CN116169871A - 一种高压集成电路及智能功率模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压集成电路及智能功率模块,其中,所述高压集成电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、使能端、第一脉宽检测电路、第二脉宽检测电路、故障逻辑控制电路以及故障信号输出端。本发明中的高压集成电路可以避免其脉宽突变过大,导致逆变部分的开关器件长时间导通,致使器件失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及功率模块技术领域,尤其涉及一种高压集成电路及智能功率模块。
背景技术
高压集成电路,即HVIC,其是一种把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,以形成电源电路、电源欠压保护电路、高压侧驱动电路(自举电路、高压侧欠压保护电路)、低压侧驱动电路、使能电路、过电流保护电路、过热保护电路和过电压保护电路等,其一方面接收MCU的控制信号,驱动后续IGBT或MOS工作,另一方面则将系统的状态检测信号送回MCU,是IPM内部的关键芯片。
现有技术中的高压集成电路对逻辑输入端口的信号驱动的脉宽并没有存在相应的检测电路,因此容易导致其脉宽突变过大,即高压集成电路的输入信号脉宽过大,输出信号脉宽随之过大,从而导致逆变驱动导通的时间过长,最终使逆变部分的开关器件长时间导通,致使器件失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的高压集成电路,以解决现有高压集成电路容易导致其脉宽突变过大,使输入信号的脉宽过大,输出信号的脉宽随之过大,导致逆变驱动导通的时间过长,最终使逆变部分的开关器件长时间导通,致使器件失效的问题。
为了解决上述问题,本发明提供了一种高压集成电路,其包括第一信号输入端、第二信号输入端、使能端、第一脉宽检测电路、第二脉宽检测电路、故障逻辑控制电路以及故障信号输出端;
所述第一信号输入端和所述第二信号输入端分别用于输入脉宽信号,所述使能端用于输入使能信号;
所述第一脉宽检测电路连接至所述第一信号输入端,所述第二脉宽检测电路连接至所述第二信号输入端,所述第一脉宽检测电路和所述第二脉宽检测电路分别用于检测输入的所述脉宽信号并根据所述脉宽信号输出对应的电平信号;
所述故障逻辑控制电路的输入端分别连接至所述使能端、所述第一脉宽检测电路的输出端以及所述第二脉宽检测电路的输出端,用于根据输入的所述使能信号和所述电平信号输出对应的触发信号;
所述故障信号输出端与所述故障逻辑控制电路的输出端连接,用于根据所述触发信号输出对应的故障信号。
优选的,所述高压集成电路还包括第一二极管和第二二极管;所述第一二极管的两端分别连接至所述第一脉宽检测电路的输出端和所述故障逻辑控制电路的输入端,所述第二二极管的两端分别连接至所述第二脉宽检测电路的输出端和所述故障逻辑控制电路的输入端。
优选的,所述高压集成电路还包括场效应晶体管;所述场效应晶体管的栅极连接至所述故障逻辑控制电路的输出端,所述场效应晶体管的源极接地,所述场效应晶体管的漏极连接至所述故障信号输出端。
优选的,所述第一脉宽检测电路包括非门、NMOS管、第一电阻、第一电容、电压比较器、第二电阻、第三电阻以及第二电容;
所述非门的输入端作为所述第一脉宽检测电路的输入端;所述NMOS管的栅极连接至所述非门的输出端,所述NMOS管的源极接地;所述第一电阻的第一端连接至所述非门的输入端,所述第一电阻的第二端连接至所述NMOS管的漏极;所述第一电容的第一端连接至所述NMOS管的漏极,所述第一电容的第二端接地;
