输出直通保护电路及高压集成电路的制作方法

本实用新型涉及高压集成电路技术领域，特别涉及一种输出直通保护电路及高压集成电路。

背景技术：

高压集成电路是将高压功率器件和低压电路集成到同一芯片，常用各种显示驱动、照明、电机驱动中。传统高压集成电路的拓扑结构包括半桥、全桥、三相等系统结构，如果驱动的上下桥臂管发生直通，会导致该桥臂短路，产生大电流，造成功率管炸毁。

为避免上述现象，现有的高压集成电路芯片常采用输出直通保护电路，通过检测输入端的信号，产生控制信号，控制高端驱动和低端驱动的输出状态，进而实现上下桥臂管的保护。由于输出直通保护需将高端输出的高压信号转换为可用于低压电路的控制信号，故需用到专门的降压芯片或变压器构成的降压电路，增加了芯片面积和成本，进而使得在实际应用中较少使用。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种输出直通保护电路及高压集成电路，旨在解决目前的输出直通保护电路由于需用到专门的降压芯片或变压器等构成的降压电路，导致增加了高压集成电路芯片面积和成本的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种输出直通保护电路，应用于高压集成电路中，该高压集成电路包括上、下桥臂开关、与上、下桥臂开关一对一连接的第一驱动电路和第二驱动电路以及控制第一驱动电路和第二驱动电路各自输出一路驱动信号至对应的上、下桥臂开关的PWM控制芯片；所述输出直通保护电路包括第一整形电路、电源模块、开关电路、稳压电路、第二整形电路以及逻辑处理电路，所述第一整形电路的输入端用于与所述第一驱动电路的输出端连接，所述第一整形电路的输出端与所述开关电路的受控端连接；所述开关电路的第一连接端与所述电源模块连接，所述开关电路的第二连接端与所述稳压电路的输入端连接；所述稳压电路的输出端与所述第二整形电路的输入端连接；所述第二整形电路的输出端与所述逻辑处理电路的第一输入端连接；所述逻辑处理电路的第二输入端用于与所述第二驱动电路的输出端连接；所述逻辑处理电路的输出端用于与所述PWM控制芯片的使能端连接；其中，

所述第一整形电路，用于将第一驱动电路输出的高/低电平信号波形进行整形后输出；

所述开关电路，用于在接收到所述第一整形电路输出的低电平信号时导通，在接收到所述第一整形电路输出的高电平信号时关断；

所述稳压电路，用于在所述开关电路导通时，对所述电源模块输出的电源电压进行稳压后输出；

所述第二整形电路，用于对所述稳压电路稳压后输出的电平信号进行波形整形；

所述逻辑处理电路，用于在所述第二整形电路输出的电平状态和所述第二驱动电路输出的电平状态集合满足预设的电平状态集合时输出使能信号至所述PWM控制芯片，以关断所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的输出。

可选地，所述第一整形电路为第一反相器，所述第一反相器的输入端为所述第一整形电路的输入端，所述第一反相器的输出端为所述第一整形电路的输出端。

可选地，所述开关电路为第一电子开关，所述第一电子开关的受控端为所述开关电路的受控端，所述第一电子开关的第一连接端为所述开关电路的第一连接端，所述第一电子开关的第二连接端为所述开关电路的第二连接端。

可选地，所述稳压电路包括第一限流元件、第一稳压元件和分压电路，所述第一限流元件的第一端为所述稳压电路的输入端，所述第一限流元件的第二端、所述第一稳压元件的第一端以及所述分压电路的第一端互连；所述第一稳压元件的第二端接地；所述分压电路的第二端接地，所述分压电路的输出端为所述稳压电路的输出端。

可选地，所述第一限流元件为第一电阻，所述第一电阻的第一端为所述第一限流元件的第一端，所述第一电阻的第二端为所述第一限流元件的第二端。

可选地，所述第一稳压元件为第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的第一端为所述第一稳压元件的第一端，所述第一稳压二极管的第二端为所述第一稳压元件的第二端。

可选地，所述分压电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第一端为所述分压电路的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端为所述分压电路的第二端；所述第二电阻和所述第三电阻的公共端为所述分压电路的输出端。

可选地，所述第二整形电路包括第二反相器和第三反相器，所述第二反相器的输入端为所述第二整形电路的输入端，所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端连接；所述第三反相器的输出端为所述第二整形电路的输出端。

可选地，所述逻辑处理电路为与非门，所述与非门的第一输入端为所述逻辑处理电路的第一输入端，所述与非门的第二输入端为所述逻辑处理电路的第二输入端，所述与非门的输出端为所述逻辑处理电路的输出端。

