600V單片集成智能功率驅動芯片關鍵技術研究.pdf

1、單片集成智能功率驅動芯片屬于高低壓兼容功率集成電路，其內部集成有功率器件、高壓驅動電路，以及故障檢測、信號產(chǎn)生、智能控制等低壓邏輯電路。由于其功能與結構的高度集成化，使得應用系統(tǒng)分立元件個數(shù)減少、系統(tǒng)成本降低及應用可靠性得到大幅提升。目前，單片集成智能功率驅動芯片在智能家電、新能源交通工具及智能機器人等高端領域得到廣泛使用，成為以上系統(tǒng)的核心元件之一。但是，系統(tǒng)應用中所面臨的大功率、感性負載及高開關速度等條件也對單片集成智能功率驅動芯片

2、的設計提出了新的挑戰(zhàn)，如何提升芯片效率、提高抗噪能力、優(yōu)化故障檢測及保護精度等，是單片集成智能功率驅動芯片研發(fā)所應關注的重點。本文針對以上關鍵問題，系統(tǒng)性地對單片智能功率驅動芯片的功率柵驅動技術、故障檢測及保護技術以及高精度信號產(chǎn)生技術進行了深入的研究，提出了相應的優(yōu)化技術或改進方法，并基于華潤上華0.5μm600V BCI(Bipolar-CMOS-IGBT) SOI(Silicon-On-Insulator)高低壓兼容工藝完成了芯片

3、的流片驗證。
　　本研究主要內容包括：⑴深入分析了功率器件開關損耗與電流電壓過沖的形成機理，重點剖析了低損耗和低過沖這對矛盾的本質原因，指出優(yōu)化開關損耗和開關過沖的關鍵在于對dICE/dt和dVCE/dt的獨立控制，進而提出了一種驅動能力自適應調節(jié)的功率柵驅動電路，優(yōu)化了損耗和過沖之間的折中關系。測試結果表明，與傳統(tǒng)結構相比，在關斷損耗相同的條件下，電壓過沖減小了52.4％。⑵分析了單片集成智能功率驅動芯片的溫升機理，提出了一種新

4、型高線性度高靈敏度的溫度檢測技術。利用雙極晶體管基極-發(fā)射極電壓的非線性項與集電極電流有關、線性項與集電極電流無關的特性，消去溫度非線性變化項，得到與溫度成線性關系的電壓。實驗結果表明，采用該新型結構的溫度檢測電路，線性度可達99.95％，靈敏度為-10.17mV/℃。⑶提出了一種高精度的新型電流模帶隙基準，采用雙反饋環(huán)路與四BJT交叉耦合的帶隙結構，有效抑制了運算放大器失調電壓及電流鏡失配對輸出電壓精度的影響，與傳統(tǒng)結構相比，新結構輸

5、出電壓的相對誤差僅為原來的1/4。⑷提出了一種新型張弛振蕩器結構，通過采用浮動充放電電容簡化了電路結構，減小了環(huán)路延時對振蕩器頻率的影響，新型張弛振蕩器每個周期內環(huán)路總延時從4td降低至2td，提高了振蕩頻率與控制電流之間的線性度，測試結果表明，輸出信號頻率的非線性度小于0.86％。⑸完成了單片集成智能功率驅動芯片中低壓差線性穩(wěn)壓器電路、霍爾輸入級電路、三相邏輯處理電路、故障自恢復電路等其它關鍵電路的分析與設計?；谏鲜鲫P鍵技術及核心電