所述电压比较器的正极输入端连接至所述NMOS管的漏极;所述第二电阻的第一端连接至电源电压,所述第二电阻的第二端连接至所述电压比较器的负极输入端;所述第三电阻的第一端连接至所述电压比较器的负极输入端,所述第三电阻的第二端接地;所述第二电容的第一端连接至所述电压比较器的负极输入端,所述第二电容的第二端接地;所述电压比较器的输出端作为所述第一脉宽检测电路的输出端。
优选的,所述第二脉宽检测电路的电路结构与所述第一脉宽检测电路的电路结构相同。
优选的,所述高压集成电路还包括互锁电路;所述互锁电路由三个与非门组成。
优选的,所述高压集成电路还包括多个施密特电路、多个滤波器以及多个电平转换电路;其中,一个施密特电路、一个滤波器和一个电平转换电路依次串联设置。
本发明还提供了一种智能功率模块,其包括如上所述的高压集成电路。
与现有技术比较,本发明的高压集成电路通过在第一信号输入端增加第一脉宽检测电路,在第二信号输入端增加第二脉宽检测电路,并使第一脉宽检测电路和所述第二脉宽检测电路分别连接至故障逻辑控制电路,从而可以当输入的脉宽信号的宽度大于预设值时,通过对应的脉宽检测电路向故障逻辑控制电路输出高电平,以启动保护,并触发故障逻辑控制电路的其中一个输出端输出高电平,对高压集成电路的输入端口的上下桥驱动信号进行锁止,同时触发故障逻辑控制电路的另一个输出端输出高电平,以触发故障信号输出端输出故障信号,从而避免高压集成电路的脉宽突变过大,导致逆变部分的开关器件长时间导通,致使器件失效的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高压集成电路的电路连接图;
图2为本发明实施例提供的一种高压集成电路中第一脉宽检测电路/第二脉宽检测电路的电路连接图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种高压集成电路,结合图1至图2所示,其包括第一信号输入端HIN1、第二信号输入端LIN1、使能端EN、第一脉宽检测电路1、第二脉宽检测电路2、故障逻辑控制电路3以及故障信号输出端FAULT。
其中,第一信号输入端HIN1和第二信号输入端LIN1分别用于输入脉宽信号,使能端EN用于输入使能信号;第一脉宽检测电路1连接至第一信号输入端HIN1,第二脉宽检测电路2连接至第二信号输入端LIN1,第一脉宽检测电路1和第二脉宽检测电路2分别用于检测输入的脉宽信号并根据脉宽信号输出对应的电平信号;故障逻辑控制电路3的输入端分别连接至使能端EN、第一脉宽检测电路1的输出端以及第二脉宽检测电路2的输出端,用于根据输入的使能信号和电平信号输出对应的触发信号;故障信号输出端FAULT与故障逻辑控制电路3的输出端连接,用于根据触发信号输出对应的故障信号。
高压集成电路还包括多个端口,如电源电压端VCC、电流检测电路端ITRIP、浮动电源端VB1、信号输出端HO1和LO1、浮动地端VS1等。
故障逻辑控制电路3的输入端还分别连接至电源电压端VCC和电流检测电路端ITRIP。
本实施例中,第一脉宽检测电路1包括非门12、NMOS管14、第一电阻R1、第一电容C1、电压比较器13、第二电阻R2、第三电阻R3以及第二电容C2。
非门12的输入端作为第一脉宽检测电路1的输入端;NMOS管14的栅极连接至非门12的输出端,NMOS管14的源极接地;第一电阻R1的第一端连接至非门12的输入端,第一电阻R1的第二端连接至NMOS管14的漏极;第一电容C1的第一端连接至NMOS管14的漏极,第一电容C1的第二端接地。
电压比较器13的正极输入端连接至NMOS管14的漏极;第二电阻R2的第一端连接至电源电压,第二电阻R2的第二端连接至电压比较器13的负极输入端;第三电阻R3的第一端连接至电压比较器13的负极输入端,第三电阻R3的第二端接地;第二电容C2的第一端连接至电压比较器13的负极输入端,第二电容C2的第二端接地;电压比较器13的输出端作为第一脉宽检测电路1的输出端。
具体地,第二脉宽检测电路2的电路结构与第一脉宽检测电路1的电路结构相同,在此不作赘述。