本实用新型还提出一种高压集成电路，该高压集成电路包括上、下桥臂开关、与上、下桥臂开关一对一连接的第一驱动电路和第二驱动电路以及控制第一驱动电路和第二驱动电路各自输出一路驱动信号至对应的上、下桥臂开关的PWM控制芯片，以及所述输出直通保护电路；所述输出直通保护电路包括第一整形电路、电源模块、开关电路、稳压电路、第二整形电路以及逻辑处理电路，所述第一整形电路的输入端用于与所述第一驱动电路的输出端连接，所述第一整形电路的输出端与所述开关电路的受控端连接；所述开关电路的第一连接端与所述电源模块连接，所述开关电路的第二连接端与所述稳压电路的输入端连接；所述稳压电路的输出端与所述第二整形电路的输入端连接；所述第二整形电路的输出端与所述逻辑处理电路的第一输入端连接；所述逻辑处理电路的第二输入端用于与所述第二驱动电路的输出端连接；所述逻辑处理电路的输出端用于与所述PWM控制芯片的使能端连接；其中，所述第一整形电路，用于将第一驱动电路输出的高/低电平信号波形进行整形后输出；所述开关电路，用于在接收到所述第一整形电路输出的低电平信号时导通，在接收到所述第一整形电路输出的高电平信号时关断；所述稳压电路，用于在所述开关电路导通时，对所述电源模块输出的电源电压进行稳压后输出；所述第二整形电路，用于对所述稳压电路稳压后输出的电平信号进行波形整形；所述逻辑处理电路，用于在所述第二整形电路输出的电平状态和所述第二驱动电路输出的电平状态集合满足预设的电平状态集合时输出使能信号至所述PWM控制芯片，以关断所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的输出。

本实用新型输出直通保护电路两个输入端分别接高端驱动输出和低端驱动输出，经该输出直通保护电路产生控制信号，控制高端驱动电路和低端驱动电路(即第一驱动电路和第二驱动电路)的输出，并在第二整形电路输出的电平状态和第二驱动电路输出的电平状态集合满足预设的电平状态集合时输出使能信号至所述PWM控制芯片关断所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的输出，以达到直通保护功能。具体地，通过将第一整形电路、开关电路、稳压电路、第二整形电路设置在逻辑处理电路的第一输入端，用于检测高端驱动输出，逻辑处理电路的第二输入端用于检测低端驱动输出，并在检测到上、下桥臂的开关发生直通时，输出低电平的电压信号至PWM控制芯片的使能端EN，以使PWM控制芯片关断第一驱动电路和第二驱动电路。本实用新型利用稳压电路的稳压作用，便可将高端输出的高压信号转换为可用于低压电路的控制信号，解决了目前的输出直通保护电路由于需用到专门的降压芯片或变压器构成的降压电路，增加了芯片面积和成本的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型输出直通保护电路应用于高压集成电路的功能模块示意图；

图2为本实用新型输出直通保护电路一实施例的功能模块示意图；

图3为本实用新型输出直通保护电路一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种高压集成电路及应用于高压集成电路中的输出直通保护电路。

参照图1和图2，在本实用新型一实施例中，该高压集成电路包括上、下桥臂开关(图未示)、与上、下桥臂开关一对一连接的第一驱动电路200和第二驱动电路300以及控制第一驱动电路200和第二驱动电路300各自输出一路驱动信号至对应的上、下桥臂开关的PWM控制芯片100。

本实施例中，由PWM控制芯片100产生的PWM信号经整形后输出两路互补的PWM脉冲信号：高端输入信号和低端输入信号。高端输入信号经高端驱动电路，即第一驱动电路200驱动上桥臂开关工作，低端输入信号经低端驱动电路，即第二驱动电路300驱动下桥臂开关工作，因此在PWM控制芯片的正常驱动下，上、下桥臂开关交替导通。当出现异常时，就可能造成上、下桥臂开关同时导通，导致该桥臂短路，此即为发生直通现象。

针对在高压集成电路中容易出现的直通现象，本实用新型提出了一种输出直通保护电路400。

在一实施例中，所述输出直通保护电路400包括第一整形电路410、电源模块420、开关电路430、稳压电路440、第二整形电路450以及逻辑处理电路460，所述第一整形电路410的输入端用于与所述第一驱动电路200的输出端连接，所述第一整形电路410的输出端与所述开关电路430的受控端连接；所述开关电路430的第一连接端与所述电源模块420连接，所述开关电路430 的第二连接端与所述稳压电路440的输入端连接；所述稳压电路440的输出端与所述第二整形电路450的输入端连接；所述第二整形电路450的输出端与所述逻辑处理电路460的第一输入端连接；所述逻辑处理电路460的第二输入端用于与所述第二驱动电路300的输出端连接；所述逻辑处理电路460 的输出端用于与所述PWM控制芯片100的使能端连接；其中，

