半桥驱动芯片、无刷直流电机驱动系统、半桥逆变器、LED照明驱动系统及直流/直流转换器的制作方法

本实用新型涉及高压驱动技术领域，尤其涉及一种半桥驱动芯片及无刷直流电机驱动系统。

背景技术：

在高压半桥逆变器应用中，因为在开启半桥功率开关管上管，需要上管的栅极电压比高压直流电源电压高，所以微控制器(MCU)输出的低压控制信号需要通过半桥驱动芯片做电平转换，才能控制半桥功率开关管的上管以及下管的开/关。

无刷直流电机的每个端子的驱动需要一路半桥驱动芯片+半桥功率开关管上、下管。单相BLDC(无刷直流电机)有两个端子，故需要两路半桥驱动芯片+半桥功率开关管上、下管；而三相BLDC有三个端子，故需要三路半桥驱动芯片+半桥功率开关管上、下管。

半桥驱动芯片有8个端口，半桥功率开关管上、下管分别各有3个端口。在电路布线时，需要将半桥驱动芯片的8个端口分别与低压直流电源、微控制器的上、下管控制信号输出端、公共地端、半桥功率开关管上、下管控制端以及无刷直流电机的一端子通过外部连线的方式电性连接；同时还需要将半桥功率开关管上管上除控制端口以外的其它两端口分别与高压直流电源以及无刷直流电机的相应端子通过外部连线的方式电性连接，以及需要将半桥功率开关管下管上除控制端口以外的其它两端口分别与公共地端以及无刷直流电机的相应端子通过外部连线的方式电性连接。因此，在现有的高压半桥逆变器应用中，电路结构以及布线方式较复杂，增加了生产成本，不利于推广应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对现有技术中电路结构以及布线方式较复杂的技术问题，提供一种半桥驱动芯片及无刷直流电机驱动系统，实现简化电路结构以及应用布线，降低成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种半桥驱动芯片，所述半桥驱动芯片包括封装体，所述封装体上设有VCC引脚、HIN引脚、LIN引脚、COM引脚、VB引脚、P引脚、 VS引脚以及N引脚，所述封装体内设有半桥驱动子芯片、半桥功率开关上管以及半桥功率开关下管；所述半桥驱动子芯片的VCC引脚、HIN引脚、LIN引脚、COM引脚、VB引脚以及VS引脚分别与所述封装体上的VCC引脚、HIN引脚、LIN引脚、COM引脚、VB引脚以及VS引脚电性连接，所述半桥驱动子芯片的HO引脚电性连接所述半桥功率开关上管的控制端，所述半桥驱动子芯片的LO引脚电性连接所述半桥功率开关下管的控制端；所述半桥功率开关上管，第一端电性连接所述封装体上的P引脚，第二端电性连接所述封装体上的VS引脚；

所述半桥功率开关下管，第一端电性连接所述封装体上的VS引脚，第二端电性连接所述封装体上的N引脚。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种无刷直流电机驱动系统，包括微控制器以及无刷直流电机；所述系统还包括数量与所述无刷直流电机的端子数相适配的半桥驱动芯片，所有所述半桥驱动芯片采用本实用新型所述的半桥驱动芯片；所有所述半桥驱动芯片的VCC引脚电性连接所述系统的低压直流电源；所有所述半桥驱动芯片的HIN引脚电性连接所述微控制器的上管控制信号输出端；所有所述半桥驱动芯片的LIN引脚电性连接所述微控制器的下管控制信号输出端；所有所述半桥驱动芯片的COM引脚接地；所有所述半桥驱动芯片的VB引脚电性连接所述系统的低压直流电源，同时电性连接所述无刷直流电机的一端子；所有所述半桥驱动芯片的P引脚电性连接所述系统的高压直流电源；所有所述半桥驱动芯片的VS引脚电性连接所述无刷直流电机的相应端子；所有所述半桥驱动芯片的 N引脚接地。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种半桥逆变器，所述半桥逆变器包括本实用新型所述的半桥驱动芯片。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种LED照明驱动系统，所述系统本实用新型所述的半桥驱动芯片。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种直流/直流转换器，所述转换器包括本实用新型所述的半桥驱动芯片。

本实用新型的优点在于：通过封装内部连线的方式，将半桥驱动子芯片和半桥功率开关上、下管集成到一颗芯片里面，同样只有8个端口，极大的简化了电路结构及应用布线，降低了成本。

附图说明

图1，本实用新型所述的半桥驱动芯片的封装体示意图；

图2，本实用新型所述的半桥驱动芯片一实施例所述的封装体内部示意图；

图3，本实用新型所述的半桥驱动子芯片一实施例所述的封装体内部示意图；

图4，本实用新型所述的无刷直流电机控制系统一实施例的示意图；

图5为图4所述系统的工作波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的半桥驱动芯片及无刷直流电机驱动系统做详细说明。

