用于防止故障的功率模塊和裝置及其控制方法
【專利摘要】在此公開(kāi)的是一種用于防止故障的功率模塊和裝置及其控制方法。所述功率模塊包括驅(qū)動(dòng)IC，該驅(qū)動(dòng)IC包括用于防止由于輸入電信號(hào)而損壞所述功率模塊的保護(hù)電路以及連接到所述保護(hù)電路以便控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路、以及被所述驅(qū)動(dòng)電路控制以便執(zhí)行所述開(kāi)關(guān)操作的所述開(kāi)關(guān)元件。在此，所述驅(qū)動(dòng)IC包括用于對(duì)所述輸入電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位的背靠背二極管。
【專利說(shuō)明】用于防止故障的功率模塊和裝置及其控制方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有2012年10月31日提出的、名稱為“Power Module andApparatus Having the Preventing Malfunction and Method Thereof” 的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2012-0122519的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并到本申請(qǐng)中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于防止故障的功率模塊和裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0004]智能功率模塊(IPM)是功率模塊的其中一種類型，并且包括位于單個(gè)封裝中的功率半導(dǎo)體元件(如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)、快速恢復(fù)二極管(FRD)等)、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和控制電源。所述IPM可以依據(jù)使用目的和所用系統(tǒng)的需求來(lái)以各種方式實(shí)現(xiàn)輸入/輸出電壓和電流、所述IPM的控制方法、可用的形狀和大小等。
[0005]通用逆變器(其是目前應(yīng)用在功率電子領(lǐng)域中的應(yīng)用設(shè)備)包括隨著它們的發(fā)展而需求高效和小型化的數(shù)控(NC)機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等。作為應(yīng)用在所述IPM中的開(kāi)關(guān)的IGBT使裝置能夠高度職能化和小型化。所述IPM的優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)互連減少外圍電路和組件的數(shù)量，其中諸如驅(qū)動(dòng)電路、各種保護(hù)電路等的外圍電路被安裝在模塊封裝中并且減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。另外，在所述IPM中，所述IPM的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路與功率開(kāi)關(guān)元件之間的布線長(zhǎng)度短，并且所述驅(qū)動(dòng)電路的阻抗低，因此改善了電磁干擾(EMI)特性和寄生效應(yīng)免疫性。
[0006]在所述IPM的發(fā)展 早期，驅(qū)動(dòng)電路或保護(hù)電路被簡(jiǎn)單地插入到相關(guān)技術(shù)的功率設(shè)備模塊中，從而實(shí)現(xiàn)所述IPM。近年來(lái)，IGBT, MOSFET元件以及專用集成電路(IC)被安裝于其中的所述IPM已經(jīng)被主要地應(yīng)用。也就是說(shuō)，當(dāng)前設(shè)計(jì)的IPM需要優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中系統(tǒng)和元件的控制和保護(hù)功能被全面地考慮，而不是在信號(hào)模塊中安裝控制電路等。因此，所述IPM應(yīng)該被設(shè)計(jì)成考慮系統(tǒng)所需的低噪聲(高頻率)、高效率(低損耗)、強(qiáng)度、穩(wěn)定控制、小型化和重量減輕、設(shè)計(jì)和裝配容易度等，以及被設(shè)計(jì)成從開(kāi)關(guān)元件的視角、滿足不同于被用作單獨(dú)元件時(shí)的特性的高速切換、低損耗、關(guān)于安全操作區(qū)域(SOA)的優(yōu)化折中設(shè)計(jì)、適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施、高噪聲穩(wěn)定性、小型化和重量減輕(高完整性)。
[0007]在這種功率模塊中，作為防止過(guò)電流的一種方法，分流電阻的兩端的電壓使用所述分流電阻來(lái)感測(cè)，并且當(dāng)感測(cè)到的兩端的電壓大于驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)的參考電壓時(shí)，過(guò)流保護(hù)功能被操作以便關(guān)斷輸出，從而保護(hù)所述功率模塊。
