CN111510126B - 高压集成电路及其输出控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压集成电路及其输出控制电路，输出控制电路包括第一信号锁定模块、第二信号锁定模块以及控制信号生成模块，通过在第一信号锁定模块的基础上设置控制信号生成模块和第二信号锁定模块，在故障信号为无效信号且输入信号为高电平信号时，根据控制信号生成模块输出的控制信号和第一信号锁定模块的输出信号生成锁定信号，使输出控制电路的的输出信号持续为第一预设电平信号，避免了高压集成电路从故障状态恢复时，故障信号在输入信号的高电平末端从高电平变为低电平产生尖刺信号造成电路的不稳定的问题。

Description

高压集成电路及其输出控制电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种高压集成电路及其输出控制电路。

背景技术

高压集成电路技术是现代电力电子技术领域内一种不可或缺的技术，越来越多的被应用在功率MOSFET、IGBT的驱动领域。高压集成电路是一种由各种保护电路、低压控制电路和高压功率器件组成的栅极驱动电路，高压集成电路通过对PWM信号进行处理后控制功率器件开通和关断，完成功率的变换，也就完成了弱电控制强电的过程，因此它是一种将电力电子与半导体技术完美相结合的技术，并由此显著的提高了整机的集成度和稳定性，具有集成密度高、体积小、速度快、功耗低等优点，高压集成电路逐渐取代传统的分立器件成为一种趋势。

高压集成电路有可能受各种因素影响，而处于欠压、过流等不正常的工作状态，在这种状态下继续驱动功率器件开关，器件损坏的风险会大幅提高。因此高压集成电路需要控制电路以进行故障保护，使其能在欠压、过流等保护电路检测到异常状态时，屏蔽输入的控制信号，对功率器件进行关断。

高压集成电路工作时，其内部的控制信号应维持在一定宽度以上，其原因是持续时间过短的尖刺信号会使输出变得不稳定，导致其驱动的功率器件产生误开关，严重时会有短路炸毁的风险。而高压集成电路的驱动输出由输入信号及故障保护电路共同决定，所以在进行其控制电路的设计时，应尽量降低产生短脉冲信号的可能性，以提升电路的稳定性和可靠性。

如图1所示，为高压集成电路现有的一种故障信号的控制电路，包括反相器INV1、反相器INV2、与非门NAND1，输入信号IN由外部输入信号经高压集成电路内的滤波电路后产生，故障信号SD由高压集成电路电路内的欠压、过流等保护电路产生。高压集成电路正常工作时，故障信号SD为低电平，因此控制电路的输出OUT随输入信号IN改变而改变，从而控制功率器件进行开关。当高压集成电路处于异常工作状态，内部的保护电路产生故障信号时，故障信号SD会变为高电平，同时由于与非门NAND1的作用，输入信号IN被屏蔽，无论输入信号IN为何种状态，输出都被锁定为低，控制功率器件关断，从而起保护作用。

但是，现有的控制电路，存在较大的产生短脉冲信号风险。其原因为：高压集成电路从故障状态恢复时，若故障信号在输入信号的高电平末端从高电平变为低电平，输出信号会随之短暂变高，然后由于输入信号变为低电平而下降，从而产生短脉冲，从而造成输出信号的不稳定，即现有技术中存在高压集成电路从故障状态恢复时产生短脉冲尖刺信号导致输出信号不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压集成电路及其输出控制电路，旨在解决现有技术中存在高压集成电路从故障状态恢复时产生短脉冲尖刺信号导致输出信号不稳定的问题。

本发明是这样实现的，第一方面提供一种高压集成电路的输出控制电路，包括：

第一信号锁定模块，其第一信号输入端连接输入信号，其第二信号输入端连接故障信号，用于在所述故障信号为无效信号且所述输入信号为低电平信号时，将所述输出控制电路的输出信号锁定为第一预设电平信号；

控制信号生成模块，其信号输入端连接所述输入信号，用于根据所述输入信号生成第一控制信号和第二控制信号；

第二信号锁定模块，用于在所述故障信号为无效信号且所述输入信号为高电平信号时，根据所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第一信号锁定模块的第一输出信号以及所述第一信号锁定模块的第二输出信号生成第三控制信号，并通过所述第三控制信号控制所述第一信号锁定模块，将所述输出控制电路的输出信号锁定为第一预设电平信号。

