一種智能功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于功率驅(qū)動控制領(lǐng)域，提供了一種智能功率模塊。本發(fā)明通過在智能功率模塊中采用包括第一電流檢測單元、第二電流檢測單元、信號監(jiān)測單元及延時單元的單相驅(qū)動電路，由第一電流檢測單元和第二電流檢測單元分別對上橋臂的IGBT管Q1的輸出電流和下橋臂的IGBT管Q2的輸出電流進行檢測，由信號監(jiān)測單元在IGBT管Q2未關(guān)斷時將經(jīng)過濾波處理的上橋臂輸入信號轉(zhuǎn)換為低電平經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換單元和高壓區(qū)信號調(diào)整單元驅(qū)動第一驅(qū)動單元控制IGBT管Q1關(guān)斷，進而使IGBT管Q1和IGBT管Q2不會出現(xiàn)同時導通的情況，降低智能功率模塊因過流擊穿而失效的機率，有助于延長智能功率模塊的使用壽命，保證了智能功率模塊的安全性。
【專利說明】一種智能功率模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于功率驅(qū)動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種智能功率模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 智能功率模塊（IPM，Intelligent Power Module),是一種結(jié)合電力電子技術(shù)和集 成電路技術(shù)的功率驅(qū)動類產(chǎn)品。智能功率模塊把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動電路集成在一 起，并內(nèi)置有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊一方面通過接收MCU的 控制信號并驅(qū)動后續(xù)電路工作，另一方面又將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測信號反饋回MCU。與傳統(tǒng)分立 方案相比，智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢贏得越來越大的市場，尤其適合于 驅(qū)動電機的變頻器及各種逆變電源，是用于變頻調(diào)速、冶金機械、電力牽引、伺服驅(qū)動及變 頻家電的理想電力電子器件。
[0003] 現(xiàn)有的智能功率模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示，智能功率模塊由三個單相驅(qū)動電路構(gòu) 成，這三個單相驅(qū)動電路分別用于輸出U相電、V相電及W相電，每一個單相驅(qū)動電路都含 有一個上橋臂輸入端和一個下橋臂輸入端，并有一個輸出端。U相電對應(yīng)的單相驅(qū)動電路 101的上橋臂輸入端、下橋臂輸入端及輸出端分別為HIN1、LIN1及U，V相電對應(yīng)的單相驅(qū) 動電路102的上橋臂輸入端、下橋臂輸入端及輸出端分別為HIN2、LIN2及V，W相電對應(yīng)的 單相驅(qū)動電路103的上橋臂輸入端、下橋臂輸入端及輸出端分別為HIN3、LIN3及W。由于 上述的三個單相驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)完全相同，所以圖1只示出了用于輸出W相電的單相驅(qū)動 電路103的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在單相驅(qū)動電路103中，第一輸入電路104和第二輸入電路108用 于分別對上橋臂輸入端HIN3的輸入信號S HIN3和下橋臂輸入端LIN3的輸入信號SUN3進行濾 波，并分別輸出與SHIN3和S UN3同相位的信號。電平轉(zhuǎn)換電路105用于將第一輸入電路104 的輸出信號中的低壓區(qū)信號傳入高壓區(qū)后輸出，且輸出信號與第一輸入電路104的輸出信 號的相位相同。