专利名称：智能功率模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率半导体的异常保护技术和IGBT的驱动技术，尤其涉及一智能功率模块。
背景技术：
智能功率模块即IPM (Intelligent Power Module)是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动及变频家电的一种理想电力电子器件。由于智能功率模块驱动的是感性负载，在上下桥臂的IGBT的导通与关断瞬间，由于电感的作用，电流不能突变，所以目前用于智能功率模块的IGBT都有高压快恢复二极管用于反向放电，如图1所示
高压侧驱动信号HO连接第一电阻Rl的一端，第一电阻Rl的另一端连接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的栅极，第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的集电极与第一高压二极管Dl 的阴极相连并接到高压端P;
低压侧驱动信号LO连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的栅极，第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的集电极与第二高压二极管D2 的阴极相连并与第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的射极，且还与第一高压二极管Dl的阳极相连，该点记为VOUT ；
第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的射极与第二高压二极管D2的阳极相连并接到第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地电位GND。上述电路的工作原理如下
HO和LO交替出现高低电平，使高压第一绝缘栅双极型功率管IGBTl及第二绝缘栅双极型功率管IGBT2交替导通，VOUT的电压在P和GND间交替变化。因为VOUT驱动的是感性负载，VOUT点的电流不能突变，VOUT点电流变化的过程如下(1)当第一绝缘栅双极型功率管IGBTl保持导通，第二绝缘栅双极型功率管IGBT2保持截止时
电流从P经过第一绝缘栅双极型功率管IGBTl从VOUT流出，电流值保持恒定；
(2)当第一绝缘栅双极型功率管IGBTl从导通变成截止，第二绝缘栅双极型功率管 IGBT2从截止变成导通时
因为感性负载电流不能突变，电流从GND经过第三电阻R3、第二高压二极管D2从VOUT 流出，电流值逐渐减小，并最终减小至0 ；
(3)当第一绝缘栅双极型功率管IGBTl保持截止，第二绝缘栅双极型功率管IGBT2保持导通时
电流从感性负载流入V0UT，并经过第二绝缘栅双极型功率管IGBT2、第三电阻R3流到 GND,电流值保持恒定；
(4)当第一绝缘栅双极型功率管IGBTl从截止变成导通，第二绝缘栅双极型功率管 IGBT2从导通变成截止时
因为感性负载电流不能突变，电流从感性负载流入V0UT，经过高压二极管105流向P， 电流值逐渐减小，并最终减小至0。以上四种状态的电压及电流波形如图2所示。从电路工作原理的分析可以看出，第一、二高压二极管的存在是在第一、二绝缘栅双极型功率管关断瞬间提供反向放电回路，在其他时候则需要承受高电压。要使第一、二高压二极管在反向放电时通过正向大电流并迅速关断承受高电压，对第一、二高压二极管的性能要求非常高；并且在第一、二绝缘栅双极型功率管导通时，高电压通常会产生较大的波动，有时会超过第一、二高压二极管的耐压形成反向击穿，第一、二高压二极管可承受的反向击穿电流较小，因此在高压电源电压波动较大、能量较大的场合，经常发生第一、
二高压二极管先于第一、二绝缘栅双极型功率管烧毁的现象；第一、二高压二极管烧毁后形成短路，从而造成驱动电路的烧毁进而烧毁整个智能功率模块，因此，第一、二高压二极管的引入反而降低了智能功率模块的可靠性。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，提供一种考虑更周全的智能功率模块，其具备现有技术的反向放电及正向耐压特性，并且具有正向放电能力，加快高压能量的释放，提高第一、二绝缘栅双极型功率管的使用寿命。为了达到上述目的，本发明的技术方案是一种智能功率模块，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一绝缘栅双极型功率管及第二绝缘栅双极型功率管；其中所述第一电阻的一端接高压侧驱动信号HO端，所述第一电阻的另一端连接第一绝缘栅双极型功率管的栅极，所述第一绝缘栅双极型功率管的射极接第二绝缘栅双极型功率管的集电极，第一绝缘栅双极型功率管的集电极接高压端P ；所述第二绝缘栅双极型功率管的射极通过第三电阻接地；所述第二电阻的一端接低压侧驱动信号LO端，第二电阻的另一端接第二绝缘栅双极型功率管的栅极；其特征在于还包括第一反向放电电路及第二反向放电电路，其中所述第一反向放电电路的输入端接第一绝缘栅双极型功率管的栅极，第一反向放电电路的输出端接第一绝缘栅双极型功率管的射极，第一反向放电电路又一端接高压端P;第二反向放电电路的输入端接第二绝缘栅双极型功率管的栅极，第二反向放电电路的输出端接第一绝缘栅双极型功率管的射极，第二反向放电电路又一端接第二绝缘栅双极型功率管的集电极。所述第一反向放电电路包括第一非门、第二非门、场效应管、第四电阻、第五电阻、 第六电阻及第三高压二极管；其中所述第一非门及第二非门互相串联，第一非门与第二非门串联电路的输入接第一绝缘栅双极型功率管的栅极，输出端接场效应管的栅极，场效应管的漏极通过第四电阻接高压端P，场效应管的源极通过第六电阻接第一绝缘栅双极型功率管的射极；所述第三二极管与第五电阻串联，第三高压二极管与第五电阻串联电路的一
