半橋驅動芯片、無刷直流電機驅動系統、半橋逆變器、LED照明驅動系統及直流/直流轉換器的制作方法

本實用新型涉及高壓驅動技術領域，尤其涉及一種半橋驅動芯片及無刷直流電機驅動系統。

背景技術：

在高壓半橋逆變器應用中，因為在開啟半橋功率開關管上管，需要上管的柵極電壓比高壓直流電源電壓高，所以微控制器(MCU)輸出的低壓控制信號需要通過半橋驅動芯片做電平轉換，才能控制半橋功率開關管的上管以及下管的開/關。

無刷直流電機的每個端子的驅動需要一路半橋驅動芯片+半橋功率開關管上、下管。單相BLDC(無刷直流電機)有兩個端子，故需要兩路半橋驅動芯片+半橋功率開關管上、下管；而三相BLDC有三個端子，故需要三路半橋驅動芯片+半橋功率開關管上、下管。

半橋驅動芯片有8個端口，半橋功率開關管上、下管分別各有3個端口。在電路布線時，需要將半橋驅動芯片的8個端口分別與低壓直流電源、微控制器的上、下管控制信號輸出端、公共地端、半橋功率開關管上、下管控制端以及無刷直流電機的一端子通過外部連線的方式電性連接；同時還需要將半橋功率開關管上管上除控制端口以外的其它兩端口分別與高壓直流電源以及無刷直流電機的相應端子通過外部連線的方式電性連接，以及需要將半橋功率開關管下管上除控制端口以外的其它兩端口分別與公共地端以及無刷直流電機的相應端子通過外部連線的方式電性連接。因此，在現有的高壓半橋逆變器應用中，電路結構以及布線方式較復雜，增加了生產成本，不利于推廣應用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于，針對現有技術中電路結構以及布線方式較復雜的技術問題，提供一種半橋驅動芯片及無刷直流電機驅動系統，實現簡化電路結構以及應用布線，降低成本。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種半橋驅動芯片，所述半橋驅動芯片包括封裝體，所述封裝體上設有VCC引腳、HIN引腳、LIN引腳、COM引腳、VB引腳、P引腳、 VS引腳以及N引腳，所述封裝體內設有半橋驅動子芯片、半橋功率開關上管以及半橋功率開關下管；所述半橋驅動子芯片的VCC引腳、HIN引腳、LIN引腳、COM引腳、VB引腳以及VS引腳分別與所述封裝體上的VCC引腳、HIN引腳、LIN引腳、COM引腳、VB引腳以及VS引腳電性連接，所述半橋驅動子芯片的HO引腳電性連接所述半橋功率開關上管的控制端，所述半橋驅動子芯片的LO引腳電性連接所述半橋功率開關下管的控制端；所述半橋功率開關上管，第一端電性連接所述封裝體上的P引腳，第二端電性連接所述封裝體上的VS引腳；

所述半橋功率開關下管，第一端電性連接所述封裝體上的VS引腳，第二端電性連接所述封裝體上的N引腳。

為實現上述目的，本實用新型還提供了一種無刷直流電機驅動系統，包括微控制器以及無刷直流電機；所述系統還包括數量與所述無刷直流電機的端子數相適配的半橋驅動芯片，所有所述半橋驅動芯片采用本實用新型所述的半橋驅動芯片；所有所述半橋驅動芯片的VCC引腳電性連接所述系統的低壓直流電源；所有所述半橋驅動芯片的HIN引腳電性連接所述微控制器的上管控制信號輸出端；所有所述半橋驅動芯片的LIN引腳電性連接所述微控制器的下管控制信號輸出端；所有所述半橋驅動芯片的COM引腳接地；所有所述半橋驅動芯片的VB引腳電性連接所述系統的低壓直流電源，同時電性連接所述無刷直流電機的一端子；所有所述半橋驅動芯片的P引腳電性連接所述系統的高壓直流電源；所有所述半橋驅動芯片的VS引腳電性連接所述無刷直流電機的相應端子；所有所述半橋驅動芯片的 N引腳接地。

為實現上述目的，本實用新型還提供了一種半橋逆變器，所述半橋逆變器包括本實用新型所述的半橋驅動芯片。

為實現上述目的，本實用新型還提供了一種LED照明驅動系統，所述系統本實用新型所述的半橋驅動芯片。

為實現上述目的，本實用新型還提供了一種直流/直流轉換器，所述轉換器包括本實用新型所述的半橋驅動芯片。

本實用新型的優點在于：通過封裝內部連線的方式，將半橋驅動子芯片和半橋功率開關上、下管集成到一顆芯片里面，同樣只有8個端口，極大的簡化了電路結構及應用布線，降低了成本。

附圖說明

圖1，本實用新型所述的半橋驅動芯片的封裝體示意圖；

圖2，本實用新型所述的半橋驅動芯片一實施例所述的封裝體內部示意圖；

圖3，本實用新型所述的半橋驅動子芯片一實施例所述的封裝體內部示意圖；

圖4，本實用新型所述的無刷直流電機控制系統一實施例的示意圖；

圖5為圖4所述系統的工作波形示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型提供的半橋驅動芯片及無刷直流電機驅動系統做詳細說明。