高壓區(qū)信號調(diào)整電路106用于對電平轉(zhuǎn)換電路105的輸出信號中的高壓區(qū) 信號進行補償后輸出，輸出信號的寬度與s HIN3的寬度相同，輸出信號的相位與SHIN3的相位 相反。驅(qū)動電路107用于根據(jù)高壓區(qū)信號調(diào)整電路106的輸出信號生成具有電流驅(qū)動能力 的輸出信號，該輸出信號的寬度與高壓區(qū)信號調(diào)整電路106的輸出信號的寬度相同且相位 相反，即驅(qū)動電路107的輸出信號的寬度和相位與S HIN3的寬度和相位完全相同。驅(qū)動電路 112的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動電路107完全相同。由于SHIN3需要經(jīng)過第一輸入電路104、電平轉(zhuǎn)換電 路105、高壓區(qū)信號調(diào)整電路106才能到達驅(qū)動電路107,而S UN3所處的通路上并沒有電平 轉(zhuǎn)換電路105和高壓區(qū)信號調(diào)整電路106,所以，為了使S_和SUN3分別到達驅(qū)動電路107 和驅(qū)動電路112的時間一致，則需要在第二輸入電路108與驅(qū)動電路112之間加入延時電 路117,延時電路117由PM0S管109、NM0S管110和電容111組成，這樣就能使兩者分別到 達驅(qū)動電路107和驅(qū)動電路112的時間保持一致，從而使S HIN3到達A點的時間與SUN3到達 B點的時間完全相同。如圖2所示，SHIN3的上升沿到達A點的時間T1等于SUN3的上升沿到 達B點的時間T2，S HIN3的下降沿到達A點的時間T3等于SUN3的下降沿到達B點的時間T4， 由于整個電路通常被設(shè)計為信號無失真?zhèn)鬏?，S HIN3的信號寬度T5等于A點的信號寬度T6， SUN3的信號寬度T7等于B點的信號寬度T8,從而得到T1=T2=T3=T4。
[0004] 從圖2可以看出，由理論上而言，S_與SUN3在分別到達Α點和Β點后是在不同 時間驅(qū)動IGBT管113和IGBT管114導通的，即IGBT管113和IGBT管114是不會同時導 通的，這樣就能避免兩者同時導通而產(chǎn)生巨大的瞬時電流。然而，從實際應(yīng)用上而言，由于 IGBT管存在拖尾效應(yīng)，所以上述現(xiàn)有的智能功率模塊中的單相驅(qū)動電路會在工作過程中存 在產(chǎn)生巨大的瞬時電流的風險。如圖3所示，當S HIN3的上升沿與SUN3的下降沿同時到來時， 在A點產(chǎn)生上升沿的同時會在B點產(chǎn)生下降沿，IGBT管113從截止變成導通，IGBT管114 從導通變成截止，但是因為IGBT管拖尾效應(yīng)的存在，IGBT管114從導通變成截止的時間很 長，而IGBT管113從截止變成導通的時間卻很短，即在IGBT管114仍處于導通過程時，IGBT 管113已經(jīng)完全導通，這樣，IGBT管113和IGBT管114就存在一個同時導通的瞬間，這會 使得從P點通過IGBT管113和IGBT管114至地的這條通路上產(chǎn)生一個電流脈沖PWG，該電 流脈沖的持續(xù)時間與IGBT管114的拖尾時間有關(guān)，IGBT管114的拖尾時間越長，電流脈沖 的持續(xù)時間就越長，而該電流脈沖的峰值大小與IGBT管113和IGBT管114的導通阻抗有 關(guān)，導通阻抗越小，該電流脈沖的峰值越大。如果IGBT管長期受到電流脈沖的作用，會極大 降低IGBT管的壽命，如果電流脈沖的峰值過大或持續(xù)時間過長，更會造成IGBT管的瞬間燒 毀，整個智能功率模塊會失控，進而造成后續(xù)電路的連鎖燒毀，嚴重時還會發(fā)生火災(zāi)并產(chǎn)生 極大的安全隱患。