[0008]然而，在這個(gè)方法中，會(huì)因開(kāi)關(guān)元件的操作而出現(xiàn)開(kāi)關(guān)噪聲，并且當(dāng)所述開(kāi)關(guān)噪聲流到電流感測(cè)輸入端子時(shí)會(huì)發(fā)生故障。
[0009]【現(xiàn)有技術(shù)文件】
[0010]【專利文件】[0011](專利文件I) JP1994-284710
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明致力于提供一種防止因電氣過(guò)電壓導(dǎo)致的功率模塊故障的功率模塊及其裝置，該電氣過(guò)電壓由電磁干擾(EMI)噪聲、浪涌電壓等引起。
[0013]由于電磁干擾(EMI)噪聲、浪涌電壓等引起的電氣過(guò)電壓，本發(fā)明也致力于提供一種控制功率模塊的方法。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種功率模塊，包括:驅(qū)動(dòng)集成電路(1C)，該驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)包括用于防止由于輸入電信號(hào)而損壞所述功率模塊的保護(hù)電路和連接到所述保護(hù)電路以便控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路；以及所述開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件被所述驅(qū)動(dòng)電路控制以便執(zhí)行所述開(kāi)關(guān)操作。在此，所述驅(qū)動(dòng)IC可以包括用于對(duì)所述輸入電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位的背靠背二極管。
[0015]另外，在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極可以面向彼此。
[0016]另外，所述保護(hù)電路可以計(jì)算具有被箝位的過(guò)電壓的電信號(hào)的數(shù)量以及可以控制所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作以便當(dāng)所計(jì)算的電信號(hào)數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)暫停所述功率模塊的操作，其中使用所述背靠背二極管對(duì)電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
[0017]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種功率模塊，包括:驅(qū)動(dòng)1C，該驅(qū)動(dòng)IC包括用于防止由于輸入電信號(hào)而損壞所述功率模塊的保護(hù)電路和連接到所述保護(hù)電路以便控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路；所述開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件被所述驅(qū)動(dòng)電路控制以便執(zhí)行所述開(kāi)關(guān)操作；以及背靠背二極管，該背靠背二極管被放置在所述驅(qū)動(dòng)IC的輸入單元的前端以便對(duì)輸入至所述驅(qū)動(dòng)IC的電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
[0018]另外，在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極可以面向彼此。
[0019]另外，所述保護(hù)電路可以計(jì)算被箝位的電信號(hào)的數(shù)量以及當(dāng)所計(jì)算的電信號(hào)數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)可以關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)元件，其中使用所述背靠背二極管對(duì)電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
[0020]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種功率模塊裝置，包括:印刷電路板；功率模塊，該功率模塊被安裝在所述印刷電路板上并且包括驅(qū)動(dòng)1C，該驅(qū)動(dòng)IC具有用于防止由于輸入電信號(hào)而損壞所述功率模塊的保護(hù)電路的、用于執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作的開(kāi)關(guān)元件以及用于連接到所述保護(hù)電路并控制所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路；以及背靠背二極管，該背靠背二極管被安裝在所述印刷電路上并且連接到所述驅(qū)動(dòng)IC的輸入單元以便對(duì)所述輸入電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
[0021]另外，在背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極可以面向彼此。
