一种集成自适应死区功能的智能功率模块的制作方法

本发明涉及智能功率模块，具体涉及一种集成自适应死区功能的智能功率模块。

背景技术：

1、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，变频家电的一种理想电力电子器件。

2、传统智能功率模块内部的hvic防直通死区技术在高低压侧输出之间插入一个固定的死区时间以防止高低压侧直通，高低压侧输入信号是逻辑完全互补的信号，在经过输入逻辑模块处理之后进入固定死区时间产生模块。在经高低压侧通道后输出的 ho 和 lo之间生产一定死区，避免了高低压侧功率管同时开启引起的直通问题。在实际应用中，功率管的开启和关断时间会随着输入电压、温度、负载电流的变化而变化，所以固定死区时间的设置是根据最差情况下直通来考虑的，因此在一般条件的应用中死区时间往往有足够长的裕量。死区时间设置过短，那么可能随着系统应用环境的变化而造成直通的现象，影响系统的可靠性。死区时间设置过长，会导致在开关管切换时电路中出现一个短暂的电流空白期，这个时期中电压和功率都处于空载状态，从而引起一定的功率损耗，降低电路的效率、输出波形的质量，增加功率损耗，并可能损坏开关管，影响电路的稳定性。

3、因此，上述的智能功率模块在工作时功率损耗大，效率低、输出波形的质量差，并可能损坏开关管，影响电路的稳定性。

技术实现思路

1、本发明提供一种集成自适应死区功能的智能功率模块，旨在解决现有的智能功率模块在工作时功率损耗大，效率低、输出波形的质量差，并可能损坏开关管，影响电路稳定性的问题。

2、本发明实施例提供一种集成自适应死区功能的智能功率模块，包括：壳体、设置于所述壳体内的电路铝基板、设置于所述电路铝基板的上表面的绝缘层、形成于所述绝缘层的上表面的电路布线、安装在所述电路布线上的多个电路元件以及多个引脚；多个所述电路元件与所述电路布线通过金属线电连接；多个所述引脚的一端连接所述电路布线，多个所述引脚的另一端延伸至所述壳体外；其中，所述电路铝基板上集成有自适应死区电路。

3、优选的，所述电路铝基板的内部具有凹凸不平的纹理。

4、优选的，所述自适应死区电路包括：第一输入级电路、延时电路、第二输入级电路、动态死区产生电路、脉冲产生电路、电平移位电路、第一放大器、负压检测电路、低侧延时电路、第二放大器、电流保护电路、故障输出电路、欠压保护电路以及故障逻辑控制电路；所述第一输入级电路的输入端与所述第二输入级电路的输入端连接并共同用于连接信号输入端，所述第一输入级电路的输出端和所述第二输入级电路的输出端分别连接至所述动态死区产生电路的输入端，所述动态死区产生电路的输出端分别连接所述脉冲产生电路的输入端和所述低侧延时电路的输入端，所述脉冲产生电路的输出端连接所述电平移位电路的输入端，所述电平移位电路的输出端连接所述第一放大器的输入端，所述低侧延时电路的输出端连接所述第二放大器的输入端，所述第一放大器的输出端和所述第二放大器的输端分别连接至信号输出端上；所述电流保护电路的输入端用于连接itrip端口，所述电流保护电路的输出端连接所述故障逻辑控制电路的输入端，所述故障逻辑控制电路的输出端分别连接所述第一放大器的输入端、所述第二放大器的输入端以及所述故障输出电路的输入端，所述故障输出电路的输出端用于输出故障信号；所述欠压保护电路的输入端用于连接供电电源，所述欠压保护电路的输出端连接所述故障逻辑控制电路的输入端。

5、优选的，所述延时电路包括第一动态延时单元和第二动态延时单元；所述第一动态延时单元的输入端和所述第二动态延时单元的输入端连接并共同作为所述延时电路的输入端；所述第一动态延时单元的输出端和所述第二动态延时单元的输出端分别作为所述延时电路的输出端。

6、优选的，所述动态死区产生电路包括：第一非门、第一与非门、第一或非门、第二非门、第二与非门以及第二或非门；

7、所述第一非门的输入端连接所述第一动态延时单元的输入端，所述第一非门的输出端分别连接所述第一与非门的第一端和所述第一或非门的第一端，所述第一与非门的第二端作为所述动态死区产生电路的第一输入端连接至所述第一动态延时单元的输出端；

