测反馈信号和输入信号，输出低侧输出高电平时的防直通控制信号或高侧输出高电平时的防直通控制信号至与门，及，与门，其输入端接输入信号和高侧输出高电平时的防直通控制信号以及低侧输出电平检测反馈信号或者反相输入信号和低侧输出高电平时的防直通控制信号以及高侧输出电平检测反馈信号，输出高侧通路逻辑电路的输入信号或低侧通路逻辑电路的输入信号。3.根据权利要求2所述防直通保护自适应死区电路，其特征在于，所述窄脉冲防直通控制电路包括：第一反相器，其输入端接输入信号或反相输入信号，输出反相输入信号或输入信号，边沿延时电路，其输入端接输入信号和高侧输出电平检测信号或者反相输入信号和低侧输出电平检测信号，在输入信号为正窄脉冲时待低侧输出电平检测反馈信号的下降沿到来时触发输入信号的上升沿，或者在输入信号为负窄脉冲时待高侧输出电平检测反馈信号的下降沿到来时触发反相输入信号的上升沿，施密特触发器，其输入端接边沿延时电路的输出端，对边沿延时电路的输出信号整形后反转输出，及，第二反相器，其输入端接触发器的输出端，对施密特触发器的输出信号反转后输出低侧输出高电平时的防直通控制信号或高侧输出高电平时的防直通控制信号。4.根据权利要求2所述一种防直通保护自适应死区电路，其特征在于，所述第二子模块中的电平检测电路包括：比较器，其同相输入端接参考电平，其反相输入端接高侧通路逻辑电路的输出端，输出比较结果，降压电平移位电路，其输入端接比较器的输出端，将比较结果转换为低侧通路电源输出范围内的数值后输出，及，RS触发器，其复位输入端以及置位输入端与降压电平移位电路的输出端连接，将降压电平移位电路的输出信号恢复为一路信号后输出。5.包含1至4中任意一项所述防直通保护自适应死区电路的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括高侧通路逻辑电路和低侧通路逻辑电路，高侧通路逻辑电路的输入端接第一子模块的输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张允武，胡孔生，禹阔，余思远，许欢，
申请(专利权)人：无锡安趋电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32