[0022]另外，所述保護(hù)電路可以計(jì)算被箝位的電信號(hào)的數(shù)量以及當(dāng)所計(jì)算的被箝位電信號(hào)的數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)可以關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)元件，其中使用所述背靠背二極管對(duì)電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
[0023]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種控制功率模塊的方法，該方法包括:使用背靠背二極管對(duì)輸入至包括在功率模塊中的驅(qū)動(dòng)IC的電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位；以及基于所箝位的電信號(hào)來(lái)控制包括在所述功率模塊中的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作。
[0024]另外，在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極可以面向彼此。[0025]另外，所述驅(qū)動(dòng)IC可以包括用于防止由于輸入的電信號(hào)而損壞所述功率模塊的保護(hù)電路以及連接到所述保護(hù)電路和上控制層以便控制所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路。
[0026]另外，所述背靠背二極管可以被集成于所述驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)以從而被實(shí)施。
[0027]另外，所述背靠背二極管可以被實(shí)施在所述功率模塊內(nèi)以從而被實(shí)施在所述驅(qū)動(dòng)IC的輸入單元的前端中。
[0028]另外，所述背靠背二極管可以被實(shí)施在所述功率模塊外部。
[0029]另外，控制功率模塊的所述方法還可以包括使用分流電阻測(cè)量在所述開(kāi)關(guān)元件的集電極與發(fā)射極之間流動(dòng)的電流，從而確定輸入到所述驅(qū)動(dòng)IC的電流是否是過(guò)電流。
[0030]另外，所述開(kāi)關(guān)操作的控制還可以包括計(jì)算被箝位的電信號(hào)的數(shù)量以及當(dāng)所計(jì)算的被箝位電信號(hào)的數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)元件，其中使用所述背靠背二極管對(duì)電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
[0031]另外，所述電信號(hào)的過(guò)電壓可以是由于所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作而生成的脈沖浪涌，或者可以是從所述功率模塊的外部生成的電磁干擾(EMI)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0032]本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)勢(shì)將從結(jié)合附圖的下述詳細(xì)描述中得到更清楚地理解，其中:
[0033]圖1是簡(jiǎn)要示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的功率模塊的概念圖示；
[0034]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電磁過(guò)電壓的波形的概念圖示；
[0035]圖3是簡(jiǎn)要示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的功率模塊的概念圖示；
[0036]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的功率模塊裝置的概念圖示；以及
[0037]圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的通過(guò)防止電磁過(guò)電壓來(lái)控制功率模塊(所述功率模塊的裝置)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]根據(jù)以下結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述將更清楚地理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。在整個(gè)附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)用于表示相同或類似的部件且省略了對(duì)它們的多余描述。另外，在下面的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“一側(cè)”、“另一側(cè)”等用于將某個(gè)部件與其他部件相區(qū)分，但這些部件的配置不應(yīng)被解釋為受到這些術(shù)語(yǔ)的限制進(jìn)一步地，在本發(fā)明的描述中，當(dāng)確定相關(guān)技術(shù)的詳細(xì)描述將會(huì)模糊本發(fā)明的主旨時(shí)，將省略對(duì)它們的描述。