所述第一整形电路410，用于将第一驱动电路200输出的高/低电平信号波形进行整形后输出；

所述开关电路430，用于在接收到所述第一整形电路410输出的低电平信号时导通，在接收到所述第一整形电路410输出的高电平信号时关断；

所述稳压电路440，用于在所述开关电路430导通时，对所述电源模块 420输出的电源电压进行稳压后输出；

所述第二整形电路450，用于对所述稳压电路440稳压后输出的电平信号进行波形整形；

所述逻辑处理电路460，用于在所述第二整形电路450输出的电平状态和所述第二驱动电路300输出的电平状态集合满足预设的电平状态集合时输出使能信号至所述PWM控制芯片100，以关断所述第一驱动电路200和所述第二驱动电路300的输出。

该输出直通保护电路400的第一输入端用于输入高端驱动信号，即第一整形电路410输入端接高端驱动输出HO，输入第一整形电路410的高端驱动信号可以为高/低电平的电压信号，该高端驱动信号经第一整形电路410整形后输出至第一开关电路430，控制其导通或关断，例如输入至第一开关电路 430的低电平信号且达到开关电路430的导通阈值时，第一开关电路430导通，开关电路430将电源模块420输出的电压信号输出至稳压电路440，经稳压电路440稳压并将信号转换为可供低压电路工作的低压信号后输出至第二整形电路450，再经第二整形电路450将信号波形整形后最终输入逻辑处理电路 460的第一输入端。可以理解的是，输入逻辑处理电路460的第一输入端的信号为高电平或低电平的电压信号。

逻辑处理电路460的第二输入端接低端驱动输出LO，即逻辑处理电路460 的第二输入端用于输入低端驱动信号，可以理解的是，该低端驱动信号可以为高电平或低电平的电压信号。

本实施例中，当高压集成电路的上、下桥臂开关同时导通时，对应于逻辑处理电路460的第一输入端和第二输入端输入都为高电平的电压信号。具体地，第一整形电路410的输入端输入高电平的电压信号，并经整形后输出，以控制开关电路430导通，从而由稳压电路440对电源模块420输出的电源电压进行稳压后输出至第二整形电路450，进而由第二整形电路450输出一个高电平的电压控制信号至逻辑处理电路460的第一输入端；逻辑处理电路460 的第二输入端输入的也为高电平的电压信号。此时经逻辑处理电路460转换为低电平的电压信号并经输出端OUT输出至PWM控制芯片的使能端，进而使PWM控制芯片关断第一驱动电路200和第二驱动电路300，实现对上、下桥臂中开关管的保护。目前的输出直通保护电路400由于需将高端输出HO 的高压信号转换为可用于低压电路的控制信号，需用到降压电路，增加了芯片的面积和成本。而在本实施例中，利用稳压电路440的稳压作用，便将高端驱动输出HO的高压信号转换为可用于低压电路的控制信号，精简了电路结构，减小了芯片面积。

本实用新型输出直通保护电路400两个输入端分别接高端驱动输出HO 和低端驱动输出LO，经该输出直通保护电路400产生控制信号，控制高端驱动电路和低端驱动电路(即第一驱动电路200和第二驱动电路300)的输出，并在第二整形电路450输出的电平状态和第二驱动电路300输出的电平状态集合满足预设的电平状态集合时输出使能信号至所述PWM控制芯片100关断所述第一驱动电路200和所述第二驱动电路300的输出，以达到直通保护功能。具体地，通过将第一整形电路410、开关电路430、稳压电路440、第二整形电路450设置在逻辑处理电路460的第一输入端，用于检测高端驱动输出HO，逻辑处理电路460的第二输入端用于检测低端驱动输出LO，并在检测到全桥或半桥等电路同一桥臂的功率管发生直通时，输出端OUT输出低电平的电压信号至PWM控制芯片的使能端EN，以使PWM控制芯片关断第一驱动电路200和第二驱动电路300。本实用新型利用稳压电路440的稳压作用，便可将高端输出HO的高压信号转换为可用于低压电路的控制信号，解决了目前的输出直通保护电路400由于需用到专门的降压芯片或变压器构成的降压电路，增加了芯片面积和成本的问题。

参照图3，在一可选实施例中，所述第一整形电路410为第一反相器INV1，所述第一反相器INV1的输入端为所述输出直通保护电路400的输入端，所述第一反相器INV1的输出端为所述第一整形电路410的输出端。