8、所述第二非门的输入端连接所述第二动态延时单元的输入端，所述第二非门的输出端分别连接所述第二与非门的第一端和所述第二或非门的第一端，所述第二非门的第二端作为所述动态死区产生电路的第二输入端连接至所述第二动态延时单元的输出端；

9、所述第一与非门的输出端连接所述第二或非门的第二端，所述第二与非门的输出端连接所述第一或非门的第二端，所述第一或非门的输出端连接所述脉冲产生电路的输入端，所述第二或非门的输出端连接所述低侧延时电路的输入端。

10、优选的，所述第一动态延时单元与所述第二动态延时单元的电路结构相同。

11、优选的，所述第一动态延时单元包括：触发器、二选一数据选择器、加减计数器、二进制延时线、与门、第三与非门、第三或非门、第四或非门以及第三非门；

12、所述触发器的输入端用于连接所述负压检测电路的输出端，所述触发器的输出端连接所述二选一数据选择器的x1输入端，所述二选一数据选择器的输出端连接所述加减计数器的控制端，所述加减计数器的输出端连接所述二进制延时线的输入端，所述二进制延时线的输出端作为所述第一动态延时单元的输出端；所述二进制延时线的输入端与所述第三非门的输入端连接并共同作为所述第一动态延时单元的输入端；

13、所述第三非门的输出端连接所述加减计数器的clk端口，所述第三或非门的输入端用于连接信号输入端，所述第三或非门的输出端分别与所述第四或非门的第一输入端和所述第三与非门的第一输入端连接，所述第四或非门的输出端分别与所述第一与非门的第二输入端和所述二选一数据选择器的s输入端连接；所述第三与非门的输出端连接所述二选一数据选择器的x0输入端；所述与门的输入端用于连接所述信号输入端，所述与门的输出端连接所述第四或非门的第二输入端。

14、优选的，所述二进制延时线包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一pmos管、第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管以及第二电容；

15、所述第一pmos管的漏极用于连接所述供电电源，所述第一pmos管的栅极与所述第一nmos管的栅极连接并共同作为所述二进制延时线的输入端，所述第一nmos管的漏极分别连接所述第一电阻的第一端和所述第二nmos管的源极并作为所述二进制延时线的输出端；

16、所述第一nmos管的源极连接所述第二电容的第一端并接地，所述第二电容的第二端连接所述第一nmos管的漏极；

17、所述第二nmos管的漏极分别连接所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端以及所述第三nmos管的源极；所述第三nmos管的漏极分别连接所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端以及所述第四nmos管的源极；所述第四nmos管的漏极分别连接所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端以及所述第五nmos管的源极；所述第五nmos管的漏极分别连接所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第一端以及所述第六nmos管的源极；所述第六nmos管的漏极分别连接所述第五电阻的第二端以及所述第一pmos管的源极；

18、所述第二nmos管的栅极、所述第三nmos管的栅极、所述第四nmos管的栅极、所述第五nmos管的栅极以及所述第六nmos管的栅极分别连接所述第三或非门的输入端。

19、优选的，所述加减计数器包括：d触发器、四个jk触发器以及多个逻辑门电路；所述d触发器的clk端分别与四个所述jk触发器的clk端连接，所述d触发器的reset端分别与四个所述jk触发器的reset端连接，所述d触发器的q端与四个所述jk触发器的q端分别悬置；

20、所述逻辑门电路包括：第四与非门、或门以及第五与非门；

21、所述第四与非门的输出端分别连接所述jk触发器的j端和k端；所述第四与非门的第一输入端连接所述或门的输出端，所述第四与非门的第二输入端连接所述第五与非门的输出端；

22、所述或门的第一输入端与所述第五与非门的第一输入端连接并连接至所述d触发器的d端，所述或门的第二输入端与所述第五与非门的第二输入端连接并连接至所述信号输入端。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过将壳体、设置于所述壳体内的电路铝基板、设置于所述电路铝基板的上表面的绝缘层、形成于所述绝缘层的上表面的电路布线、安装在所述电路布线上的多个电路元件以及多个引脚；多个所述电路元件与所述电路布线通过金属线电连接；多个所述引脚的一端连接所述电路布线，多个所述引脚的另一端延伸至所述壳体外；其中，所述电路铝基板上集成有自适应死区电路。这样智能功率模块通过自适应死区电路实时调节模块的死区时间，使模块在最佳状态下工作，降低系统功率损耗，提高系统电路的效率及输出波形的质量，开关器件ganfet具备极低的qrr和非常快速的开关转换，可减少开关损耗，实现更高效率，从而使智能功率模块提高了稳定性和可靠性。