智能功率模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能功率模塊，包括U相上橋臂IGBT管、V相上橋臂IGBT管和W相上橋臂IGBT管、第一電流檢測電路、第二電流檢測電路、第三電流檢測電路，U相上橋臂驅(qū)動電路、V相上橋臂驅(qū)動電路和W相上橋臂驅(qū)動電路；第一電流檢測電路連接于U相上橋臂IGBT管的射極與U相上橋臂驅(qū)動電路之間；第二電流檢測電路連接于V相上橋臂IGBT管的射極與V相上橋臂驅(qū)動電路之間；第三電流檢測電路連接于W相上橋臂IGBT管的射極與W相上橋臂驅(qū)動電路之間。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護，從而提高了可靠性。并且，本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單及易實現(xiàn)的優(yōu)點。
【專利說明】智能功率模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種智能功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊，即IPM (Intelligent Power Module)是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動類產(chǎn)品。智能功率模塊把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動電路集成在一起，與傳統(tǒng)分立方案相比，智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機械，電力牽引，伺服驅(qū)動，變頻家電的一種理想電力電子器件。
[0003]然而，現(xiàn)有大多數(shù)的智能功率模塊都是通過在其外部設(shè)置一采樣電阻對流過其內(nèi)部下橋臂的IGBT管的電流進行檢測，并將電流檢測結(jié)果輸出至一 MCU，MCU根據(jù)接收到的電流檢測結(jié)果，分別輸出相應(yīng)的控制信號至智能功率模塊內(nèi)部的各IGBT管驅(qū)動電路，以驅(qū)動智能功率模塊內(nèi)部上、下橋臂各IGBT管的工作狀態(tài)。當某些特殊原因?qū)е铝鬟^上述采樣電阻的電流過大時，則MCU將觸發(fā)其相應(yīng)的保護函數(shù)，使MCU的輸出控制信號全部置低，從而使智能功率模塊內(nèi)部的各IGBT管驅(qū)動電路的輸入全部置低，從而使得智能功率模塊內(nèi)部的各IGBT管全部處于截止狀態(tài)，電流失去通路，從而起到保護智能功率模塊免受過熱損壞的作用。
[0004]但是，當智能功率模塊的后續(xù)負載(例如三相電機)因為某種特殊原因與地短路而導致電流過大時，當有上橋臂的IGBT管導通時，電流直接通過上橋臂的IGBT管進入到后續(xù)負載，然后流到地，該電流并不經(jīng)過下橋臂的IGBT管，即該電流不會經(jīng)過上述采樣電阻，從而使得MCU無法接收到電流檢測信號，從而繼續(xù)發(fā)出使智能功率模塊內(nèi)上、下橋臂的IGBT管交替導通的控制信號，使大電流持續(xù)，最終導致智能功率模塊及其后續(xù)負載損壞，嚴重時將會發(fā)生爆炸并引起火災(zāi)等意想不到的事故。由此可見，當電流不流經(jīng)智能功率模塊的下橋臂的IGBT管時(即電流不通過采樣電阻的情況下)，將不能及時地對智能功率模塊及其后續(xù)負載產(chǎn)生保護作用。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的主要目的是提供一種智能功率模塊，旨在提高智能功率模塊的可靠性，即使其后續(xù)的負載發(fā)生了短路，也能及時可靠的實現(xiàn)智能功率模塊的自我保護。
[0006]本實用新型提出一種智能功率模塊，包括U相上橋臂IGBT管、V相上橋臂IGBT管、W相上橋臂IGBT管、用于檢測所述U相上橋臂IGBT管的電流的第一電流檢測電路、用于檢測所述V相上橋臂IGBT管的電流的第二電流檢測電路、用于檢測所述W相上橋臂IGBT管的電流的第三電流檢測電路，以及用于根據(jù)所述第一電流檢測電路的檢測結(jié)果控制所述U相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)的U相上橋臂驅(qū)動電路、用于根據(jù)所述第二電流檢測電路的檢測結(jié)果控制所述V相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)的V相上橋臂驅(qū)動電路和用于根據(jù)所述第三電流檢測電路的檢測結(jié)果控制所述W相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)的W相上橋臂驅(qū)動電路;其中，