4端接场效应管的源极，另一端接高压端P。所述第一反向放电电路及第二反向放电电路的结构相同。本发明与现有技术相比的有益效果是在第一、二绝缘栅双极型功率管导通时提供放电旁路，加快高压能量的释放，减小第一、二绝缘栅双极型功率管的电流，降低第一、二绝缘栅双极型功率管的发热量，从而提高第一、二绝缘栅双极型功率管的使用寿命；在第一、二绝缘栅双极型功率管关断时，加速了反向电流的衰减，进一步降低第一、二绝缘栅双极型功率管的发热量。
图1传统智能功率模块；
图2传统智能功率模块的关键点波形； 图3本发明的电路框图； 图4本发明的具体实施例的电路原理图。
具体实施例下面将结合附图和具体实施例对本发明内容进一步说明。如图3所示，一种智能功率模块，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一绝缘栅双极型功率管IGBTl及第二绝缘栅双极型功率管IGBT2 ；其中所述第一电阻Rl的一端接高压侧驱动信号HO端，所述第一电阻Rl的另一端连接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl 的栅极，所述第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的射极接第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的集电极，该连接点为V0UT，第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的集电极接高压端P ；所述第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的射极通过第三电阻R3接地；所述第二电阻R2的一端接低压侧驱动信号LO端，第二电阻R2的另一端接第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的栅极；本发明的特点是还包括第一反向放电电路1及第二反向放电电路2，其中所述第一反向放电电路1 的输入端接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的栅极，第一反向放电电路1的输出端接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的射极，第一反向放电电路1又一端接高压端P ；第二反向放电电路2的输入端接第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的栅极，第二反向放电电路2的输出端接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的射极，第二反向放电电路2又一端接第二绝缘栅双极型功率管IGBT2的集电极。如图4所示，在本实施例中，所述第一反向放电电路1包括第一非门Tl、第二非门 T2、场效应管DM0S、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第三高压二极管D3 ；其中所述第一非门Tl及第二非门T2互相串联，第一非门Tl与第二非门T2串联电路的输入接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的栅极，输出端接场效应管DMOS的栅极，场效应管DMOS的漏极通过第四电阻R4接高压端P，场效应管DMOS的源极通过第六电阻R6接第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的射极；所述第三高压二极管D3与第五电阻R5串联，第三二极管D3与第五电阻R5串联电路的一端接场效应管DMOS的源极，另一端接高压端P。所述第一反向放电电路1及第二反向放电电路2的结构相同。