參考圖1-3，其中，圖1為本實用新型所述的半橋驅動芯片的封裝體示意圖；圖2為本實用新型所述的半橋驅動芯片一實施例所述的封裝體內部示意圖；圖3為本實用新型所述的半橋驅動子芯片一實施例所述的封裝體內部示意圖。

如圖1所示，所述的半橋驅動芯片10包括封裝體11，所述封裝體11上設有VCC引腳、 HIN引腳、LIN引腳、COM引腳、VB引腳、P引腳、VS引腳以及N引腳。

如圖2所示，所述封裝體11內設有半橋驅動子芯片21、半橋功率開關上管M1以及半橋功率開關下管M2。所述半橋驅動子芯片21的VCC引腳、HIN引腳、LIN引腳、COM 引腳、VB引腳以及VS引腳分別與所述封裝體11上的VCC引腳、HIN引腳、LIN引腳、 COM引腳、VB引腳以及VS引腳電性連接，所述半橋驅動子芯片21的HO引腳電性連接所述半橋功率開關上管M1的控制端，所述半橋驅動子芯片21的LO引腳電性連接所述半橋功率開關下管M2的控制端。所述半橋功率開關上管M1，第一端電性連接所述封裝體11 上的P引腳，第二端電性連接所述封裝體11上的VS引腳。所述半橋功率開關下管M2，第一端電性連接所述封裝體11上的VS引腳，第二端電性連接所述封裝體11上的N引腳。

可選的，所述半橋功率開關上管M1以及半橋功率開關下管M2均采用功率MOS管或絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。在本實施例中，所述半橋功率開關上管M1以及半橋功率開關下管M2均采用NMOS管，NMOS管的柵極作為控制端、漏極作為第一端、源極作為第二端。也即在本實施例中，NMOS管M1的柵極作為控制端電性連接半橋驅動子芯片21的 HO引腳、漏極作為第一端電性連接封裝體11上的P引腳、源極作為第二端電性連接半橋驅動子芯片21的VS引腳同時電性連接封裝體11上的VS引腳；NMOS管M2的柵極作為控制端電性連接半橋驅動子芯片21的LO引腳、漏極作為第一端電性連接電性連接半橋驅動子芯片21的VS引腳同時電性連接封裝體11上的VS引腳、源極作為第二端電性連接封裝體11上的N引腳。

本實用新型公開的半橋驅動芯片，通過封裝內部連線的方式，將半橋驅動子芯片21和半橋功率開關上、下管M1、M2集成到一顆芯片里面，同樣只有8個端口，極大的簡化了電路結構及應用布線，降低了成本。

可選的，所述封裝體11內進一步設有自舉二極管Dbst(圖中虛線表示可選組件)；所述自舉二極管Dbst，陽極與所述封裝體11上的VCC引腳電性連接，陰極與所述封裝體11 上的VB引腳電性連接。通過將自舉二極管Dbst與半橋驅動子芯片21和半橋功率開關上、下管M1、M2集成在同一顆芯片里，進一步提高芯片的集成度，進一步簡化電路結構及應用布線，降低成本。

如圖3所示，所述半橋驅動子芯片21的封裝體內部包括邏輯控制單元31、電平轉換單元32、第一緩沖單元33、延遲單元34以及第二緩沖單元35。所述邏輯控制單元31，電性連接所述半橋驅動子芯片21的VCC引腳、HIN引腳、LIN引腳以及COM引腳，同時電性連接所述電平轉換單元32以及所述延遲單元34。所述電平轉換單元32，進一步電性連接所述半橋驅動子芯片21的VB引腳以及VS引腳，同時電性連接所述第一緩沖單元33。所述第一緩沖單元33，進一步電性連接所述半橋驅動子芯片21的VB引腳、HO引腳以及VS 引腳。所述延遲單元34，進一步電性連接所述半橋驅動子芯片21的COM引腳，同時電性連接所述第二緩沖單元35。所述第二緩沖單元35，進一步電性連接所述半橋驅動子芯片21 的LO引腳以及COM引腳。

本實用新型所述的半橋驅動子芯片21的工作原理為：通過VCC引腳與封裝體11上的 VCC引腳電性連接以接收系統的低壓直流電源，通過HIN引腳與封裝體11上的HIN引腳電性連接以接收微控制器(MCU)輸入的上管控制信號，通過LIN引腳與封裝體11上的 LIN引腳電性連接以接收微控制器(MCU)輸入的下管控制信號，通過COM引腳與封裝體11上的COM引腳電性連接以接地，通過VB引腳與封裝體11上的VB引腳電性連接以接入系統的低壓直流電源或經由自舉二極管接入系統的低壓直流電源，通過HO引腳輸出上管控制信號到半橋功率開關上管M1的控制端來打開/關斷M1，通過LO引腳輸出下管控制信號到半橋功率開關下管M2的控制端來打開/關斷M2，通過VS引腳與封裝體11上的 VS引腳電性連接以輸出相應的電壓信號。所述的半橋驅動子芯片21內部電路的工作原理可以采用本領域現有公知技術，此處不再贅述。

