一種igbt模塊及其控制方法
【專利摘要】一種IGBT模塊及其控制方法，該IGBT模塊中對(duì)每個(gè)IGBT芯片設(shè)置電流檢測(cè)單元，通過(guò)對(duì)IGBT模塊中各個(gè)IGBT芯片輸出電流的監(jiān)控，起到精確控制IGBT輸出電流的效果，從而避免了IBGT模塊因電流輸出異常導(dǎo)致的IGBT芯片損壞問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種IGBT模塊及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種具有電流檢測(cè)功能的IGBT模塊及 其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件， 其輸入極為M0SFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器 件驅(qū)動(dòng)功率小和開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻 率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力 電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。
[0003]現(xiàn)有通常意義上的IGBT模塊均為具有單一功能的IGBT模塊，請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1是 一種現(xiàn)有的IGBT模塊的電路示意圖。如圖所示，該IGBT模塊包括多個(gè)IGBT芯片，這些IGBT 芯片并聯(lián)連接，所有IGBT芯片的發(fā)射極e互連，集電極c互連、柵極g互連，再分別通過(guò)統(tǒng) 一的電極端子引出，構(gòu)成典型的IGBT模塊。這種IGBT模塊功能單一，并且缺少對(duì)輸出電流 的精確檢測(cè)，制約了其應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004]比如在現(xiàn)代變頻逆變領(lǐng)域中，需要模塊內(nèi)部具有各種監(jiān)控檢測(cè)功能，需要精確監(jiān) 控流過(guò)的電流，時(shí)時(shí)監(jiān)控模塊的電流通流能力，一旦模塊電流輸出出現(xiàn)故障，及時(shí)反饋給外 部控制電路，切斷模塊輸入電流，起到保護(hù)模塊的作用，普通的IGBT模塊在這種領(lǐng)域顯然 不合適，沒(méi)有電流檢測(cè)功能。
[0005]因此有必要設(shè)計(jì)一種新的IGBT模塊，使得IGBT模塊中增加電流的檢測(cè)功能，以克 服現(xiàn)有的IGBT模塊功能單一，應(yīng)用范圍狹窄的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種新的IGBT模塊及其控制方法，主要應(yīng)用于 需要全程精確監(jiān)控電流分布密度的變頻系統(tǒng)中，由于模塊內(nèi)部采用了電流檢測(cè)功能設(shè)計(jì)， 所以本發(fā)明完美的解決了模塊在使用過(guò)程中的全程電流監(jiān)控問(wèn)題。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種IGBT模塊，包括復(fù)數(shù)個(gè)IGBT芯片，每?jī)蓚€(gè)IGBT芯 片以半橋式連接組成一個(gè)半橋單元，各個(gè)半橋單元之間采取并聯(lián)連接，所述每個(gè)半橋單元 的橋臂上設(shè)有一個(gè)電流檢測(cè)單元。
[0008]優(yōu)選的，所有半橋單元中，位于上半橋的IGBT芯片的集電極、基極分別共連，形成 該IGBT模塊的共集電極和第一共基極，位于下半橋的IGBT芯片的發(fā)射極、基極分別共連， 形成該IGBT模塊的共發(fā)射極和第二共基極，上半橋IGBT芯片的發(fā)射極和下半橋IGBT芯片 的集電極組形成所述半橋單元的橋臂，該各個(gè)橋臂上的電流檢測(cè)單元共連，形成該IGBT模 塊的輸出端。
[0009]優(yōu)選的，該IGBT模塊還包括DBC板，多個(gè)電極，分流器，頂蓋，外殼，底板，其中所述 IGBT芯片設(shè)置在該DBC板上，所述共發(fā)射極、共集電極、第一共基極、第二共基極和輸出端分別連接在對(duì)應(yīng)的電極上。
[0010]優(yōu)選的，所述電流檢測(cè)單元的兩端為電流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該電流監(jiān)測(cè)點(diǎn)上設(shè)有電流檢測(cè) 電路，用以獲知流經(jīng)該電流檢測(cè)單元的電流。
[0011]優(yōu)選的，所述IGBT模塊連接在一外部的保護(hù)電路上，所述電流檢測(cè)電路同時(shí)連接 在該保護(hù)電路上，當(dāng)所述電流檢測(cè)電路檢測(cè)到電流檢測(cè)單元上的電流超出所在半橋模塊的 預(yù)設(shè)輸出電流時(shí)，所述保護(hù)電路向該IGBT模塊實(shí)施一保護(hù)措施。