工作时，在第一绝缘栅双极型功率管IGBTl导通时，A点为高电平，因为第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的导通时间比场效应管DMOS短，所以A点信号经过第一非门Tl和第二非门T2延时后到达场效应管DM0S，保证场效应管DMOS与第一绝缘栅双极型功率管 IGBTl的导通时间尽量一致；由于场效应管DMOS导通，所以反向放电电路1就提供了一条从P经过第四电阻R4、场效应管DMOS管309、第六电阻R6的通路，即提供了一条从第一输入/输出端到第二输入/输出端的(正向)放电电路；该电路能有效减小流过第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的电流，降低第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的发热量；而因为场效应管 DMOS的电流能力不强，所以需要串联第四电阻R4和第六电阻R6，控制流过场效应管DMOS 的电流，避免场效应管DMOS过流烧毁。 在第一绝缘栅双极型功率管IGBTl关断时，A点为低电平，因为第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的关断时间比场效应管DMOS短，所以A点信号经过第一非门Tl和第二非门 T2延时后到达场效应管DM0S，保证场效应管DMOS与第一绝缘栅双极型功率管IGBTl的导通时间尽量一致；由于场效应管DMOS处于关断状态，此时反向放电电路2的第一输入/输出端P点到第二输入/输出端VOUT点可承受高耐压；而从VOUT经过第六电阻R6、第三高压二极管D3、第五电阻R5提供了反向放电电路，即从反向放电电路1的第二输入/输出端到第一输入/输出端提供反向放电电路；第六电阻R6和第五电阻R5的存在，能加快能量的消耗，有效减小反向放电的持续时间，对保护第三高压二极管D3起到积极作用。
权利要求
1.一种智能功率模块，包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一绝缘栅双极型功率管(IGBTl)及第二绝缘栅双极型功率管(IGBT2)；其中所述第一电阻(Rl)的一端接高压侧驱动信号HO端，所述第一电阻(Rl)的另一端连接第一绝缘栅双极型功率管 (IGBT1)的栅极，所述第一绝缘栅双极型功率管(IGBT1)的射极接第二绝缘栅双极型功率管 (IGBT2)的集电极，第一绝缘栅双极型功率管(IGBTl)的集电极接高压端P ；所述第二绝缘栅双极型功率管(IGBT2)的射极通过第三电阻(R3)接地；所述第二电阻(R2)的一端接低压侧驱动信号LO端，第二电阻(R2)的另一端接第二绝缘栅双极型功率管(IGBT2)的栅极；其特征在于还包括第一反向放电电路(1)及第二反向放电电路(2)，其中所述第一反向放电电路(1)的输入端接第一绝缘栅双极型功率管(IGBT1)的栅极，第一反向放电电路(1)的输出端接第一绝缘栅双极型功率管(IGBTl)的射极，第一反向放电电路(1)又一端接高压端 P ；第二反向放电电路(2)的输入端接第二绝缘栅双极型功率管(IGBT2)的栅极，第二反向放电电路(2)的输出端接第一绝缘栅双极型功率管(IGBTl)的射极，第二反向放电电路(2) 又一端接第二绝缘栅双极型功率管(IGBT2)的集电极。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于所述第一反向放电电路(1)包括第一非门(Tl)、第二非门(T2)、场效应管(DM0S)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻 (R6)及第三高压二极管(D3);其中所述第一非门(Tl)及第二非门(T2)互相串联，第一非门 (Tl)与第二非门(T2)串联电路的输入接第一绝缘栅双极型功率管(IGBTl)的栅极，输出端接场效应管(DMOS)的栅极，场效应管(DMOS)的漏极通过第四电阻(R4)接高压端P，场效应管(DMOS)的源极通过第六电阻(R6)接第一绝缘栅双极型功率管(IGBT1)的射极；所述第三高压二极管(D3)与第五电阻(R5)串联，第三二极管(D3)与第五电阻(R5)串联电路的一端接场效应管(DMOS)的源极，另一端接高压端P。
3.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于所述第一反向放电电路(1)及第二反向放电电路(2)的结构相同。
全文摘要
本发明涉及一种智能功率模块，包括第一至第三电阻、第一、二绝缘栅双极型功率管；其中第一电阻的一端接高压侧驱动信号HO端，第一电阻的另一端连接第一绝缘栅双极型功率管的栅极；第一绝缘栅双极型功率管的射极接第二绝缘栅双极型功率管的集电极，其集电极接高压端P；第二绝缘栅双极型功率管的射极通过第三电阻接地；第二电阻的一端接低压侧驱动信号LO端，其另一端接第二绝缘栅双极型功率管的栅极；特点是还包括第一、二反向放电电路，其中第一反向放电电路的输入端接第一绝缘栅双极型功率管的栅极，其输出端接第一绝缘栅双极型功率管的射极，其又一端接高压端P；第二反向放电电路的输入端接第二绝缘栅双极型功率管的栅极，其输出端接第一绝缘栅双极型功率管的射极，其又一端接第二绝缘栅双极型功率管的集电极。其加快了高压能量的释放，提高一第一、二绝缘栅双极型功率管的使用寿命。
文档编号H02M1/08GK102570780SQ201110279438
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者冯宇翔, 华庆, 潘志坚, 程德凯, 陈玲娟, 黄祥钧 申请人:广东美的电器股份有限公司