[0005] 雖然在現(xiàn)有的智能功率模塊的規(guī)格書中規(guī)定了用戶為同一相的上橋臂輸入端和 下橋臂輸入端施加信號的時間間隔，以避免出現(xiàn)上述問題，但在實際使用過程中，即使用戶 在編寫驅(qū)動智能功率模塊的程序時遵循了這個規(guī)定，但由于智能功率模塊本身的使用環(huán)境 比較惡劣，輸入端的電壓噪聲也極可能使上下橋臂發(fā)生誤導通，從而產(chǎn)生如圖3所述的電 流脈沖，并進而造成智能功率模塊燒毀爆炸。此外，隨著IGBT管的老化，其拖尾效應(yīng)會日益 嚴重，甚至會超過規(guī)格書規(guī)定的時間間隔，從而造成智能功率模塊在經(jīng)過較長時間的使用 后，極容易發(fā)生過流擊穿的失效現(xiàn)象。
[0006] 綜上所述，現(xiàn)有的智能功率模塊存在容易因上下橋臂的IGBT管同時導通而導致 整個智能功率模塊損壞燒毀，并可能進一步引發(fā)火災(zāi)的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種智能功率模塊，旨在解決現(xiàn)有的智能功率模塊所存在 的容易因上下橋臂的IGBT管同時導通而導致整個智能功率模塊損壞燒毀，并可能進一步 引發(fā)火災(zāi)的問題。
[0008] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種智能功率模塊，包括三個單相驅(qū)動電路，所述三個單相 驅(qū)動電路分別輸出三相交流電中的U相電、V相電和W相電，所述三個單相驅(qū)動電路中的 每一個單相驅(qū)動電路包括第一輸入單元、電平轉(zhuǎn)換單元、高壓區(qū)信號調(diào)整單元、第一驅(qū)動單 元、第二輸入單元、第二驅(qū)動單元、IGBT管Q1、快恢復二極管Dl、IGBT管Q2及快恢復二極管 D2,所述第一輸入單元和所述第二輸入單元分別對上橋臂輸入信號和下橋臂輸入信號進行 濾波，所述電平轉(zhuǎn)換單元將所述第一輸入單元的輸出信號中的低壓區(qū)信號傳入高壓區(qū)后輸 出，并由所述高壓區(qū)信號調(diào)整單元進行補償處理后輸出至所述第一驅(qū)動單元，所述第一驅(qū) 動單元和所述第二驅(qū)動單元分別生成具有電流驅(qū)動能力的脈沖信號以控制所述IGBT管Q1 和所述IGBT管Q2的通斷；所述IGBT管Q1的漏極接入高電壓，所述快恢復二極管D1的陽 極和陰極分別連接所述IGBT管Q1的源極和漏極，所述IGBT管Q1的源極與所述IGBT管Q2 的漏極的共接點輸出所述U相電、所述V相電或所述W相電，所述IGBT管Q2的源極接地， 所述快恢復二極管D2的陽極和陰極分別連接所述IGBT管Q2的源極和漏極；
[0009] 所述單相驅(qū)動電路還包括：
[0010] 第一電流檢測單元，第一檢測端和第二檢測端分別連接所述IGBT管Q1的源極和 所述IGBT管Q2的漏極，用于對所述IGBT管Q1的漏極的輸出電流進行檢測，并相應(yīng)的輸出 第一檢測信號；所述第一檢測信號在所述IGBT管Q1關(guān)斷時為低電平，所述第一檢測信號在 所述IGBT管Q1導通時為低電平或高電平；
[0011] 第二電流檢測單元，第一檢測端和第二檢測端分別連接所述IGBT管Q2的源極和 地，用于對所述IGBT管Q2的漏極的輸出電流進行檢測，并相應(yīng)的輸出第二檢測信號；所述 第二檢測信號在所述IGBT管Q2關(guān)斷時為低電平，所述第二檢測信號在所述IGBT管Q2導 通時為高電平；
[0012] 信號監(jiān)測單元，信號輸入端連接所述第一輸入單元的輸出端，第一檢測信號輸入 端和第二檢測信號輸入端分別連接所述第一電流檢測單元的輸出端和所述第二電流檢測 單元的輸出端，用于當所述第一檢測信號和/或所述第二檢測信號為低電平時，將所述第 一輸入單元的輸出信號輸出至所述電平轉(zhuǎn)換單元，當所述第一檢測信號和所述第二檢測信 號均為高電平時，將所述第一輸入單元的輸出信號轉(zhuǎn)換為低電平輸出至所述電平轉(zhuǎn)換單 元；
[0013] 延時單元，輸入端和輸出端分別連接所述第二輸入單元的輸出端和所述第二驅(qū)動 單元的輸入端，用于對所述第二輸入單元的輸出信號進行延時輸出以使所述第二輸入單元 的輸出信號到達所述第二驅(qū)動單元的時間與所述第一輸入單元的輸出信號通過所述信號 監(jiān)測單元、所述電平轉(zhuǎn)換單元及所述高電壓區(qū)信號調(diào)整單元到達所述第一驅(qū)動單元的時間 相同。
