CN114123110A - 半导体电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体电路，包括电路板和高压集成电路，高压集成电路包括电源欠压保护电路、逆变桥驱动电路和报错电路，电源欠压保护电路包括欠压检测单元和故障逻辑控制单元，故障逻辑控制单元的信号输入端与欠压检测单元电连接，故障逻辑控制单元的信号输出端分别与逆变桥驱动电路和报错电路电连接；欠压检测单元包括二极管、电阻、电容器和比较器，二极管、电阻和电容器组成充电电路，充电电路与比较器的反向输入端电连接，比较器的同向输入端与电源电连接，比较器的输出端与故障逻辑控制单元电连接。本发明所提出的半导体电路，可实现欠压保护电压根据工作时长上升，刚开始工作时，欠压保护电压低，工作稳定后欠压保护电压升高。

Description

半导体电路

技术领域

本发明涉及功率半导体领域，特别涉及一种半导体电路。

背景技术

半导体电路是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，兼有GTR(大功率晶体管)高电流、低饱和电压和高耐压的优点，以及MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。半导体电路内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了体积，缩短了开发时间，也增强了可靠性，适应了当今功率器件的发展方向。

半导体电路包括高压集成电路，即HVIC，是一种把MCU信号转换成驱动IGBT信号的集成电路产品。HVIC把PMOS管、NMOS管、三极管、二极管、稳压管、电阻、电容集成在一起，形成斯密特、低压LEVELSHIFT、高压LEVELSHIFT、脉冲发生电路、延时电路、滤波电路、过电流保护电路和过热保护电路、欠压保护电路、自举电路等电路。HVIC一方面接收MCU的控制信号，驱动后续IGBT或MOS工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。

HVIC应用时，如其电源VCC均与其它电子元器件共用，在系统逐步启动，未运行稳定时，难免出现VCC波动，触发智能功率模块欠压保护，从而导致系统启动失败。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种半导体电路，旨在解决上述背景技术中所提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种半导体电路，所述半导体电路包括电路板和高压集成电路，所述高压集成电路包括电源欠压保护电路、逆变桥驱动电路和报错电路，所述电源欠压保护电路包括欠压检测单元和故障逻辑控制单元，所述故障逻辑控制单元的信号输入端与所述欠压检测单元电连接，所述故障逻辑控制单元的信号输出端分别与所述逆变桥驱动电路和所述报错电路电连接；

所述欠压检测单元包括二极管、电阻、电容器和比较器，所述二极管、所述电阻和所述电容器组成充电电路，所述充电电路与所述比较器的反向输入端电连接，所述比较器的同向输入端与所述电源电连接，所述比较器的输出端与所述故障逻辑控制单元电连接。

优选地，所述电源欠压保护电路还包括第一施密特触发器和第一滤波器，所述第一施密特触发器、所述第一滤波器和所述欠压检测单元依次电连接，所述第一施密特触发器用于对电信号进行波形校正，所述第一滤波器用于滤除所述电信号中的杂波。

优选地，所述电源欠压保护电路还包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电源电连接，所述第一电阻的另一端接地。

优选地，所述高压集成电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括依次电连接的第二施密特触发器、第二滤波器和第一电平转换器，所述第一电平转换器还与所述故障逻辑控制单元电连接，所述第二施密特触发器用于对电信号进行波形校正，所述第二滤波器用于滤除所述电信号中的杂波。

优选地，所述过流保护电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与过流信号检测输入端电连接，所述第二电阻的另一端接地。

优选地，所述高压集成电路还包括使能端检测电路，所述使能端检测电路包括依次电连接的第三施密特触发器、第三滤波器和第二电平转换器，所述第二电平转换器还与所述故障逻辑控制单元电连接，所述第三施密特触发器用于对电信号进行波形校正，所述第三滤波器用于滤除所述电信号中的杂波。

优选地，所述使能端检测电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与使能输入端电连接，所述第三电阻的另一端接地。

优选地，所述报错电路包括MOS管，所述MOS管的栅极与所述逻辑控制单元的信号输出端电连接，所述MOS管的漏极与故障保护输出端电连接，所述MOS管的源极接地。

优选地，所述充电电路的充电公式为：

V_t＝V₀+(V_u-V₀)[1-exp(-t/RC)]

其中，所述V_t为任意时刻所述电容器两端的电压值，所述V_u为所述电容器充满时的电压值，所述V₀为所述电容器两端的初始电压值，所述R为所述电阻的阻值，所述C为所述电容器的电容值。

