高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路技术

本发明专利技术公开了高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路，方法为：当低端电源电压VCC发生欠压时，欠压保护电路封锁高端和低端信号通道，若低侧电源电压VCC高于低侧欠压阈值VCCU，且高侧电源电压VBS低于高侧欠压阈值VBSU，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道输出低电平，低侧通道输出高电平，关闭上功率管，开通下功率管，使低侧电压源VCC通过外部二极管给自举电容CB充电，直到高侧电压源VBS大于高侧欠压阈值VBSU，高低侧电源电压高于高低侧欠压阈值，高压半桥驱动芯片正常工作。电路包括：高压半桥驱动电路、上功率管M1及下功率管M2、二极管DB及自举电容CB。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路，专门针对高压半桥驱动芯片，该芯片被广泛应用在电机驱动、大功率LED照明、荧光灯照明、逆变电源等应用系统上。
技术介绍
新开发的娃基和SOI (Silicon On Insulator)基高低压兼容工艺可集成高压功率器件和可靠的隔离技术，带动了高压功率集成电路的快速发展。它将高压功率器件与控制和保护电路单片集成，减少了系统中的元件数、互连数和焊点数，不仅提高了系统的可靠性、稳定性，而且减少了系统的功耗、体积、重量和成本，对实现军事装备和民用装置的小型化、智能化和节能化有着重要的意义。 高压半桥驱动芯片是最典型的一种高压集成芯片的拓扑结构，用来驱动两个以图腾柱形式连接的功率MOS管或IGBT，使其交替导通。芯片内部集成了输入接口、死区逻辑控制、脉冲产生、高压电平移位、脉冲滤波、RS触发器、输出驱动，欠压保护等电路。除了作为高侧和低侧电路的接口的高压电平移位电路，位于隔离结构的边缘，需要工作在几百伏电压下，其他的电路模块分别位于高压区和低压区，均在10到20伏的电压下工作，但需要单独供电，低压区直接使用直流低压电源供电，而高压区处于浮置状态需要通过自举电容供电，如图I所示，当半桥结构中的下管M2开通，上管Ml关断时，电源VCC通过自举二极管和下管对自举电容充电，当上管开通，下管关断时，自举电容给高侧电路供电。若芯片高低侧的电源电压太低，可能会导致芯片的开关速度下降，为了提高芯片低压下的工作效率，在芯片的高压区和低压区设置了两个相互独立的欠压保护电路，分别用来检测低压直流电源和自举电容电压，当低压直流电源电压低于欠压阈值时，关闭上管和下管，当自举电容上的电压低于欠压阈值时，关闭上管。如上分析可知，传统的高压半桥驱动芯片的欠压保护电路相互独立，分别依靠电阻分压对高低侧电源进行采样，然后和内部的齐纳稳压源进行比较，诊断芯片电源电压是否充足，且高侧欠压保护电路只能控制半桥结构中的上管。因此存在很多问题，如下所述。首先，芯片的高侧欠压信号和高侧RS触发器相连，一旦自举电容上的电压低于电压阈值后，欠压保护电路就会让RS触发器复位，关闭上管，而脉冲发生器像正常情况下一样开启高压电平移位电路中N沟道横向双扩散MOS管，自举电容上的电荷通过电平移位电路的电阻和N沟道横向双扩散MOS管放电，浪费自举电容上储存的电能。其次，在芯片上电或者由于外界环境导致自举电容上的电荷被过度泄放时，可能需要几百微秒以上的时间对自举电容充电，才能达到高侧欠压阈值，此时需要下管一直开启，而依据当前的芯片设计，无法做到。因为高压驱动芯片的两条通道的输入信号是交替为高电平的，当低侧通道输入信号为高电平时，通过下管给自举电容充电，当高侧通道输入信号为高电平时，由于自举电容上的电荷被过度泄放，电容还处于欠压状态，高侧还未开启，但通过高压电平移位等电路消耗自举电容上的电荷，使得下管给自举电容充电的电荷又被泄放掉一部分，如此先充电再放一部分电荷地循环，直到自举电容上的电压高于欠压阈值，大大降低了对自举电容充电的效率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种能够提高自举电容充电的效率并能实施高低侧电源欠压保护的高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种高压半桥驱动芯片的欠压保护方法，包括以下步骤 SI)给高压半桥驱动芯片上电，使高压半桥驱动芯片处于工作状态，S2)采集低侧电源电压VCC，若低侧电源电压VCC低于设定的低侧欠压阈值，所述低侧欠压阈值为VCXU，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道和低侧通道都输出低电平，从而关闭所述高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管Ml和下功率管M2，若低侧电源电压高于低侧欠压阈值，则进行下面的一个步骤；S3)采集高侧电源电压VB，比较高侧电源电压和高侧欠压阈值的大小，所述高侧欠压阈值为VBSU，若高侧电源电压低于高侧欠压阈值，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道输出零电平，低侧通道输出高电平，从而关闭高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管Ml，开通下功率管，使低侧电压源通过下功率管M2给自举电容Cb充电，直到高侧电源电压大于高侧欠压阈值，撤除控制信号；若高侧电源电压高于高侧欠压阈值，高压半桥驱动芯片的高侧和低侧的输出和输入保持一致，高压半桥驱动芯片正常工作；S4)返回上 S2)。