本实施例中,高压集成电路还包括第一二极管4和第二二极管5;第一二极管4的两端分别连接至第一脉宽检测电路1的输出端和故障逻辑控制电路3的输入端,第二二极管5的两端分别连接至第二脉宽检测电路2的输出端和故障逻辑控制电路3的输入端。
本实施例中,高压集成电路还包括场效应晶体管6;场效应晶体管6的栅极连接至故障逻辑控制电路3的输出端,场效应晶体管6的源极接地,场效应晶体管6的漏极连接至故障信号输出端FAULT。
本实施例中,高压集成电路还包括互锁电路7;互锁电路7由三个与非门8组成。高压集成电路还包括多个施密特电路9、多个滤波器10以及多个电平转换电路11;其中,一个施密特电路9、一个滤波器10和一个电平转换电路11依次串联设置。
另外,高压集成电路其它必要的电路及器件,在此不一一进行描述说明。
本实施例中,当故障逻辑控制电路3接收的使能信号为低电平信号时,其输出Enable高电平信号和FAULT_G高电平信号,Enable高电平信号控制每个通道的开关,当Enable为高电平时,上下桥驱动信号无论处于高低电平,均被锁止,对应的信号输出端均输出为低电平信号,同时,FAULT_G高电平信号驱动场效应晶体管6开通,经故障信号输出端FAULT输出低电平信号,外部MCU检测到该低电平信号后,触发故障保护,每个通道的驱动信号均被置为低电平,以进行故障保护。
具体地,当第一信号输入端HIN1输入的有效信号高电平脉宽宽度(脉宽信号)大于预设值,则第一脉宽检测电路1输出高电平(电平信号),通过第一二极管4驱动连接故障逻辑控制电路3启动保护,触发Enable为高电平(触发信号),对高压集成电路的第一信号输入端HIN1的上下桥驱动信号进行锁止,以及FAULT_G输出高电平(触发信号),触发故障信号输出端FAULT输出故障信号。
当第二信号输入端LIN1输入的有效信号高电平脉宽宽度大于预设值,则第一脉宽检测电路1输出高电平,通过第一二极管4驱动连接故障逻辑控制电路3启动保护,触发Enable为高电平,对高压集成电路的第二信号输入端LIN1的上下桥驱动信号进行锁止,以及FAULT_G输出高电平,触发故障信号输出端FAULT输出故障信号。
更为具体地,当第一脉宽检测电路1接收的脉宽信号为高电平,则非门12输出为低电平,NMOS管14为截止状态,高电平通过第一电阻R1,为第一电容C1充电,充电时间由第一电阻R1和第一电容C1的充电时间常数决定,第一电阻R1的电阻越大,充电时间越长,第一电容C1的电容越大,充电时间越长;当第一电容C1两端的电压高于参考电压VR3(第二电阻R2和第三电阻R3串联连接电源电压,VR3即为电压电压比较器13的负极电压),电压比较器13输出高电平。当第一脉宽检测电路1接收的脉宽信号为低电平,非门12输出高电平,NMOS管14为导通状态,为第一电容C1进行放电。即第一信号输入端HIN1输入为高电平的时间,小于第一电容C1充电至参考电压VR3的时间,则不会触发电压比较器13输出为高电平;第一信号输入端HIN1输入为高电平的时间,大于第一电容C1充电至参考电压VR3的时间,则会触发电压比较器13输出为高电平,从而触发高压集成电路对逻辑端口输入信号进行锁止,故障信号输出端FAULT输出故障信号。相应的第二脉宽检测电路2的原理与第一脉宽检测电路1的原理相同,在此不作赘述。
与现有技术比较,本实施例的高压集成电路通过在第一信号输入端HIN1增加第一脉宽检测电路1,在第二信号输入端LIN1增加第二脉宽检测电路2,并使第一脉宽检测电路1和第二脉宽检测电路2分别连接至故障逻辑控制电路3,从而可以当输入的脉宽信号的宽度大于预设值时,通过对应的脉宽检测电路向故障逻辑控制电路3输出高电平,以启动保护,并触发故障逻辑控制电路3的其中一个输出端输出高电平,对高压集成电路的输入端口的上下桥驱动信号进行锁止,同时触发故障逻辑控制电路3的另一个输出端输出高电平,以触发故障信号输出端FAULT输出故障信号,从而避免高压集成电路的脉宽突变过大,导致逆变部分的开关器件长时间导通,致使器件失效的问题。另外,该高压集成电路还有助于提高应用于智能功率模块时的抗干扰和工作的可靠性。