与现有技术相比，本发明实施例的有益技术效果在于：

本发明所提出的半导体电路，可实现欠压保护电压根据工作时长上升，刚开始工作时，欠压保护电压低，工作稳定后欠压保护电压升高，避免HVIC应用时，如其电源VCC均与其它电子元共用，在系统逐步启动，未运行稳定时，触发智能功率模块欠压保护情况，从而导致系统启动失败情况。

附图说明

图1为本发明一实施例中半导体电路的电路图；

图2为图1实施例中欠压检测单元的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System，MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本发明的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(MIPS)。

实施例一

请参见图1-2，本发明实施例提出一种模块化智能功率系统，该模块化智能功率系统包括电路板10和高压集成电路，高压集成电路包括电源欠压保护电路20、逆变桥驱动电路30和报错电路40，电源欠压保护电路20包括欠压检测单元21和故障逻辑控制单元22，故障逻辑控制单元22的信号输入端与欠压检测单元21电连接，故障逻辑控制单元22的信号输出端分别与逆变桥驱动电路30和报错电路40电连接；

欠压检测单元21包括二极管D、电阻R、电容器C和比较器X，二极管D、电阻R和电容器C组成充电电路，充电电路与比较器X的反向输入端In2电连接，比较器X的同向输入端In1与电源VCC电连接，比较器X的输出端与故障逻辑控制单元22电连接。

本实施例中，高压集成电路作为模块化智能功率系统内部的驱动芯片，用于产生逆变桥驱动信号以驱动逆变桥工作。高压集成电路设置在电路板10上，其包括有电源欠压保护电路20、逆变桥驱动电路30和报错电路40，电源欠压保护电路20用于电源VCC欠压保护，在电源VCC电压低于欠压保护值时，电源欠压保护电路20启动，以对模块化智能功率系统进行保护。电源欠压保护电路20启动后，通过报错电路40进行报错，以提醒工作人员模块化智能功率系统运行出错。

模块化智能功率系统在启动运行时，各电子元器件之间共用电源VCC，电源VCC电压会受到干扰而出现波动，有可能会使得电源VCC电压低于欠压保护值，在低于欠压保护值时，电源欠压保护电路20会启动，导致模块化智能功率系统启动失败。也就是说，现有的电源欠压保护电路20所设定的欠压保护值为定值，若出现上述情况，则会导致模块化智能功率系统启动失败。

基于此，本实施例提出一种欠压保护值可根据工作时长动态变化的电源欠压保护电路20。本实施例所提出的电源欠压保护电路20包括充电电路和比较器X，充电电路包括有二极管D、电阻R和电容器C，比较器X的同向输入端In1与电源VCC电连接，比较器X的反向输入端In2与充电电路电连接，比较器X的输出端与故障逻辑控制单元22电连接，比较器X用于比较电源VCC电压和电容器C两端的电压大小，并根据比较结果输出相应的电平信号。

电容器C两端的电压即为电源VCC欠压电路的欠压保护值，上电时，电源VCC电压逐渐给电容器C两端充电，在充电过程中，电容器C两端的电压逐渐升高，是一个动态变化的过程，而不是固定值，因此，可避免在启动运行时因各电子元器件共用电源VCC而造成的电源VCC波动，使得电源欠压保护电路20触发，导致系统启动失败的情况。

其中，二极管D用于当电源VCC电压跌落时，避免电容器C电压被释放掉。在电源VCC电压给电容器C充电过程中，电容器C两端的电压会逐渐升高，并达到电容器C的稳定电压值。在后续过程中，为避免当电源VCC电压跌落时，电容器C两端的电压被释放掉，因此，在电阻R的一端电连接有二极管D。二极管D的正极与电源VCC电连接，二极管D的负极与电阻R电连接，基于二极管D的正向导通反向截止的特性，电容器C两端的电压无法反向输出。

在后续的运行过程中，若电源VCC电压发生跌落，则可通过比较器X检测并判断电源VCC电压是否跌落至低于电容器C的稳定电压值，若是，则由故障逻辑控制单元22锁止逆变桥的运行，同时控制报错电路40运行，触发故障保护；若否，则正常运行。

本发明实施例所提出的电源欠压保护电路20的工作原理为：

当输入到比较器X同向输入端In1的电源VCC电压大于输入到比较器X反向输入端In2的电容器C电压(也即欠压保护值)时，比较器X的输出端输出高电平信号至故障逻辑控制单元22，模块化智能功率系统正常运行；

当输入到比较器X同向输入端In1的电源VCC电压小于输入到比较器X反向输入端In2的电容器C电压(也即欠压保护值)时，比较器X的输出端输出低电平信号至故障逻辑控制单元22，再经由故障逻辑控制单元22输出高电平信号，当故障逻辑控制单元22为高电平时，无论上下桥驱动信号为高电平还是低电平，均被锁止，对应的信号输出端为低电平信号，同时，故障逻辑控制单元22所输出的高电平信号会驱动报错电路40运行。

