CN115395770B - 高压集成电路和接地方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压集成电路和接地方法，所述高压集成电路包括选择信号端、共地端、金属衬底、选择开关和保护电路单元；所述选择信号端用于接收外部的接地选择信号；所述选择开关用于根据所述接地选择信号将所述共地端连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端与所述金属衬底断开；所述保护电路单元用于抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路中的电路板，还用于释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压。与相关技术相比，采用本发明的高压集成电路和接地方法的抗干扰能力强且应用广。

Description

高压集成电路和接地方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种高压集成电路和接地方法。

背景技术

高压集成电路，即HVIC(High Voltage Integrated Circuit)，是一种用于把MCU信号转换成驱动IGBT等开关管的驱动信号的集成电路产品。一般来说，高压集成电路把各类开关管、二极管、稳压管、电阻、电容等基础器件集成在一起，形成驱动电路、脉冲生成电路、延时电路、滤波电路、过流保护电路、过热保护电路、欠压保护电路、自举电路等。高压集成电路的接地功能为抗干扰能力的重要因素。

相关技术中，高压集成电路包括通过共地端实现接地功能，即通过高压集成电路设置GND管脚与外部的地进行连接。

然而，高压集成电路的金属衬底是否接地，怎么接地，应用于不同的场合，有着不同的干抗能力。高压集成电路的金属衬底接地方时是固定的，要么是接地，要么是不接地。不能做在不同场合需要时选择接地、不接地或不同方式接地，从而使得高压集成电路无法改变接地方式，不能适应性各种场合抗干扰性能的要求，使得高压集成电路不能适用于各种不同应用场合。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种抗干扰能力强且应用广的高压集成电路和接地方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高压集成电路，所述高压集成电路包括选择信号端、共地端、金属衬底、选择开关和保护电路单元；

所述选择信号端用于接收外部的接地选择信号；

所述选择开关用于根据所述接地选择信号将所述共地端连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端与所述金属衬底断开；

所述保护电路单元用于抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路中的电路板，还用于释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压；

所述选择信号端连接所述选择开关的控制端；所述选择开关的输入端连接至所述共地端；所述选择开关的第一输出端连接至所述金属衬底；所述选择开关的第二输出端连接至所述保护电路单元的第一端；所述保护电路单元的第二端连接至所述金属衬底。

更进一步地，所述选择信号端包括所述高压集成电路的EP1管脚端口和所述高压集成电路的EP2管脚端口；所述共地端为所述高压集成电路的GND管脚端口；所述选择开关包括第一晶体管和第二晶体管；所述第一晶体管的漏极分别连接至所述第二晶体管的漏极和所述高压集成电路的GND管脚端口；所述第一晶体管的栅极连接至所述高压集成电路的EP2管脚端口；所述第一晶体管的源极连接至所述保护电路单元的第一端；所述第二晶体管的栅极连接至所述高压集成电路的EP1管脚端口；所述第二晶体管的源极分别连接至所述保护电路单元的第二端和所述金属衬底。

更进一步地，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为MOS管。

更进一步地，当所述EP1管脚端口接收的信号为低电平，且所述EP2管脚端口接收的信号为高电平时，所述共地端直接连接所述金属衬底；当所述EP1管脚端口接收的信号为高电平，且所述EP2管脚端口接收的信号为低电平时，所述接地选择信号将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底； 当所述EP1管脚端口接收的信号为低电平，且所述EP2管脚端口接收的信号为低电平时，所述共地端与所述金属衬底断开。

更进一步地，所述保护电路单元包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻的第一端作为所述保护电路单元的第一端，且所述第一电阻的第一端连接至所述第一电容的第一端；所述第一电阻的第二端作为所述保护电路单元的第二端，且所述第一电阻的第二端连接至所述第一电容的第二端。

更进一步地，所述第一电阻的电阻值范围为1M欧姆至2M欧姆。

更进一步地，所述第一电容为Y电容或高压薄膜电容。

更进一步地，所述第一电容的电容值范围为1nF至100nF。

更进一步地，所述高压集成电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述高压集成电路的GND管脚端口；所述第二电容的第二端连接至所述高压集成电路的ITRIP管脚端口。

