大功率半导体开关器件通用驱动芯片

摘要

一种大功率半导体开关器件通用驱动芯片，包括电源脚、地脚、正向输入脚、反向输入脚和驱动输出脚，其内集成有MOS对管、电平选择电路和DC-DC变换电路，DC-DC变换电路与电源脚连接；MOS对管由P-MOS管和N-MOS管组成，P-MOS管源极接电源脚，N-MOS管源极接地脚，漏极接驱动输出脚；电平选择电路的一个输入端接正向输入脚并通过第一电阻接地脚，另一个输入端接反向输入脚并通过第二电阻接DC-DC变换电路的输出端，电平选择电路的输出端经驱动单元接MOS对管的栅极。本驱动芯片可以应用于电磁感应加热装置。本驱动芯片控制方式灵活，能够大大减小应用电路占用的空间，提高抗干扰能力。

权利要求

1.大功率半导体开关器件通用驱动芯片，其特征在于，包括电源脚(VDD)、地脚(GND)、正向输入脚(IN+)、反向输入脚(IN-)和驱动输出脚(OUT)，所述芯片内集成有MOS对管(1)、电平选择电路(3)和DC-DC变换电路(4)，所述DC-DC变换电路与电源脚连接用于产生+5V电源；所述MOS对管由P-MOS管和N-MOS管漏极相接组成，P-MOS管源极接电源脚，N-MOS管源极接地脚，漏极接所述驱动输出脚；所述电平选择电路的一个输入端接正向输入脚并通过第一电阻接(8)地脚，另一个输入端接反向输入脚并通过第二电阻(7)接DC-DC变换电路的输出端，电平选择电路的输出端经驱动单元(2)接MOS对管的栅极；

所述芯片还包括温度输出脚(Tout)，所述芯片内还集成有测温电路(5)，所述测温电路由恒流镜电路和第一半导体PN结串联组成，由所述DC-DC变换电路供电，恒流镜电路和第一半导体PN结的公共端接所述温度输出脚，第一半导体PN结的另一端接地脚，该测温电路用于检测该驱动芯片自身的温度，以及检测大功率半导体开关器件管脚的温度。

2.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述测温电路和所述温度输出脚之间还连接放大电路。

3.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述电平选择电路为同或门、或者异或门。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的驱动芯片，其特征在于，所述芯片内还集成有保护模块(6)，该保护模块由连接在所述P-MOS管的源极和漏极之间的第二PN结(6a)、以及连接在所述N-MOS管的源极和漏极之间的第三PN结(6b)组成，用于保护连接在驱动输出脚的大功率半导体开关器件不受干扰脉冲影响，以及将该驱动芯片本身的驱动电压钳制到合理范围。

5.根据权利要求4所述的驱动芯片，其特征在于，所述第二PN结和第三PN结分别在所述P-MOS管和所述N-MOS管的结构上改造形成。

6.根据权利要求4所述的驱动芯片，其特征在于，所述MOS对管的内阻与连接在驱动输出脚的IGBT的特性相匹配。

7.根据权利要求4所述的驱动芯片，其特征在于，该芯片采用SOT23-6封装，芯片的长度为2.8-3mm，厚度为0.9-1.45mm，芯片主体的宽度为1.5-1.75mm。

8.权利要求1-7任意一项所述驱动芯片在电磁感应加热装置中的应用，用于驱动IGBT。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述驱动芯片的地脚紧贴并连接所述IGBT的E极。

说明书

大功率半导体开关器件通用驱动芯片

技术领域

[0001] 本发明涉及驱动芯片，更具体地说，是一种大功率半导体开关器件通用驱动芯片。

背景技术

[0002] 大功率驱动应用装置，比如利用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)驱动的装置---电磁炉，IH(Induction Heating)饭煲等，已经被广泛地使用。人们也在不断地对其进行改进，以改善性能和降低成本。

[0003] 现有的IGBT驱动电路采用分立元件组成，成本高，占用空间大，装配复杂，抗干扰能力差，静态功耗大，不符合电子产品的小型化、集成化的发展趋势。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于，针对现有大功率驱动电路存在的元件占用空间大、抗干扰能力差和控制模式单一的缺陷，提供一种大功率半导体开关器件通用驱动芯片。