实施例二

请参见图1，本发明实施例所提出的电源欠压保护电路20还包括第一施密特触发器23和第一滤波器24，第一施密特触发器23、第一滤波器24和欠压检测单元21依次电连接，第一施密特触发器23用于对电信号进行波形校正，第一滤波器24用于滤除电信号中的杂波。本实施例中，输入的电信号可能为圆形波、三角波等，为将输入的电信号校正为方形波，在电源欠压保护电路20中设置有第一施密特触发器23。在经第一施密特触发器23校正后，电信号中还可能夹杂有杂波，为此，在电源欠压保护电路20中还设置有第一滤波器24，以通过第一滤波器24滤除电信号中的杂波。其中，第一施密特触发器23的一端与电源VCC电连接，另一端与第一滤波器24的一端电连接，第一滤波器24的另一端与欠压检测单元21电连接，以将经校正及滤波后的电信号输入至欠压检测单元21。

实施例三

请参见图1，本发明实施例所提出的电源欠压保护电路20还包括第一电阻25，第一电阻25的一端与电源VCC电连接，第一电阻25的另一端接地。本实施例中，第一电阻25为下拉电阻，在没有输入电信号时，若受到外界电信号的干扰，可通过第一电阻25将该电信号拉低为低电平，以避免逆变桥的误触发。需要说明的是，逆变桥中所包括的MOS管等功率器件均为高电平触发，也即在接收到高电平信号时会触发动作，而若接收到的为低电平信号，则不触发相应的动作。

实施例四

请参见图1，本发明实施例所提出的高压集成电路还包括过流保护电路50，过流保护电路50包括依次电连接的第二施密特触发器51、第二滤波器52和第一电平转换器53，第一电平转换器53还与故障逻辑控制单元22电连接，第二施密特触发器51用于对电信号进行波形校正，第二滤波器52用于滤除电信号中的杂波。本实施例中，输入的电信号可能为圆形波、三角波等，为将输入的电信号校正为方形波，在过流保护电路50中设置有第二施密特触发器51。在经第二施密特触发器51校正后，电信号中还可能夹杂有杂波，为此，在过流保护电路50中还设置有第二滤波器52，以通过第二滤波器52滤除电信号中的杂波。在经过滤波处理后，再通过第一电平转换器53将电信号处理成故障逻辑控制单元22能够检测到的电压范围内，以使得故障逻辑控制单元22能够据此判断模块化智能功率系统是否存在故障。其中，第二施密特触发器51的一端与过流信号检测输入端电连接，另一端与第二滤波器52的一端电连接，第二滤波器52的另一端与第一电平转换器53的一端电连接，第一电平转换器53的另一端与故障逻辑控制单元22电连接。

实施例五

请参见图1，本发明实施例所提出的过流保护电路50还包括第二电阻54，第二电阻54的一端与过流信号检测输入端电连接，第二电阻54的另一端接地。本实施例中，第二电阻54为下拉电阻，在没有输入电信号时，若受到外界电信号的干扰，可通过第二电阻54将该电信号拉低为低电平，以避免逆变桥的误触发。需要说明的是，逆变桥中所包括的MOS管等功率器件均为高电平触发，也即在接收到高电平信号时会触发动作，而若接收到的为低电平信号，则不触发相应的动作。

实施例六

请参见图1，本发明实施例所提出的高压集成电路还包括使能端检测电路60，使能端检测电路60包括依次电连接的第三施密特触发器61、第三滤波器62和第二电平转换器63，第二电平转换器63还与故障逻辑控制单元22电连接，第三施密特触发器61用于对电信号进行波形校正，第三滤波器62用于滤除电信号中的杂波。本实施例中，输入的电信号可能为圆形波、三角波等，为将输入的电信号校正为方形波，在使能端检测电路60中设置有第三施密特触发器61。在经第三施密特触发器61校正后，电信号中还可能夹杂有杂波，为此，在使能端检测电路60中还设置有第三滤波器62，以通过第三滤波器62滤除电信号中的杂波。在经过滤波处理后，再通过第二电平转换器63将电信号处理成故障逻辑控制单元22能够检测到的电压范围内，以使得故障逻辑控制单元22能够据此判断模块化智能功率系统是否存在故障。其中，第三施密特触发器61的一端与使能输入端电连接，另一端与第三滤波器62的一端电连接，第三滤波器62的另一端与第二电平转换器63的一端电连接，第二电平转换器63的另一端与故障逻辑控制单元22电连接。