第二方面，本发明还提供一种接地方法，该方法应用于如本发明提供的上述的高压集成电路；所述接地方法包括如下步骤：

步骤S1、将所述高压集成电路上电，所述选择信号端接收外部的所述接地选择信号；

步骤S2、所述选择开关根据所述接地选择信号进行选择；具体包括如下步骤：

步骤S21、所述选择开关根据所述接地选择信号进行判断所述共地端是否连接所述金属衬底：

若是，则进入步骤S22；若否，则将所述共地端与所述金属衬底断开；

步骤S22、所述选择开关根据所述接地选择信号进行判断所述共地端是否连接所述保护电路单元：

若是，则将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底；

若否，则将所述共地端直接连接所述金属衬底。

本发明的有益效果：本发明中，高压集成电路和接地方法通过所述高压集成电路内设置选择信号端、共地端、金属衬底、选择开关和保护电路单元，将所述选择开关根据所述选择信号端接收外部的所述接地选择信号将所述共地端连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端与所述金属衬底断开。所述高压集成电路通过所述选择开关选择所述共地端与所述金属衬底不同的连接方式，实现所述高压集成电路适应性各种场合抗干扰性能的要求，使得所述高压集成电路适用于各种不同应用场合。更优的，所述高压集成电路通过所述保护电路单元抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路中的电路板，还用于释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压，从而使得所述高压集成电路的抗干扰性能高。因此，本发明的所述高压集成电路和所述接地方法的抗干扰能力强且应用广。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高压集成电路的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的高压集成电路的一种具体实施的部分电路原理图；

图3是本发明实施例提供的高压集成电路的控制芯片的模块结构图；

图4为本发明实施例提供的接地方法的流程框图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明的一种高压集成电路100。请参阅图1，图1是本发明实施例提供的高压集成电路100的模块结构图。

所述高压集成电路100包括选择信号端CH、共地端GNDP、金属衬底EP、选择开关1和保护电路单元2。

所述高压集成电路100的内部电路连接关系为：

所述选择信号端CH连接所述选择开关1的控制端。所述选择开关1的输入端连接至所述共地端GNDP。所述选择开关1的第一输出端连接至所述金属衬底EP。所述选择开关1的第二输出端连接至所述保护电路单元2的第一端。所述保护电路单元2的第二端连接至所述金属衬底EP。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供的高压集成电路100的一种具体实施的部分电路原理图。

所述选择信号端CH用于接收外部的接地选择信号。

本实施例中，所述选择信号端CH包括所述高压集成电路100的CH1管脚端口和所述高压集成电路100的CH2管脚端口。所述共地端GNDP为所述高压集成电路100的GND管脚端口。

所述选择开关1用于根据所述接地选择信号将所述共地端GNDP连接所述金属衬底EP，或根据所述接地选择信号将所述共地端GNDP通过串联所述保护电路单元2后连接所述金属衬底EP，或根据所述接地选择信号将所述共地端GNDP与所述金属衬底EP断开。

具体的，所述选择开关1包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。本实施例中，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2均为MOS管。

所述选择开关1的内部电路连接关系为：

所述第一晶体管Q1的漏极分别连接至所述第二晶体管Q2的漏极和所述高压集成电路100的GND管脚端口。

所述第一晶体管Q1的栅极连接至所述高压集成电路100的CH2管脚端口。

所述第一晶体管Q1的源极连接至所述保护电路单元2的第一端。

所述第二晶体管Q2的栅极连接至所述高压集成电路100的CH1管脚端口。

所述第二晶体管Q2的源极分别连接至所述保护电路单元2的第二端和所述金属衬底EP。

所述选择开关1的工作过程为：

当所述CH1管脚端口接收的信号为低电平，且所述CH2管脚端口接收的信号为高电平时，即CH1=0，CH2=1时，所述共地端GNDP直接连接所述金属衬底EP。其中，0代表低电平，1代表高电平。