参考图1-3，其中，图1为本实用新型所述的半桥驱动芯片的封装体示意图；图2为本实用新型所述的半桥驱动芯片一实施例所述的封装体内部示意图；图3为本实用新型所述的半桥驱动子芯片一实施例所述的封装体内部示意图。

如图1所示，所述的半桥驱动芯片10包括封装体11，所述封装体11上设有VCC引脚、 HIN引脚、LIN引脚、COM引脚、VB引脚、P引脚、VS引脚以及N引脚。

如图2所示，所述封装体11内设有半桥驱动子芯片21、半桥功率开关上管M1以及半桥功率开关下管M2。所述半桥驱动子芯片21的VCC引脚、HIN引脚、LIN引脚、COM 引脚、VB引脚以及VS引脚分别与所述封装体11上的VCC引脚、HIN引脚、LIN引脚、 COM引脚、VB引脚以及VS引脚电性连接，所述半桥驱动子芯片21的HO引脚电性连接所述半桥功率开关上管M1的控制端，所述半桥驱动子芯片21的LO引脚电性连接所述半桥功率开关下管M2的控制端。所述半桥功率开关上管M1，第一端电性连接所述封装体11 上的P引脚，第二端电性连接所述封装体11上的VS引脚。所述半桥功率开关下管M2，第一端电性连接所述封装体11上的VS引脚，第二端电性连接所述封装体11上的N引脚。

可选的，所述半桥功率开关上管M1以及半桥功率开关下管M2均采用功率MOS管或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在本实施例中，所述半桥功率开关上管M1以及半桥功率开关下管M2均采用NMOS管，NMOS管的栅极作为控制端、漏极作为第一端、源极作为第二端。也即在本实施例中，NMOS管M1的栅极作为控制端电性连接半桥驱动子芯片21的 HO引脚、漏极作为第一端电性连接封装体11上的P引脚、源极作为第二端电性连接半桥驱动子芯片21的VS引脚同时电性连接封装体11上的VS引脚；NMOS管M2的栅极作为控制端电性连接半桥驱动子芯片21的LO引脚、漏极作为第一端电性连接电性连接半桥驱动子芯片21的VS引脚同时电性连接封装体11上的VS引脚、源极作为第二端电性连接封装体11上的N引脚。

本实用新型公开的半桥驱动芯片，通过封装内部连线的方式，将半桥驱动子芯片21和半桥功率开关上、下管M1、M2集成到一颗芯片里面，同样只有8个端口，极大的简化了电路结构及应用布线，降低了成本。

可选的，所述封装体11内进一步设有自举二极管Dbst(图中虚线表示可选组件)；所述自举二极管Dbst，阳极与所述封装体11上的VCC引脚电性连接，阴极与所述封装体11 上的VB引脚电性连接。通过将自举二极管Dbst与半桥驱动子芯片21和半桥功率开关上、下管M1、M2集成在同一颗芯片里，进一步提高芯片的集成度，进一步简化电路结构及应用布线，降低成本。

如图3所示，所述半桥驱动子芯片21的封装体内部包括逻辑控制单元31、电平转换单元32、第一缓冲单元33、延迟单元34以及第二缓冲单元35。所述逻辑控制单元31，电性连接所述半桥驱动子芯片21的VCC引脚、HIN引脚、LIN引脚以及COM引脚，同时电性连接所述电平转换单元32以及所述延迟单元34。所述电平转换单元32，进一步电性连接所述半桥驱动子芯片21的VB引脚以及VS引脚，同时电性连接所述第一缓冲单元33。所述第一缓冲单元33，进一步电性连接所述半桥驱动子芯片21的VB引脚、HO引脚以及VS 引脚。所述延迟单元34，进一步电性连接所述半桥驱动子芯片21的COM引脚，同时电性连接所述第二缓冲单元35。所述第二缓冲单元35，进一步电性连接所述半桥驱动子芯片21 的LO引脚以及COM引脚。

本实用新型所述的半桥驱动子芯片21的工作原理为：通过VCC引脚与封装体11上的 VCC引脚电性连接以接收系统的低压直流电源，通过HIN引脚与封装体11上的HIN引脚电性连接以接收微控制器(MCU)输入的上管控制信号，通过LIN引脚与封装体11上的 LIN引脚电性连接以接收微控制器(MCU)输入的下管控制信号，通过COM引脚与封装体11上的COM引脚电性连接以接地，通过VB引脚与封装体11上的VB引脚电性连接以接入系统的低压直流电源或经由自举二极管接入系统的低压直流电源，通过HO引脚输出上管控制信号到半桥功率开关上管M1的控制端来打开/关断M1，通过LO引脚输出下管控制信号到半桥功率开关下管M2的控制端来打开/关断M2，通过VS引脚与封装体11上的 VS引脚电性连接以输出相应的电压信号。所述的半桥驱动子芯片21内部电路的工作原理可以采用本领域现有公知技术，此处不再赘述。

