高压集成电路和半导体电路

技术领域

本发明涉及一种高压集成电路和半导体电路，属于半导体电路应用技术领域。

背景技术

高压集成电路，即HVIC，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，形成斯密特、低压LEVELSHIFT、高压LEVELSHIFT、脉冲发生电路、死区电路、互锁电路、延时电路、滤波电路、过电流保护电路和过热保护电路、欠压保护电路等电路。HVIC一方面接收MCU的控制信号，驱动后续IGBT或MOS工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。是半导体电路内部的关键芯片。目前HVIC都只能根据外部MCU的信号来被动工作，不能内部产生正弦波，因此必须与配合外部较高速的MCU产生正弦波PWM信号，才能使得半导体电路驱动电机这些负载工作。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是解决现有的高压集成电路需要外部的高速MCU输出正弦波PWM信号才能驱动电机负载工作的问题。

本发明首先提出一种高压集成电路，高压集成电路包括多个半桥驱动电路模块和与每个半桥驱动模块连接的信号发生模块，其中信号发生模块包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端分别连接半桥驱动电路模块的高压信号输入端和低压信号输入端，信号发生模块产生正弦PWM信号，并通过第一输出端和第二输出端输出相位相反的正弦PWM信号。

可选地，信号发生模块包括正弦信号发生器、三角波发生器、比较器和非门，

其中正弦信号发生器的输出端连接比较器的同相输入端，三角波发生器的输出端连接比较器的反相输入端，比较器的输出端、信号发生模块的第一输出端和非门的输入端共接，非门的输出端为信号发生模块的第二输出端。

可选地，信号发生模块还包括施密特触发器，施密特触发器的输入端连接比较器的输出端，施密特触发器的输出端、信号发生模块的第一输出端和非门的输入端共接，非门的输出端为信号发生模块的第二输出端。

可选地，信号发生模块还包括使能控制端，信号发生模块还包括与门，施密特触发器的输出端连接与门的一输入端，与门的另一输入端为使能控制端，与门的输出端、信号发生模块的第一输出端和非门的输入端共接，非门的输出端为信号发生模块的第二输出端。

可选地，正弦信号发生器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第一运算放大器；第一电阻的一端、第三电阻的一端和第一电容的一端共接，第一电阻的另一端和第二电阻的一端共接于第一运算放大器的反相输入端，第三电阻的另一端、第一电容的另一端和第四电阻的一端共接于第一运算放大器的同相输入端，第四电阻的另一端连接第二电容的一端，第二电阻的另一端、第二电容的另一端和第一运算放大器的输出端共接于正弦信号发生器的输出端。

可选地，三角波发生器包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第三电容和第二运算放大器；第五电阻的一端连接低压直流电源正极，第五电阻的另一端、第六电阻的一端和第七电阻的一端共接于第二运算放大器的同相输入端，第六电阻的另一端接地，第三电容的一端接地，第三电容的另一端、第九电阻的一端、第二运算放大器的反相输入端共接于三角波发生器的输出端，第九电阻的另一端、第八电阻的一端和第二运算放大器的输出端和第七电阻的另一端共接，第八电阻的另一端连接低压直流电源正极。

可选地，每个半桥驱动模块包括低压驱动区电路和高压驱动区电路，其中低压驱动区电路的第一输入端和第二输入端为半桥驱动模块的高压信号输入端和低压信号输入端，低压驱动区电路的的第一输出端和第二输出端分别连接高压区驱动电路的第一输入端和第二输入端，高压区驱动电路的输出端为半桥驱动模块的输出端。

本发明还提出一种半导体电路，半导体电路包括上述的高压集成电路，还包括逆变电路，高压集成电路的输出端连接逆变电路。

本发明的高压集成电路，包括多个半桥驱动电路模块和与每个半桥驱动模块连接的信号发生模块，其中信号发生模块包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端分别连接半桥驱动电路模块的高压信号输入端和低压信号输入端，信号发生模块产生正弦PWM信号，并通过第一输出端和第二输出端输出相位相反的正弦PWM信号。这样可以不需要外接MCU输入其生成的正弦PWM信号，从而可以实现高压集成电路应用到半导体电路时，自身可以实现驱动电机负载的工作，可实现在一些对电机驱动功能较简单的场景，如只需要固定转速的场景，无需外接MCU，从而可以简化整个控制电路的设计，而且也降低了控制器的成本。

附图说明

图1为本发明实施例的高压集成电路的框图；

图2为图1中高压集成电路中半桥驱动电路模块的简化电路原理图；

图3为本发明实施例的信号发生模块的简化电路原理图；

图4为图3中正弦信号发生器的简化电路原理图；

图5为图3中三角波发生器的简化电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在结构或功能不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据实例来详细说明本发明。