[0007]所述第一電流檢測電路連接于所述U相上橋臂IGBT管的射極與所述U相上橋臂驅(qū)動電路之間；所述第二電流檢測電路連接于所述V相上橋臂IGBT管的射極與所述V相上橋臂驅(qū)動電路之間；所述第三電流檢測電路連接于所述W相上橋臂IGBT管的射極與所述W相上橋臂驅(qū)動電路之間。
[0008]優(yōu)選地，所述第一電流檢測電路包括第一采樣電阻和第二采樣電阻；所述第一采樣電阻的第一端與所述U相上橋臂IGBT管的射極連接，其第二端與所述U相上橋臂驅(qū)動電路連接，且與所述第二采樣電阻的第一端連接，所述第二采樣電阻的第二端與所述U相上橋臂驅(qū)動電路連接。
[0009]優(yōu)選地，所述U相上橋臂驅(qū)動電路包括控制信號輸入端、雙脈沖發(fā)生電路、信號調(diào)整電路、第一高壓DMOS管、第二高壓DMOS管、第一非門、第二非門、第一與門、第二與門、RS觸發(fā)器、電壓比較器、參考電壓源及輸出電路；其中，
[0010]雙脈沖發(fā)生電路的輸入端與控制信號輸入端連接，其第一輸出端與第一高壓DMOS管的柵極連接，其第二輸出端與第二高壓DMOS管的柵極連接；第一高壓DMOS管的襯底與源極相連并接地，其漏極與信號調(diào)整電路的第一輸入端連接；第二高壓DMOS管的襯底與源極相連并接地，其漏極與信號調(diào)整電路的第二輸入端連接；信號調(diào)整電路的輸出端經(jīng)第一非門分別與RS觸發(fā)器的S端及第二非門的輸入端連接；第二與門的一輸入端與第二非門的輸出端連接，其另一輸入端與RS觸發(fā)器的Q端連接，其輸出端與輸出電路的輸入端連接；輸出電路的輸出端與U相上橋臂IGBT管的柵極連接；電壓比較器的正輸入端連接于所述第一采樣電阻和所述第二采樣電阻之間，其負輸入端與參考電壓源的正極連接，其輸出端與第一與門的一輸入端連接；第一與門的另一輸入端與信號調(diào)整電路的輸出端連接，其輸出端與RS觸發(fā)器的R端連接；參考電壓源的負極與所述第二采樣電阻的第二端連接。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述第二電流檢測電路及所述第三電流檢測電路的電路結(jié)構(gòu)均與所述第一電流檢測電路的電路結(jié)構(gòu)相同。
[0012]優(yōu)選地，所述V相上橋臂驅(qū)動電路及所述W相上橋臂驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)均與所述U相上橋臂驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)相同。
[0013]優(yōu)選地，所述第一采樣電阻和所述第二采樣電阻的阻止均為ΙΟπιΩ。
[0014]優(yōu)選地，所述參考電壓源的電壓為2V。
[0015]本實用新型提出的智能功率模塊，通過第一電流檢測電路對U相上橋臂IGBT管的電流進行檢測并將檢測結(jié)果輸出至U相上橋臂驅(qū)動電路，通過第二電流檢測對V相上橋臂IGBT管的電流進行檢測并將檢測結(jié)果輸出至V相上橋臂驅(qū)動電路，通過第三電流檢測電路對W相上橋臂IGBT管的電流進行檢測并將檢測結(jié)果輸出至W相上橋臂驅(qū)動電路，U相上橋臂驅(qū)動電路根據(jù)接收到的檢測結(jié)果控制U相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)，V相上橋臂驅(qū)動電路根據(jù)接收到的檢測結(jié)果控制V相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)，W相上橋臂驅(qū)動電路根據(jù)接收到的檢測結(jié)果控制W相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)。本實用新型智能功率模塊即使其后續(xù)負載發(fā)生了短路，電流不流經(jīng)其下橋臂的IGBT管時，也能及時的實現(xiàn)自我保護，從而提高了可靠性。并且，本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單及易實現(xiàn)的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】[0016]圖1是本實用新型智能功率模塊的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是本實用新型智能功率模塊中U相上橋臂驅(qū)動電路與第一電流檢測電路的電路連接結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3是本實用新型智能功率模塊及其后續(xù)負載處于正常工作狀態(tài)時其U相上橋臂驅(qū)動電路的信號波形圖；
