600V單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片屬于高低壓兼容功率集成電路，其內(nèi)部集成有功率器件、高壓驅(qū)動(dòng)電路，以及故障檢測(cè)、信號(hào)產(chǎn)生、智能控制等低壓邏輯電路。由于其功能與結(jié)構(gòu)的高度集成化，使得應(yīng)用系統(tǒng)分立元件個(gè)數(shù)減少、系統(tǒng)成本降低及應(yīng)用可靠性得到大幅提升。目前，單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片在智能家電、新能源交通工具及智能機(jī)器人等高端領(lǐng)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(yīng)用中所面臨的大功率、感性負(fù)載及高開(kāi)關(guān)速度等條件也對(duì)單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片

2、的設(shè)計(jì)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(cè)及保護(hù)精度等，是單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片研發(fā)所應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)。本文針對(duì)以上關(guān)鍵問(wèn)題，系統(tǒng)性地對(duì)單片智能功率驅(qū)動(dòng)芯片的功率柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)、故障檢測(cè)及保護(hù)技術(shù)以及高精度信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，提出了相應(yīng)的優(yōu)化技術(shù)或改進(jìn)方法，并基于華潤(rùn)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(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴深入分析了功率器件開(kāi)關(guān)損耗與電流電壓過(guò)沖的形成機(jī)理，重點(diǎn)剖析了低損耗和低過(guò)沖這對(duì)矛盾的本質(zhì)原因，指出優(yōu)化開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)過(guò)沖的關(guān)鍵在于對(duì)dICE/dt和dVCE/dt的獨(dú)立控制，進(jìn)而提出了一種驅(qū)動(dòng)能力自適應(yīng)調(diào)節(jié)的功率柵驅(qū)動(dòng)電路，優(yōu)化了損耗和過(guò)沖之間的折中關(guān)系。測(cè)試結(jié)果表明，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在關(guān)斷損耗相同的條件下，電壓過(guò)沖減小了52.4％。⑵分析了單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片的溫升機(jī)理，提出了一種新

4、型高線性度高靈敏度的溫度檢測(cè)技術(shù)。利用雙極晶體管基極-發(fā)射極電壓的非線性項(xiàng)與集電極電流有關(guān)、線性項(xiàng)與集電極電流無(wú)關(guān)的特性，消去溫度非線性變化項(xiàng)，得到與溫度成線性關(guān)系的電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該新型結(jié)構(gòu)的溫度檢測(cè)電路，線性度可達(dá)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(zhǔn)，采用雙反饋環(huán)路與四BJT交叉耦合的帶隙結(jié)構(gòu)，有效抑制了運(yùn)算放大器失調(diào)電壓及電流鏡失配對(duì)輸出電壓精度的影響，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，新結(jié)構(gòu)輸

5、出電壓的相對(duì)誤差僅為原來(lái)的1/4。⑷提出了一種新型張弛振蕩器結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用浮動(dòng)充放電電容簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，減小了環(huán)路延時(shí)對(duì)振蕩器頻率的影響，新型張弛振蕩器每個(gè)周期內(nèi)環(huán)路總延時(shí)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(cè)試結(jié)果表明，輸出信號(hào)頻率的非線性度小于0.86％。⑸完成了單片集成智能功率驅(qū)動(dòng)芯片中低壓差線性穩(wěn)壓器電路、霍爾輸入級(jí)電路、三相邏輯處理電路、故障自恢復(fù)電路等其它關(guān)鍵電路的分析與設(shè)計(jì)。基于上述關(guān)鍵技術(shù)及核心電