智能功率模块驱动电路及智能功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能功率模块驱动电路及智能功率模块，智能功率模块驱动电路包括开关管驱动电路、IGBT开关管、MOS管、第一供电电源输入端、第二供电电源输入端、第一电子开关及第二电子开关，IGBT开关管的集电极、发射极分别与相应的供电电源输入端连接，IGBT开关管的门极与开关管驱动电路连接；MOS管的漏极与IGBT开关管的集电极连接，MOS管的源极与IGBT开关管的发射极连接，MOS管的栅极与第一电子开关的第一端及第二电子开关的第一端连接；第一电子开关的第二端与IGBT开关管的门极连接；第二电子开关的第二端与MOS管的源极连接。本实用新型降低了IGBT开关管在低电流时的损耗。
【专利说明】智能功率模块驱动电路及智能功率模块
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电子【技术领域】，特别涉及一种智能功率模块驱动电路及智能功率 模块。
【背景技术】
[0002] 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， 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，变频家电的一种理想电力电子器件。
[0003] 现有技术中的智能功率模块，其内部的开关管结构通常是采用IGBT开关管 (IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管）与 FWD 管（FWD，Free Wheeling Diode，续流二极管）的并联结构，而由于IGBT开关管本身结构的特性，使得IGBT 开关管在低电流的时候，很难降低其损耗。为了改善智能功率模块的IGBT开关管在低电 流时的损耗，可以考虑使用 M0SFET 管（M0SFET，Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管，下称M0S管）代替上述IGBT开关管，但是， 当采用M0S管时，又存在以下问题：因为高温、高电流范围的导通电压变高，所以容许电流 变低。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的主要目的是提供一种智能功率模块驱动电路及智能功率模块，旨在 降低智能功率模块的IGBT开关管在低电流时的损耗。
[0005] 本实用新型提出一种智能功率模块驱动电路，包括开关管驱动电路、IGBT开关管、 M0S管、第一供电电源输入端、第二供电电源输入端、第一电子开关及第二电子开关；其中，
[0006] 所述IGBT开关管的集电极与所述第一供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的 发射极与所述第二供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的门极与所述开关管驱动电路 连接；所述M0S管的漏极与所述IGBT开关管的集电极连接，所述M0S管的源极与所述IGBT 开关管的发射极连接，所述M0S管的栅极分别与所述第一电子开关的第一端及所述第二电 子开关的第一端连接；所述第一电子开关的第二端与所述IGBT开关管的门极连接；所述第 二电子开关的第二端与所述M0S管的源极连接；所述第一电子开关的控制端及所述第二电 子开关的控制端均与所述开关管驱动电路连接。
[0007] 优选地，所述M0S管为NM0S管。
[0008] 优选地，所述M0S管的阈值电压大于所述IGBT开关管的阈值电压。
[0009] 本实用新型还提出一种智能功率模块驱动电路，包括开关管驱动电路、IGBT开关 管、第一 M0S管、第二M0S管、第三M0S管、第一供电电源输入端及第二供电电源输入端；其 中，
[0010] 所述IGBT开关管的集电极与所述第一供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的 发射极与所述第二供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的门极与所述开关管驱动电路 连接；所述第一 M0S管的漏极与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第一 M0S管的源极与 所述IGBT开关管的发射极连接，所述第一 M0S管的栅极分别与所述第二M0S管的源极及所 述第三M0S管的漏极连接；所述第二M0S管的漏极与所述IGBT开关管的门极连接；所述第 三M0S管的源极与所述第一 M0S管的源极连接；所述第二M0S管的栅极及所述第三M0S管 的栅极均与所述开关管驱动电路连接。
