專利名稱：智能功率模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率半導體的異常保護技術和IGBT的驅動技術，尤其涉及一智能功率模塊。
背景技術：
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結合的功率驅動類產品。智能功率模塊把功率開關器件和高壓驅動電路集成在一起，并內藏有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊一方面接收MCU的控制信號，驅動后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測信號送回MCU。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，尤其適合于驅動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調速、冶金機械、電力牽引、伺服驅動及變頻家電的一種理想電力電子器件。由于智能功率模塊驅動的是感性負載，在上下橋臂的IGBT的導通與關斷瞬間，由于電感的作用，電流不能突變，所以目前用于智能功率模塊的IGBT都有高壓快恢復二極管用于反向放電，如圖1所示
高壓側驅動信號HO連接第一電阻Rl的一端，第一電阻Rl的另一端連接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的柵極，第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的集電極與第一高壓二極管Dl 的陰極相連并接到高壓端P;
低壓側驅動信號LO連接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端連接第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的柵極，第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的集電極與第二高壓二極管D2 的陰極相連并與第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的射極，且還與第一高壓二極管Dl的陽極相連，該點記為VOUT ；
第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的射極與第二高壓二極管D2的陽極相連并接到第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端接地電位GND。上述電路的工作原理如下
HO和LO交替出現(xiàn)高低電平，使高壓第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl及第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2交替導通，VOUT的電壓在P和GND間交替變化。因為VOUT驅動的是感性負載，VOUT點的電流不能突變，VOUT點電流變化的過程如下(1)當?shù)谝唤^緣柵雙極型功率管IGBTl保持導通，第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2保持截止時
電流從P經過第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl從VOUT流出，電流值保持恒定；
(2)當?shù)谝唤^緣柵雙極型功率管IGBTl從導通變成截止，第二絕緣柵雙極型功率管 IGBT2從截止變成導通時
因為感性負載電流不能突變，電流從GND經過第三電阻R3、第二高壓二極管D2從VOUT 流出，電流值逐漸減小，并最終減小至0 ；
(3)當?shù)谝唤^緣柵雙極型功率管IGBTl保持截止，第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2保持導通時
電流從感性負載流入V0UT，并經過第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2、第三電阻R3流到 GND,電流值保持恒定；
(4)當?shù)谝唤^緣柵雙極型功率管IGBTl從截止變成導通，第二絕緣柵雙極型功率管 IGBT2從導通變成截止時
因為感性負載電流不能突變，電流從感性負載流入V0UT，經過高壓二極管105流向P， 電流值逐漸減小，并最終減小至0。以上四種狀態(tài)的電壓及電流波形如圖2所示。從電路工作原理的分析可以看出，第一、二高壓二極管的存在是在第一、二絕緣柵雙極型功率管關斷瞬間提供反向放電回路，在其他時候則需要承受高電壓。要使第一、二高壓二極管在反向放電時通過正向大電流并迅速關斷承受高電壓，對第一、二高壓二極管的性能要求非常高；并且在第一、二絕緣柵雙極型功率管導通時，高電壓通常會產生較大的波動，有時會超過第一、二高壓二極管的耐壓形成反向擊穿，第一、二高壓二極管可承受的反向擊穿電流較小，因此在高壓電源電壓波動較大、能量較大的場合，經常發(fā)生第一、