[0005] 本发明一种大功率半导体开关器件通用驱动芯片包括：电源脚、地脚、正向输入脚、反向输入脚和驱动输出脚，所述芯片内集成有MOS对管、电平选择电路和DC-DC变换电路，所述DC-DC变换电路与电源脚连接用于产生+5V电源；所述MOS对管由P-MOS管和N-MOS管漏极相接组成，P-MOS管源极接电源脚，N-MOS管源极接地脚，漏极接所述驱动输出脚；所述电平选择电路的一个输入端接正向输入脚并通过第一电阻接地脚，另一个输入端接反向输入脚并通过第二电阻接DC-DC变换电路的输出端，电平选择电路的输出端经驱动单元接MOS对管的栅极。

[0006] 本发明所述的驱动芯片，为了能够进一步减化应用电路（如，大功率器件IGBT的测温电路），还在芯片内集成了测温电路，设置了温度输出脚，所述测温电路由恒流镜电路和第一半导体PN结串联组成，由所述DC-DC变换电路供电，恒流镜电路和第一半导体PN结的公共端接所述温度输出脚，第一半导体PN结的另一端接地脚，该测温电路用于检测该驱动芯片自身的温度，以及用于检测大功率半导体开关器件GND脚的温度。

[0007] 优选地，所述电平选择电路为同或门、或者异或门。

[0008] 优选地，所述测温电路和所述温度输出脚之间还连接放大电路。

[0009] 本发明所述的驱动芯片，为了能够更加减化应用电路（如，大功率器件IGBT控制电压输入钳位的电路），在芯片内还集成了保护模块，该保护模块由连接在所述P-MOS管的源极和漏极之间的第二PN结、以及连接在所述N-MOS管的源极和漏极之间的第三PN结组成，用于保护连接在驱动输出脚的大功率半导体开关器件不受干扰脉冲影响，以及将该驱动芯片本身的驱动电压钳制到合理范围。

[0010] 优选地，所述第二PN结和第三PN结分别在所述P-MOS管和所述N-MOS管的结构上改造形成。

[0011] 优选地，所述MOS对管的内阻与连接在驱动输出脚的IGBT的特性相匹配。

[0012] 优选地，该驱动芯片采用SOT23-6封装，芯片的长度为2.8-3mm，厚度为0.9-1.45mm，芯片主体的宽度为1.5-1.75mm。

[0013] 上述驱动芯片可以应用于电磁感应加热装置中IGBT的驱动，例如，用于对电磁炉中的IGBT驱动。优选地，所述驱动芯片的地脚紧贴并连接所述IGBT的E极。

[0014] 本驱动芯片集成有电平选择电路并对应设置有正向输入脚和反向输入脚，通过该两个管脚的电平配置即可简便的选择被驱动器件的驱动输入电平组合，控制方式非常灵活，能够适合于不同的主控芯片控制方案。由于驱动对管、电平选择电路和DC-DC变换电路均集成在芯片内，大大减小了占用的空间，并提高了抗干扰能力。此外，其驱动对管采用MOS管，静态功耗非常小。

附图说明

[0015] 图1为典型一实施例大功率半导体开关器件通用驱动芯片的原理框图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

[0017] 如图1所示，本大功率半导体开关器件通用驱动芯片10具有六个管脚，分别为：电源脚VDD、地脚GND、正向输入脚IN+、反向输入脚IN-、驱动输出脚OUT和温度输出脚Tout，芯片10内集成有MOS对管1及其驱动单元2、电平选择电路3、DC-DC变换电路4、测温电路5和保护模块6。DC-DC变换电路4与电源脚VDD连接，用于产生+5V电源。

[0018] MOS对管1由P-MOS管1a和N-MOS管1b组成，P-MOS管1a源极接电源脚VDD，N-MOS管1b源极接地脚GND，P-MOS管1a和N-MOS管1b漏极相连并且接至驱动输出脚OUT。

[0019] 驱动单元2主要用于实现信号整形，可以采用门电路，如，非门、与门、或门等。

[0020] 电平选择电路3采用同或门，电平选择电路3的一个输入端接正向输入脚IN+并通过第一电阻8接地脚GND，另一个输入端接反向输入脚IN-并通过第二电阻7接DC-DC变换电路4的输出端，电平选择电路3的输出端经驱动单元2接MOS对管1的栅极。

[0021] 本驱动芯片10的输入输出真值表如下：

[0022]反向输入脚IN- 正向输入脚IN+ 驱动输出脚OUT
高 悬空（接地） 低
低 悬空（接地） 高
悬空（拉高） 高 高
悬空（拉高） 低 低
悬空（拉高） 悬空（接地） 低
低 高 低