[0012]優(yōu)選的，所述IGBT模塊連接在一外部驅(qū)動(dòng)電路上，所述保護(hù)電路同時(shí)連接在該驅(qū) 動(dòng)電路上，所述保護(hù)電路向該IGBT模塊實(shí)施的保護(hù)措施為控制所述驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷該IGBT 模塊或降低對(duì)該IGBT模塊的輸入電流或輸入電壓。
[0013]同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種上述的IBGT模塊的控制方法，包括如下步驟:
[0014]I)電流檢測(cè)電路檢測(cè)所述電流檢測(cè)單元的電流值，并向一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；
[0015]2)若檢測(cè)到的電流值小于所述預(yù)設(shè)值時(shí)，返回至步驟I);若檢測(cè)到的電流值大于 所述預(yù)設(shè)值時(shí)，向所述保護(hù)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)；
[0016]3 )所述保護(hù)電路根據(jù)該報(bào)警信號(hào)向所述驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出一控制信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)電路 根據(jù)該控制信號(hào)，對(duì)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整或關(guān)斷。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)對(duì)每個(gè)IGBT芯片設(shè)置電流檢測(cè)單元，對(duì)IGBT模塊中 各個(gè)IGBT芯片輸出電流的監(jiān)控，起到精確控制IGBT輸出電流的效果，從而避免了 IBGT模 塊因電流輸出異常導(dǎo)致的IGBT芯片損壞問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是一種現(xiàn)有的IGBT I旲塊的電路不意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的IGBT模塊的電路示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的IGBT模塊的控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]正如【背景技術(shù)】中所述，在現(xiàn)有的IGBT模塊中，缺少對(duì)于IGBT芯片輸出電流的監(jiān) 控，導(dǎo)致現(xiàn)有的IGBT模塊功能單一，應(yīng)用面狹窄。尤其是在變頻逆變領(lǐng)域，需要精確監(jiān)控 流過(guò)的電流，一旦模塊電流輸出出現(xiàn)故障，及時(shí)反饋給外部控制電路，對(duì)模塊采取一保護(hù)措 施，起到保護(hù)模塊的作用，然而現(xiàn)有的IGBT模塊在這種領(lǐng)域顯然不合適，沒(méi)有電流檢測(cè)功 倉(cāng)泛。
[0023]因此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了一種新的IGBT模塊，該IGBT模 塊中對(duì)每個(gè)IGBT芯片設(shè)置電流檢測(cè)單元，通過(guò)對(duì)IGBT模塊中各個(gè)IGBT芯片輸出電流的監(jiān) 控，起到精確控制IGBT輸出電流的效果，從而避免了 IBGT模塊因電流輸出異常導(dǎo)致的IGBT 芯片損壞問(wèn)題。
[0024]下面，將對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案做詳細(xì)描述。[0025]請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2是本命的IGBT模塊的電路示意圖。如圖所示，在該IGBT模塊100 中，包括復(fù)數(shù)個(gè)IGBT芯片101，并以成對(duì)的形式，在每?jī)蓚€(gè)IGBT芯片101中，以半橋式連接 組成一個(gè)半橋單元110，各個(gè)半橋單元100之間則采取并聯(lián)的方式連接，形成了本發(fā)明的總 的IGBT模塊。
[0026]對(duì)于上述形式的IGBT模塊而言，在用戶端使用的過(guò)程中，上下半橋可根據(jù)設(shè)計(jì)需 要分別控制開(kāi)通關(guān)斷，提高了該IGBT模塊的應(yīng)用靈活性。
[0027]所有的半橋單元110中，位于上半橋的IGBT芯片101的集電極C、柵極G分別共 連，形成該IGBT模塊100的共集電極Cl和第一共柵極G1，位于下半橋的IGBT芯片101的 發(fā)射極E、柵極G分別共連，形成該IGBT模塊100的共發(fā)射極El和第二共柵極G2。上半橋 IGBT芯片的發(fā)射極E和下半橋IGBT芯片的集電極C組形成所述半橋單元的橋臂。