[0039]在下文中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式將通過(guò)參考所述附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0040]圖1是簡(jiǎn)要示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的功率模塊的概念圖示。
[0041]如圖1所示，驅(qū)動(dòng)集成電路(IC) 120和分流電阻180可以相對(duì)于絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 100而被彼此連接，該絕緣柵雙極型晶體管是單獨(dú)的開(kāi)關(guān)元件。
[0042]所述驅(qū)動(dòng)IC120可以包括保護(hù)電路130 (保護(hù)邏輯)和驅(qū)動(dòng)電路140 (驅(qū)動(dòng)邏輯)。
[0043]例如，所述驅(qū)動(dòng)電路140可以通過(guò)從上控制單元(未示出)輸入的信號(hào)來(lái)確定是否驅(qū)動(dòng)所述IGBT100,該上控制單元諸如為所述保護(hù)電路130或者中央處理單元(CPU)。[0044]所述保護(hù)電路130可以被實(shí)施以便防止由異常電信號(hào)引起的損壞，所述異常電信號(hào)為諸如短路電流(SC)、過(guò)電流(0C)、欠壓(UV)、或者超溫(0T)，以及外部的因素。例如，當(dāng)過(guò)電流或者過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，所述保護(hù)電路130可以生成故障輸出電壓，從而允許所述驅(qū)動(dòng)電路140控制所述IGBT100的操作。在所述保護(hù)電路中，在所述IGBT中流動(dòng)的電流可以用電流檢測(cè)電阻進(jìn)行檢測(cè)，從而確定被檢測(cè)的電流是所述SC還是0C。
[0045]所述保護(hù)電路130可以包括例如低壓保護(hù)電路、SC保護(hù)電路、OC保護(hù)電路以及OT保護(hù)電路。這些保護(hù)電路作為例子被給出，并且額外的保護(hù)電路還可以包括在所述保護(hù)電路130中，或者部分所述保護(hù)電路可以不被實(shí)施。
[0046]每一個(gè)電路的保護(hù)操作可以被如下執(zhí)行。
[0047]在所述低壓保護(hù)電路中，當(dāng)電源的電壓下降到參考電壓或者更低時(shí)，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路240可以關(guān)斷所述IGBT200，從而保護(hù)系統(tǒng)。
[0048]所述SC保護(hù)電路可以使用輸出電流檢測(cè)電阻來(lái)檢測(cè)兩端的電壓，從而檢測(cè)短路電流。在電路因任意異?，F(xiàn)象而被短路預(yù)定時(shí)段或者更長(zhǎng)的情況中，當(dāng)輸出電流檢測(cè)電阻的兩端的電壓等于或者大于參考電壓(P2)并且被保持預(yù)定時(shí)段或更長(zhǎng)時(shí)，這種現(xiàn)象被認(rèn)作是短路電流現(xiàn)象，并且因此所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路140關(guān)斷所述IGBT100以從而保護(hù)所述系統(tǒng)。
[0049]當(dāng)輸出電流檢測(cè)電阻的兩端的電壓等于或者大于所述參考電壓(P2)并且被保持預(yù)定時(shí)段或者更長(zhǎng)時(shí)，所述OC保護(hù)電路可以將此現(xiàn)象認(rèn)作是過(guò)電流現(xiàn)象，并且因此所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路140關(guān)斷所述IGBT100以從而保護(hù)所述系統(tǒng)。
[0050]在所述OT保護(hù)電路中，當(dāng)所述IPM的散熱器的溫度上升到參考溫度或者更高時(shí)，所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路140關(guān)斷所述IGBT100以從而保護(hù)所述系統(tǒng)。
[0051]即使連接到所述IGBT100的所述分流電阻180也可以被用于測(cè)量過(guò)電流。當(dāng)輸入至IJ所述IGBT100中的輸入功率是正常的時(shí)，基于所述IGBT100的集電極與發(fā)射極之間的電壓而流動(dòng)的電流190不與所述過(guò)電流對(duì)應(yīng)。然而，當(dāng)在所述功率的輸入期間發(fā)生任意異常時(shí)，基于所述IGBT100的集電極與發(fā)射極之間的電壓而流動(dòng)的電流190成為過(guò)電流。
[0052]所述分流電阻180可以將過(guò)電流檢測(cè)值轉(zhuǎn)換成電壓以便被檢測(cè)到。電壓比較器125可以被包括在所述驅(qū)動(dòng)IC120。在此，通過(guò)將所述電壓比較器125的參考電壓和因所述分流電阻180而生成的電壓進(jìn)行比較來(lái)確定過(guò)電流是否目前在所述IGBT100中流動(dòng)，以及當(dāng)過(guò)電流在所述IGBT100中流動(dòng)時(shí)，所述內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路140關(guān)斷所述IGBT100以從而保護(hù)系統(tǒng)。