[0019]圖4是本實用新型智能功率模塊及其后續(xù)負載處于異常狀態(tài)時其U相上橋臂驅(qū)動電路的信號波形圖。
[0020]本實用新型目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。【具體實施方式】
[0021]應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022]本實用新型提出一種智能功率模塊。
[0023]參照圖1，圖1是本實用新型智能功率模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0024]本實用新型一實施例中的智能功率模塊4100包括HVIC管4400 (HVIC，高壓集成電路)、U相上橋臂IGBT管4121、V相上橋臂IGBT管4122和W相上橋臂IGBT管4123，以及對應(yīng)上述各上橋臂IGBT管設(shè)置的U相下橋臂IGBT管4124、V相下橋臂IGBT管4125和W相下橋臂 IGBT 管 4126，電容 4133、電容 4132、電容 4131、FRD 管 4111、FRD 管 4112、FRD 管4113,FRD管4114、FRD管4115、FRD管4116。本實用新型智能功率模塊還包括第一電流檢測電路4143、第二電流檢測電路4142、第三電流檢測電路4141。上述HVIC管4400內(nèi)部設(shè)有U相上橋臂驅(qū)動電路14、V相上橋臂驅(qū)動電路24、W相上橋臂驅(qū)動電路34、U相下橋臂驅(qū)動電路44、V相下橋臂驅(qū)動電路54和W相下橋臂驅(qū)動電路64。
[0025]其中，上述第一電流檢測電路4143用于檢測U相上橋臂IGBT管4121的電流；
[0026]上述第二電流檢測電路4142用于檢測V相上橋臂IGBT管4122管的電流
[0027]上述第三電流檢測電路4141用于檢測W相上橋臂IGBT管4123的電流；
[0028]上述U相上橋臂驅(qū)動電路14用于根據(jù)第一電流檢測電路4143的檢測結(jié)果控制U相上橋臂IGBT管4121的工作狀態(tài)；
[0029]上述V相上橋臂驅(qū)動電路24用于根據(jù)第二電流檢測電路4142的檢測結(jié)果控制V相上橋臂IGBT管4122的工作狀態(tài)；
[0030]上述W相上橋臂驅(qū)動電路34用于根據(jù)第三電流檢測電路4141的檢測結(jié)果控制W相上橋臂IGBT管4123的工作狀態(tài)。
[0031]具體地，HVIC管4400的電源正端VCC端作為本實用新型智能功率模塊4100的低壓區(qū)供電電源正端VDD，VDD 一般為15V ；
[0032]HVIC管4400的第一輸入端HINl (即U相上橋臂驅(qū)動電路14的控制信號輸入端)作為本實用新型智能功率模塊4100的U相上橋臂輸入端UHIN ；
[0033]HVIC管4400的第二輸入端HIN2 (即V相上橋臂驅(qū)動電路24的控制信號輸入端)作為本實用新型智能功率模塊4100的V相上橋臂輸入端VHIN ；
[0034]HVIC管4400的第三輸入端HIN3 (即W相上橋臂驅(qū)動電路34的控制信號輸入端)作為本實用新型智能功率模塊4100的W相上橋臂輸入端WHIN ；[0035]HVIC管4400的第四輸入端LINl (即U相下橋臂驅(qū)動電路44的控制信號輸入端)作為本實用新型智能功率模塊4100的U相下橋臂輸入端ULIN ；
[0036]HVIC管4400的第五輸入端LIN2 (即V相下橋臂驅(qū)動電路54的控制信號輸入端)作為本實用新型智能功率模塊4100的V相下橋臂輸入端VLIN ；
[0037]HVIC管4400的第六輸入端LIN3 (即W相下橋臂驅(qū)動電路64的控制信號輸入端)作為本實用新型智能功率模塊4100的W相下橋臂輸入端WLIN ；
[0038]HVIC管4400的電源負端GND作為所述本實用新型智能功率模塊4100的低壓區(qū)供電電源負端COM ；