本发明提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System，MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。

本发明首先提出一种高压集成电路，如图1所示，高压集成电路包括多个半桥驱动电路模块200和与每个半桥驱动模块连接的信号发生模块100，其中信号发生模块100包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端分别连接半桥驱动电路模块200的高压信号输入端HIN和低压信号输入端HIN，信号发生模块100产生正弦PWM信号，并通过第一输出端和第二输出端输出相位相反的正弦PWM信号。其中高压集成电路至少包含两个半桥驱动电路模块200，通常包含三个半桥驱动电路模块200，以驱动半导体电路中的三相逆变电路，每个半桥驱动模块输入端包括高压信号输入端HIN和低压信号输入端HIN，其输出端包括浮动高压正极VB、浮动高压负极VS、上桥臂驱动输出HO、低压电源正极VCC、低压电源负极GND、下桥臂驱动输出LO。信号发生模块100生成正弦PWM信号，信号发生模块100通过两个输出端分别与高压信号输入端HIN和低压信号输入端HIN并联，以输出相位相反的正弦PWM信号，这样可以不需要外接MCU输入其生成的正弦PWM信号，从而可以实现高压集成电路应用到半导体电路时，自身可以实现驱动电机负载的工作，可实现在一些对电机驱动功能较简单的场景，如只需要固定转速的场景，无需外接MCU，从而可以简化整个控制电路的设计，而且也降低了控制器的成本。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，信号发生模块100包括正弦信号发生器110、三角波发生器120、比较器130和非门160，其中正弦信号发生器110的输出端连接比较器130的同相输入端，三角波发生器120的输出端连接比较器130的反相输入端，比较器130的输出端、信号发生模块100的第一输出端OUT1和非门160的输入端共接，非门160的输出端为信号发生模块100的第二输出端OUT2。其中正弦信号发生器110输出的正弦波电平高于三角波电平时，比较器130输出高电平，在正弦信号发生器110输出的正弦波电平低于三角波电平时，比较器130输出低电平，以此实现从比较器130输出正弦PWM信号，从比较器130输出端输出的正弦PWM信号的其中一路再经非门160反相，从而从第一输出端OUT1和第二输出端OUT2输出相位相反的两路正弦PWM信号。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图3所示，信号发生模块100还包括施密特触发器140，施密特触发器140的输入端连接比较器130的输出端，施密特触发器140的输出端、信号发生模块100的第一输出端OUT1和非门160的输入端共接，非门160的输出端为信号发生模块100的第二输出端OUT2。通过施密特触发器140，实现对比较器130输出的正弦PWM信号的整形，以过滤信号中的干扰噪音，使得输出的正弦PWM信号更加纯净。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图3所示，信号发生模块100还包括使能控制端S-EN，信号发生模块100还包括与门150，施密特触发器140的输出端连接与门150的一输入端，与门150的另一输入端为使能控制端S-EN，与门150的输出端、信号发生模块100的第一输出端和非门160的输入端共接，非门160的输出端为信号发生模块100的第二输出端。通过在施密特触发器140的输出端增加连接与门150，使得信号发生模块100增加了使能控制端S-EN，当使能控制端S-EN为高电平时，信号发生模块100正常输出正弦PWM信号，当使能控制端S-EN为低电平时，与门150固定输出低电平，使得信号发生模块100输出关闭。信号发生模块100通过设置使能控制端S-EN，使得高压集成电路可以可控的关闭和开启输出正弦PWM信号的功能，如此可以实现在关闭输出正弦PWM信号时，外接MCU实现更复杂的控制。

具体地，在本发明的一些实施例中，如图4所示，正弦信号发生器110包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和第一运算放大器U1；第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端和第一电容C1的一端共接，第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端共接于第一运算放大器U1的反相输入端，第三电阻R3的另一端、第一电容C1的另一端和第四电阻R4的一端共接于第一运算放大器U1的同相输入端，第四电阻R4的另一端连接第二电容C2的一端，第二电阻R2的另一端、第二电容C2的另一端和第一运算放大器U1的输出端共接于正弦信号发生器110的输出端。其中通过第四电阻R4、第二电容C2构成正反馈电路，通过调节四电阻和第二电容C2的参数可改变正弦信号发生器110输出的正弦信号波的频率。