[0053]也就是說(shuō)，基于所述分流電阻180來(lái)感測(cè)流動(dòng)的過(guò)電流，以及感測(cè)的結(jié)果被輸入到所述驅(qū)動(dòng)IC120，并且因此當(dāng)所述過(guò)電流流動(dòng)時(shí)所述IGBT100的操作可以被暫停，以從而防止所述開(kāi)關(guān)被損壞以及使所述IPM能夠被正常地操作。
[0054]當(dāng)所述IGBT100的操作被所述保護(hù)電路130控制時(shí)，由于開(kāi)關(guān)操作，開(kāi)關(guān)噪聲會(huì)出現(xiàn)。所述開(kāi)關(guān)噪聲可以是在使用開(kāi)關(guān)功率時(shí)由于以高速打開(kāi)/關(guān)斷通過(guò)半導(dǎo)體元件流動(dòng)的電流的方法而生成的高頻率噪聲。當(dāng)所述開(kāi)關(guān)噪聲出現(xiàn)時(shí)，所述開(kāi)關(guān)噪聲可以影響對(duì)導(dǎo)致所述IPM故障的電流的感測(cè)。另外，由于所述IPM操作于其中的外圍環(huán)境以及內(nèi)部電路元件，會(huì)存在著所述IPM的故障的幾率。
[0055]也就是說(shuō)，在所述IPM中，用于防止由所述開(kāi)關(guān)噪聲、操作環(huán)境或者內(nèi)部電路元件生成的電磁干擾(EMI)或者防止電磁過(guò)電流(例如浪涌電壓)并且控制這些異常電信號(hào)的方法是需要的。在所述電路中生成的電磁過(guò)電流可以以如下所述的多種方式存在。
[0056]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電磁過(guò)電壓的波形的概念圖示。
[0057]如圖2所示，電磁過(guò)電壓指的是可以被施加到電路上的脈沖電磁干擾，諸如靜電放電(ESD) 200、電氣快速瞬變(EFT/突發(fā))220、浪涌240和260等。
[0058](I)靜電放電(ESD) 200
[0059]作為會(huì)由于摩擦而出現(xiàn)的BO現(xiàn)象的ESD指的是當(dāng)累積在人或物體上的電荷被突然發(fā)射時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。例如，這種ESD會(huì)由于IPM模塊周邊中發(fā)生的摩擦而發(fā)生，并且在此情況下，所述電路會(huì)發(fā)生故障。
[0060](2)電氣快速瞬變(EFT/突發(fā))220
[0061]電磁噪聲會(huì)過(guò)度地出現(xiàn)在這樣的設(shè)備中，即在該設(shè)備中每單位時(shí)間的電流變化是快速的，諸如電動(dòng)機(jī)。例如，當(dāng)用于控制電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)被關(guān)斷時(shí)，電壓尖峰會(huì)出現(xiàn)從而導(dǎo)致電壓驟降。當(dāng)電流的極性再次變化時(shí)，由于所述電動(dòng)機(jī)的電感器和電容器的操作而會(huì)再次出現(xiàn)電壓增加。由于這種EFT/突發(fā)現(xiàn)象而會(huì)出現(xiàn)突發(fā)。這種EFT/突發(fā)成為所述電路故障的原因。
[0062](3)浪涌 240 和 260
[0063]浪涌表示由閃電或者電源的開(kāi)關(guān)引起的高能量和短維持脈沖。由于所述浪涌發(fā)生時(shí)每一脈沖的能量是大的，所以所述IPM會(huì)被大大地?fù)p壞。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，為了防止所述IPM中的過(guò)電壓，可以用背靠背二極管來(lái)防止異常電壓。
[0065]再次參考圖1，所述背靠背二極管110可以包括在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的功率模塊的驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)以從而被實(shí)施。所述背靠背二極管110可以被提供在所述保護(hù)電路130的前端。所述背靠背二極管110有具有雙向性的二極管結(jié)構(gòu)，并且可以指示可以對(duì)從該背靠背二極管的兩端輸入的具有預(yù)定電壓或者更大電壓的異常過(guò)電壓進(jìn)行箝位的電氣元件。
[0066]所述背靠背二極管110可以被實(shí)施為這樣的結(jié)構(gòu)，例如在該結(jié)構(gòu)中兩個(gè)齊納二極管的陰極面向彼此。然而，所述背靠背二極管110可以使用所述齊納二極管之外的不同二極管結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)施。
[0067]所述齊納二極管是可以被用于調(diào)整電壓的二極管。當(dāng)預(yù)定電壓或者更大的電壓被施加在所述二極管的兩端時(shí)，所述齊納二極管具有可以限制所述電壓以至于所述電壓不被另外地施加的屬性。兩個(gè)齊納二極管被放置在一起，以便對(duì)雙向輸入的過(guò)電壓進(jìn)行箝位，以及因此僅僅具有預(yù)定電壓或者更少的電壓的電壓被輸入。