选择所述共地端GNDP直接与所述金属衬底EP连接, 所述金属衬底EP这是所述高压集成电路100中的电路的地平面，相当于选择所述共地端GNDP有块大面积完整的地平面。一块大面积完整的地对模块电路的好处：

第一、从EMC角度上看，表底层有一块大面积完整的地，对所述高压集成电路100中的信号提供额外的屏蔽防护及噪声抑制，同时对所述高压集成电路100中的器件和信号也有一定的屏蔽防护。

第二、有利于所述高压集成电路100中的信号线之间的屏蔽，防止信号互相干扰。同时也可以减少接地电阻使地线可以承受更大的电流。

第三、所述高压集成电路100中的铝基板上总有不少线路形成的环路，外部和铝基板其他电路产生的磁力线穿过这些环路就会在环路中产生感应电流进行干扰。并造成环路包围面积越大，导致穿过的磁力线就越多，引起感应电流越大，使得最后的干扰越强的现象。大面积完整的地能极大地减小环路包围面积，有效削弱干扰强度。

当所述CH1管脚端口接收的信号为低电平，且所述CH2管脚端口接收的信号为低电平时，即CH1=0，CH2=0时，所述共地端GNDP与所述金属衬底EP断开。

旋转所述共地端GNDP不与所述金属衬底EP连接，所述金属衬底EP不带电，露金属衬底的所述高压集成电路100，在应用电控系统，不用考虑给模块做绝缘的问题，可以简化生产工艺，减小生产工位，提高生产效率。降低模块的整体成本。

当所述CH1管脚端口接收的信号为高电平，且所述CH2管脚端口接收的信号为低电平时，即CH1=1，CH2=0时，所述接地选择信号将所述共地端GNDP通过串联所述保护电路单元2后连接所述金属衬底EP。选择所述共地端GNDP通过串联所述保护电路单元2后连接所述金属衬底EP，所述保护电路单元2可以抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路100中的电路板，释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压。

所述保护电路单元2用于抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路100中的电路板，还用于释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压。

具体的，所述保护电路单元2包括第一电阻R1和第一电容C1。

所述保护电路单元2的内部电路连接关系为：

所述第一电阻R1的第一端作为所述保护电路单元2的第一端，且所述第一电阻R1的第一端连接至所述第一电容C1的第一端。

所述第一电阻R1的第二端作为所述保护电路单元2的第二端，且所述第一电阻的第二端连接至所述第一电容C1的第二端。

所述第一电阻R1的作用为防止ESD(静电释放)对所述高压集成电路100中的电路板的损坏。假如只用所述第一电容C1连接所述电路板的地和机壳地，则所述电路板是一个浮地系统。做ESD测试时，或在复杂电场环境中使用，打(进)入所述电路板的电荷无处释放，会逐渐累积。累积到一定程度，超过了所述电路板和机壳之间的绝缘最薄弱处所能耐受的电压，就会发生放电--在几纳秒内，所述电路板上产生数十到数百A的电流，会让电路因电磁脉冲宕机，或者损坏放电处附近连接的元器件。并联该电阻，就可以慢慢释放掉这个电荷，消除高压。

本实施例中，所述第一电阻R1的电阻值范围为1M欧姆至2M欧姆。选择1M欧姆至2M欧姆的所述第一电阻R1，可以满足IEC61000的ESD测试标准10s/次(10s放完2kV高压电荷)。如果所述金属衬底EP有高压静电，则所述第一电阻R1也能有效降低电流，不会损坏所述高压集成电路100中的电路和芯片。

所述第一电容C1的作用为通交流阻直。从电磁抗扰度角度，所述第一电容C1能够抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压。从EMI角度，所述第一电容C1形成了高频路径，所述高压集成电路100中的电路板内部产生的高频干扰会经所述第一电容C1流入所述金属衬底EP，避免了高频干扰形成的天线辐射。另一种情况，假设所述金属衬底EP没有可靠接大地(如没有地线，接地棒环境干燥)，则所述金属衬底EP的电势可能不稳定或有静电，如果所述高压集成电路100中的电路板直接连接所述金属衬底EP，就会打坏所述高压集成电路100中的电路板上焊接的芯片，加入所述第一电容C1，能把低频高压，静电等隔离起来，保护电路板。本实施例中，所述第一电容C1为Y电容或高压薄膜电容。

