低成本的半桥驱动器集成电路制造技术

本发明专利技术提供一种能够克服现有技术的缺点的低成本的半桥驱动器ＩＣ。具体地说，本发明专利技术提供一种半桥驱动器ＩＣ，其在实现所有的单元时利用掩蔽步骤最少的或者掩蔽步骤被减少的处理技术制造，并且不使用低门限电压的ＣＭＯＳ。本发明专利技术的半桥驱动器ＩＣ的所有单元都使用相对于地或相对于半桥的输出为１２Ｖ的电源。此外，来自本发明专利技术的半桥驱动器ＩＣ的高压电平移动器晶体管的低的差动电流可以提供足够的电压摆动，以便当在脉冲滤波器中使用高门限电压ＤＭＯＳ时用于使锁存器置位和复位。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半桥驱动器集成电路。更具体地说，本专利技术涉及具有电平移动输入控制的的高压半桥集成电路的制备，其中所有互补金属氧化物半导体(CMOS)元件被N沟道和P沟道双扩散金属氧化物半导体(DMOS)元件代替。具有电平移动输入控制的高压半桥集成电路(IC)用于非常重要的功能，其被普遍用于功率和控制电子电路的许多领域中。目前所述功能利用全掩模绝缘体上外延硅(SOI)技术被集成，这要求大量的掩模步骤来实现。半桥驱动器集成电路(IC)例如附图说明图1所示的并由标号1表示的电路一般包括两个即高低功率金属氧化物硅(MOS)场效应晶体管(FET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关11，12。半桥驱动器IC 1还包括用于产生控制功率开关11，12的导通时间的定时的两个方波信号的电路2。所述电路2被称为“非重叠”电路，因为来自电路2的被传递到功率开关11，12的信号被这样控制，使得开关11和12并不“重叠”，即，它们不同时导通。在两个信号之间的空载时间避免两个功率开关11，12的交叉导通，因而避免所述两个功率开关11，12同时导通的情况。半桥驱动器IC 1还包括两个高压电平移动器MOSFET晶体管5，所述每个电平移动器晶体管5和一个不同的电流源4相连。每个不同的电流源4接收来自被称为脉冲发生器电路的电路3的Ion和Ioff电压脉冲，所述脉冲发生器电路用于产生短的电压脉冲。脉冲发生器电路3产生两个短脉冲，用于控制电流源4的导通时间转换。使用短脉冲而不使用长脉冲是为了减少电平移动功率损失。来自脉冲发生器电路3的脉冲被传递到两个电流源4，所述电流源4按照输入的脉冲导通或截止。允许从每个电流源4通过晶体管5通过电流，晶体管5可以具有高达几百伏的电压范围，并被用于在地参考电平和高压参考电平例如500V之间连通。所述晶体管5可以承受加于其漏极和源极上的高电压。其它器件例如常规的CMOS或DMOS不能经受这种高电压。脉冲滤波器电路6接收由电流源4发出的并由电平移动器晶体管5传递的短电流脉冲。脉冲滤波器电路6接着产生两个电压电平，用于启动锁存器或触发器7，所述锁存器或触发器7按照其接收的输入信号，发出导通或截止输出信号，使大功率开关11导通和截止，即使存在由dv/dt耦合产生的大的共模电流时也是如此。高侧驱动器8位于锁存器7和功率开关11之间，用于驱动上部功率开关11。此外，设置电压提升电路13，用于接收来自非重叠电路2的方波信号，并将其传递到低侧驱动器电路9，所述低侧驱动器电路9用于驱动低功率开关12。高侧和低侧驱动器8，9对可以集成在半桥驱动器IC1中的半桥功率开关11，12提供足够的驱动功率容量，使半桥功率开关11，12导通或截止，从而对其负载提供规定的高压方波。半桥驱动器IC 1还包括自举二极管16，其在一侧和自举电容器10相连，自举电容器10又和脉冲滤波器6，锁存器7，高侧驱动器8相连，并被设置在高晶体管11和低晶体管12之间。在第二侧，自举二极管16和低电源发生器14相连，用于向非重叠电路2、脉冲发生器电路3以及电压提升电路13提供电压。重要的是注意到，在本领域的当前状态下，低压电路例如非重叠电路2，脉冲发生器电路3和电流源4使用一般具有1V门限的低门限互补MOS(CMOS)。其它电路和元件，例如脉冲滤波器6，锁存器7，高侧驱动器8和低侧驱动器9使用双扩散型MOS(DMOS)而不使用CMOS。DMOS元件能够承受较高的电源电压，即12V的电源电压，从而充分驱动半桥功率开关11，12。不同类型的IC元件，例如DMOS和CMOS，在IC制造过程中需要较多的掩蔽步骤，因而使得这种电路的制造成本比只有一种类型的元件的电路的制造成本较高，这是因为，制造成本和掩蔽步骤的数量在某种程度上成正比。此外，非重叠电路2和脉冲发生器电路3利用例如提供5V的电压的低电源发生器14来实现，而例如脉冲滤波器6，锁存器7，低侧驱动器9和高侧驱动器8利用高电源电压例如12V来实现。要求电源发生器14由较高电压的电源例如12V的电源提供低压电源即5V的电源。此外，要求电压提升电路13把来自非重叠电路2的信号传递到低侧驱动器电路9。这些不同的电压源使得这种电路的制造和设计复杂，需要IC消耗较大的面积，因而使得所述电路的制造成本高。最后，在脉冲滤波器6中有额外的问题，图2示出了脉冲滤波器6的细节。在脉冲滤波器6的制造中使用高门限电压的P沟道DMOS晶体管20。一般地说，N沟道的DMOS FET具有3.5V的门限电压，而P沟道的具有-5V的门限电压。