[发明专利]用于高压集成电路的高性能芯片状态监测保护电路

说明书

本发明公开了一种用于高压集成电路的高性能芯片状态监测保护电路，该电路包括：高精度宽电压范围过温保护电路、高精度高可靠欠压保护电路、高精度高可靠过流保护电路和错误处理逻辑电路。本发明所提供的高性能芯片状态监测保护电路，一方面，在温度保护电路中采用共模干扰检测电路，避免共模噪声干扰，在共模噪声超过阈值的情况下提前锁定温度保护信号；另一方面，在欠压保护电路中采用电源毛刺检测电路，在异常情况下输出复位信号提前锁定欠压保护信号；此外，输出整形电路采用RC低通滤波和施密特触发器组合滤波，以滤除高频噪声的影响，保持了一定的迟滞量，从而产生稳定可靠的保护输出信号稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于高压集成电路的高性能芯片状态监测保护电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求系统装备在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。新一代电力电子整机系统对其内部高压集成电路(HVIC)的可靠性、速度、智能化提出了更高的需求，从而进一步提高整机可靠性，并降低整机系统设计复杂度。高压集成电路作为系统信号处理部分和执行部分的桥梁，将高压功率器件与控制电路、外围接口电路及保护电路等集成在一起，需要在功率集成技术就是需要在有限的芯片面积上实现高低压兼容、高性能、高效率与高可靠性。

由于高压电路控制对象通常为大功率半导体器件，需要在整机系统出现异常时快速关闭系统控制信号。如果外界因素例如故障元件、负载电流突变、或者工作环境温度的变化，这些导致芯片上的电流增加，会在一些电阻等无源器件上产生热量，如果芯片的散热能力不足，那么功率损耗会造成芯片内部的有源区及结温度上升，使得MOS管、二极管、电阻和电容等可靠性降低，导致热失效，甚至有可能使芯片内部器件造成不可恢复的损坏，无法安全的工作，减少芯片的使用寿命，同时芯片的功率损耗増加，致使效率下降，所以必须限制芯片的温度。当供电电源模块或电网出现异常时，也会导致相对应电路系统工作出现异常，尤其是当电子产品的电路板各功能模块工作在最小工作电源电压值情况下，虽然不会损坏功能模块电路，但此时电路系统不能稳定运行，导致系统出现逻辑控制异常、数据处理错误等问题，这些问题都会给设备运行现场带来较严重的损失。通常需要在高压集成电路内部集成过温、欠压及过压保护等各类保护电路欠压保护电路是高压集成电路常用的另外一种保护功能电路，当芯片监测状态低于设定阈值时关闭系统，要求保护电路输出保护信号，以关闭芯片其他功能模块。

图1示出了电力电子应用系统中最常用的一种高压集成电路，该电路为典型高压半桥栅驱动芯片及应用系统电路框图。典型半桥驱动电路分为高侧和低侧两路通道驱动电路，高侧驱动电路采用自举升压的方式实现信号传输控制，两路低压输入HI和LI，分别进入高侧和低侧两路通道。在低侧LI输入高电平期间，LO输出高电平，开关ML导通，开关节点(SW)被下拉至地，此时HB点电压通过自举二极管给自举电容充电使得自举电容两端电压差接近芯片电源电压VDD。当高侧HI输入高电平期间，HO输出高电平，高侧管MH开启，开关节点电压上升至VH，即SW上升至VH。由于自举电容两端电压不变，故自举电压VHB被自举到SW+VDD。高侧电路始终保持VHB–SW≈VDD，SW在0和VH之间摆动，导致高侧电路电源电压和衬底电位存在巨大的波动，产生非常严重的共模噪声。因此，高压集成电路内部使用的各类保护电路，需要在电压摆幅波动和衬底噪声大等恶劣环境因素下实现高可靠工作，提供高精度的芯片状态监测和保护功能。

发明内容

本发明的目的是针对高压集成电路的系统应用需求，提供一种可在电压摆幅波动和衬底噪声恶劣的环境下，实现芯片状态高精度监测和保护的高性能监测保护电路。