具体地，在本发明的一些实施例中，如图5所示，三角波发生器120包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3和第二运算放大器U2；第五电阻R5的一端连接低压直流电源正极，第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端共接于第二运算放大器U2的同相输入端，第六电阻R6的另一端接地，第三电容C3的一端接地，第三电容C3的另一端、第九电阻R9的一端、第二运算放大器U2的反相输入端共接于三角波发生器120的输出端，第九电阻R9的另一端、第八电阻R8的一端和第二运算放大器U2的输出端和第七电阻R7的另一端共接，第八电阻R8的另一端连接低压直流电源正极。其中第七电阻R7为正反馈回路，第三电容C3形成积分电路，通过调整第三电容C3、第七电阻R7的参数可以改变三角波发生器120输出的三角波信号的频率。

值得说明的是，上述实施例只是分别例举了其中一种正弦信号发生器110和三角波发生器120的具体电路，也可以采用其他现有的电路来生成正弦信号波和三角波。

具体地，在本发明的一些实施例中，如图2所示，每个半桥驱动模块包括低压驱动区电路210和高压驱动区电路230，其中低压驱动区电路210工作在低电压条件下，其供电电源为低压直流电如15V左右的低电压，而高压驱动区电路230工作在高压电条件，其供电的电源为300V左右的高压直流电。

具体地，低压驱动区电路210包括第一施密特触发器203、第一滤波器205、第一电平转换器206、第二施密特触发器204、第二滤波器207、第二电平转换器208、死区和互锁控制器209、脉冲发生器211、低压保护器212、延迟器213、第四与非门214和低压输出驱动单元215。其中第一施密特触发器203、第一滤波器205和第一电平转换器206依次连接，第一施密特触发器203的输入端为半桥驱动模块的高压信号输入端HIN，第一电平转换器206输出端连接死区和互锁控制器209第一输入端，第二施密特触发器204、第二滤波器207和第二电平转换器208依次连接，第二施密特触发器204的输入端为半桥驱动模块的低压信号输入端LIN，第二电平转换器208输出端连接死区和互锁控制器209第二输入端，死区和互锁控制器209的第一输出端连接脉冲发生器211的第一输入端，脉冲发生器211的第二输入端连接第一低压保护单元的第一输出端，脉冲发生器211的第一输出和第二输出端分别连接高压驱动区电路230的第一输入端和第二输入端，死区和互锁控制器209的第二输出端连接延迟器213的输入端，延迟器213的输出端连接第四与非门214的第二输入端，第一低压保护单元的第二输出端连接第四与非门214的第一二输入端，第四与非门214的输出端连接低压输出驱动单元215的输入端，低压输出驱动单元215的供电电源正极为半桥驱动电路模块200的低压电源正极VCC，低压输出驱动单元215的供电电源负极为半桥驱动电路模块200的低压电源负极GND，低压输出驱动单元215的输出端为半桥驱动电路模块200的下桥臂驱动输出LO。

进一步地，低压驱动区电路210还包括第一ESD单元201和第二ESD单元202，其中第一ESD单元201连接于第一施密特触发器203的输入端，第二ESD单元202连接于第二施密特触发器204的输入端，以起到对输入端的信号进行静电抑制作用。

具体地，高压驱动区电路230包括高低压过渡电路231、第二低压保护单元232、第三滤波器233、RS触发器234和高压输出驱动单元235，其中高低压过渡电路231的第一输入端和第二输入端分别为高压驱动区电路230的第一输入端和第二输入端，高低压过渡电路231第一输出端和第二输出端分别连接第三滤波器233的第一输入端和第二输入端，第三滤波器233的第一输出端和第二输出端分别连接RS触发器234的第一触发端和第二触发端，第二低压保护单元232的输出端连接RS触发器234的第三触发端，RS触发器234的输出端连接高压输出驱动单元235的输入端，高压输出驱动单元235的供电电源正极为半桥驱动电路模块200的浮动高压正极VB，高压输出驱动单元235的供电电源负极为半桥驱动电路模块200的浮动高压负极VS，高压输出驱动单元235的输出端为半桥驱动电路模块200的上桥臂驱动输出HO。

本发明还提出一种半导体电路，半导体电路包括上述实施例提到的高压集成电路，还包括逆变电路，高压集成电路的输出端连接逆变电路。其中高压集成电路内设置有三路半桥驱动电路模块200三路信号发生模块100，每路半桥驱动电路模块200的高压信号输入端和低压信号输入端分别连接信号发生模块100的第一输出端和第二输出端，以此输出三相的上下桥臂驱动信号以驱动逆变器的三相桥臂的开关管工作。通过在高压集成电路内设置与每路半桥驱动电路模块200对应连接的信号发生模块100，使得高压集成电路可以独立生成正弦PWM信号，从而可在无需MCU输出控制信号的情况下独立驱动直流电机负载工作，从而能简化电机控制器的电路设计，比降低控制器的成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。