[0014] 本發(fā)明通過在智能功率模塊中采用包括第一電流檢測單元、第二電流檢測單元、 信號監(jiān)測單元及延時單元的單相驅(qū)動電路，由第一電流檢測單元和第二電流檢測單元分別 對上橋臂的IGBT管Q1的輸出電流和下橋臂的IGBT管Q2的輸出電流進行檢測，由信號監(jiān) 測單元在IGBT管Q2未關(guān)斷時將經(jīng)過濾波處理的上橋臂輸入信號轉(zhuǎn)換為低電平經(jīng)過電平轉(zhuǎn) 換單元和高壓區(qū)信號調(diào)整單元驅(qū)動第一驅(qū)動單元控制IGBT管Q1關(guān)斷，進而使IGBT管Q1 和IGBT管Q2不會出現(xiàn)同時導通的情況，降低智能功率模塊因過流擊穿而失效的機率，有助 于延長智能功率模塊的使用壽命，保證了智能功率模塊的安全性，解決了現(xiàn)有的智能功率 模塊所存在的容易因上下橋臂的IGBT管同時導通而導致整個智能功率模塊損壞燒毀，并 可能進一步引發(fā)火災(zāi)的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)所涉及的智能功率|旲塊的不意圖；
[0016] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)所涉及的智能功率模塊中的信號波形圖；
[0017] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)所涉及的智能功率模塊中的另一信號波形圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明實施例所提供的包含單相驅(qū)動電路的智能功率模塊的示意結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明實施例所提供的包含單相驅(qū)動電路的智能功率模塊的示例電路結(jié) 構(gòu)。

【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明實施例通過在智能功率模塊中采用包括第一電流檢測單元、第二電流檢測 單元、信號監(jiān)測單元及延時單元的單相驅(qū)動電路，由第一電流檢測單元和第二電流檢測單 元分別對上橋臂的IGBT管Q1的輸出電流和下橋臂的IGBT管Q2的輸出電流進行檢測，由 信號監(jiān)測單元在IGBT管Q2未關(guān)斷時將經(jīng)過濾波處理的上橋臂輸入信號轉(zhuǎn)換為低電平經(jīng)過 電平轉(zhuǎn)換單元和高壓區(qū)信號調(diào)整單元驅(qū)動第一驅(qū)動單元控制IGBT管Q1關(guān)斷，進而使IGBT 管Q1和IGBT管Q2不會出現(xiàn)同時導通的情況，降低智能功率模塊因過流擊穿而失效的機 率，有助于延長智能功率模塊的使用壽命，保證了智能功率模塊的安全性。
[0022] 圖4示出了本發(fā)明實施例提供的包含單相驅(qū)動電路的智能功率模塊的示意結(jié)構(gòu)， 為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分，詳述如下：
[0023] 本發(fā)明實施例所提供的智能功率模塊包括三個單相驅(qū)動電路，該三個單相驅(qū)動電 路分別輸出三相交流電中的U相電、V相電和W相電，三個單相驅(qū)動電路中的每一單相驅(qū)動 電路包括第一輸入單元、電平轉(zhuǎn)換單元、高壓區(qū)信號調(diào)整單元、第一驅(qū)動單元、第二輸入單 元、第二驅(qū)動單元、IGBT管Q1、快恢復二極管Dl、IGBT管Q2及快恢復二極管D2 ;由于三個 單相驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)相同，所以僅在圖4中示出了用于輸出W相電的單相驅(qū)動電路300,而 用于輸出U相電的單相驅(qū)動電路100和用于輸出V相電的單相驅(qū)動電路200僅以框圖形式 示出。
[0024] 以下以單相驅(qū)動電路300為例對本發(fā)明實施例進行說明：