[0068]例如，當(dāng)脈沖浪涌105通過(guò)所述IGBT100的開(kāi)關(guān)而發(fā)生時(shí)，所述背靠背二極管110可以阻止在所述保護(hù)電路130的前端的脈沖浪涌以至于所述脈沖浪涌不輸入到所述驅(qū)動(dòng)IC120。另外，所述背靠背二極管110可以雙向地阻止從所述驅(qū)動(dòng)IC的外部在相反方向上生成的脈沖浪涌107。
[0069]所述背靠背二極管110可以被用于阻止不同的EMI，如上文描述的所述ESD現(xiàn)象或者所述EFT/突發(fā)現(xiàn)象和所述脈沖浪涌。
[0070]所述背靠背二極管110與所述驅(qū)動(dòng)IC120集成以便被實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)所述模塊的小型化和重量減輕。用于防止圖2所示的過(guò)電壓的所述背靠背二極管110的位置是任意的，并且為了防止過(guò)電壓，所述背靠背二極管110也可以被實(shí)施在其它位置中。[0071]圖3是簡(jiǎn)要示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的功率模塊的概念圖示。
[0072]如圖3所示，作為本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施方式，背靠背二極管300可以被實(shí)施在驅(qū)動(dòng)IC310的前端，而無(wú)需被集成在所述驅(qū)動(dòng)IC310內(nèi)并且同時(shí)被實(shí)施在所述模塊內(nèi)部。被實(shí)施在所述驅(qū)動(dòng)IC310的前端的所述背靠背二極管300可以阻止被輸入到所述驅(qū)動(dòng)IC310的過(guò)電壓。
[0073]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的功率模塊裝置的概念圖示。
[0074]如圖4所示，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的所述功率模塊裝置內(nèi)，背靠背二極管400被實(shí)施在所述模塊外部的印刷電路板(PCB)上，從而防止從所述驅(qū)動(dòng)IC410的前端輸入的過(guò)電壓。散熱片可以被安裝在所述IPM的表面上以便散發(fā)在所述IPM中生成的熱，并且因此在所述IPM中生成的熱可以通過(guò)所述散熱片被散發(fā)。
[0075]當(dāng)所述背靠背二極管由于所述背靠背二極管沒(méi)有如圖3和圖4所示那樣被集成在所述驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)而被損壞時(shí)，可以僅僅替換所述背靠背二極管的被損壞部分，而無(wú)需替換整個(gè)驅(qū)動(dòng)1C。圖3和圖4所示的實(shí)施方式也是例子，并且為了防止過(guò)電壓，所述背靠背二極管可以被實(shí)施在其它位置中。
[0076]圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的通過(guò)防止電磁過(guò)電壓來(lái)控制功率模塊(所述功率模塊的裝置)的方法的流程圖。
[0077]在圖5中，為了描述的方便，描述了通過(guò)開(kāi)關(guān)而出現(xiàn)脈沖浪涌的情況，但是本發(fā)明可以應(yīng)用到使用所述背靠背二極管來(lái)防止EMI的所有過(guò)程。
[0078]如圖5所示，在步驟S500，基于從驅(qū)動(dòng)電路傳送的命令，將控制信號(hào)傳送到IGBT。
[0079]所述驅(qū)動(dòng)電路可以通過(guò)上控制單元接收用于導(dǎo)通IGBT開(kāi)關(guān)的命令，所述上控制單元為諸如CPU或者保護(hù)電路。在此情況中，所述驅(qū)動(dòng)電路可以傳送電氣命令，從而驅(qū)動(dòng)所述IGBT以至于所述IGBT執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作。
[0080]然后，在步驟S510，所述IGBT被切換。
[0081]切換可以以IGBT開(kāi)關(guān)通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電路傳輸?shù)目刂菩盘?hào)而被關(guān)斷時(shí)所述IGBT開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通以及所述開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通時(shí)所述開(kāi)關(guān)被關(guān)斷的方式來(lái)執(zhí)行。當(dāng)所述切換被執(zhí)行時(shí)，上面描述的過(guò)電壓(如脈沖浪涌)會(huì)發(fā)生。
[0082]在步驟S520，過(guò)電壓通過(guò)使用背靠背二極管進(jìn)行限制。