[0039]HVIC管4400的U相高壓區(qū)供電電源正端VBl與電容4133的第一端相連，并作為本實用新型智能功率模塊4100的U相高壓區(qū)供電電源正端UVB ；
[0040]HVIC管4400的U相高壓區(qū)供電電源負端VSl與所述電容4133的第二端相連，并作為本實用新型智能功率模塊4100的U相高壓區(qū)供電電源負端UVS ；
[0041]HVIC管4400的V相高壓區(qū)供電電源正端VB2與電容4132的第一端相連，并作為本實用新型智能功率模塊4100的V相高壓區(qū)供電電源正端VVB ；
[0042]HVIC管4400的V相高壓區(qū)供電電源負端VS2與所述電容4132的第二端相連，并作為本實用新型智能功率模塊4100的V相高壓區(qū)供電電源負端VVS ；
[0043]HVIC管4400的W相高壓區(qū)供電電源正端VB3與電容4131的第一端相連，并作為本實用新型智能功率模塊4100的W相高壓區(qū)供電電源正端WVB ；
[0044]HVIC管4400的W相高壓區(qū)供電電源負端VS3與電容4131的第二端相連，并作為本實用新型智能功率模塊4100的W相高壓區(qū)供電電源負端WVS ；
[0045]HVIC管4400的HOl端(即U相上橋臂驅(qū)動電路14的控制信號輸出端)與U相上橋臂IGBT管4121的柵極相連，U相上橋臂IGBT管4121的集電極與FRD管4111的陰極相連并接本實用新型智能功率模塊4100的最高電壓點P端，U相上橋臂IGBT管4121的射極與FRD管4111的陽極相連并接第一電流檢測電路4143的第一輸入輸出端,第一電流檢測電路4143的第二輸入輸出端接本實用新型智能功率模塊4100的UVS端(也即本實用新型智能功率模塊的U相高電壓區(qū)供電電源負端)；
[0046]HVIC管4400的H02端(即V相上橋臂驅(qū)動電路24的控制信號輸出端)與V相上橋臂IGBT管4122的柵極相連，V相上橋臂IGBT管4122的集電極與FRD管4112的陰極相連并接本實用新型智能功率模塊4100的最高電壓點P端，V相上橋臂IGBT管4122的射極與FRD管4112的陽極相連并接第二電流檢測電路4142的第一輸入輸出端，第二電流檢測電路4142的第二輸入輸出端接本實用新型智能功率模塊4100的VVS端(也即本實用新型智能功率模塊的V相高電壓區(qū)供電電源負端)；
[0047]HVIC管4400的H03端(即W相上橋臂驅(qū)動電路34的控制信號輸出端)與W相上橋臂IGBT管4123的柵極相連，W相上橋臂IGBT管4123的集電極與FRD管4113的陰極相連并接本實用新型智能功率模塊4100的最高電壓點P端，W相上橋臂IGBT管4123的射極與FRD管4113的陽極相連并接第三電流檢測電路4141的第一輸入輸出端，第三電流檢測電路4141的第二輸入輸出端接本實用新型智能功率模塊4100的WVS端(也即本實用新型智能功率模塊的W相高電壓區(qū)供電電源負端)；
[0048]HVIC管4400的LOl端(即U相下橋臂驅(qū)動電路44的控制信號輸出端)與U相下橋臂IGBT管4124的柵極相連，U相下橋臂IGBT管4124的集電極與FRD管4114的陰極相連并接智能功率模塊4100的UVS端，U相下橋臂IGBT管4124的射極與FRD管4114的陽極相連并接智能功率模塊4100的COM端(也即本實用新型智能功率模塊的低壓區(qū)供電電源負端)；
[0049]HVIC管4400的L02端(即V相下橋臂驅(qū)動電路44的控制信號輸出端)與V相下橋臂IGBT管4125的柵極相連，V相下橋臂IGBT管4125的集電極與FRD管4115的陰極相連并接智能功率模塊4100的VVS端，V相下橋臂IGBT管4125的射極與所述FRD管4115的陽極相連并接智能功率模塊4100的COM端；
[0050]HVIC管4400的L03端(即W相下橋臂驅(qū)動電路44的控制信號輸出端)與W相下橋臂IGBT管4126的柵極相連，W相下橋臂IGBT管4126的集電極與FRD管4116的陰極相連并接智能功率模塊4100的WVS端，W相下橋臂IGBT管4126的射極與FRD管4116的陽極相連并接智能功率模塊4100的COM端；
[0051]上述第一電流檢測電路4143的第三輸入輸出端連接HVIC管4400的HSO端(SPU相上橋臂驅(qū)動電路14的電流檢測信號輸入端)；
[0052]上述第二電流檢測電路4142的第三輸入輸出端連接HVIC管4400的VISO端(SPV相上橋臂驅(qū)動電路24的電流檢測信號輸入端)；