本专利技术所述的一种高压半桥电路，包括高压半桥驱动电路，在高压半桥驱动电路的高侧输出端HO及低侧输出端LO上分别连接有上功率管Ml及下功率管M2且高侧输出端HO及低侧输出端LO分别与上功率管Ml及下功率管M2的栅连接，所述上功率管Ml的源端及下功率管M2的漏端连接且与高压半桥驱动电路的高侧地VS连接，上功率管Ml的漏端接母线电压VH，下功率管M2的源端接低侧地C0M，在高压半桥驱动电路的低侧电源端VCC与高侧地VS之间设有二极管Db及自举电容CB，二极管Db的阴极与自举电容Cb的一端连接且与高压半桥驱动电路的高侧电源VB连接，二极管Db阳极及自举电容(；的另一端分别与高压半桥驱动电路的低侧电源端VCC及高侧地VS连接，高压半桥驱动电路包括高侧驱动电路、低侧驱动电路、第一比较器C0MP43、第二比较器C0MP44、高侧逻辑模块、低侧逻辑模块、脉冲产生器及低侧延时电路，高侧驱动电路包括高侧电源电压检测电路和高侧电平移位电路，高侧电源电压检测电路的P0RT2输出端口与第一比较器C0MP43的一个输入端连接，高侧电源电压检测电路的P0RT3输入端口与第一比较器C0MP43的输出端连接，高侧电源电压检测电路的PORTl输入端口与高侧电平移位电路的驱动信号输出D端连接，第一比较器C0MP43的输出端与高侧逻辑模块的输入A端连接且第一比较器C0MP43的输出端通过反相器与低侧逻辑模块的输入A端连接，低侧驱动电路的采样输出端与第二比较器C0MP44的一个输入端连接，第二比较器C0MP44的输出端分别与高侧逻辑模块的输入B端、低侧逻辑模块的输入B端连接，在高侧逻辑模块的输入C端、低侧逻辑模块的输入C端上分别连接有高侧输入级和低侧输入级，在所述第一比较器C0MP43及第二比较器C0MP44的另一个输入端上连接有基准电路VREF，所述高侧逻辑模块的输出端与脉冲产生器的输入端连接，脉冲产生器的两个输出端分别与高侧电平移位电路的两个输入端连接，高侧电平移位电路的输出端作为高压半桥驱动电路的高侧输出端HO，低侧逻辑模块的输出端与低侧延时电路的输入端连接，低侧延时电路的输出端与低侧驱动电路的驱动信号输入端连接，低侧驱动电路的输出端作为高压半桥驱动电路的低侧输出端L0。因此，针对上述欠压保护方法，本专利技术提供的高压半桥驱动芯片欠压保护电路包括高侧欠压保护电路和低侧欠压保护电路。其中，高侧欠压保护电路包括用于检测高侧电源电压的高侧电源电压检测电路和电压比较器C0MP43，低侧欠压保护电路包括用于检测低侧电源电压的低侧电源采用电路和电压比较器C0MP44，其特征在于，电压比较器C0MP43位于高压半桥驱动芯片的低侧，且电压比较器C0MP43和电压比较器C0MP44共用一个基准电压源VREF。在本专利技术中，高侧电源电压检测电路可以将高侧电源电压状态信号传递给高侧比 较器C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压半桥驱动芯片的欠压保护方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)给高压半桥驱动芯片上电，使高压半桥驱动芯片处于工作状态；S2)采集低侧电源电压VCC，若低侧电源电压VCC低于设定的低侧欠压阈值，所述低侧欠压阈值为VCCU，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道和低侧通道都输出低电平，从而关闭所述高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管M1和下功率管M2，若低侧电源电压高于低侧欠压阈值，则进行下面的一个步骤；S3)采集高侧电源电压VB，比较高侧电源电压和高侧欠压阈值的大小，所述高侧欠压阈值为VBSU，若高侧电源电压低于高侧欠压阈值，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道输出低电平，低侧通道输出高电平，从而关闭高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管M1，开通下功率管M2，使低侧电压源通过下功率管M2给自举电容CB充电，直到高侧电源电压大于高侧欠压阈值，撤除控制信号；若高侧电源电压高于高侧欠压阈值，高压半桥驱动芯片的高侧和低侧的输出和输入保持一致，高压半桥驱动芯片正常工作；S4)返回上S2)。

【技术特征摘要】