[0011] 优选地，所述第一 M0S管为NM0S管。
[0012] 优选地，所述第二M0S管为NM0S管，所述第三M0S管为PM0S管。
[0013] 优选地，所述第一 M0S管的阈值电压大于所述IGBT开关管的阈值电压。
[0014] 本实用新型还提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括智能功率模块驱动 电路，所述智能功率模块驱动电路包括开关管驱动电路、IGBT开关管、M0S管、第一供电电 源输入端、第二供电电源输入端、第一电子开关及第二电子开关；其中，
[0015] 所述IGBT开关管的集电极与所述第一供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的 发射极与所述第二供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的门极与所述开关管驱动电路 连接；所述M0S管的漏极与所述IGBT开关管的集电极连接，所述M0S管的源极与所述IGBT 开关管的发射极连接，所述M0S管的栅极分别与所述第一电子开关的第一端及所述第二电 子开关的第一端连接；所述第一电子开关的第二端与所述IGBT开关管的门极连接；所述第 二电子开关的第二端与所述M0S管的源极连接；所述第一电子开关的控制端及所述第二电 子开关的控制端均与所述开关管驱动电路连接。
[0016] 本实用新型还提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括智能功率模块驱动 电路，所述智能功率模块驱动电路包括开关管驱动电路、IGBT开关管、第一 M0S管、第二M0S 管、第三M0S管、第一供电电源输入端及第二供电电源输入端；其中，
[0017] 所述IGBT开关管的集电极与所述第一供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的 发射极与所述第二供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的门极与所述开关管驱动电路 连接；所述第一 M0S管的漏极与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第一 M0S管的源极与 所述IGBT开关管的发射极连接，所述第一 M0S管的栅极分别与所述第二M0S管的源极及所 述第三M0S管的漏极连接；所述第二M0S管的漏极与所述IGBT开关管的门极连接；所述第 三M0S管的源极与所述第一 M0S管的源极连接；所述第二M0S管的栅极及所述第三M0S管 的栅极均与所述开关管驱动电路连接。
[0018] 本实用新型提出的智能功率模块驱动电路，包括开关管驱动电路、IGBT开关管、 M0S管、第一供电电源输入端、第二供电电源输入端、第一电子开关及第二电子开关。其中， IGBT开关管的集电极与第一供电电源输入端连接，IGBT开关管的发射极与第二供电电源 输入端连接，IGBT开关管的门极与开关管驱动电路连接；M0S管的漏极与IGBT开关管的集 电极连接，M0S管的源极与IGBT开关管的发射极连接，M0S管的栅极分别与第一电子开关的 第一端及第二电子开关的第一端连接；第一电子开关的第二端与IGBT开关管的门极连接； 第二电子开关的第二端与M0S管的源极连接；第一电子开关的控制端及第二电子开关的控 制端均与开关管驱动电路连接。本实用新型智能功率模块驱动电路采用M0S管替代现有技 术的智能功率模块驱动电路中的FWD管（续流二极管），本实用新型中的该M0S管既能起到 低电流时的开关作用，又能起到高电流时的续流作用（即高电流时，该MOS管替代了现有技 术中的FWD管），降低了智能功率模块的IGBT开关管在低电流时的损耗，提高了智能功率模 块的效率。同时，本实用新型还具有结构简单及易实现的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型智能功率模块驱动电路第一实施例的电路结构图；
[0020] 图2是本实用新型智能功率模块驱动电路第一实施例中IGBT开关管及M0S管的 安装示意图；
[0021] 图3是本实用新型智能功率模块驱动电路第二实施例的电路结构图。
[0022] 本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0023] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本 实用新型。
[0024] 本实用新型提出一种智能功率模块驱动电路。
[0025] 参照图1，图1是本实用新型智能功率模块驱动电路第一实施例的电路结构图。