二高壓二極管先于第一、二絕緣柵雙極型功率管燒毀的現(xiàn)象；第一、二高壓二極管燒毀后形成短路，從而造成驅動電路的燒毀進而燒毀整個智能功率模塊，因此，第一、二高壓二極管的引入反而降低了智能功率模塊的可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種考慮更周全的智能功率模塊，其具備現(xiàn)有技術的反向放電及正向耐壓特性，并且具有正向放電能力，加快高壓能量的釋放，提高第一、二絕緣柵雙極型功率管的使用壽命。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種智能功率模塊，包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一絕緣柵雙極型功率管及第二絕緣柵雙極型功率管；其中所述第一電阻的一端接高壓側驅動信號HO端，所述第一電阻的另一端連接第一絕緣柵雙極型功率管的柵極，所述第一絕緣柵雙極型功率管的射極接第二絕緣柵雙極型功率管的集電極，第一絕緣柵雙極型功率管的集電極接高壓端P ；所述第二絕緣柵雙極型功率管的射極通過第三電阻接地；所述第二電阻的一端接低壓側驅動信號LO端，第二電阻的另一端接第二絕緣柵雙極型功率管的柵極；其特征在于還包括第一反向放電電路及第二反向放電電路，其中所述第一反向放電電路的輸入端接第一絕緣柵雙極型功率管的柵極，第一反向放電電路的輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管的射極，第一反向放電電路又一端接高壓端P;第二反向放電電路的輸入端接第二絕緣柵雙極型功率管的柵極，第二反向放電電路的輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管的射極，第二反向放電電路又一端接第二絕緣柵雙極型功率管的集電極。所述第一反向放電電路包括第一非門、第二非門、場效應管、第四電阻、第五電阻、 第六電阻及第三高壓二極管；其中所述第一非門及第二非門互相串聯(lián)，第一非門與第二非門串聯(lián)電路的輸入接第一絕緣柵雙極型功率管的柵極，輸出端接場效應管的柵極，場效應管的漏極通過第四電阻接高壓端P，場效應管的源極通過第六電阻接第一絕緣柵雙極型功率管的射極；所述第三二極管與第五電阻串聯(lián)，第三高壓二極管與第五電阻串聯(lián)電路的一
4端接場效應管的源極，另一端接高壓端P。所述第一反向放電電路及第二反向放電電路的結構相同。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是在第一、二絕緣柵雙極型功率管導通時提供放電旁路，加快高壓能量的釋放，減小第一、二絕緣柵雙極型功率管的電流，降低第一、二絕緣柵雙極型功率管的發(fā)熱量，從而提高第一、二絕緣柵雙極型功率管的使用壽命；在第一、二絕緣柵雙極型功率管關斷時，加速了反向電流的衰減，進一步降低第一、二絕緣柵雙極型功率管的發(fā)熱量。


圖1傳統(tǒng)智能功率模塊；
圖2傳統(tǒng)智能功率模塊的關鍵點波形； 圖3本發(fā)明的電路框圖； 圖4本發(fā)明的具體實施例的電路原理圖。
具體實施例下面將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明內容進一步說明。如圖3所示，一種智能功率模塊，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl及第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2 ；其中所述第一電阻Rl的一端接高壓側驅動信號HO端，所述第一電阻Rl的另一端連接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl 的柵極，所述第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的射極接第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的集電極，該連接點為V0UT，第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的集電極接高壓端P ；所述第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的射極通過第三電阻R3接地；所述第二電阻R2的一端接低壓側驅動信號LO端，第二電阻R2的另一端接第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的柵極；本發(fā)明的特點是還包括第一反向放電電路1及第二反向放電電路2，其中所述第一反向放電電路1 的輸入端接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的柵極，第一反向放電電路1的輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的射極，第一反向放電電路1又一端接高壓端P ；第二反向放電電路2的輸入端接第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的柵極，第二反向放電電路2的輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的射極，第二反向放電電路2又一端接第二絕緣柵雙極型功率管IGBT2的集電極。如圖4所示，在本實施例中，所述第一反向放電電路1包括第一非門Tl、第二非門 T2、場效應管DM0S、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6及第三高壓二極管D3 ；其中所述第一非門Tl及第二非門T2互相串聯(lián)，第一非門Tl與第二非門T2串聯(lián)電路的輸入接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的柵極，輸出端接場效應管DMOS的柵極，場效應管DMOS的漏極通過第四電阻R4接高壓端P，場效應管DMOS的源極通過第六電阻R6接第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的射極；所述第三高壓二極管D3與第五電阻R5串聯(lián)，第三二極管D3與第五電阻R5串聯(lián)電路的一端接場效應管DMOS的源極，另一端接高壓端P。所述第一反向放電電路1及第二反向放電電路2的結構相同。