[0083]為了防止通過(guò)所述IGBT的切換所產(chǎn)生的過(guò)電壓被輸入到所述驅(qū)動(dòng)1C，所述過(guò)電壓可以使用所述背靠背二極管進(jìn)行箝位。例如，在所述齊納二極管的情況，當(dāng)輸入到所述驅(qū)動(dòng)IC的電信號(hào)的電壓等于或者大于齊納擊穿電壓時(shí)，等于或大于預(yù)定電壓的電壓可以被箝位，從而僅使電壓等于或小于預(yù)定電壓的信號(hào)能夠被輸入。也就是說(shuō)，所述背靠背二極管防止過(guò)電壓被輸入到所述驅(qū)動(dòng)1C，從而防止異常過(guò)電壓被輸入到諸如作為反饋的所述IGBT之類的放大開(kāi)關(guān)器件的柵極，從而防止損壞諸如所述IGBT之類的放大開(kāi)關(guān)器件。
[0084]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，為了防止在過(guò)電壓持續(xù)發(fā)生時(shí)損壞所述背靠背二極管，所述IGBT開(kāi)關(guān)被關(guān)斷。例如，在已經(jīng)在圖3中描述的所述保護(hù)電路或者所述驅(qū)動(dòng)電路中可以包括用于記錄過(guò)電壓的生成頻率的存儲(chǔ)器。當(dāng)在保護(hù)電路中持續(xù)生成的過(guò)電壓被檢測(cè)到時(shí)，所述保護(hù)電路可以命令所述驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷所述IGBT。為了命令所述IGBT的關(guān)斷，可以在保護(hù)電路中預(yù)先設(shè)置用于命令I(lǐng)GBT的關(guān)斷的閾值，如過(guò)電壓的連續(xù)生成頻率、過(guò)電壓的生成周期等。該確定可以在諸如為上控制單元而非保護(hù)電路的CPU之類的單元中執(zhí)行。[0085]使用此方法，所述背靠背二極管的損壞可以被防止，并且所述IPM的損壞可以被
進(jìn)一步防止。
[0086]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，由于輸入到所述驅(qū)動(dòng)IC的EMI噪聲或者浪涌電壓導(dǎo)致的故障可以用所述背靠背二極管來(lái)防止，并且因此所述功率模塊的故障可以被防止，以及所述開(kāi)關(guān)元件的損壞可以被防止。
[0087]盡管本發(fā)明的實(shí)施方式為了說(shuō)明性已經(jīng)被披露，但可以領(lǐng)會(huì)的是本發(fā)明不限于此，并且一些本領(lǐng)域技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換是可以的。
[0088]因此，任意和所有修改、變化或者等價(jià)布置應(yīng)該被認(rèn)為是位于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且本發(fā)明的詳細(xì)范圍將通過(guò)所附權(quán)利要求公開(kāi)。
【權(quán)利要求】
1.一種功率模塊，該功率模塊包括: 驅(qū)動(dòng)集成電路，該驅(qū)動(dòng)集成電路包括用于防止由于輸入電信號(hào)而損壞所述功率模塊的保護(hù)電路以及連接到所述保護(hù)電路以便控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路；以及 所述開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件被所述驅(qū)動(dòng)電路控制以便執(zhí)行所述開(kāi)關(guān)操作， 其中所述驅(qū)動(dòng)集成電路包括用于對(duì)所述輸入電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位的背靠背二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其中在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極面向彼此。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其中所述保護(hù)電路計(jì)算具有被箝位的過(guò)電壓的電信號(hào)的數(shù)量并且當(dāng)所計(jì)算的數(shù)量是預(yù)定值或更大時(shí)控制所述開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作以便暫停所述功率模塊的操作，其中使用所述背靠背二極管對(duì)所述電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
4.一種功率模塊，該功率模塊包括: 驅(qū)動(dòng)集成電路，該驅(qū)動(dòng)集成電路包括用于防止因輸入電信號(hào)導(dǎo)致的損壞的保護(hù)電路以及連接到所述保護(hù)電路以便控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路； 所述開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件被所述驅(qū)動(dòng)電路控制以便執(zhí)行所述開(kāi)關(guān)操作；以及 背靠背二極管，該背靠背二極管設(shè)置于所述驅(qū)動(dòng)集成電路的輸入單元的前端以便對(duì)輸入到所述驅(qū)動(dòng)集成電路的所述電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊，其中在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極面向彼此。`