[0026] 本实施例中的智能功率模块驱动电路包括开关管驱动电路10UIGBT开关管102、 M0S管103、第一供电电源输入端104、第二供电电源输入端105、第一电子开关S1及第二电 子开关S2。
[0027] 具体地，IGBT开关管102的集电极与第一供电电源输入端104连接，IGBT开关管 102的发射极与第二供电电源输入端105连接，IGBT开关管102的门极与开关管驱动电路 101的驱动输出端OUT连接；M0S管103的漏极与IGBT开关管102的集电极连接，M0S管 103的源极与IGBT开关管102的发射极连接，M0S管103的栅极分别与第一电子开关S1的 第一端及第二电子开关S2的第一端连接；第一电子开关S1的第二端与IGBT开关管102的 门极连接；第二电子开关S2的第二端与M0S管103的源极连接；第一电子开关S1的控制 端及第二电子开关S2的控制端均与开关管驱动电路101连接（图未示），开关管驱动电路 101控制第一电子开关S1及第二电子开关S2的断开和关闭状态。
[0028] 本实施例中，上述第一电子开关S1及第二电子开关S2可集成于上述开关管驱动 电路101的内部。
[0029] 本实施例中，上述M0S管103为NM0S管。M0S管103的阈值电压大于IGBT开关管 102的阈值电压。M0S管103的阈值电压大于IGBT开关管102的阈值电压，能够抑制IGBT 开关管102开关时，流入M0S管103的电流，从而能够抑制M0S管103的温度上升。M0S管 103的阈值电压以及IGBT开关管102的阈值电压，可以在制造时，通过其沟道所注入的杂志 量的不同而设定其不同的阈值电压。
[0030] 本实施例中的智能功率模块驱动电路，当工作在低电流区时，开关管驱动电路101 输出相应的控制信号，控制第一电子开关S1闭合，控制第二电子开关S2断开，使得M0S管 103的栅极与IGBT开关管102的门极相连接。然后，开关管驱动电路101的驱动输出端OUT 所输出的驱动信号从低电位"L"变为高电位"H"，由于M0S管103的阈值电压大于IGBT开 关管102的阈值电压高，因此，当开关管驱动电路101的驱动输出端OUT所输出的驱动信号 从低电位"L"变为高电位"Η"时，IGBT开关管102先导通，MOS管103再导通，因此，在IGBT 开关管102的开关通断瞬间所产生的电流尖峰几乎不流入至M0S管103内，从而抑制了 M0S 管103的温度上升。而在M0S管103导通后，低电流主要流过M0S管103, IGBT开关管102 几乎不流入电流，从而降低了 IGBT开关管102在低电流时的损耗。
[0031] 当开关管驱动电路101的驱动输出端OUT所输出的驱动信号从"H"变为"L"时， 由于M0S管103的阈值电压大于IGBT开关管102的阈值电压，故M0S管103先关断，M0S管 103的电流开始下降，之后，IGBT开关管102再关断，IGBT开关管102的电流截止。由于当 开关管驱动电路101的驱动输出端OUT所输出的驱动信号从"H"变为"L"时，M0S管103先 关断，因此，此时全部的电流都流入至处于导通状态的IGBT开关管102,电流不流入M0S管 103,从而抑制了 M0S管103的温度上升。
[0032] 当工作在高电流区时，开关管驱动电路101输出相应的控制信号，控制第一电子 开关S1断开，控制第二电子开关S2闭合，使得M0S管103的栅极与源极相连，此时M0S管 103充当FWD管（续流二极管）的作用，此时，高电流只流过IGBT开关管102,而此时由于 M0S管103的续流作用，从而避免了 IGBT开关管102因高压而造成的击穿或损毁。
[0033] 图2是本实用新型智能功率模块驱动电路第一实施例中IGBT开关管及M0S管的 安装示意图。
[0034] 一并参照图1和图2,在智能功率模块的产品生产时，本实施例智能功率模块驱动 电路中的IGBT开关管102设于第一引线框部300上，M0S管103设于第二引线框部400上。 并且，第一引线框部300和第二引线框部400具有一定的高度差。同时，第一引线框部300 的背面设有散热绝缘片500,而第二引线框部400的背面不需要设置散热绝缘片。
[0035] 本实施例提出的智能功率模块驱动电路，包括开关管驱动电路、IGBT开关管、M0S 管、第一供电电源输入端、第二供电电源输入端、第一电子开关及第二电子开关。其中，IGBT 开关管的集电极与第一供电电源输入端连接，IGBT开关管的发射极与第二供电电源输入端 连接，IGBT开关管的门极与开关管驱动电路连接；M0S管的漏极与IGBT开关管的集电极连 接，M0S管的源极与IGBT开关管的发射极连接，M0S管的栅极分别与第一电子开关的第一端 及第二电子开关的第一端连接；第一电子开关的第二端与IGBT开关管的门极连接；第二电 子开关的第二端与M0S管的源极连接；第一电子开关的控制端及第二电子开关的控制端均 与开关管驱动电路连接。本实施例智能功率模块驱动电路采用M0S管替代现有技术的智能 功率模块驱动电路中的FWD管（续流二极管），本实施例中的该M0S管既能起到低电流时的 开关作用，又能起到高电流时的续流作用（即高电流时，该M0S管替代了现有技术中的FWD 管），降低了智能功率模块的IGBT开关管在低电流时的损耗，提高了智能功率模块的效率。 同时，本实施例还具有结构简单及易实现的优点。
