智能功率模塊電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能功率模塊技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種智能功率模塊電路。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊(Intelligent Power Module，簡(jiǎn)稱IPM)是一種將電力電子分立器件和集成電路技術(shù)集成在一起的功率驅(qū)動(dòng)器，智能功率模塊包含功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)電路，并帶有過電壓、過電流和過熱等故障檢測(cè)電路。智能功率模塊的邏輯輸入端接收主控制器的控制信號(hào)，輸出端驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)或后續(xù)電路工作，同時(shí)將檢測(cè)到的系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)送回主控制器。相對(duì)于傳統(tǒng)分立方案，智能功率模塊具有高集成度、高可靠性、自檢和保護(hù)電路等優(yōu)勢(shì)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速、冶金機(jī)械、電力牽引、伺服驅(qū)動(dòng)、變頻家電的理想電力電子器件。
[0003]相關(guān)技術(shù)中提出的智能功能模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，以下以U相為例說明智能功率模塊100的工作狀態(tài):
[0004]在實(shí)際工作中，低壓區(qū)的輸入信號(hào)ULIN、VLIN、WLIN的O?5V的信號(hào)通過低壓電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為O?15V的邏輯后直接被傳到LOl、L02、L03端，而UHIN、VHIN、WHIN的O?5V的信號(hào)進(jìn)入雙脈沖發(fā)生電路9102后，在信號(hào)的上升沿，雙脈沖發(fā)生電路9102的第一輸出端輸出一個(gè)O?15V的脈沖，在信號(hào)的下降沿，雙脈沖發(fā)生電路9102的第二輸出端輸出一個(gè)O?15V的脈沖；在脈沖的作用下，非門9108的輸出端和非門9114的輸出端的電平分別發(fā)生變化，在高壓區(qū)輸出電路9115中重新整合，在高壓區(qū)輸出電路9115的輸出端形成一個(gè)與輸入信號(hào)同相且相對(duì)于VSl大小為VSl?VS1+15V的信號(hào)，在此，當(dāng)UVS為接近OV時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為O?15V的邏輯信號(hào)，當(dāng)UVS為接近600V時(shí)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為600V?615V的邏輯信號(hào)。
[0005]高壓DMOS管9104和高壓DMOS管9110用于隔離來自VBl的高壓與VCC的低壓，之所以需要利用雙脈沖發(fā)生電路9102分別發(fā)生脈沖信號(hào)是希望高壓DMOS管9104和高壓DMOS管9110的導(dǎo)通時(shí)間盡量短、發(fā)熱盡量少。一般來說，輸入信號(hào)的寬度在I μ s以上，有時(shí)會(huì)超過5 μ S，如果一直讓高壓DMOS管9104導(dǎo)通，將產(chǎn)生巨大的熱量使HVIC (High VoltageIntegrated Circuit，高壓集成電路)管101的主要電參數(shù)發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起HVIC管101失控，從而使智能功率模塊100處于非正常工作狀態(tài)而引起系統(tǒng)癱瘓，所以，在現(xiàn)行技術(shù)中需要引入雙脈沖發(fā)生電路9102，在輸入信號(hào)的上升沿和下降沿各產(chǎn)生一個(gè)250ns左右的脈沖信號(hào)，分別使高壓DMOS管9104和高壓DMOS管9110短時(shí)間導(dǎo)通，避免了 HVIC管101的發(fā)熱。
[0006]但是，因?yàn)殡p脈沖發(fā)生電路9102的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且對(duì)于不同工藝的高壓DMOS管，驅(qū)動(dòng)的方式和脈寬都需有所變化才能保證電路設(shè)計(jì)的健壯性，往往需要進(jìn)行多次流片嘗試才能獲得與HVIC應(yīng)用和HVIC流片工藝都匹配的設(shè)計(jì)，在時(shí)間成本和開發(fā)成本上都造成浪費(fèi)，并且，隨著時(shí)間的推移，控制脈沖寬度的電容等被動(dòng)器件發(fā)生老化后，有可能造成脈沖寬度過窄的情況，使高壓DMOS管未能獲得足夠的導(dǎo)通時(shí)間而造成HVIC管輸出異常，降低了智能功率模塊的使用壽命，而缺乏壽終保護(hù)的智能功率模塊更有可能造成失控爆炸能惡劣后果。
[0007]因此，如何能夠在對(duì)智能功能模塊內(nèi)的高壓DMOS管的通斷時(shí)間進(jìn)行靈活控制的前提下，有效降低智能功率模塊內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)難度成為亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。
[0009]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出了一種新的智能功率模塊電路，可以在對(duì)智能功能模塊內(nèi)的高壓DMOS管的通斷時(shí)間進(jìn)行靈活控制的前提下，有效降低智能功率模塊內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)難度。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，提出了一種智能功率模塊電路，包括:三相同步電平轉(zhuǎn)換電路，所述三相同步電平轉(zhuǎn)換電路中的每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接至所述智能功率模塊電路中對(duì)應(yīng)相的上橋臂信號(hào)輸入端，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接至所述智能功率模塊電路的三相高壓區(qū)中對(duì)應(yīng)相的信號(hào)輸出端，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的高壓區(qū)供電電源正端和負(fù)端分別連接至所述智能功率模塊電路中對(duì)應(yīng)相的高壓區(qū)電源的正極和負(fù)極，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的低壓區(qū)供電電源正端和負(fù)端分別連接至所述智能功率模塊電路中對(duì)應(yīng)相的低壓區(qū)電源的正極和負(fù)極，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的受控端作為所述智能功率模塊電路的控制端；其中，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路包含有用于隔離所述低壓區(qū)電源和所述高壓區(qū)電源的DMOS管，當(dāng)所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的受控端的連接部件不同時(shí)，所述DMOS管的導(dǎo)通時(shí)間不同。