[0053]上述第三電流檢測電路4141的第三輸入輸出端連接HVIC管4400的WISO端(SPW相上橋臂驅(qū)動電路34的電流檢測信號輸入端)。
[0054]在HVIC管4400內(nèi)部，VCC端與上、下橋臂各驅(qū)動電路的低壓區(qū)供電電源正端相連；GND端與上、下橋臂各驅(qū)動電路的低壓區(qū)供電電源負端相連；
[0055]U相上橋臂驅(qū)動電路14的高壓區(qū)供電電源正端與VBl端相連，U相上橋臂驅(qū)動電路14的高壓區(qū)供電電源負端與VSl相連；
[0056]V相上橋臂驅(qū)動電路24的高壓區(qū)供電電源正端與VB2相連，V相上橋臂驅(qū)動電路24的高壓區(qū)供電電源負端與VS2相連；
[0057]W相上橋臂驅(qū)動電路34的高壓區(qū)供電電源正端與VB3相連，W相上橋臂驅(qū)動電路34的高壓區(qū)供電電源負端與VS3相連。
[0058]本實用新型智能功率模塊的工作原理具體描述如下:當U相上橋臂IGBT管4121開通時，電流經(jīng)過U相上橋臂IGBT管4121進入第一電流檢測電路4143的第一輸入輸出端，并從第一電流檢測電路4143的第二輸入輸出端流出，第一電流檢測電路4143的第一輸入輸出端與第二輸入輸出端之間的等效電阻非常小，因此即使有大電流流過時，在其自身所產(chǎn)生的壓降也非常小，該壓降在第一電流檢測電路4143的第三輸入輸出端輸出，U相上橋臂驅(qū)動電路14在U相上橋臂IGBT管4121處于開通狀態(tài)時會監(jiān)控其電流檢測信號輸入端(即第一電流檢測電路4143的第三輸入輸出端)的壓降，當該壓降大于某一特定值時，其輸出強制置低，使U相上橋臂IGBT管4121關(guān)斷；
[0059]當V相上橋臂IGBT管4122開通時，電流經(jīng)過V相上橋臂IGBT管4122進入第二電流檢測電路4142的第一輸入輸出端，并從第二電流檢測電路4142的第二輸入輸出端流出，第二電流檢測電路4142的第一輸入輸出端與第二輸入輸出端之間的等效電阻非常小，因此即使有大電流流過時，在其自身所產(chǎn)生的壓降也非常小，該壓降在第二電流檢測電路4142的第三輸入輸出端輸出，V相上橋臂驅(qū)動電路24在V相上橋臂IGBT管4122處于開通狀態(tài)時會監(jiān)控其電流檢測信號輸入端(即第二電流檢測電路4142的第三輸入輸出端)的壓降，當該壓降大于某一特定值時，其輸出強制置低，使V相上橋臂IGBT管4122關(guān)斷；
[0060]當W相上橋臂IGBT管4123開通時，電流經(jīng)過W相上橋臂IGBT管4123進入第三電流檢測電路4141的第一輸入輸出端，并從第三電流檢測電路4141的第二輸入輸出端流出，第三電流檢測電路4141的第一輸入輸出端與第二輸入輸出端之間的等效電阻非常小，因此即使有大電流流過時，在其自身所產(chǎn)生的壓降也非常小，該壓降在第三電流檢測電路4141的第三輸入輸出端輸出,W相上橋臂驅(qū)動電路34在W相上橋臂IGBT管4123處于開通狀態(tài)時會監(jiān)控其電流檢測信號輸入端(即第三電流檢測電路4141的第三輸入輸出端)的壓降，當該壓降大于某一特定值時，其輸出強制置低，使W相上橋臂IGBT管4123關(guān)斷。
[0061]圖2是本實用新型智能功率模塊中U相上橋臂驅(qū)動電路與第一電流檢測電路的電路連接結(jié)構(gòu)圖。
[0062]一并參照圖1和圖2，本實用新型智能功率模塊中的第一電流檢測電路4143包括第一米樣電阻1413和第二米樣電阻1414。具體地,第一米樣電阻1413的第一端與U相上橋臂IGBT管4121的射極連接，第一采樣電阻1413的第二端與U相上橋臂驅(qū)動電路14的電流檢測信號輸入端(UIS0端)連接，且與第二采樣電阻1414的第一端連接，第二采樣電阻1414的第二端與U相上橋臂驅(qū)動電路14的高電壓區(qū)供電電源負端連接(也即與圖1中HVIC管4400的U相高壓區(qū)供電電源負端VSl連接)。
[0063]本實用新型智能功率模塊中的U相上橋臂驅(qū)動電路14包括控制信號輸入端(即圖1中HVIC管4400的HINl端)、雙脈沖發(fā)生電路1401、第一高壓DMOS管1402、第二高壓DMOS管1403、信號調(diào)整電路1404、第一非門1405、第二非門1406、第一與門1407、RS觸發(fā)器1408、第二與門1409、電壓比較器1410、輸出電路1411及參考電壓源1412。