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊，其中所述保護(hù)電路計(jì)算被箝位的電信號(hào)的數(shù)量以及當(dāng)所計(jì)算的電信號(hào)數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)元件，其中使用所述背靠背二極管對(duì)所述電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
7.—種功率模塊裝置，該功率模塊裝置包括: 印刷電路板； 功率模塊，該功率模塊被安裝在所述印刷電路板上并且包括驅(qū)動(dòng)集成電路，該驅(qū)動(dòng)集成電路具有用于防止因輸入電信號(hào)導(dǎo)致的損壞的保護(hù)電路、用于執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作的開(kāi)關(guān)元件以及用于連接到所述保護(hù)電路并控制所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作的驅(qū)動(dòng)電路；以及 背靠背二極管，該背靠背二極管被安裝在所述印刷電路上并且連接所述驅(qū)動(dòng)集成電路的輸入單元以便對(duì)所述輸入電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率模塊裝置，其中在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極面向彼此。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率模塊裝置，其中所述保護(hù)電路計(jì)算被箝位的電信號(hào)的數(shù)量以及當(dāng)所計(jì)算的被箝位電信號(hào)的數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)元件，其中使用所述背靠背二極管對(duì)所述電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位。
10.一種控制功率模塊的方法，該方法包括: 使用背靠背二極管對(duì)輸入到包括在功率模塊中的驅(qū)動(dòng)集成電路的電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位；以及 基于所箝位的電信號(hào)來(lái)控制包括在所述功率模塊中的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中在所述背靠背二極管中，兩個(gè)齊納二極管的陰極面向彼此。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)集成電路包括: 保護(hù)電路，該保護(hù)電路用于防止由于所述輸入電信號(hào)而損壞所述功率模塊；以及 驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路被連接到所述保護(hù)電路以及上控制層，以便控制所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中所述背靠背二極管被集成于所述驅(qū)動(dòng)集成電路內(nèi)從而被實(shí)施。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中所述背靠背二極管被實(shí)施在所述功率模塊內(nèi)從而被實(shí)施在所述驅(qū)動(dòng)集成電路的輸入單元的前端中。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中所述背靠背二極管被實(shí)施在所述功率模塊外部。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，該方法還包括: 使用分流電阻測(cè)量在所述開(kāi)關(guān)元件的集電極與發(fā)射極之間流動(dòng)的電流，從而確定輸入到所述驅(qū)動(dòng)集成電路的電流是否是過(guò)電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中對(duì)所述開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作的所述控制還包括: 計(jì)算被箝位的電信號(hào)的 數(shù)量，其中使用所述背靠背二極管對(duì)所述電信號(hào)的過(guò)電壓進(jìn)行箝位；以及 當(dāng)所計(jì)算的被箝位電信號(hào)的數(shù)量是預(yù)定值或者更大時(shí)關(guān)斷所述開(kāi)關(guān)元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制功率模塊的方法，其中所述電信號(hào)的所述過(guò)電壓是由于所述開(kāi)關(guān)元件的所述開(kāi)關(guān)操作而生成的脈沖浪涌，或者是從所述功率模塊的外部生成的電磁干擾。
【文檔編號(hào)】H02H7/12GK103795035SQ201310064216
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】李俊鎬 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社