本发明还提供了一种智能功率模块的实施例,该智能功率模块包括上述实施例中的高压集成电路。由于本实施例中的智能功率模块包含了上述实施例中的高压集成电路,因此其也能达到上述实施例中高压集成电路所达到的技术效果,在此不作赘述。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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第一信号输入端、第二信号输入端、使能端、第一脉宽检测电路、第二脉宽检测电路、故障逻辑控制电路以及故障信号输出端;
所述第一信号输入端和所述第二信号输入端分别用于输入脉宽信号,所述使能端用于输入使能信号;
所述第一脉宽检测电路连接至所述第一信号输入端,所述第二脉宽检测电路连接至所述第二信号输入端,所述第一脉宽检测电路和所述第二脉宽检测电路分别用于检测输入的所述脉宽信号并根据所述脉宽信号输出对应的电平信号;
所述故障逻辑控制电路的输入端分别连接至所述使能端、所述第一脉宽检测电路的输出端以及所述第二脉宽检测电路的输出端,用于根据输入的所述使能信号和所述电平信号输出对应的触发信号;
所述故障信号输出端与所述故障逻辑控制电路的输出端连接,用于根据所述触发信号输出对应的故障信号。
2.如权利要求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一二极管和第二二极管;所述第一二极管的两端分别连接至所述第一脉宽检测电路的输出端和所述故障逻辑控制电路的输入端,所述第二二极管的两端分别连接至所述第二脉宽检测电路的输出端和所述故障逻辑控制电路的输入端。
3.如权利要求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场效应晶体管;所述场效应晶体管的栅极连接至所述故障逻辑控制电路的输出端,所述场效应晶体管的源极接地,所述场效应晶体管的漏极连接至所述故障信号输出端。
4.如权利要求1所述的高压集成电路,其特征在于,所述第一脉宽检测电路包括非门、NMOS管、第一电阻、第一电容、电压比较器、第二电阻、第三电阻以及第二电容;
所述非门的输入端作为所述第一脉宽检测电路的输入端;所述NMOS管的栅极连接至所述非门的输出端,所述NMOS管的源极接地;所述第一电阻的第一端连接至所述非门的输入端,所述第一电阻的第二端连接至所述NMOS管的漏极;所述第一电容的第一端连接至所述NMOS管的漏极,所述第一电容的第二端接地;
所述电压比较器的正极输入端连接至所述NMOS管的漏极;所述第二电阻的第一端连接至电源电压,所述第二电阻的第二端连接至所述电压比较器的负极输入端;所述第三电阻的第一端连接至所述电压比较器的负极输入端,所述第三电阻的第二端接地;所述第二电容的第一端连接至所述电压比较器的负极输入端,所述第二电容的第二端接地;所述电压比较器的输出端作为所述第一脉宽检测电路的输出端。
5.如权利要求4所述的高压集成电路,其特征在于,所述第二脉宽检测电路的电路结构与所述第一脉宽检测电路的电路结构相同。
6.如权利要求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互锁电路;所述互锁电路由三个与非门组成。
7.如权利要求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多个施密特电路、多个滤波器以及多个电平转换电路;其中,一个施密特电路、一个滤波器和一个电平转换电路依次串联设置。
8.一种智能功率模块,其特征在于,所述智能功率模块包括如权利要求1至7任意一项所述的高压集成电路。
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