实施例七

请参见图1，本发明实施例所提出的使能端检测电路60还包括第三电阻64，第三电阻64的一端与使能输入端电连接，第三电阻64的另一端接地。本实施例中，第三电阻64为下拉电阻，在没有输入电信号时，若受到外界电信号的干扰，可通过第三电阻64将该电信号拉低为低电平，以避免逆变桥的误触发。需要说明的是，逆变桥中所包括的MOS管等功率器件均为高电平触发，也即在接收到高电平信号时会触发动作，而若接收到的为低电平信号，则不触发相应的动作。

实施例八

请参见图1，本发明实施例所提出的报错电路40包括MOS管41，MOS管41的栅极与逻辑控制单元的信号输出端电连接，MOS管41的漏极与故障保护输出端电连接，MOS管41的源极接地。本实施例中，当故障逻辑控制单元22输出高电平信号时，MOS管41导通并经故障保护输出端输出低电平信号，外部MCU检测到故障保护输出端输出的低电平信号，触发故障保护，每个通道的驱动信号均被置为低电平。

实施例九

本发明实施例所提出的充电电路的充电公式为：

V_t＝V₀+(V_u-V₀)[1-exp(-t/RC)]

其中，V_t为任意时刻电容器C两端的电压值，V_u为电容器C充满时的电压值，V₀为电容器C两端的初始电压值，R为电阻R的阻值，C为电容器C的电容值。

本实施例中，电容器C的充电速度由电阻R的阻值决定，电阻R的阻值越大，电容器C的充电速度越慢。模块化智能功率系统刚上电时，电容器C两端的电压低，也即欠压保护值低，而随着逐步充满预期的稳定电压值，欠压保护值升高，也就实现电源VCC欠压电路的欠压保护值在运行启动阶段动态变化的目的，避免出现因各电子元器件共用电源VCC而导致电源VCC电压波动，使得模块化智能功率系统启动失败的问题。

以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (9)

1.一种半导体电路，其特征在于，包括电路板和高压集成电路，所述高压集成电路包括电源欠压保护电路、逆变桥驱动电路和报错电路，所述电源欠压保护电路包括欠压检测单元和故障逻辑控制单元，所述故障逻辑控制单元的信号输入端与所述欠压检测单元电连接，所述故障逻辑控制单元的信号输出端分别与所述逆变桥驱动电路和所述报错电路电连接；

所述欠压检测单元包括二极管、电阻、电容器和比较器，所述二极管、所述电阻和所述电容器组成充电电路，所述充电电路与所述比较器的反向输入端电连接，所述比较器的同向输入端与所述电源电连接，所述比较器的输出端与所述故障逻辑控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述电源欠压保护电路还包括第一施密特触发器和第一滤波器，所述第一施密特触发器、所述第一滤波器和所述欠压检测单元依次电连接，所述第一施密特触发器用于对电信号进行波形校正，所述第一滤波器用于滤除所述电信号中的杂波。

3.根据权利要求2所述的半导体电路，其特征在于，所述电源欠压保护电路还包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电源电连接，所述第一电阻的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述高压集成电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括依次电连接的第二施密特触发器、第二滤波器和第一电平转换器，所述第一电平转换器还与所述故障逻辑控制单元电连接，所述第二施密特触发器用于对电信号进行波形校正，所述第二滤波器用于滤除所述电信号中的杂波。

5.根据权利要求4所述的半导体电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与过流信号检测输入端电连接，所述第二电阻的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述高压集成电路还包括使能端检测电路，所述使能端检测电路包括依次电连接的第三施密特触发器、第三滤波器和第二电平转换器，所述第二电平转换器还与所述故障逻辑控制单元电连接，所述第三施密特触发器用于对电信号进行波形校正，所述第三滤波器用于滤除所述电信号中的杂波。

7.根据权利要求6所述的半导体电路，其特征在于，所述使能端检测电路还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与使能输入端电连接，所述第三电阻的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述报错电路包括MOS管，所述MOS管的栅极与所述逻辑控制单元的信号输出端电连接，所述MOS管的漏极与故障保护输出端电连接，所述MOS管的源极接地。

9.根据权利要求1-8任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述充电电路的充电公式为：

V_t＝V₀+(V_u-V₀)[1-exp(-t/RC)]

其中，所述V_t为任意时刻所述电容器两端的电压值，所述V_u为所述电容器充满时的电压值，所述V₀为所述电容器两端的初始电压值，所述R为所述电阻的阻值，所述C为所述电容器的电容值。

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