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電極之間施加高壓脈沖，它隨時檢測心臟纖維性顫動。此脈沖可高達800V，在幾毫秒期間電流達幾十安培。

　　用電荷泵產(chǎn)生高電壓并把它存儲存一個大電容器上。通常，電擊(脈沖)通過一個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)用由兩個相同的半橋組成，每個半橋有兩個開關(guān)，一個連接地、一個連接高電壓。隔離柵雙極晶體管(IGBT)最常用做開關(guān)元件，因為IGBT具有最小的導(dǎo)通電阻及硅面積。高端IGBT需要一個柵極電壓，此電壓比開關(guān)電壓高10～15V。通常用一個變壓器進行高壓控制器和開關(guān)之間的電平變換。圖2示出一個橋所需元件的原理框圖。

　　采用變壓器有明顯的缺點：

　　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。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Microsemi專利IC(見圖3中的IC1和IC2)實現(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信號經(jīng)電平變換器和IC1中的驅(qū)動器驅(qū)動低端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)動電壓(VDD)并驅(qū)動隔離和電荷轉(zhuǎn)換電容器。電容器的另一端連接到IC2，在IC2中對時鐘信號整流以產(chǎn)生柵發(fā)射極電壓。IC2也有一個開關(guān)，當沒有時鐘信號時此開關(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的時鐘輸入的結(jié)果。

　　結(jié)語

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