其中，Y电容或高压薄膜电容均抑制共模干扰。基于漏电流的限制，Y电容值不能太大，一般Y电容是nF级。Y电容抑制共模干扰。本实施例中，所述第一电容C1的电容值范围为1nF至100nF。

所述高压集成电路100还包括第二电容C2、控制芯片3以及所述控制芯片3连接的逆变器单元4。

所述第二电容C2的第一端连接至所述高压集成电路100的GND管脚端口。所述第二电容C2的第二端连接至所述高压集成电路100的ITRIP管脚端口。

所述控制芯片3为智能功率模块中常用的控制芯片。当然，不限于此，所述控制芯片3还可以为处理器芯片或者单片机，当然，所述控制芯片3不限于芯片，模块或者薄膜电路也是可以的。

请参阅图3，图3是本发明实施例提供的高压集成电路100的控制芯片3的模块结构图。所述控制芯片3包括高压侧驱动电路31、互锁电路32和低压侧驱动电路33，所述高压侧驱动电路31通过所述互锁电路32和所述低压侧驱动电路33连接。所述高压侧驱动电路设有3通道，所述高压侧驱动电路31包括高压侧欠压保护电路311和自举电路312，所述高压侧欠压保护电路311用于实现高侧驱动欠压保护功能，所述自举电路312用于实现自举供电功能；所述低压侧驱动电路设有3通道。

本实施例中，

所述逆变器单元4包括三路且分别为A桥、B桥和C桥。所述逆变器单元4用于驱动外部的开关管。

本发明还提供一种接地方法。所述接地方法应用于所述高压集成电路100。

参阅图4， 图4为本发明实施例提供的接地方法的流程框图。

所述接地方法包括如下步骤：

步骤S1、将所述高压集成电路100上电，所述选择信号端CH接收外部的所述接地选择信号。

步骤S2、所述选择开关1根据所述接地选择信号进行选择。具体包括如下步骤：

步骤S21、所述选择开关1根据所述接地选择信号进行判断所述共地端GNDP是否连接所述金属衬底EP：

若是，则进入步骤S22；若否，则将所述共地端GNDP与所述金属衬底EP断开。

步骤S22、所述选择开关1根据所述接地选择信号进行判断所述共地端GNDP是否连接所述保护电路单元2：

若是，则将所述共地端GNDP通过串联所述保护电路单元2后连接所述金属衬底EP；

若否，则将所述共地端GNDP直接连接所述金属衬底EP。

实施所述接地方法可以使得提高压集成电路100的灵活性及其抗干扰能力，使得高压集成电路100适用于各种不同广用场合，更具有市场竞争力。

可以理解的是，上述的高压集成电路100实施例中的内容均适用于本发明的接地方法的实施例中，本发明的接地方法的实施例所具体实现的功能与上述的高压集成电路100实施例相同，并且达到的有益效果与上述的高压集成电路100实施例所达到的有益效果也相同。

本发明中，高压集成电路100和接地方法通过所述高压集成电路100包括选择信号端CH、共地端GNDP、金属衬底EP、选择开关1和保护电路单元2，将所述选择开关1根据所述选择信号端CH接收外部的所述接地选择信号将所述共地端GNDP连接所述金属衬底EP，或根据所述接地选择信号将所述共地端GNDP通过串联所述保护电路单元2后连接所述金属衬底EP，或根据所述接地选择信号将所述共地端GNDP与所述金属衬底EP断开。所述高压集成电路100通过所述选择开关1选择所述共地端GNDP与所述金属衬底EP不同的连接方式，实现所述高压集成电路100适应性各种场合抗干扰性能的要求，使得所述高压集成电路100适用于各种不同应用场合。更优的，所述高压集成电路100通过所述保护电路单元2抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路100中的电路板，还用于释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压，从而使得所述高压集成电路100的抗干扰性能高。因此，本发明的所述高压集成电路100和所述接地方法的抗干扰能力强且应用广。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高压集成电路，其特征在于，所述高压集成电路包括选择信号端、共地端、金属衬底、选择开关和保护电路单元；