[0028]其中，每個(gè)半橋單元110的橋臂上設(shè)有一個(gè)電流檢測(cè)單元120，該電流檢測(cè)單元主 要用來(lái)監(jiān)測(cè)每個(gè)半橋單元的輸出電流情況。并且該各個(gè)橋臂上的電流檢測(cè)單元共連，形成 該IGBT模塊的輸出端。
[0029]該電流檢測(cè)單元120比如是一個(gè)串聯(lián)在輸出端中的電阻元件?？紤]到在一些應(yīng)用 場(chǎng)合中需要對(duì)該IGBT模組100的輸出電流做精確控制，因此該電流檢測(cè)單元120的電阻阻 值不易過(guò)大，較優(yōu)地，該電流檢測(cè)單元的阻值小于5毫歐。這樣一來(lái)在電流檢測(cè)單元上的功 率就會(huì)很小，便于監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)IGBT模塊100功率等級(jí)的不同，其檢測(cè)值也不同，一般不 會(huì)超過(guò)10瓦，故外部保護(hù)反饋電路信號(hào)要求完全可以滿足，這樣模塊就可以起到實(shí)時(shí)監(jiān)控 整體模塊的電流流向功能，通過(guò)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)與模塊外部保護(hù)電路連接，通過(guò)保護(hù)電路可以對(duì) 模塊進(jìn)行電流保護(hù)，同時(shí)，由于該電流檢測(cè)單元110對(duì)橋臂上的每一個(gè)IGBT芯片都進(jìn)行了 電流檢測(cè)能力的設(shè)計(jì)，這樣可以保證模塊外部驅(qū)動(dòng)電路對(duì)模塊內(nèi)部每一個(gè)單獨(dú)的IGBT芯 片進(jìn)行全程電流監(jiān)控，一旦某一個(gè)芯片電流輸出能力超出模塊設(shè)計(jì)要求，出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象或 者其他不滿足模塊功能的現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)外部電流保護(hù)電路可以及時(shí)切斷模塊主供電電源， 對(duì)模塊進(jìn)行電流保護(hù)，避免模塊系統(tǒng)以及上層系統(tǒng)損壞。
[0030]具體地，電流檢測(cè)單元110的兩端為電流監(jiān)測(cè)點(diǎn)A-B，可以在電流監(jiān)測(cè)點(diǎn)上設(shè)有電 流檢測(cè)電路(圖中未示出)，用以獲知流經(jīng)該電流檢測(cè)單元的電流，同時(shí)對(duì)該電流的檢測(cè)值 進(jìn)行一個(gè)比較和反饋。對(duì)于該電流檢測(cè)電路的具體安排，凡是具有電流測(cè)量能力和比較能 力的電路即可，并不需要做特別限定。
[0031 ] 通常會(huì)在IGBT模塊的外部連接有保護(hù)電路，此時(shí)可以將本發(fā)明中的電流檢測(cè)電 路與外部的保護(hù)電路進(jìn)行集成，比如將電流檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端連接在保護(hù)電路上，當(dāng) 電流檢測(cè)電路檢測(cè)到電流檢測(cè)單元上的電流超出所在半橋模塊的預(yù)設(shè)輸出電流時(shí)，所述保 護(hù)電路向該IGBT模塊實(shí)施一保護(hù)措施。
[0032]進(jìn)一步的，IGBT模塊100連接在一外部驅(qū)動(dòng)電路上，此時(shí)可以讓保護(hù)電路同時(shí)連 接在該驅(qū)動(dòng)電路上，保護(hù)電路向該IGBT |旲塊實(shí)施的保護(hù)措施為控制所述驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷該 IGBT模塊或降低對(duì)該IGBT模塊的輸入電流或輸入電壓。
[0033]作為具體的產(chǎn)品，本發(fā)明的IGBT模塊除了上述的電路結(jié)構(gòu)特征外，還包括該IGBT 模塊產(chǎn)品應(yīng)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)特征。比如該IGBT模塊至少包括DBC板，多個(gè)電極，分流器，頂蓋， 外殼，底板，其中所述IGBT芯片設(shè)置在該DBC板上，所述共發(fā)射極、共集電極、第一共基極、 第二共基極和輸出端分別連接在對(duì)應(yīng)的電極上。[0034]請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3是本發(fā)明的IGBT模塊的控制方法流程圖，如圖所示，該控制方法 包括步驟:
[0035]I)電流檢測(cè)電路檢測(cè)所述電流檢測(cè)單元的電流值，并向一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；
[0036]2)若檢測(cè)到的電流值小于所述預(yù)設(shè)值時(shí)，返回至步驟I);若檢測(cè)到的電流值大于 所述預(yù)設(shè)值時(shí)，向所述保護(hù)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)；