[0064]具體地，雙脈沖發(fā)生電路1401的輸入端與U相上橋臂驅(qū)動電路14控制信號輸入端(即圖1中HVIC管4400的HINl端)連接，雙脈沖發(fā)生電路1401的第一輸出端與第一高壓DMOS管1402的柵極連接，雙脈沖發(fā)生電路1401的第二輸出端與第二高壓DMOS管1403的柵極連接；第一高壓DMOS管1402的襯底與源極相連并接地，第一高壓DMOS管1402漏極與信號調(diào)整電路1404的第一輸入端連接；第二高壓DMOS管1403的襯底與源極相連并接地，第二高壓DMOS管1403的漏極與信號調(diào)整電路1404的第二輸入端連接；信號調(diào)整電路1404的輸出端經(jīng)第一非門1405分別與RS觸發(fā)器1408的S端及第二非門1406的輸入端連接；第二與門1409的一輸入端與第二非門1406的輸出端連接，第二與門1409的另一輸入端與RS觸發(fā)器1408的Q端連接，第二與門1409的輸出端與輸出電路1411的輸入端連接；輸出電路1411的輸出端與U相上橋臂IGBT管4121的柵極連接；電壓比較器1410的正輸入端為U相上橋臂驅(qū)動電路14的電流檢測信號輸入端(UIS0端)，該端連接于第一電流檢測電路4143中第一采樣電阻1413和第二采樣電阻1414之間，電壓比較器1410的負輸入端與參考電壓源1412的正極連接，電壓比較器1410的輸出端與第一與門1407的一輸入端連接；第一與門1407的另一輸入端與信號調(diào)整電路1404的輸出端連接，第一與門1407的輸出端與RS觸發(fā)器1408的R端連接；參考電壓源1412的負極與第二采樣電阻1414的第二端連接。
[0065]上述雙脈沖發(fā)生電路1401的作用是:
[0066]在U相上橋臂驅(qū)動電路14的控制信號輸入端(HIN1端)所輸入信號的上升沿，其第一輸出端產(chǎn)生一個300ns的脈沖信號，在所輸入信號的下升沿，其第二輸出端產(chǎn)生一個300ns的脈沖信號。
[0067]本實用新型實施例中，第一高壓DMOS管1402和第二高壓DMOS管1403在關(guān)斷時均可承受600V的電壓，在開通時均可在300ns內(nèi)流過安培級的電流。
[0068]上述信號調(diào)整電路1404的作用是:
[0069]在其第一輸入端產(chǎn)生低電平的瞬間，其輸出端將產(chǎn)生一個上升沿；在其第二輸入端產(chǎn)生低電平的瞬間，其輸出端將產(chǎn)生一個下降沿。
[0070]上述輸出電路1411的作用是在其輸出端形成一與其輸入端信號同相的信號,其輸出端所能輸出的電流為300mA以上。
[0071]本實用新型U相上橋臂驅(qū)動電路14與第一電流檢測電路4143的工作原理具體描述如下:
[0072]一并參照圖1和圖2，初始狀態(tài)時，HINl端無控制信號輸入，第一高壓DMOS管1402和第二高壓DMOS管1403均處于關(guān)斷狀態(tài)，信號調(diào)整電路1404輸出低電平，從而圖中E點為高電平，從而圖1中U相上橋臂IGBT管4121關(guān)斷，UISO端的電壓與VSl端的電壓一致，圖中D點電平是以VSl端為電壓參考點的低電平，從而圖中J點為低電平，從而使RS觸發(fā)器1408的Q端的初始值是以VSl端為電壓參考點的高電平；
[0073]當HINl端有控制信號輸入時，則A點在所輸入控制信號的上升沿將產(chǎn)生一個300ns的脈沖，B點在所輸入控制信號的下降沿將產(chǎn)生一個300ns的脈沖；
[0074]A點所產(chǎn)生的脈沖信號使第一高壓DMOS管1402導通，從而在信號調(diào)整電路1404的第一輸入端的產(chǎn)生低電平，B點所產(chǎn)生的脈沖信號使第二高壓DMOS管1403導通，從而在信號調(diào)整電路1404的第二輸入端產(chǎn)生低電平；
[0075]信號調(diào)整電路1404的輸出端，即C點，產(chǎn)生一個以VSl端為電壓參考點的相位與HINl端所輸入控制信號一致的信號，E點產(chǎn)生與C點反相的信號，即只要J點保持在低電平狀態(tài)，則無論E點的信號是高電平異或低電平，G點都將保持原來的輸出狀態(tài)，即高電平；
[0076]由于F點產(chǎn)生與C點一致的信號，又因為G點為高電平，所以H點的信號與F點的信號一致，經(jīng)過輸出電路1411后,在HOl端產(chǎn)生與HINl端所輸入控制信號相位一致且以VSl端為電壓參考點的信號，該信號驅(qū)動U相上橋臂IGBT管4121的通斷。當U相上橋臂IGBT管4121開通時，有電流流過第一采樣電阻1413和第二采樣電阻1414，從而在WSO點產(chǎn)生以VSl端為電壓參考點的壓降，與參考電壓源1412的電壓進行比較。