[0036] 图3是本实用新型智能功率模块驱动电路第二实施例的电路结构图。
[0037] 参照图3,本实用新型智能功率模块驱动电路包括开关管驱动电路20UIGBT开关 管202、第一 M0S管203、第二M0S管206、第三M0S管207、第一供电电源输入端204及第二 供电电源输入端205。
[0038] 具体地，IGBT开关管202的集电极与第一供电电源输入端204连接，IGBT开关管 202的发射极与第二供电电源输入端205连接，IGBT开关管202的门极与开关管驱动电路 201的驱动输出端0UT1连接；第一 M0S管203的漏极与IGBT开关管202的集电极连接，第 一 MOS管203的源极与IGBT开关管202的发射极连接，
[0039] 第一 M0S管203的栅极分别与第二M0S管206的源极及第三M0S管207的漏极连 接；第二M0S管206的漏极与IGBT开关管202的门极连接；第三M0S管207的源极与第一 M0S管203的源极连接；第二M0S管206的栅极及第三M0S管207的栅极均与开关管驱动 电路201的控制信号输出端0UT2连接，开关管驱动电路201输出相应的控制信号，控制第 二M0S管206及第三M0S管207的截止与导通状态。
[0040] 本实施例中，第一 M0S管203及第二M0S管206均为NM0S管，而第三M0S管207 为PM0S管。第一 M0S管203的阈值电压大于IGBT开关管202的阈值电压。
[0041] 本实施例中的智能功率模块驱动电路，开关管驱动电路201所输入的控制信号 IN2决定第一 M0S管203的功能（开关作用或续流作用）。当本实施例智能功率模块驱动 电路工作在低电流区时，开关管驱动电路201所输入的控制信号IN2由"L"变为"H"时，即 开关管驱动电路201的控制信号输出端0UT2所输出的控制信号由"L"变为"H"时，此时第 二M0S管206导通，使得第一 M0S管203的栅极与IGBT开关管202的栅极短接，这时将开 关管驱动电路201所输入的驱动信号IN1由"L"变为"H"，即开关管驱动电路201的驱动 输出端0UT1所输出的驱动信号由"L"变为"H"，由于第一 M0S管203的阈值电压大于IGBT 开关管202的阈值电压，因此，IGBT开关管202先导通，然后第一 M0S管203再导通，此时 低电流主要流过第一 M0S管203,从而减少了 IGBT开关管202在低电流时的损耗。
[0042] 当开关管驱动电路201的驱动输出端0UT1所输出的驱动信号从"H"变为"L"时， 由于第一 M0S管203的阈值电压大于IGBT开关管202的阈值电压，故第一 M0S管203先 关断，第一 M0S管203的电流开始下降，之后，IGBT开关管202再关断，IGBT开关管202的 电流截止。由于当开关管驱动电路201的驱动输出端0UT1所输出的驱动信号从"H"变为 "L"时，第一 M0S管203先关断，因此，此时全部的电流都流入至处于导通状态的IGBT开关 管202,电流不流入第一 M0S管203,从而抑制了第一 M0S管203的温度上升。
[0043] 本实施例中的智能功率模块驱动电路，当工作在高电流区时，开关管驱动电路201 所输入的控制信号IN2由"H"变为"L"，即开关管驱动电路201的控制信号输出端0UT2所 输出的控制信号由"H"变为"L"，此时第三M0S管207导通，使得第一 M0S管203的栅极和 源极相连，此时第一 M0S管203充当FWD管（续流二极管）的作用，此时高电流只流过IGBT 开关管202,而此时由于第一 M0S管203的续流作用，从而避免了 IGBT开关管202因高压而 造成的击穿或损毁。