[0037]3 )所述保護(hù)電路根據(jù)該報(bào)警信號(hào)向所述驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出一控制信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)電路 根據(jù)該控制信號(hào)，對(duì)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整或關(guān)斷。
[0038]綜上所述，本發(fā)明提出了一種IGBT模塊及其控制方法，該IGBT模塊中對(duì)每個(gè)IGBT 芯片設(shè)置電流檢測(cè)單元，通過(guò)對(duì)IGBT模塊中各個(gè)IGBT芯片輸出電流的監(jiān)控，起到精確控制 IGBT輸出電流的效果，從而避免模塊系統(tǒng)以及上層系統(tǒng)損壞。
[0039]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的 最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT模塊，其特征在于:包括復(fù)數(shù)個(gè)IGBT芯片，每?jī)蓚€(gè)IGBT芯片以半橋式連接組成一個(gè)半橋單元，各個(gè)半橋單元之間采取并聯(lián)連接，所述每個(gè)半橋單元的橋臂上設(shè)有一個(gè)電流檢測(cè)單元。
2.如權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其特征在于:所有半橋單元中，位于上半橋的IGBT 芯片的集電極、基極分別共連，形成該IGBT模塊的共集電極和第一共基極，位于下半橋的 IGBT芯片的發(fā)射極、基極分別共連，形成該IGBT模塊的共發(fā)射極和第二共基極，上半橋 IGBT芯片的發(fā)射極和下半橋IGBT芯片的集電極組形成所述半橋單元的橋臂，該各個(gè)橋臂上的電流檢測(cè)單元共連，形成該IGBT模塊的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其特征在于:該IGBT模塊還包括DBC板，多個(gè)電極， 分流器，頂蓋，外殼，底板，其中所述IGBT芯片設(shè)置在該DBC板上，所述共發(fā)射極、共集電極、 第一共基極、第二共基極和輸出端分別連接在對(duì)應(yīng)的電極上。
4.如權(quán)利要求1所述的IGBT模塊，其特征在于:所述電流檢測(cè)單元的兩端為電流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，該電流監(jiān)測(cè)點(diǎn)上設(shè)有電流檢測(cè)電路，用以獲知流經(jīng)該電流檢測(cè)單元的電流。
5.如權(quán)利要求4所述的IGBT模塊，其特征在于:所述IGBT模塊連接在一外部的保護(hù)電路上，所述電流檢測(cè)電路同時(shí)連接在該保護(hù)電路上，當(dāng)所述電流檢測(cè)電路檢測(cè)到電流檢測(cè)單元上的電流超出所在半橋模塊的預(yù)設(shè)輸出電流時(shí)，所述保護(hù)電路向該IGBT模塊實(shí)施一保護(hù)措施。
6.如權(quán)利要求5所述的IGBT模塊，其特征在于:所述IGBT模塊連接在一外部驅(qū)動(dòng)電路上，所述保護(hù)電路同時(shí)連接在該驅(qū)動(dòng)電路上，所述保護(hù)電路向該IGBT模塊實(shí)施的保護(hù)措施為控制所述驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷該IGBT模塊或降低對(duì)該IGBT模塊的輸入電流或輸入電壓。
7.—種如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述迆IBGT模塊的控制方法,其特征在于,包括如下步驟:，1)電流檢測(cè)電路檢測(cè)所述電流 檢測(cè)單元的電流值，并向一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；，2)若檢測(cè)到的電流值小于所 述預(yù)設(shè)值時(shí)，返回至步驟I);若檢測(cè)到的電流值大于所述預(yù)設(shè)值時(shí)，向所述保護(hù)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)；，3 )所述保護(hù)電路根據(jù)該報(bào)警信號(hào)向所述驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出一控制信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)該控制信號(hào)，對(duì)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整或關(guān)斷。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK103607102SQ201310648929
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】李先亮 申請(qǐng)人:西安永電電氣有限責(zé)任公司