原创 可嵌入心电震发生器的电击系统方案

可嵌入心电震发生器(Implantable Cardivoerter Defibrillators-ICD)已通用几年了。ICD在连接到心脏的两个电极之间施加高压脉冲，它随时检测心脏纤维性颤动。此脉冲可高达800V，在几毫秒期间电流达几十安培。

用电荷泵产生高电压并把它存储存一个大电容器上。通常，电击(脉冲)通过一个2相脉冲传送到心脏。图1示出2相电震发生器系统和产生所需双相脉冲的高压桥的原理框图。此应用由两个相同的半桥组成，每个半桥有两个开关，一个连接地、一个连接高电压。隔离栅双极晶体管(IGBT)最常用做开关元件，因为IGBT具有最小的导通电阻及硅面积。高端IGBT需要一个栅极电压，此电压比开关电压高10～15V。通常用一个变压器进行高压控制器和开关之间的电平变换。图2示出一个桥所需元件的原理框图。

采用变压器有明显的缺点：

1.分选来自不同厂家的分立元件，使制造变复杂并增加成本。

2.变压器体积大而且在生产中难以控制，这导致可靠性降低。

MED427 高电压半桥

Microsemi公司开发了一款高电压半桥模件(见图3)，用于甚低功率、低电压应用，在这些应用中空间大小和静态电流是主要的关心点。这种模件为低速和低占空因数高电压开关应提供了一种完整的解决方案。

特性

高电压半桥模件的主要特性有：

低电压接口;可直接从CMOS电平控制器芯片(逻辑电平输入)控制该桥。

完全集成了半桥所需的所有元件。

BGA(球式栅格阵列)MCM(多芯片模件)封装的小尺寸。

甚低的静态电流(50nA典型值)

技术

为了达到最小可能的尺寸和静态电流，Microsemi开发出一些新的关键技术：

通过电容耦合的高端电平变换和传输。用两个Microsemi专利IC(见图3中的IC1和IC2)实现这种功能。

低栅极电荷IGBT。低栅极电荷使得可用较小值的隔离/电荷变换电容器。

工作原理

两个逻辑电平输入LO+EN(低端开关使能)和HI_EH(高端开关使能)控制低和高端开关导通(见图3)。LO_EN信号经电平变换器和IC1中的驱动器驱动低端IGBT的栅极。

HI_NE引脚使能LC1中的高频振荡器。此振荡器输出经电平变换到IGBT栅驱动电压(VDD)并驱动隔离和电荷转换电容器。电容器的另一端连接到IC2，在IC2中对时钟信号整流以产生栅发射极电压。IC2也有一个开关，当没有时钟信号时此开关使IGBT栅极到发射极短路(见图4)。图5的仿真的结果示出所得到的半桥输出，IGBT栅-发射极电压和到IC2的时钟输入的结果。

结语

MED427BGA/MCM以最小可能的尺寸提供了一个完全集成的高电压半桥。它特点适合于低速应用。