參考圖4-5，其中，圖4為本實用新型所述的無刷直流電機控制系統一實施例的示意圖；圖5為圖4所述系統的工作波形示意圖。

如圖4所示，本實用新型所述的無刷直流電機驅動系統包括微控制器41以及無刷直流電機49；所述系統還包括數量與所述無刷直流電機49的端子數相適配的半橋驅動芯片10，所有所述半橋驅動芯片10采用本實用新型所述的半橋驅動芯片10。比如，無刷直流電機控制系統中的無刷直流電機采用三相無刷直流電機時，其三個端子U/V/W分別連接各自的半橋驅動芯片10的VS引腳；也即，在采用三相無刷直流電機的系統中，設有3套半橋驅動芯片10(圖中僅示意出一端子的電路連接方式，而U相、V相和W相端子的連接方式完全一致，原理相同)。無刷直流電機控制系統中的無刷直流電機采用單相無刷直流電機時，則其兩個端子分別連接各自的半橋驅動芯片10的VS引腳；也即，在采用單相無刷直流電機的系統中，設有2套半橋驅動芯片10(圖中僅示意出一端子的電路連接方式，而另一端子的連接方式完全一致，原理相同)。

所有所述半橋驅動芯片10的VCC引腳電性連接所述系統的低壓直流電源；所有所述半橋驅動芯片10的HIN引腳電性連接所述微控制器41的上管控制信號輸出端；所有所述半橋驅動芯片10的LIN引腳電性連接所述微控制器41的下管控制信號輸出端；所有所述半橋驅動芯片10的COM引腳接地；所有所述半橋驅動芯片41的VB引腳電性連接所述系統的低壓直流電源，同時電性連接所述無刷直流電機49的一端子；所有所述半橋驅動芯片 10的P引腳電性連接所述系統的高壓直流電源；所有所述半橋驅動芯片10的VS引腳電性連接所述無刷直流電機49的相應端子；所有所述半橋驅動芯片10的N引腳接地。

在本實施例中，在所述的無刷直流電機驅動系統中，所有所述半橋驅動芯片10的N引腳進一步分別通過一采樣電阻Rcs(虛框表示可選組件)接地。在需要檢測半橋功率開關下管的電流的應用中，通過采樣電阻上的電壓除以采樣電阻的電阻值就可以得到下管的電流值。在不需要檢測半橋功率開關下管的電流的應用中，則不需要采樣電阻，半橋驅動芯片的N引腳直接接地即可。

在本實施例中，所有所述半橋驅動芯片10的VB引腳通過一自舉二極管Dbst電性連接所述系統的低壓直流電源，同時通過一自舉電容Cbst電性連接所述無刷直流電機49的相應端子。

在其它實施例中，所有所述半橋驅動芯片10的封裝體內進一步設有自舉二極管Dbst；所述自舉二極管Dbst，陽極與所述封裝體上的VCC引腳電性連接，陰極與所述封裝體上的 VB引腳電性連接。進一步，所有所述半橋驅動芯片10的VB引腳進一步通過一自舉電容 Cbst電性連接所述無刷直流電機49的相應端子。

以下結合圖4-5對本實用新型所述的無刷直流電機驅動系統的工作原理進行說明：

以低壓直流電源VCC＝15V，高壓直流電源為300V，微控制器(MCU)41輸入電平5V 為例。半橋驅動芯片10的VB引腳電壓由于自舉二極管Dbst和自舉電容Cbst的自舉工作，使VB-VS電壓為VCC-Dbst正向壓降，約14V。MCU將上管控制信號輸入到半橋驅動芯片 10的HIN引腳，信號的高電平是5V，低電平是0V。通過半橋驅動芯片10中半橋驅動子芯片21內部的邏輯控制單元31、電平轉換單元32以及第一緩沖單元33后，轉化成高電平 314V，低電平0V的HO信號，去控制半橋驅動芯片10中的半橋功率開關上管M1。同樣的，MCU將下管控制信號輸入到半橋驅動芯片10的LIN引腳，信號的高電平是5V，低電平是0V。通過半橋驅動芯片10中半橋驅動子芯片21內部的邏輯控制單元31、延遲單元 34以及第二緩沖單元35后，轉化成高電平15V，低電平0V的LO信號，去控制半橋驅動芯片10中的半橋功率開關下管M2。通過控制M1和M2的開/關，半橋驅動芯片10的VS 引腳輸出高電平300V，低電平0V的信號到應用端，本實施例中輸出到無刷直流電機49的相應端子。

本實用新型還提供了一種半橋逆變器，半橋逆變器內設有本實用新型所述的半橋驅動芯片。

本實用新型還提供了一種LED照明驅動系統，LED照明驅動系統內設有本實用新型所述的半橋驅動芯片。

本實用新型還提供了一種直流/直流轉換器，直流/直流轉換器內設有本實用新型所述的半橋驅動芯片。

也即，本實用新型所述的半橋驅動芯片還可以應用于除三相/單相無刷直流電機驅動系統外的其他高壓半橋驅動控制，比如逆變器、照明驅動、DC/DC轉換器等領域。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。