文献综述(或调研报告):
国内外研究现状:
半桥驱动芯片是HVIC的一种典型电路。半桥驱动芯片不仅在内部集成了低压的驱动电路,而且还集成了两个耐600V的横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)器件,用于电路中的电平转换。半桥驱动芯片主要应用于电压型逆变结构中,用于驱动两个图腾式连接的功率MOSFET管。因此,半桥驱动芯片属于电源管理类的功率集成电路。目前国内对于半桥驱动芯片的研究处于刚刚起步阶段,已经有部分高校对芯片的设计进行了研究,例如电子科技大学、浙江大学、上海交通大学等。不过这些高校对于半桥驱动芯片的研究仅限于在理论上进行探讨,还没有能够在工程上得到应用,在国内并未看到相应的产品出现。
由于半桥驱动芯片需要实现低压15V到高压615V的转换,因此需要电路和工艺的紧密配合。而国内高低压兼容工艺尚不成熟,这将更大加剧半桥驱动芯片设计的难度,因此在国内半桥驱动芯片的高端市场,大都被国际知名企业所占领,例如美国国际整流器(International Rectifier,IR)公司,飞兆公司,意法半导体(STMicroelectronics,ST)、德州仪器(Texas Instruments,TI)等。IR公司生产的IRS2308D就是一款具有代表性的、高性能的驱动芯片,它采用双列直插式8引脚和贴片式8引脚两种封装形式,最高耐压为600V,一般工作频率在1001d-Iz左右,主要应用于半桥逆变结构中。
半桥驱动芯片框图结构如图1所示。
图1、半桥驱动芯片框图结构
半桥驱动芯片工作原理:
电路正常工作时,高、低两路驱动信号分别输入到高端信号输入电路(HIN)和低端信号输入电路(LIN),经整形后输出两路反向的方波信号分别接高低两路的死区时间产生电路,输入电路中的施密特触发器除了具有整形功能外,还具有滤波功能,以消除输入波形中噪声的干扰。死区时间产生电路为了使得高、低端被驱动的两个器件在工作过程中不会发生同时导通的情况,在高端和低端驱动信号之间设置有一个时间差,此外,它还具有使得高低端的输出信号相匹配的功能。经过死区时间产生电路后,高端驱动信号进入到脉冲产生电路转变为两路窄脉冲输出,分别对应了控制信号的上升沿与下降沿。电平移位电路在完成脉冲信号的整形之后,再把它们转变为以高压端地Vss为参考的浮动的脉冲信号。驱动信号经过电平移位电路中的高压管子LDMOS的漏极输出后,由于受到瞬态移位电流的影响,信号中会出现一定的噪声,可能会引起电路的误触发,因此需要在高端电路中采用一个滤波器,用于滤除噪声和信号的整形。然后经过一个RS触发器,让两个对应控制信号上升沿和下降沿的窄脉冲恢复为原来的宽脉冲,以驱动后接的功率管,此时的控制信号是以高端地Vs为参考的,由于外接功率管的栅极电容比较大,需要将还原后的控制信号经过一个输出驱动模块从而增加驱动能力。
而低端的控制信号在经过死区时间产生电路后,为了能够与高侧的控制信号同时到达输出端,需要先经过一个延时模块来实现高低侧信号的同步,经过延时处理后的低侧控制信号送至低侧输出驱动电路,经过处理后,变为符合要求的低端驱动信号输出。
延时模块中关键的是对电容的充放电,基本的为RC充放电电路,但RC充放电电路中电阻受温度的影响较大,因此改进为用稳定的电流对电容器充电,常见的二极管补偿法和带隙基准电流源法。
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