工作時，在第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl導通時，A點為高電平，因為第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的導通時間比場效應管DMOS短，所以A點信號經過第一非門Tl和第二非門T2延時后到達場效應管DM0S，保證場效應管DMOS與第一絕緣柵雙極型功率管 IGBTl的導通時間盡量一致；由于場效應管DMOS導通，所以反向放電電路1就提供了一條從P經過第四電阻R4、場效應管DMOS管309、第六電阻R6的通路，即提供了一條從第一輸入/輸出端到第二輸入/輸出端的(正向)放電電路；該電路能有效減小流過第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的電流，降低第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的發(fā)熱量；而因為場效應管 DMOS的電流能力不強，所以需要串聯(lián)第四電阻R4和第六電阻R6，控制流過場效應管DMOS 的電流，避免場效應管DMOS過流燒毀。 在第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl關斷時，A點為低電平，因為第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的關斷時間比場效應管DMOS短，所以A點信號經過第一非門Tl和第二非門 T2延時后到達場效應管DM0S，保證場效應管DMOS與第一絕緣柵雙極型功率管IGBTl的導通時間盡量一致；由于場效應管DMOS處于關斷狀態(tài)，此時反向放電電路2的第一輸入/輸出端P點到第二輸入/輸出端VOUT點可承受高耐壓；而從VOUT經過第六電阻R6、第三高壓二極管D3、第五電阻R5提供了反向放電電路，即從反向放電電路1的第二輸入/輸出端到第一輸入/輸出端提供反向放電電路；第六電阻R6和第五電阻R5的存在，能加快能量的消耗，有效減小反向放電的持續(xù)時間，對保護第三高壓二極管D3起到積極作用。
權利要求
1.一種智能功率模塊，包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第一絕緣柵雙極型功率管(IGBTl)及第二絕緣柵雙極型功率管(IGBT2)；其中所述第一電阻(Rl)的一端接高壓側驅動信號HO端，所述第一電阻(Rl)的另一端連接第一絕緣柵雙極型功率管 (IGBT1)的柵極，所述第一絕緣柵雙極型功率管(IGBT1)的射極接第二絕緣柵雙極型功率管 (IGBT2)的集電極，第一絕緣柵雙極型功率管(IGBTl)的集電極接高壓端P ；所述第二絕緣柵雙極型功率管(IGBT2)的射極通過第三電阻(R3)接地；所述第二電阻(R2)的一端接低壓側驅動信號LO端，第二電阻(R2)的另一端接第二絕緣柵雙極型功率管(IGBT2)的柵極；其特征在于還包括第一反向放電電路(1)及第二反向放電電路(2)，其中所述第一反向放電電路(1)的輸入端接第一絕緣柵雙極型功率管(IGBT1)的柵極，第一反向放電電路(1)的輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管(IGBTl)的射極，第一反向放電電路(1)又一端接高壓端 P ；第二反向放電電路(2)的輸入端接第二絕緣柵雙極型功率管(IGBT2)的柵極，第二反向放電電路(2)的輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管(IGBTl)的射極，第二反向放電電路(2) 又一端接第二絕緣柵雙極型功率管(IGBT2)的集電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于所述第一反向放電電路(1)包括第一非門(Tl)、第二非門(T2)、場效應管(DM0S)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻 (R6)及第三高壓二極管(D3);其中所述第一非門(Tl)及第二非門(T2)互相串聯(lián)，第一非門 (Tl)與第二非門(T2)串聯(lián)電路的輸入接第一絕緣柵雙極型功率管(IGBTl)的柵極，輸出端接場效應管(DMOS)的柵極，場效應管(DMOS)的漏極通過第四電阻(R4)接高壓端P，場效應管(DMOS)的源極通過第六電阻(R6)接第一絕緣柵雙極型功率管(IGBT1)的射極；所述第三高壓二極管(D3)與第五電阻(R5)串聯(lián)，第三二極管(D3)與第五電阻(R5)串聯(lián)電路的一端接場效應管(DMOS)的源極，另一端接高壓端P。
3.根據(jù)權利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于所述第一反向放電電路(1)及第二反向放電電路(2)的結構相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能功率模塊，包括第一至第三電阻、第一、二絕緣柵雙極型功率管；其中第一電阻的一端接高壓側驅動信號HO端，第一電阻的另一端連接第一絕緣柵雙極型功率管的柵極；第一絕緣柵雙極型功率管的射極接第二絕緣柵雙極型功率管的集電極，其集電極接高壓端P；第二絕緣柵雙極型功率管的射極通過第三電阻接地；第二電阻的一端接低壓側驅動信號LO端，其另一端接第二絕緣柵雙極型功率管的柵極；特點是還包括第一、二反向放電電路，其中第一反向放電電路的輸入端接第一絕緣柵雙極型功率管的柵極，其輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管的射極，其又一端接高壓端P；第二反向放電電路的輸入端接第二絕緣柵雙極型功率管的柵極，其輸出端接第一絕緣柵雙極型功率管的射極，其又一端接第二絕緣柵雙極型功率管的集電極。其加快了高壓能量的釋放，提高一第一、二絕緣柵雙極型功率管的使用壽命。
文檔編號H02M1/08GK102570780SQ201110279438
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權日2011年9月20日
發(fā)明者馮宇翔, 華慶, 潘志堅, 程德凱, 陳玲娟, 黃祥鈞 申請人:廣東美的電器股份有限公司