[0023] 可以看出，电平选择电路3的设计使本驱动芯片10控制方式非常灵活，能够适合于不同的主控芯片的控制方案。

[0024] 在一些实例中，电平选择电路3也可以采用异或门。也可以在异或门或同或门后面连接一个非门来构成电平选择电路3。

[0025] 测温电路5一方面用于检测连接在驱动输出脚OUT的大功率半导体开关器件（如，IGBT）的温度，另一方面用于检测本驱动芯片10自身的温度。测温电路5由集成在芯片10内部的恒流镜电路和第一半导体PN结串联组成，由DC-DC变换电路4供电，恒流镜电路和第一半导体PN结的公共端接温度输出脚Tout，第一半导体PN结的另一端接地脚GND。应用时，只需将本驱动芯片10的地脚GND紧贴并连接所述大功率半导体开关器件的GND脚（即E极），第一半导体PN结能够感知本驱动芯片10自身的温度，并且能够通过温度检测感知所述大功率半导体开关器件的温度，进而将温度转换成模拟电压，通过温度输出脚Tout输出，主控芯片只需检测该温度输出脚Tout电压就能得到所述大功率半导体开关器件及其驱动芯片10的温度，以便及时可靠的控制所述大功率半导体开关器件及其驱动部分温度。

[0026] 在测温电路5和温度输出脚Tout之间还连接有放大电路（图1中将放大电路和测温电路用一个框表示），用于对测温电路5输出的表征温度的电压信号进行放大。可以理解地，也可以不在驱动芯片10内设置放大电路，而通过外围放大电路，或者用主控芯片内的放大器对驱动芯片10输出的表征温度的电压信号放大。

[0027] 保护模块6由连接在P-MOS管1a的源极和漏极之间的第二PN结6a、以及连接在N-MOS管1b的源极和漏极之间的第三PN结6b组成。利用第二PN结6a和第三PN结6b可以将电源VDD、驱动输出脚OUT、地GND之间的电位差固定，形成双钳位作用，这样既可以保护连接在驱动输出脚OUT的大功率半导体开关器件不受干扰脉冲影响，又可将本驱动芯片10本身的驱动电压钳制到合理范围，从而达到保护本驱动芯片10和所述大功率半导体开关器件的双保护目的。

[0028] 在一些较佳实例中，保护模块6的第二PN结6a和第三PN结6b分别在P-MOS管1a和N-MOS管1b的结构上改造形成，充分的利用了MOS管的基本特性，简化了保护电路，且不占用芯片额外晶圆空间和内部更多资源，为小体积封装和大批量低成本制造提供了可能。而且这种保护原理是基于MOS管本身的半导体性质，因此可以达到非常稳定可靠的保护效果。

[0029] 如图1所示，驱动芯片10内还集成有第三电阻，该第三电阻连接在驱动输出脚OUT和地脚GND之间。可以理解地，第三电阻也可以不集成在驱动芯片10内，而采用外接方式。

[0030] 本驱动芯片10中采用MOS对管1作为驱动电路，大大降低了静态功耗。此外，在一些实施例中，还可根据IGBT的特性定制MOS管的内阻以达到更加匹配控制。

[0031] 一些较佳实施例驱动芯片，不但集成有MOS对管1及其驱动单元2、电平选择电路3、DC-DC变换电路4、测温电路5和保护模块6，而且还实现了超小型封装，例如，驱动芯片采用SOT23-6封装是一种典型实例，芯片的长度为2.8-3mm，厚度为0.9-1.45mm，芯片主体的宽度为1.5-1.75mm。

[0032] 与分立元件驱动电路相比，至少具有以下有益效果：

[0033] 1）将大功率半导体开关器件的驱动和测温、输入电平选择和输出保护等功能电路集成于同一个芯片内，节省了大量相关元器件，节省了宝贵的PCB空间，在生产工艺上更加简单可控，从而能够使生产成本大大降低；而且整体抗干扰能力更强，可控性更强，在恶劣环境中表现更稳定；

[0034] 2）驱动电平可任意配置，能够适用于不同的主控芯片的控制方案；

[0035] 3）功耗低；

[0036] 4）为小家电方案的低成本高性能提供了更好的IGBT驱动解决方案。