本发明第二方面提供一种高压集成电路，所述集成电路包括上述的输出控制电路。

本发明提供一种高压集成电路及其输出控制电路，通过设置控制信号生成模块和第二信号锁定模块，在故障信号为无效信号且输入信号为高电平信号时，根据控制信号生成模块输出的控制信号和第一信号锁定模块的输出信号生成锁定信号，使输出控制电路的的输出信号持续为第一预设电平信号，避免了高压集成电路从故障状态恢复时，故障信号在输入信号的高电平末端从高电平变为低电平产生尖刺信号造成电路的不稳定的问题。

附图说明

图1是现有技术提供的一种高压集成电路的输出控制电路的电路图；

图2本发明一实施例所提供的一种高压集成电路的输出控制电路的模块结构示意图；

图3本发明另一实施例所提供的一种高压集成电路的输出控制电路的电路图；

图4是本发明一实施例所提供的一种高压集成电路的输出控制电路的时间与输出电压的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

图2示出了本发明一实施例所提供的一种高压集成电路的输出控制电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本发明一种实施例所提供的一种高压集成电路的输出控制电路，如图2所示，包括：

第一信号锁定模块1，其第一信号输入端连接输入信号IN，其第二信号输入端连接故障信号SD，用于在故障信号SD为无效信号且输入信号为低电平信号时，将输出控制电路的输出信号OUT锁定为第一预设电平信号；

控制信号生成模块2，其信号输入端连接输入信号IN，用于根据输入信号IN生成第一控制信号X和第二控制信号XB；

第二信号锁定模块3，用于在故障信号SD为无效信号且输入信号IN为高电平信号时，根据第一控制信号X、第二控制信号XB、第一信号锁定模块1的第一输出信号以及第一信号锁定模块1的第二输出信号生成第三控制信号，并通过第三控制信号控制第一信号锁定模块1，将输出控制电路的输出信号OUT锁定为第一预设电平信号。

其中，输入信号IN可以为高电平信号或者低电平信号，故障信号SD也可以为高电平信号或者低电平信号，当高压集成电路未发生故障时，故障信号SD为无效信号，该无效信号通常为低电平信号，当高压集成电路发生故障时，故障信号SD为有效信号，该有效信号通常为高电平信号，第一信号锁定模块1用于在输入信号IN和故障信号SD为预设电平信号时输出固定电平信号，当故障信号SD为无效信号且输入信号IN为低电平信号时，将输出控制电路的输出信号OUT锁定为第一预设电平信号，例如，当第一预设电输入信号IN为低电平信号时，可以通过设置第一信号锁定模块1包括反相器、与门以及或非门，并通过设置反相器、与门以及或非门的数量实现输出控制电路的输出信号OUT为低电平信号，进一步的，第一信号锁定模块1还用于在故障信号SD为有效信号时，将输出控制电路的输出信号OUT锁定为第一预设电平信号，即当故障信号SD为高电平信号时通过设置反相器、与门以及或非门可以实现锁定控制电路的输出为低电平信号。

其中，控制信号生成模块2用于对输入信号IN进行处理，可以通过对输入进行延迟得到第一控制信号X，并对第一控制信号X进行反相变换后得到第二控制信号XB。

其中，第二信号锁定模块3用于在故障信号SD为无效信号且输入信号IN为高电平信号时，根据控制信号生成模块2输出的控制信号和第一信号锁定模块1的输出信号生成锁定信号，通过该锁定信号锁定第一信号锁定模块1的输出信号为第一预设电平信号，例如，第二信号锁定模块3根据控制信号生成模块2输出的控制信号和第一信号锁定模块1的输出信号生成高电平信号，在第一信号锁定模块中设置或非门，或非门的一端连接第一信号锁定模块1的输出端，由于该或非门的一端输入为高电平信号并且控制信号时通过对输入信号IN进行延迟得到的，因此，可以实现使第一信号锁定模块的输出信号为低电平信号，即使第一信号锁定模块的输入信号IN发生改变，输出控制电路的的输出信号OUT仍然保持为低电平信号。

本申请一种高压集成电路的输出控制电路的技术效果在于：通过设置控制信号生成模块2和第二信号锁定模块3，在故障信号SD为无效信号且输入信号IN为高电平信号时，根据控制信号生成模块2输出的控制信号和第一信号锁定模块1的输出信号生成锁定信号，使输出控制电路的的输出信号持续为第一预设电平信号，避免了高压集成电路从故障状态恢复时，故障信号SD在输入信号IN的高电平末端从高电平变为低电平产生尖刺信号造成电路的不稳定的问题。

