[发明专利]高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路，专门针对高压半桥驱动芯片，该芯片被广泛应用在电机驱动、大功率LED照明、荧光灯照明、逆变电源等应用系统上。

背景技术

新开发的硅基和SOI(Silicon On Insulator)基高低压兼容工艺可集成高压功率器件和可靠的隔离技术，带动了高压功率集成电路的快速发展。它将高压功率器件与控制和保护电路单片集成，减少了系统中的元件数、互连数和焊点数，不仅提高了系统的可靠性、稳定性，而且减少了系统的功耗、体积、重量和成本，对实现军事装备和民用装置的小型化、智能化和节能化有着重要的意义。

高压半桥驱动芯片是最典型的一种高压集成芯片的拓扑结构，用来驱动两个以图腾柱形式连接的功率MOS管或IGBT，使其交替导通。芯片内部集成了输入接口、死区逻辑控制、脉冲产生、高压电平移位、脉冲滤波、RS触发器、输出驱动，欠压保护等电路。除了作为高侧和低侧电路的接口的高压电平移位电路，位于隔离结构的边缘，需要工作在几百伏电压下，其他的电路模块分别位于高压区和低压区，均在10到20伏的电压下工作，但需要单独供电，低压区直接使用直流低压电源供电，而高压区处于浮置状态需要通过自举电容供电，如图1所示，当半桥结构中的下管M2开通，上管M1关断时，电源VCC通过自举二极管和下管对自举电容充电，当上管开通，下管关断时，自举电容给高侧电路供电。若芯片高低侧的电源电压太低，可能会导致芯片的开关速度下降，为了提高芯片低压下的工作效率，在芯片的高压区和低压区设置了两个相互独立的欠压保护电路，分别用来检测低压直流电源和自举电容电压，当低压直流电源电压低于欠压阈值时，关闭上管和下管，当自举电容上的电压低于欠压阈值时，关闭上管。

如上分析可知，传统的高压半桥驱动芯片的欠压保护电路相互独立，分别依靠电阻分压对高低侧电源进行采样，然后和内部的齐纳稳压源进行比较，诊断芯片电源电压是否充足，且高侧欠压保护电路只能控制半桥结构中的上管。因此存在很多问题，如下所述。

首先，芯片的高侧欠压信号和高侧RS触发器相连，一旦自举电容上的电压低于电压阈值后，欠压保护电路就会让RS触发器复位，关闭上管，而脉冲发生器像正常情况下一样开启高压电平移位电路中N沟道横向双扩散MOS管，自举电容上的电荷通过电平移位电路的电阻和N沟道横向双扩散MOS管放电，浪费自举电容上储存的电能。

其次，在芯片上电或者由于外界环境导致自举电容上的电荷被过度泄放时，可能需要几百微秒以上的时间对自举电容充电，才能达到高侧欠压阈值，此时需要下管一直开启，而依据当前的芯片设计，无法做到。因为高压驱动芯片的两条通道的输入信号是交替为高电平的，当低侧通道输入信号为高电平时，通过下管给自举电容充电，当高侧通道输入信号为高电平时，由于自举电容上的电荷被过度泄放，电容还处于欠压状态，高侧还未开启，但通过高压电平移位等电路消耗自举电容上的电荷，使得下管给自举电容充电的电荷又被泄放掉一部分，如此先充电再放一部分电荷地循环，直到自举电容上的电压高于欠压阈值，大大降低了对自举电容充电的效率。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明提供一种能够提高自举电容充电的效率并能实施高低侧电源欠压保护的高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路。

（二）技术方案

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高压半桥驱动芯片的欠压保护方法，包括以下步骤：

S1)给高压半桥驱动芯片上电，使高压半桥驱动芯片处于工作状态，

S2)采集低侧电源电压VCC，若低侧电源电压VCC低于设定的低侧欠压阈值，所述低侧欠压阈值为VCCU，则强制高压半桥驱动芯片的高侧通道和低侧通道都输出低电平，从而关闭所述高压半桥驱动芯片驱动的半桥中的上功率管M1和下功率管M2，若低侧电源电压高于低侧欠压阈值，则进行下面的一个步骤；