[0025] 單相驅(qū)動電路300包括第一輸入單元301、電平轉(zhuǎn)換單元302、高壓區(qū)信號調(diào)整單 元303、第一驅(qū)動單元304、第二輸入單元305、第二驅(qū)動單元306、IGBT管Q1、快恢復二極 管Dl、IGBT管Q2及快恢復二極管D2,第一輸入單元301和第二輸入單元305分別對上橋 臂輸入信號S HIN3和下橋臂輸入信號SUN3進行濾波，電平轉(zhuǎn)換單兀302將第一輸入單兀301 的輸出信號中的低壓區(qū)信號傳入高壓區(qū)后輸出，并由高壓區(qū)信號調(diào)整單元303進行補償處 理后輸出至第一驅(qū)動單元304,第一驅(qū)動單元304和第二驅(qū)動單元306分別生成具有電流 驅(qū)動能力的脈沖信號以控制IGBT管Q1和IGBT管Q2的通斷。IGBT管Q1的漏極接入高電 壓VP，快恢復二極管D1的陽極和陰極分別連接IGBT管Q1的源極和漏極，IGBT管Q1的源 極與IGBT管Q2的漏極的共接點輸出W相電(在單相驅(qū)動電路100中則輸出U相電，在單相 驅(qū)動電路200中則輸出V相電)，IGBT管Q2的源極接地，快恢復二極管D2的陽極和陰極分 別連接IGBT管Q2的源極和漏極。
[0026] 單相驅(qū)動電路300還包括：
[0027] 第一電流檢測單元307,第一檢測端和第二檢測端分別連接IGBT管Q1的源極和 IGBT管Q2的漏極，用于對IGBT管Q1的漏極的輸出電流進行檢測，并相應(yīng)的輸出第一檢測 信號；第一檢測信號在IGBT管Q1關(guān)斷時為低電平，第一檢測信號在IGBT管Q1導通時為低 電平或高電平；
[0028] 第二電流檢測單元308,第一檢測端和第二檢測端分別連接IGBT管Q2的源極和 地，用于對IGBT管Q2的漏極的輸出電流進行檢測，并相應(yīng)的輸出第二檢測信號；第二檢測 信號在IGBT管Q2關(guān)斷時為低電平，第二檢測信號在IGBT管Q2導通時為高電平；
[0029] 信號監(jiān)測單兀309,信號輸入端連接第一輸入單兀301的輸出端，第一檢測信號輸 入端和第二檢測信號輸入端分別連接第一電流檢測單元307的輸出端和第二電流檢測單 兀308的輸出端，用于當?shù)谝粰z測信號和/或第二檢測信號為低電平時，將第一輸入單兀 301的輸出信號輸出至電平轉(zhuǎn)換單元302,當?shù)谝粰z測信號和第二檢測信號均為高電平時， 將第一輸入單元301的輸出信號轉(zhuǎn)換為低電平輸出至電平轉(zhuǎn)換單元302 ;
[0030] 延時單元310,輸入端和輸出端分別連接第二輸入單元305的輸出端和第二驅(qū)動 單兀的輸入端，用于對第二輸入單兀305的輸出信號進行延時輸出以使第二輸入單兀305 的輸出信號到達第二驅(qū)動單元306的時間與第一輸入單元301的輸出信號通過信號監(jiān)測單 元309、電平轉(zhuǎn)換單元302及高電壓區(qū)信號調(diào)整單元303到達第一驅(qū)動單元304的時間相 同。
[0031] 如果IGBT管Q2處于關(guān)斷狀態(tài)，則第一電流檢測單元307和第二電流檢測單元308 不會檢測出電流，則兩者同時輸出高電平，信號監(jiān)測電路309將第一輸入單元301的輸出信 號輸出，并經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換單元302、高壓區(qū)信號調(diào)整單元303、第一驅(qū)動單元304到達IGBT 管Q2的柵極，進而控制IGBT管Q1的正常開通與關(guān)斷。
[0032] 如果IGBT管Q2未處于關(guān)斷狀態(tài)(包括正常導通或從導通過渡至關(guān)斷的過程中）， 則第一電流檢測單元307和第二電流檢測單元308會檢測出電流，并同時輸出低電平，此 時，無論S HIN3通過第一輸入電路301后所輸出的信號為高電平或低電平，信號監(jiān)測電路309 都會輸出低電平，該低電平經(jīng)過經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換單元302、高壓區(qū)信號調(diào)整單元303、第一驅(qū) 動單元304到達IGBT管Q2的柵極后同樣為低電平，該低電平使IGBT管Q1關(guān)斷，進而使 IGBT管Q1在IGBT管Q2未完全關(guān)斷時保持截止狀態(tài)，以避免出現(xiàn)電流脈沖，保證智能功率 模塊工作過程中的安全性。
