可嵌入心電震發(fā)生器的電擊系統(tǒng)方案

    可嵌入心電震發(fā)生器（Implantable Cardivoerter Defibrillators-ICD）已通用幾年了。ICD在連接到心臟的兩個(gè)電極之間施加高壓脈沖，它隨時(shí)檢測(cè)心臟纖維性顫動(dòng)。此脈沖可高達(dá)800V，在幾毫秒期間電流達(dá)幾十安培。

    用電荷泵產(chǎn)生高電壓并把它存儲(chǔ)存一個(gè)大電容器上。通常，電擊（脈沖）通過一個(gè)2相脈沖傳送到心臟。圖1示出2相電震發(fā)生器系統(tǒng)和產(chǎn)生所需雙相脈沖的高壓橋的原理框圖。此應(yīng)用由兩個(gè)相同的半橋組成，每個(gè)半橋有兩個(gè)開關(guān)，一個(gè)連接地、一個(gè)連接高電壓。隔離柵雙極晶體管（IGBT）最常用做開關(guān)元件，因?yàn)镮GBT具有最小的導(dǎo)通電阻及硅面積。高端IGBT需要一個(gè)柵極電壓，此電壓比開關(guān)電壓高10～15V。通常用一個(gè)變壓器進(jìn)行高壓控制器和開關(guān)之間的電平變換。圖2示出一個(gè)橋所需元件的原理框圖。   

采用變壓器有明顯的缺點(diǎn)：

1.分選來自不同廠家的分立元件，使制造變復(fù)雜并增加成本。

2.變壓器體積大而且在生產(chǎn)中難以控制，這導(dǎo)致可靠性降低。

MED427 高電壓半橋

    Microsemi公司開發(fā)了一款高電壓半橋模件（見圖3），用于甚低功率、低電壓應(yīng)用，在這些應(yīng)用中空間大小和靜態(tài)電流是主要的關(guān)心點(diǎn)。這種模件為低速和低占空因數(shù)高電壓開關(guān)應(yīng)提供了一種完整的解決方案。

特性

    高電壓半橋模件的主要特性有：

·低電壓接口；可直接從CMOS電平控制器芯片（邏輯電平輸入）控制該橋。

·完全集成了半橋所需的所有元件。

·BGA（球式柵格陣列）MCM（多芯片模件）封裝的小尺寸。

·甚低的靜態(tài)電流（50nA典型值）

技術(shù) 

·為了達(dá)到最小可能的尺寸和靜態(tài)電流，Microsemi開發(fā)出一些新的關(guān)鍵技術(shù)：
通過電容耦合的高端電平變換和傳輸。用兩個(gè)Microsemi專利IC（見圖3中的IC1和IC2）實(shí)現(xiàn)這種功能。

·低柵極電荷IGBT。低柵極電荷使得可用較小值的隔離/電荷變換電容器。

工作原理

    兩個(gè)邏輯電平輸入LO+EN（低端開關(guān)使能）和HI_EH（高端開關(guān)使能）控制低和高端開關(guān)導(dǎo)通（見圖3）。LO_EN信號(hào)經(jīng)電平變換器和IC1中的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)低端IGBT的柵極。

    HI_NE引腳使能LC1中的高頻振蕩器。此振蕩器輸出經(jīng)電平變換到IGBT柵驅(qū)動(dòng)電壓（VDD）并驅(qū)動(dòng)隔離和電荷轉(zhuǎn)換電容器。電容器的另一端連接到IC2，在IC2中對(duì)時(shí)鐘信號(hào)整流以產(chǎn)生柵發(fā)射極電壓。IC2也有一個(gè)開關(guān)，當(dāng)沒有時(shí)鐘信號(hào)時(shí)此開關(guān)使IGBT柵極到發(fā)射極短路（見圖4）。圖5的仿真的結(jié)果示出所得到的半橋輸出，IGBT柵-發(fā)射極電壓和到IC2的時(shí)鐘輸入的結(jié)果。

結(jié)語(yǔ)

    MED427BGA/MCM以最小可能的尺寸提供了一個(gè)完全集成的高電壓半橋。它特點(diǎn)適合于低速應(yīng)用。