作为一种实施方式，第二信号锁定模块3还用于在故障信号SD为无效信号且输入信号IN为低电平信号转换高电平信号时，根据第一控制信号X、第二控制信号XB、第一信号锁定模块1的第一输出信号以及第一信号锁定模块1的第二输出信号生成第三控制信号，并通过第三控制信号控制第一信号锁定模块1，将输出控制电路的输出信号OUT转换为第二预设电平信号。

其中，输入信号IN为低电平信号转换高电平信号时是指第一信号锁定模块接收到上升沿信号，第二信号锁定模块3输出低电平信号，通过与第一信号锁定模块内部信号的配合实现第一信号锁定模块输出高电平信号。

进一步的，第二信号锁定模块3还用于在故障信号SD为无效信号且输入信号IN为低电平信号转换高电平信号后维持高电平信号时，将输出控制电路的输出信号OUT维持为第二预设电平信号。

其中，当输入信号IN由低电平信号转换高电平信号并维持高电平信号，根据第一信号锁定模块的内部结构设置，使输出控制电路的输出信号OUT维持为高电平信号。

本实施方式的技术效果在于：当故障信号SD为有效信号时，输出控制电路进入保护状态，输出控制电路的输出的限制并不会随着故障信号SD的复位而立刻解除，而是保持至下一次的输入信号IN为上升沿时，才使输出控制电路的输出恢复正常的输出状态，避免因故障恢复而产生短脉冲尖刺信号输出的风险，从而提升高压集成电路的工作可靠性。

作为一种实施方式，输出控制电路中各个模块的连接关系为：第一信号锁定模块1的第一信号输出端连接第二信号锁定模块3的第一信号输入端，第一信号锁定模块1的第二信号输出端连接第二信号锁定模块3的第二信号输入端，第二信号锁定模块3的第三信号输入端和第四信号输入端均连接控制信号生成模块2的第一信号输出端，第二信号锁定模块3的第五信号输入端和第六信号输入端均连接控制信号生成模块2的第二信号输出端，第二信号锁定模块3的信号输出端连接第一信号锁定模块1的第三信号输入端，第一信号锁定模块1的第二信号输出端为输出控制电路的信号输出端。

对于第一信号锁定模块1，作为一种实施方式，如图3所示，第一信号锁定模块1包括反相器INV6、反相器INV7、与门AND1以及或非门NOR1，与门AND1的第一信号输入端为第一信号锁定模块1的第一信号输入端，反相器INV6的信号输入端为第一信号锁定模块1的第二信号输入端，反相器INV6的信号输出端连接与门AND1的第二信号输入端，与门AND1的信号输出端连接反相器INV7的信号输入端并构成第一信号锁定模块1的第一信号输出端，反相器INV7的信号输出端连接或非门NOR1的第二信号输入端，或非门NOR1的信号输出端为第一信号锁定模块1的第二信号输出端。

其中，当高压集成电路处于正常工作状态时，故障信号SD处于低电平状态，当输入信号IN为低电平时，与门AND1的输出信号为低电平信号，反相器INV7的输出为高电平信号，或非门NOR1的输出也随之处于低电平状态，所以，此时输出控制电路的输出OUT固定为低电平信号。

当高压集成电路处于非正常工作状态时，故障信号SD处于高电平状态，高压集成电路进入保护状态，与门AND1的输出信号为低电平信号，反相器INV7的输出信号为高电平信号，或非门NOR1的输出也随之处于低电平状态，输出控制电路的的输出OUT固定为低电平信号。

对于控制信号生成模块2，作为一种实施方式，如图3所示，控制信号生成模块2包括延迟器BUF1和反相器INV1，延迟器BUF1的信号输入端为控制信号生成模块2的信号输入端，延迟器BUF1的信号输出端连接反相器INV1的信号输入端并构成控制信号生成模块2的第一信号输出端，反相器INV1的信号输出端为控制信号生成模块2的第二信号输出端。