[0077]圖3是本實用新型智能功率模塊及其后續(xù)負載處于正常工作狀態(tài)時其U相上橋臂驅(qū)動電路的信號波形圖。
[0078]一并參照圖2和圖3，當本實用新型智能功率模塊4100及其后續(xù)負載處于正常工作狀態(tài)時，UISO端的電壓遠低于參考電壓源1412的電壓值VDC，使得D點恒輸出低電平、G點恒保持高電平，使得H點的信號與F點的信號保持一致，從而使得HOl端的信號與HINl端所輸入的控制信號的波形相同，該情況下，本實用新型智能功率模塊4100可正常控制U相上橋臂IGBT管4121的通斷。
[0079]圖4是本實用新型智能功率模塊及其后續(xù)負載處于異常狀態(tài)時其U相上橋臂驅(qū)動電路的信號波形圖。
[0080]一并參照圖2和圖4，當本實用新型智能功率模塊4100及其后續(xù)負載發(fā)生異常而產(chǎn)生大電流時，UISO端的電壓超過參考電壓源1412的電壓值VDC，D點輸出高電平，因為要使U相上橋臂IGBT管4121導通，C點必然處于高電平狀態(tài)、E點必然處于低電平狀態(tài)，所以J點輸出高電平，從而使得RS觸發(fā)器1408的Q端被復位而輸出低電平，從而H點亦馬上變成低電平，HOl端變成低電平，從而使得U相上橋臂IGBT管4121關(guān)斷，大電流結(jié)束。因為RS觸發(fā)器1408的作用，只要C點仍處于高電平狀態(tài)，即E點仍處于低電平狀態(tài)，則G點將保持低電平狀態(tài)，HOl端保持低電平狀態(tài)，U相上橋臂IGBT管4121不能再被導通，直到C點高電平信號結(jié)束，RS觸發(fā)器1408重新被置位，RS觸發(fā)器1408的Q端才重新輸出高電平。
[0081]本實用新型實施例，以30A智能功率模塊為例，其第一采樣電阻1413、第二采樣電阻1414和參考電壓源1412的電壓VDC的取值如下:第一采樣電阻1413和第二采樣電阻1414的阻值均為IOm Ω，參考電壓源1412的電壓VDC為2V。
[0082]正常工作狀態(tài)時，流過各IGBT管的電流為IOA以下，由于第一采樣電阻1413和第二采樣電阻1414的阻值為ΙΟπιΩ，則圖2中WSO端的壓降不會超過0.1V，WSO端的壓降(0.1V)遠小于參考電壓源1412的電壓VDC (2V)；
[0083]異常情況下(例如后續(xù)負載發(fā)生短路時)，流過各IGBT管的電流可瞬間達300A-500A，從而使得HSO端的電壓瞬間達到3?5V，大于參考電壓源1412的電壓VDC(2V)。
[0084]本實用新型實施例中，上述第二電流檢測電路4142及第三電流檢測電路4141的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理均與上述第一電流檢測電路4143的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理相同，此處不再贅述。并且，上述V相上橋臂驅(qū)動電路24及W相上橋臂驅(qū)動電路34的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理均與上述U相上橋臂驅(qū)動電路14的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理相同，此處不再贅述。
[0085]本實用新型提出的智能功率模塊，通過第一電流檢測電路對U相上橋臂IGBT管的電流進行檢測并將檢測結(jié)果輸出至U相上橋臂驅(qū)動電路，通過第二電流檢測對V相上橋臂IGBT管的電流進行檢測并將檢測結(jié)果輸出至V相上橋臂驅(qū)動電路，通過第三電流檢測電路對W相上橋臂IGBT管的電流進行檢測并將檢測結(jié)果輸出至W相上橋臂驅(qū)動電路，U相上橋臂驅(qū)動電路根據(jù)接收到的檢測結(jié)果控制U相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)，V相上橋臂驅(qū)動電路根據(jù)接收到的檢測結(jié)果控制V相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)，W相上橋臂驅(qū)動電路根據(jù)接收到的檢測結(jié)果控制W相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)。本實用新型智能功率模塊即使其后續(xù)負載發(fā)生了短路，電流不流經(jīng)其下橋臂的IGBT管時，也能及時的實現(xiàn)自我保護，從而提高了可靠性。并且，本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單及易實現(xiàn)的優(yōu)點。