参考图4-5，其中，图4为本实用新型所述的无刷直流电机控制系统一实施例的示意图；图5为图4所述系统的工作波形示意图。

如图4所示，本实用新型所述的无刷直流电机驱动系统包括微控制器41以及无刷直流电机49；所述系统还包括数量与所述无刷直流电机49的端子数相适配的半桥驱动芯片10，所有所述半桥驱动芯片10采用本实用新型所述的半桥驱动芯片10。比如，无刷直流电机控制系统中的无刷直流电机采用三相无刷直流电机时，其三个端子U/V/W分别连接各自的半桥驱动芯片10的VS引脚；也即，在采用三相无刷直流电机的系统中，设有3套半桥驱动芯片10(图中仅示意出一端子的电路连接方式，而U相、V相和W相端子的连接方式完全一致，原理相同)。无刷直流电机控制系统中的无刷直流电机采用单相无刷直流电机时，则其两个端子分别连接各自的半桥驱动芯片10的VS引脚；也即，在采用单相无刷直流电机的系统中，设有2套半桥驱动芯片10(图中仅示意出一端子的电路连接方式，而另一端子的连接方式完全一致，原理相同)。

所有所述半桥驱动芯片10的VCC引脚电性连接所述系统的低压直流电源；所有所述半桥驱动芯片10的HIN引脚电性连接所述微控制器41的上管控制信号输出端；所有所述半桥驱动芯片10的LIN引脚电性连接所述微控制器41的下管控制信号输出端；所有所述半桥驱动芯片10的COM引脚接地；所有所述半桥驱动芯片41的VB引脚电性连接所述系统的低压直流电源，同时电性连接所述无刷直流电机49的一端子；所有所述半桥驱动芯片 10的P引脚电性连接所述系统的高压直流电源；所有所述半桥驱动芯片10的VS引脚电性连接所述无刷直流电机49的相应端子；所有所述半桥驱动芯片10的N引脚接地。

在本实施例中，在所述的无刷直流电机驱动系统中，所有所述半桥驱动芯片10的N引脚进一步分别通过一采样电阻Rcs(虚框表示可选组件)接地。在需要检测半桥功率开关下管的电流的应用中，通过采样电阻上的电压除以采样电阻的电阻值就可以得到下管的电流值。在不需要检测半桥功率开关下管的电流的应用中，则不需要采样电阻，半桥驱动芯片的N引脚直接接地即可。

在本实施例中，所有所述半桥驱动芯片10的VB引脚通过一自举二极管Dbst电性连接所述系统的低压直流电源，同时通过一自举电容Cbst电性连接所述无刷直流电机49的相应端子。

在其它实施例中，所有所述半桥驱动芯片10的封装体内进一步设有自举二极管Dbst；所述自举二极管Dbst，阳极与所述封装体上的VCC引脚电性连接，阴极与所述封装体上的 VB引脚电性连接。进一步，所有所述半桥驱动芯片10的VB引脚进一步通过一自举电容 Cbst电性连接所述无刷直流电机49的相应端子。

以下结合图4-5对本实用新型所述的无刷直流电机驱动系统的工作原理进行说明：

以低压直流电源VCC＝15V，高压直流电源为300V，微控制器(MCU)41输入电平5V 为例。半桥驱动芯片10的VB引脚电压由于自举二极管Dbst和自举电容Cbst的自举工作，使VB-VS电压为VCC-Dbst正向压降，约14V。MCU将上管控制信号输入到半桥驱动芯片 10的HIN引脚，信号的高电平是5V，低电平是0V。通过半桥驱动芯片10中半桥驱动子芯片21内部的逻辑控制单元31、电平转换单元32以及第一缓冲单元33后，转化成高电平 314V，低电平0V的HO信号，去控制半桥驱动芯片10中的半桥功率开关上管M1。同样的，MCU将下管控制信号输入到半桥驱动芯片10的LIN引脚，信号的高电平是5V，低电平是0V。通过半桥驱动芯片10中半桥驱动子芯片21内部的逻辑控制单元31、延迟单元 34以及第二缓冲单元35后，转化成高电平15V，低电平0V的LO信号，去控制半桥驱动芯片10中的半桥功率开关下管M2。通过控制M1和M2的开/关，半桥驱动芯片10的VS 引脚输出高电平300V，低电平0V的信号到应用端，本实施例中输出到无刷直流电机49的相应端子。

本实用新型还提供了一种半桥逆变器，半桥逆变器内设有本实用新型所述的半桥驱动芯片。

本实用新型还提供了一种LED照明驱动系统，LED照明驱动系统内设有本实用新型所述的半桥驱动芯片。

本实用新型还提供了一种直流/直流转换器，直流/直流转换器内设有本实用新型所述的半桥驱动芯片。

也即，本实用新型所述的半桥驱动芯片还可以应用于除三相/单相无刷直流电机驱动系统外的其他高压半桥驱动控制，比如逆变器、照明驱动、DC/DC转换器等领域。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。