本实施例中，第一整形电路410采用第一反相器INV1实现，当高端驱动输出HO输出高电平时，经第一反相器INV1后输出为低电平。

参照图3，在一可选实施例中，所述开关电路430为第一电子开关K，所述第一电子开关K的受控端为所述开关电路430的输入端，所述第一电子开关K的第一连接端与所述电源模块VB连接，所述第一电子开关K的第二连接端为所述开关电路430的输出端。

本实施例中，开关电路430为第一电子开关K，第一电子开关K可采用 MOS、三极管等原件来实现。本实施例中，第一电子开关K采用PMOS管来实现，PMOS管的栅极为第一电子开关K的受控端，PMOS管的源极为第一电子开关K的第一连接端，PMOS管的漏极为第一电子开关K的第二连接端，即当第一驱动电路200输出高电平时，经第一反相器INV1输出低电平，当此低电平的电压控制信号达到PMOS的导通阈值时，PMOS导通。

参照图3，在一可选实施例中，所述稳压电路440包括第一限流元件R1、第一稳压元件ZD和分压电路441，所述第一限流元件R1的第一端为所述稳压电路440的输入端，所述第一限流元件R1的第二端、所述第一稳压元件 ZD的第一端以及所述分压电路440的第一端互连；所述第一稳压元件ZD的第二端接地；所述分压电路441的第二端接地，所述分压电路441的输出端为所述稳压电路440的输出端。

本实施例中，第一限流元件R1可采用第一电阻R1来实现，第一稳压元件ZD可采用第一稳压二极管来实现。

进一步地，所述分压电路441包括第二电阻R2和第三电阻R3，所述第二电阻R2的第一端为所述分压电路440的第一端，所述第二电阻R2的第二端与所述第三电阻R3的第一端连接；所述第三电阻R3的第二端为所述分压电路441的第二端；所述第二电阻R2和所述第三电阻R3的公共端为所述分压电路441的输出端。

在开关电路的PMOS管导通时，PMOS管漏极输出高电平，并经第一电阻R1限流后输出至第一稳压二极管ZD的阴极，第一稳压二极管ZD的阴极与第二电阻R2的第一端连接，第一稳压二极管ZD的阳极与第三电阻R3的第二端连接，该第一稳压二极管ZD相当于将分压电路441的输入电压稳定于一个参考电压，该电压经第二电阻R2和第三电阻R3的分压作用后输出第三电阻R3两端的电压。即可将PMOS管漏极输出高压进行降压后输出。

可以理解的是，该稳压电路440通过设置第一电阻R1、第一稳压二极管 ZD、第二电阻R2和第三电阻R3即可实现在传统高压集成电路中通过采用降压芯片、变压器等实现的降压功能，降低了芯片的面积和成本，且可实现批量生产。

参照图3，在一可选实施例中，所述第二整形电路450包括第二反相器 INV2和第三反相器INV3，所述第二反相器INV2的输入端为所述第二整形电路450的输入端，所述第二反相器INV2的输出端与所述第三反相器INV3的输入端连接；所述第三反相器INV3的输出端为所述第二整形电路450的输出端。

本实施例中，第二整形电路450通过采用两个反相器，即第二反相器INV2 和第三反相器INV3来实现，当通过稳压电路440降压后输出的高电平经过第二反相器INV2和第三反相器INV3两次反相时，会输出高电平。

通过设置第二反相器INV2和第三反相器INV3，因为前级输出的高电平不是标准电平或波形不理想，用连续两个反相器来给波形整形，并变为标准电压的高电平输出，以达到整形的目的。

参照图3，在一可选实施例中，所述逻辑处理电路460为与非门NAND，所述与非门NAND的第一输入端为所述逻辑处理电路460的第一输入端，所述与非门NAND的第二输入端为所述逻辑处理电路460的第二输入端，所述与非门NAND的输出端为所述逻辑处理电路460的输出端。

本实施例中，通过设置与非门NAND，当第二整形电路450输出高电平，与非门NAND的第二输入端，也即低端驱动电路输入高电平时，此时全桥或半桥电路同一桥臂的功率管发生直通，与非门NAND的输出端OUT输出低电平至PWM控制芯片100的使能端EN，以使PWM控制芯片100关断第一驱动电路200和第二驱动电路300，实现对功率管的保护。

在其它情况下，与非门NAND的第一输入端输入高电平、第二输入端输入低电平，或与非门NAND的第一输入端输入低电平、第二输入端输入高电平，或与非门NAND的第一输入端输入低电平、第二输入端输入低电平，这三种情况下，与非门NAND的输出端OUT输出高电平，第一驱动电路200 和第二驱动电路300正常工作。

可以理解的是，由于在本实用新型高压集成电路中使用了上述输出直通保护电路400，因此，本实用新型高压集成电路的实施例包括上述输出直通保护电路400全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。