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的智能功率模塊電路，通過設(shè)置同步電平轉(zhuǎn)換電路，且同步電平轉(zhuǎn)換電路的受控端的連接部件不同時(shí)，DMOS管的導(dǎo)通時(shí)間不同，使得在智能功能模塊內(nèi)部無需進(jìn)行雙脈沖處理，大幅簡(jiǎn)化了智能功能模塊內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)由于可以通過在同步電平轉(zhuǎn)換電路的受控端連接不同的部件來控制DMOS管的導(dǎo)通時(shí)間，因此使得智能功率模塊的外圍電路設(shè)計(jì)更加靈活，適用性更強(qiáng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在智能功率模塊的外部來對(duì)DMOS管的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行控制。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的智能功率模塊電路，還可以具有以下技術(shù)特征:
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路包括:輸入電路，所述輸入電路的供電電源正端和負(fù)端分別連接至所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的低壓區(qū)供電電源正端和負(fù)端，所述輸入電路的輸入端作為所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述輸入電路用于升高所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的低壓區(qū)供電電源的電壓并輸出至后續(xù)電路；第一非門，所述第一非門的輸入端連接至所述輸入電路的輸出端；第二非門，所述第二非門的輸入端連接至所述第一非門的輸出端，所述第二非門的輸出端連接至第一或門的第一輸入端、第三非門的輸入端和第一模擬開關(guān)的第一端；第二模擬開關(guān)，所述第二模擬開關(guān)的第一端連接至所述第一或門的第二輸入端，所述第二模擬開關(guān)的第二端連接至第四非門的輸入端，所述第四非門的輸出端連接至第五非門的輸入端，所述第二模擬開關(guān)的第二端連接至第六非門的輸入端，所述第六非門的輸出端連接至所述第三模擬開關(guān)的控制端；RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器的S端連接至所述第三非門的輸出端和所述第二模擬開關(guān)的控制端，所述RS觸發(fā)器的R端連接至所述第五非門的輸出端，所述RS觸發(fā)器的Q端連接至所述第一模擬開關(guān)的控制端；第一 JK觸發(fā)器，所述第一 JK觸發(fā)器的CP端連接至所述第一或門的輸出端，所述第一 JK觸發(fā)器的J端和K端均連接至所述輸入電路的供電電源正端，所述JK觸發(fā)器的Q端連接至第三模擬開關(guān)的第一端；第二或門，所述第二或門的第一輸入端連接至所述第三模擬開關(guān)的第二端，所述第二或門的第二輸入端連接至所述第一模擬開關(guān)的第二端；第一 DMOS管，所述第一 DMOS管的柵極連接至所述第二或門的輸出端，所述第一DMOS管的漏極連接至第一電阻的第一端，所述第一電阻的第二端作為所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的高壓區(qū)供電電源正端，所述第一 DMOS管的襯底和源極相連并連接至所述輸入電路的供電電源負(fù)端；第七非門，所述第七非門的輸入端連接至所述第一 DMOS管的漏極，所述第七非門的輸出端連接至NMOS管的柵極，所述NMOS管的漏極連接至第二電阻的第一端，所述第二電阻的第二端連接至第三電阻的第一端，所述第三電阻的第二端連接至所述第一電阻的第二端，所述NMOS管的襯底和源極相連并連接至第二 DMOS管的漏極，所述第二DMOS管的柵極連接至所述第二或門的輸出端，所述第二 DMOS管的襯底和源極相連并連接至第四電阻的第一端，所述第四電阻的第二端連接至所述輸入電路的供電電源負(fù)端；第二JK觸發(fā)器，所述第二 JK觸發(fā)器的CP端連接至所述第七非門的輸出端，所述第二 JK觸發(fā)器的J端和K端均連接至所述第一電阻的第二端；電壓比較器，所述比較器的輸出端連接至所述第六非門的輸入端，所述電壓比較器的正輸入端連接至所述第四電阻的第一端，并作為所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的受控端，所述電壓比較器的負(fù)輸入端連接至電壓源的正極，所述電壓源的負(fù)極連接至所述輸入電路的供電電源負(fù)端；輸出電路，所述輸出電路的供電電源正端連接至所述第一電阻的第二端，所述輸出電路的供電電源負(fù)端作為所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的高壓區(qū)供電電源負(fù)端，所述輸出電路的輸入端連接至所述第二 JK觸發(fā)器的Q端，所述輸出電路的輸出端作為所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端，所述輸出電路用于將所述輸出電路的輸入端輸入的信號(hào)同相位轉(zhuǎn)換到所述輸出電路的輸出端，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的高壓區(qū)供電電源負(fù)端連接至二極管的陽(yáng)極，所述二極管的陰極連接至所述第七非門的輸入端。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路包括:輸入電路，所述輸入電路的供電電源正端和負(fù)端分別連接至所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的低壓區(qū)供電電源正端和負(fù)端，所述輸入電路的輸入端作為所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述輸入電路用于升高所述每一相同步電平轉(zhuǎn)換電路的低壓區(qū)供電電源的電壓并輸出至后續(xù)電路；第一非門，所述第一非門的輸入端連接至所述輸入電路