所述选择信号端用于接收外部的接地选择信号；

所述选择开关用于根据所述接地选择信号将所述共地端连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底，或根据所述接地选择信号将所述共地端与所述金属衬底断开；

所述保护电路单元用于抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压，并隔离低频高压和静电以保护所述高压集成电路中的电路板，还用于释放静电生成的电荷以消除静电引起的高压；

所述选择信号端连接所述选择开关的控制端；所述选择开关的输入端连接至所述共地端；所述选择开关的第一输出端连接至所述金属衬底；所述选择开关的第二输出端连接至所述保护电路单元的第一端；所述保护电路单元的第二端连接至所述金属衬底；

所述选择信号端包括所述高压集成电路的EP1管脚端口和所述高压集成电路的EP2管脚端口；所述共地端为所述高压集成电路的GND管脚端口；

所述选择开关包括第一晶体管和第二晶体管；

所述第一晶体管的漏极分别连接至所述第二晶体管的漏极和所述高压集成电路的GND管脚端口；

所述第一晶体管的栅极连接至所述高压集成电路的EP2管脚端口；

所述第一晶体管的源极连接至所述保护电路单元的第一端；

所述第二晶体管的栅极连接至所述高压集成电路的EP1管脚端口；

所述第二晶体管的源极分别连接至所述保护电路单元的第二端和所述金属衬底；

所述保护电路单元包括第一电阻和第一电容；

所述第一电阻的第一端作为所述保护电路单元的第一端，且所述第一电阻的第一端连接至所述第一电容的第一端；

所述第一电阻的第二端作为所述保护电路单元的第二端，且所述第一电阻的第二端连接至所述第一电容的第二端。

2.根据权利要求1所述的高压集成电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为MOS管。

3.根据权利要求1所述的高压集成电路，其特征在于，

当所述EP1管脚端口接收的信号为低电平，且所述EP2管脚端口接收的信号为高电平时，所述共地端直接连接所述金属衬底；

当所述EP1管脚端口接收的信号为高电平，且所述EP2管脚端口接收的信号为低电平时，所述接地选择信号将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底；

当所述EP1管脚端口接收的信号为低电平，且所述EP2管脚端口接收的信号为低电平时，所述共地端与所述金属衬底断开。

4.根据权利要求1所述的高压集成电路，其特征在于，所述第一电阻的电阻值范围为1M欧姆至2M欧姆。

5.根据权利要求1所述的高压集成电路，其特征在于，所述第一电容为Y电容或高压薄膜电容。

6.根据权利要求5所述的高压集成电路，其特征在于，所述第一电容的电容值范围为1nF至100nF。

7.根据权利要求1所述的高压集成电路，其特征在于，所述高压集成电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述高压集成电路的GND管脚端口；所述第二电容的第二端连接至所述高压集成电路的ITRIP管脚端口。

8.一种接地方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1-7中任一项所述的高压集成电路；所述接地方法包括如下步骤：

步骤S1、将所述高压集成电路上电，所述选择信号端接收外部的所述接地选择信号；

步骤S2、所述选择开关根据所述接地选择信号进行选择；具体包括如下步骤：

步骤S21、所述选择开关根据所述接地选择信号进行判断所述共地端是否连接所述金属衬底：

若是，则进入步骤S22；若否，则将所述共地端与所述金属衬底断开；

步骤S22、所述选择开关根据所述接地选择信号进行判断所述共地端是否连接所述保护电路单元：

若是，则将所述共地端通过串联所述保护电路单元后连接所述金属衬底；

若否，则将所述共地端直接连接所述金属衬底。

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