其中，通过延迟器BUF1对输入信号IN进行延迟得到第一控制信号X，通过反相器INV1对第一控制信号X进行反相后得到第二控制信号XB。

对于第二信号锁定模块3，作为一种实施方式，第二信号锁定模块3包括反相器INV2、反相器INV3、反相器INV4、反相器INV5以及与非门NAND1，反相器INV2的第一信号输入端接入高电平信号，反相器INV2的第二信号输入端为第二信号锁定模块3的第五信号输入端，反相器INV2的信号输出端连接反相器INV3的信号输入端和与非门NAND1的信号输出端，反相器INV3的信号输出端连接与非门NAND1的第一信号输入端和反相器INV4的信号输入端，与非门NAND1的第二信号输入端为第二信号锁定模块3的第一信号输入端，与非门NAND1的第三信号输入端为第二信号锁定模块3的第三信号输入端，反相器INV4的第一信号输出端连接反相器INV5的信号输出端并构成第二信号锁定模块3的信号输出端，反相器INV4的第二信号输入端为第二信号锁定模块3的第四信号输入端，反相器INV5的第一信号输入端为第二信号锁定模块3的第二信号输入端，反相器INV5的第二信号输入端为第二信号锁定模块3的第六信号输入端。

其中，当输入信号IN为高电平信号时，与门AND1的输出信号为高电平信号，反相器INV7的输出信号为低电平信号，此时第二信号锁定模块3中的与非门NAND1等效于输入连至反相器INV3输出端的反相器，或门NOR等效于输入由反相器INV4决定的反相器。在这种状态下，反相器INV2、反相器INV3、与非门NAND1、反相器INV4、反相器INV5、非门NOR1一同组成了由第一控制信号X的上升沿触发、输入固定为高电平VCC的边沿触发器。由于第一控制信号X和其反相信号XB由输入信号IN延迟而来，因此输出控制电路只会在输入信号IN刚上升时为高电平信号，第一控制信号X出现上升沿的时刻将输出置为高电平，而当输入信号IN稳定为高电平时，电路则会起锁存作用，维持OUT的输出状态。

如图4所示，为现有技术和本申请技术方案两者的仿真结果对比，本申请技术方案的输出控制电路输出OUT1，现有的保护控制电路输出OUT2，两者均使用同样的输入信号IN和故障信号SD，通过对比可知，本申请技术方案的输出控制电路通过对逻辑的优化，避免了故障信号SD下降瞬间的窄脉冲输出。

与现有技术相比，本申请技术方案的优点在于其避免了因故障恢复而产生短脉冲尖刺信号的风险。现有的保护控制电路从故障状态恢复时，若故障信号在输入信号的高电平末端从高电平变为低电平，有可能产生尖刺信号，造成电路的不稳定。而本申请的输出控制电路，通过优化逻辑，将保护状态的释放时机限制为故障信号消失后的输入信号上升沿，从而避免了此类风险。

本发明还提供了一种高压集成电路，高压集成电路包括上述的温度检测电路。

需要说明的是，由于本发明实施例所提供的高压集成电路包括图3所示的温度检测电路，因此，本发明实施例所提供的高压集成电路的具体工作原理，可参考前述关于图3的详细描述，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压集成电路的输出控制电路，其特征在于，包括：

第一信号锁定模块，其第一信号输入端连接输入信号，其第二信号输入端连接故障信号，用于在所述故障信号为无效信号且所述输入信号为低电平信号时，将所述输出控制电路的输出信号锁定为第一预设电平信号；

控制信号生成模块，其信号输入端连接所述输入信号，用于根据所述输入信号生成第一控制信号和第二控制信号；

第二信号锁定模块，用于在所述故障信号为无效信号且所述输入信号为高电平信号时，根据所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第一信号锁定模块的第一输出信号以及所述第一信号锁定模块的第二输出信号生成第三控制信号，并通过所述第三控制信号控制所述第一信号锁定模块，将所述输出控制电路的输出信号锁定为第一预设电平信号。

2.根据权利要求1所述的输出控制电路，其特征在于，所述第一信号锁定模块还用于在所述故障信号为有效信号时，将所述输出控制电路的输出信号锁定为第一预设电平信号。

3.根据权利要求1所述的输出控制电路，其特征在于，所述第二信号锁定模块还用于在所述故障信号为无效信号且所述输入信号为低电平信号转换高电平信号时，根据所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第一信号锁定模块的第一输出信号以及所述第一信号锁定模块的第二输出信号生成第三控制信号，并通过所述第三控制信号控制所述第一信号锁定模块，将所述输出控制电路的输出信号转换为第二预设电平信号。