1.一种高压半桥驱动芯片的欠压保护方法，其特征在于，包括以下步骤 51)给高压半桥驱动芯片上电，使高压半桥驱动芯片处于工作状态； 52)采集低侧电源电压VCC，若低侧电源电压VCC低于设定的低侧欠压阈值，所述低侧欠压阈值为VCXU，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道和低侧通道都输出低电平，从而关闭所述高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管Ml和下功率管M2，若低侧电源电压高于低侧欠压阈值，则进行下面的一个步骤； 53)采集高侧电源电压VB，比较高侧电源电压和高侧欠压阈值的大小，所述高侧欠压阈值为VBSU，若高侧电源电压低于高侧欠压阈值，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道输出低电平，低侧通道输出高电平，从而关闭高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管M1，开通下功率管M2，使低侧电压源通过下功率管M2给自举电容Cb充电，直到高侧电源电压大 于高侧欠压阈值，撤除控制信号；若高侧电源电压高于高侧欠压阈值，高压半桥驱动芯片的高侧和低侧的输出和输入保持一致，高压半桥驱动芯片正常工作； 54)返回上S2)。2.—种闻压半桥电路，包括闻压半桥驱动电路(I )，在闻压半桥驱动电路(I)的闻侧输出端HO及低侧输出端LO上分别连接有上功率管Ml及下功率管M2且高侧输出端HO及低侧输出端LO分别与上功率管Ml及下功率管M2的栅端连接，所述上功率管Ml的源端及下功率管M2的漏端连接且与高压半桥驱动电路(I)的高侧地VS连接，上功率管Ml的漏端接母线电压VH，下功率管M2的源端接低侧地C0M，在高压半桥驱动电路(I)的低侧电源端VCC与高侧地VS之间设有二极管Db及自举电容CB，二极管DB的阴极与自举电容Cb的一端连接且与高压半桥驱动电路(I)的高侧电源VB连接，二极管Db阳极及自举电容Cb的另一端分别与高压半桥驱动电路(I)的低侧电源端VCC及高侧地VS连接，其特征在于，高压半桥驱动电路(I)包括高侧驱动电路(2)、低侧驱动电路(3)、第一比较器C0MP43、第二比较器C0MP44、高侧逻辑模块(6)、低侧逻辑模块(7)、脉冲产生器(8)及低侧延时电路(9)，高侧驱动电路(2 )包括高侧电源电压检测电路(4 )和高侧电平移位电路(5 )，高侧电源电压检测电路(4)的P0RT2输出端口与第一比较器C0MP43的一个输入端连接，高侧电源电压检测电路(4)的P0RT3输入端口与第一比较器C0MP43的输出端连接，高侧电源电压检测电路(4)的PORTl输入端口与高侧电平移位电路(5)的驱动信号输出D端连接，第一比较器C0MP43的输出端与高侧逻辑模块(6)的输入A端连接且第一比较器C0MP43的输出端通过反相器与低侧逻辑模块(7)的输入A端连接，低侧驱动电路(3)的采样输出端与第二比较器C0MP44的一个输入端连接，第二比较器C0MP44的输出端分别与高侧逻辑模块(6)的输入B端、低侧逻辑模块(7)的输入B端连接，在高侧逻辑模块(6)的输入C端、低侧逻辑模块(7)的输入C端上分别连接有高侧输入级(10)和低侧输入级(11 )，在所述第一比较器C0MP43及第二比较器C0MP44的另一个输入端上连接有基准电路VREF，所述高侧逻辑模块(6)的输出端与脉冲产生器(8)的输入端连接，脉冲产生器(8)的两个输出端分别与高侧电平移位电路(5)的两个输入端连接，高侧电平移位电路(5)的输出端作为高压半桥驱动电路(I)的高侧输出端HO，低侧逻辑模块(7)的输出端与低侧延时电路(9)的输入端连接，低侧延时电路(9)的输出端与低侧驱动电路(3)的驱动信号输入端连接，低侧驱动电路(3)的输出端作为高压半桥驱动电路(I)的低侧输出端L0。3.根据权利要求2所述的高压半桥电路，其特征在于，所述的高侧电源电压检测电路(4)，包括第一 P沟道横向双扩散MOS管PLDM0S1、第二 P沟道横向双扩散MOS管PLDM0S2，第一低压PMOS管PMOSl、第二低压PMOS管PM0S2，第一低压NMOS管NMOSl、第二低压NMOS管NM0S2、第三低压NMOS管NM0S3、第四低压NMOS管NM0S4，第一电阻町1、第二电阻1 12、第三电阻R21、第四电阻R22，第一 P沟道横向双扩散MOS管PLDM0S1、第二 P沟道横向双扩散MOS管PLDM0S2、第一低压PMOS管PMOSl和第二低压PMOS管PM0S2的源端和衬底电极均接高侧电源VB，第一低压NMOS管NMOSl、第二低压NMOS管NM0S2和第四低压NMOS管NM0S4的源端和衬底均接高压半桥驱动芯片高侧地VS，第三低压NMOS管NM0S3的源端和衬底接地COM,第一 P沟道横向双扩散MOS管PLDM0S1的漏端与第二 P沟道横向双扩散MOS管PLDM0S2的漏端连接，且所述第一 P沟道横向双扩散MOS管PL...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝靖，张允武，张翠云，钱钦松，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：