[0044] 本实施例提出的智能功率模块驱动电路，包括开关管驱动电路、IGBT开关管、第一 M0S管、第二M0S管、第三M0S管、第一供电电源输入端及第二供电电源输入端。其中，IGBT 开关管的集电极与第一供电电源输入端连接，IGBT开关管的发射极与第二供电电源输入端 连接，IGBT开关管的门极与开关管驱动电路连接；第一 M0S管的漏极与IGBT开关管的集电 极连接，第一 M0S管的源极与IGBT开关管的发射极连接，第一M0S管的栅极分别与第二M0S 管的源极及第三M0S管的漏极连接；第二M0S管的漏极与IGBT开关管的门极连接；第三M0S 管的源极与第一 M0S管的源极连接；第二M0S管的栅极及第三M0S管的栅极均与开关管驱 动电路连接。本实施例智能功率模块驱动电路采用第一 M0S管替代现有技术的智能功率模 块驱动电路中的FWD管（续流二极管），本实施例中的该第一 M0S管既能起到低电流时的 开关作用，又能起到高电流时的续流作用（即高电流时，该第一 M0S管替代了现有技术中的 FWD管），降低了智能功率模块的IGBT开关管在低电流时的损耗，提高了智能功率模块的效 率。同时，本实施例还具有结构简单及易实现的优点。
[0045] 本实用新型还提供一种智能功率模块，该智能功率模块包括智能功率模块驱动电 路，该智能功率模块驱动电路的电路结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地， 由于本实施例的智能功率模块采用了上述智能功率模块驱动电路的技术方案，因此该智能 功率模块具有上述智能功率模块驱动电路所有的有益效果。
[0046] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运 用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种智能功率模块驱动电路，其特征在于，包括开关管驱动电路、IGBT开关管、MOS 管、第一供电电源输入端、第二供电电源输入端、第一电子开关及第二电子开关；其中， 所述IGBT开关管的集电极与所述第一供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的发射 极与所述第二供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的门极与所述开关管驱动电路连接； 所述M0S管的漏极与所述IGBT开关管的集电极连接，所述M0S管的源极与所述IGBT开关 管的发射极连接，所述M0S管的栅极分别与所述第一电子开关的第一端及所述第二电子开 关的第一端连接；所述第一电子开关的第二端与所述IGBT开关管的门极连接；所述第二电 子开关的第二端与所述M0S管的源极连接；所述第一电子开关的控制端及所述第二电子开 关的控制端均与所述开关管驱动电路连接。
2. 根据权利要求1所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述M0S管为NM0S管。
3. 根据权利要求2所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述M0S管的阈值电压 大于所述IGBT开关管的阈值电压。
4. 一种智能功率模块驱动电路，其特征在于，包括开关管驱动电路、IGBT开关管、第一 M0S管、第二M0S管、第三M0S管、第一供电电源输入端及第二供电电源输入端；其中， 所述IGBT开关管的集电极与所述第一供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的发射 极与所述第二供电电源输入端连接，所述IGBT开关管的门极与所述开关管驱动电路连接； 所述第一 M0S管的漏极与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第一 M0S管的源极与所述 IGBT开关管的发射极连接，所述第一 M0S管的栅极分别与所述第二M0S管的源极及所述第 三M0S管的漏极连接；所述第二M0S管的漏极与所述IGBT开关管的门极连接；所述第三M0S 管的源极与所述第一 M0S管的源极连接；所述第二M0S管的栅极及所述第三M0S管的栅极 均与所述开关管驱动电路连接。
5. 根据权利要求4所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一 M0S管为 NM0S 管。
6. 根据权利要求5所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第二M0S管为 NM0S管，所述第三M0S管为PM0S管。
7. 根据权利要求6所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一M0S管的阈值 电压大于所述IGBT开关管的阈值电压。
8. -种智能功率模块，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的智能功率模块 驱动电路。
【文档编号】H02M1/08GK203911735SQ201420247829
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】于文涛, 冯宇翔 申请人:美的集团股份有限公司