4.根据权利要求1所述的输出控制电路，其特征在于，所述第二信号锁定模块还用于在所述故障信号为无效信号且所述输入信号为低电平信号转换高电平信号后维持高电平信号时，将所述输出控制电路的输出信号维持为第二预设电平信号。

5.根据权利要求1所述的输出控制电路，其特征在于，所述控制信号生成模块用于对所述输入信号进行延迟得到第一控制信号，并对所述第一控制信号进行反相变换后得到第二控制信号。

6.根据权利要求1所述的输出控制电路，其特征在于，所述第一信号锁定模块的第一信号输出端连接所述第二信号锁定模块的第一信号输入端，所述第一信号锁定模块的第二信号输出端连接所述第二信号锁定模块的第二信号输入端，所述第二信号锁定模块的第三信号输入端和第四信号输入端均连接所述控制信号生成模块的第一信号输出端，所述第二信号锁定模块的第五信号输入端和第六信号输入端均连接所述控制信号生成模块的第二信号输出端，所述第二信号锁定模块的信号输出端连接所述第一信号锁定模块的第三信号输入端，所述第一信号锁定模块的第二信号输出端为所述输出控制电路的信号输出端；

所述第一信号锁定模块的第一信号输出端输出所述第一信号锁定模块的第一输出信号，所述第一信号锁定模块的第二信号输出端输出所述第一信号锁定模块的第二输出信号，所述控制信号生成模块的第一信号输出端输出第一控制信号，所述控制信号生成模块的第二信号输出端输出第二控制信号所述第二信号锁定模块的信号输出端第三控制信号，所述输出控制电路的信号输出端输出所述输出控制电路的输出信号。

7.根据权利要求6所述的输出控制电路，其特征在于，所述第一信号锁定模块包括反相器INV6、反相器INV7、与门AND1以及或非门NOR1，所述与门AND1的第一信号输入端为所述第一信号锁定模块的第一信号输入端，所述反相器INV6的信号输入端为所述第一信号锁定模块的第二信号输入端，所述反相器INV6的信号输出端连接所述与门AND1的第二信号输入端，所述与门AND1的信号输出端连接所述反相器INV7的信号输入端并构成所述第一信号锁定模块的第一信号输出端，所述反相器INV7的信号输出端连接所述或非门NOR1的第二信号输入端，所述或非门NOR1的信号输出端为所述第一信号锁定模块的第二信号输出端，所述或非门NOR1的第一信号输出端连接所述第二信号锁定模块的信号输出端。

8.根据权利要求6所述的输出控制电路，其特征在于，所述控制信号生成模块包括延迟器BUF1和反相器INV1，所述延迟器BUF1的信号输入端为所述控制信号生成模块的信号输入端，所述延迟器BUF1的信号输出端连接所述反相器INV1的信号输入端并构成所述控制信号生成模块的第一信号输出端，所述反相器INV1的信号输出端为所述控制信号生成模块的第二信号输出端。

9.根据权利要求6所述的输出控制电路，其特征在于，所述第二信号锁定模块包括反相器INV2、反相器INV3、反相器INV4、反相器INV5以及与非门NAND1，所述反相器INV2的第一信号输入端接入高电平信号，所述反相器INV2的第二信号输入端为所述第二信号锁定模块的第五信号输入端，所述反相器INV2的信号输出端连接所述反相器INV3的信号输入端和所述与非门NAND1的信号输出端，所述反相器INV3的信号输出端连接所述与非门NAND1的第一信号输入端和所述反相器INV4的第一信号输入端，所述与非门NAND1的第二信号输入端为所述第二信号锁定模块的第一信号输入端，所述与非门NAND1的第三信号输入端为所述第二信号锁定模块的第三信号输入端，所述反相器INV4的信号输出端连接所述反相器INV5的信号输出端并构成所述第二信号锁定模块的信号输出端，所述反相器INV4的第二信号输入端为所述第二信号锁定模块的第四信号输入端，所述反相器INV5的第一信号输入端为所述第二信号锁定模块的第二信号输入端，所述反相器INV5的第二信号输入端为所述第二信号锁定模块的第六信号输入端。

10.一种高压集成电路，其特征在于，所述高压集成电路包括如权利要求1至9任一项所述的输出控制电路。

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