为了使两个P沟道DMOS晶体管20中的一个导通，至少需要晶体管20的门限电压降被加于和DMOS晶体管20的栅极相连的两个电阻21的一个上。当在电阻21上的电压降不足使DMOS晶体管导通时，DMOS将不会导通。因此在电阻22上不能产生使锁存器7的一个输入端接通的电压。因而，锁存器7不能提供正确的输出，因此不能在正确的状态下工作。此外，需要脉冲滤波器6的两个电阻21具有低的电阻，以便在具有由dv/dt耦合产生的大的共模电平移动电流时在所述电阻上维持低的电压降。在另一方面，需要具有高的电阻，以便利用低的差动电平移动电流，从而减少功率消耗。使电路具有足够的输出电压摆动裕度和低的差动电流输入应当是有利的。这种电路和目前可得到的电路相比具有较低的制造成本并占据最小的足迹面积。本专利技术提供一种能够克服现有技术的缺点的低成本的半桥驱动器IC。具体地说，本专利技术提供一种半桥驱动器IC，其在实现所有的单元时利用掩蔽步骤最少的或者掩蔽步骤被减少的处理技术制造，并且不使用低门限电压的CMOS。本专利技术的半桥驱动器IC的所有单元都使用相对于地或相对于半桥的输出为12V的电源。此外，来自本专利技术的半桥驱动器IC的高压电平移动器晶体管的低的差动电流可以提供足够的电压摆动，以便当在脉冲滤波器中使用高门限电压DMOS时用于使锁存器置位和复位。本领域技术人员通过参考下面结合附图进行的详细说明可以更容易地理解本专利技术的上述目的和优点，在附图中，相同的元件用相同的标号表示，其中图1是现有技术的半桥驱动器集成电路的功能方块图；图2是现有技术的脉冲滤波器电路的功能方块图；图3是能够使用本专利技术的高门限电压DMOS的半桥驱动器集成电路的功能方块图；图4是被包括在图3的半桥驱动器集成电路中的脉冲滤波器电路的功能方块图；图5是被包括在图3的半桥驱动器集成电路中的非重叠电路的功能方块图；以及图6是被包括在图3的半桥驱动器集成电路中的脉冲发生器电路的功能方块图。本专利技术减少了用于制造半桥驱动器集成电路所需的掩蔽步骤。图3表示本专利技术的半桥驱动器集成电路1’，其中高压器件结构被在薄的SOI器件层中制造，并且和图1中类似的元件由相同的标号加上撇号表示。本专利技术的半桥驱动器集成电路1’除去比以前制造半桥驱动器节省30％的成本之外，还能够实现高的产量和较小的硅印刷面积。这种器件结构的制造和构成在美国专利5246870和5300448中描述了，该专利的全部内容在此列为参考。本专利技术的半桥驱动器集成电路1’包括两个即高、低晶体管11’，12’，非重叠电路32，用于产生两个方波信号，用于控制导通时间的定时，从而避免两个功率开关11’，12’同时导通。非重叠电路32和用于驱动低功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不用ＣＭＯＳ制成的电路元件构成的高压半桥驱动器集成电路，所述集成电路包括：非重叠电路（３２），其包括至少一个第一电容器（５１）和多个第一晶体管（５０），所述至少一个第一电容器（５１）和所述多个第一晶体管（５０）由ＤＭＯＳ制成；　 　脉冲发生器电路（３３），用于产生电压脉冲，所述脉冲发生器电路（３３）包括至少一个第二电容器（６３）和多个第二晶体管（６０），所述至少一个第二电容器（６３）和所述多个第二晶体管（６０）由ＤＭＯＳ制成；以及其中没有由ＣＭＯＳ制成的 电路元件。

【技术特征摘要】
US 2000-4-4 09/543,0171.一种不用CMOS制成的电路元件构成的高压半桥驱动器集成电路，所述集成电路包括非重叠电路(32)，其包括至少一个第一电容器(51)和多个第一晶体管(50)，所述至少一个第一电容器(51)和所述多个第一晶体管(50)由DMOS制成；脉冲发生器电路(33)，用于产生电压脉冲，所述脉冲发生器电路(33)包括至少一个第二电容器(63)和多个第二晶体管(60)，所述至少一个第二电容器(63)和所述多个第二晶体管(60)由DMOS制成；以及其中没有由CMOS制成的电路元件。2.如权利要求1所述的集成电路，还包括具有至少一个晶体管(40)的脉冲滤波器电路(6’)，每个所述晶体管用于和至少一个电阻(21’)并联，所述脉冲滤波器电路用于减少差动电平移动电流和增加输出电压。3.如权利要求2所述的集成电路，还包括用于向所述集成电路的每个内部电路单元提供电压的电源，对于每个所述内部电路单元，所述电压处于一个二极管的压降范围内。4.如权利要求3所述的集成电路，其中所述非重叠电路(32)和所述脉冲发生器电路(33)的门限电压对于N沟道晶体管(50，60)大于+2.5V，对于P沟道晶体管(50，60)小于-2.5V。5.如权利要求3所述的集成电路，还包括至少一个电平移动晶体管(5’)，用于对所述脉冲滤波器(6’)送入电流，每个所述至少一个电平移动晶体管(5’)具有相关的电流源(4’)，所述电流源(4’)被所述脉冲发生器电路(33)控制；N沟道DMOS自举二极管(16’)，通过其漏极端和一个自举电容器(10’)相连，通过其源极端和所述至少一个电平移动晶体管(5’)相连；锁存器(7’)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉山，SL王，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]