[0086]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能功率模塊，包括U相上橋臂IGBT管、V相上橋臂IGBT管和W相上橋臂IGBT管，其特征在于， 還包括用于檢測所述U相上橋臂IGBT管的電流的第一電流檢測電路、用于檢測所述V相上橋臂IGBT管的電流的第二電流檢測電路、用于檢測所述W相上橋臂IGBT管的電流的第三電流檢測電路，以及用于根據(jù)所述第一電流檢測電路的檢測結(jié)果控制所述U相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)的U相上橋臂驅(qū)動電路、用于根據(jù)所述第二電流檢測電路的檢測結(jié)果控制所述V相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)的V相上橋臂驅(qū)動電路和用于根據(jù)所述第三電流檢測電路的檢測結(jié)果控制所述W相上橋臂IGBT管的工作狀態(tài)的W相上橋臂驅(qū)動電路；其中， 所述第一電流檢測電路連接于所述U相上橋臂IGBT管的射極與所述U相上橋臂驅(qū)動電路之間；所述第二電流檢測電路連接于所述V相上橋臂IGBT管的射極與所述V相上橋臂驅(qū)動電路之間；所述第三電流檢測電路連接于所述W相上橋臂IGBT管的射極與所述W相上橋臂驅(qū)動電路之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一電流檢測電路包括第一米樣電阻和第二米樣電阻；所述第一米樣電阻的第一端與所述U相上橋臂IGBT管的射極連接，其第二端與所述U相上橋臂驅(qū)動電路連接，且與所述第二采樣電阻的第一端連接，所述第二采樣電阻的第二端與所述U相上橋臂驅(qū)動電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能功率模塊，其特征在于，所述U相上橋臂驅(qū)動電路包括控制信號輸入端、雙脈沖發(fā)生電路、信號調(diào)整電路、第一高壓DMOS管、第二高壓DMOS管、第一非門、第二非門、第一與門、第二與門、RS觸發(fā)器、電壓比較器、參考電壓源及輸出電路；其中， 雙脈沖發(fā)生電路的輸入端與控制信號輸入端連接，其第一輸出端與第一高壓DMOS管的柵極連接，其第二輸出端與第二高壓DMOS管的柵極連接；第一高壓DMOS管的襯底與源極相連并接地，其漏極與信號調(diào)整電路的第一輸入端連接；第二高壓DMOS管的襯底與源極相連并接地，其漏極與信號調(diào)整電路的第二輸入端連接；信號調(diào)整電路的輸出端經(jīng)第一非門分別與RS觸發(fā)器的S端及第二非門的輸入端連接；第二與門的一輸入端與第二非門的輸出端連接，其另一輸入端與RS觸發(fā)器的Q端連接，其輸出端與輸出電路的輸入端連接；輸出電路的輸出端與U相上橋臂IGBT管的柵極連接；電壓比較器的正輸入端連接于所述第一采樣電阻和所述第二采樣電阻之間，其負輸入端與參考電壓源的正極連接，其輸出端與第一與門的一輸入端連接；第一與門的另一輸入端與信號調(diào)整電路的輸出端連接，其輸出端與RS觸發(fā)器的R端連接；參考電壓源的負極與所述第二采樣電阻的第二端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第二電流檢測電路及所述第三電流檢測電路的電路結(jié)構(gòu)均與所述第一電流檢測電路的電路結(jié)構(gòu)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能功率模塊，其特征在于，所述V相上橋臂驅(qū)動電路及所述W相上橋臂驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)均與所述U相上橋臂驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一采樣電阻和所述第二采樣電阻的阻止均為IOmΩ。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能功率模塊，其特征在于，所述參考電壓源的電壓為2V。
【文檔編號】H02H7/10GK203813417SQ201420135629
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】馮宇翔 申請人:美的集團股份有限公司