[0033] 圖5示出了本發(fā)明實施例提供的包含單相驅(qū)動電路的智能功率模塊的示例電路 結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分，詳述如下：
[0034] 作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例，第一電流檢測單元307包括電阻R1和比較器U1，電阻 R1的第一端與比較器U1的同相輸入端的共接點為第一電流檢測單元307的第一檢測端， 電阻R1的第二端與比較器U1的反相輸入端的共接點為第一電流檢測單元307的第二檢測 端，比較器U1的輸出端為第一電流檢測單元307的輸出端。
[0035] 作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例，第二電流檢測單元308包括電阻R2和比較器U2,電阻 R2的第一端與比較器U2的同相輸入端的共接點為第二電流檢測單元308的第一檢測端， 電阻R2的第二端與比較器U2的反相輸入端的共接點為第二電流檢測單元308的第二檢測 端，比較器U2的輸出端為第二電流檢測單元308的輸出端。
[0036] 作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例，信號監(jiān)測單元309包括：
[0037] 或非門U3、與非門U4及非門U5 ;
[0038] 或非門U3的第一輸入端1和第二輸入端2分別為信號監(jiān)測單兀309的第一檢測 信號輸入端和第二檢測信號輸入端，或非門U3的輸出端3連接與非門U4的第一輸入端1， 與非門U4的第二輸入端2為信號監(jiān)測單元309的信號輸入端，與非門U4的輸出端3連接 非門U5的輸入端，非門U5的輸出端為信號監(jiān)測單元309的輸出端。
[0039] 作為本發(fā)明一優(yōu)選實施例，延時單元310包括：
[0040] 非門U6、非門U7、NM0S管Q3、電流源II及電容C1 ;
[0041] 非門U6的輸入端為延時單元310的輸入端，非門U7的輸入端和輸出端分別連接 非門U6的輸出端和NM0S管Q3的柵極，NM0S管Q3的漏極與電流源II的輸出端及電容C1 的第一端所形成的共接點為延時單元310的輸出端，電流源II的輸入端接低壓直流電源 VCC (輸出電壓為15V)，電容C1的第二端與NM0S管Q3的襯底和源極共接于地。
[0042] 以下結(jié)合工作原理對上述的單相驅(qū)動電路300作進一步說明：
[0043] 設(shè)IGBT管Q2在正常導通時流過的電流為I，比較器U1和比較器U2的反轉(zhuǎn)電壓都 是VB，電阻R1和電阻R2兩端的電壓分別為U1和U2。
[0044] 情況一：當IGBT管Q2正常導通時，電阻R1兩端和電阻R2兩端的電壓分別為：
[0045] U1=R1XI
[0046] U2=R2 X I
[0047] U1和U2都遠大于VB，所以比較器U1和比較器U2輸出高電平（即第一檢測信號和 第二檢測信號均為高電平)，或非門U3輸出低電平，貝U與非門U4的第一輸入端1的輸入為 低電平，無論與非門U4的第二輸入端2所輸入的是何種信號，與非門U4均輸出高電平，該 高電平經(jīng)過非門U5后轉(zhuǎn)為低電平輸出，該低電平通過電平轉(zhuǎn)換單元302、高壓區(qū)信號調(diào)整 單元303及第一驅(qū)動單元304控制IGBT管Q1關(guān)斷。所以，在IGBT管Q2正常導通時，即使 SHIN3出現(xiàn)高電平，該高電平也無法通過信號監(jiān)測電路309,則IGBT管Q1不會導通，這樣就能 保證IGBT管Q1與IGBT管Q2不會同時導通。
[0048] 情況二：當IGBT管Q2正常關(guān)斷時，從P點通過IGBT管Q1和IGBT管Q2至地的這 條通路(此處簡稱為PWG通路)上的電流接近為零，則U1和U2也接近為0,所以比較器U1和 比較器U2均輸出低電平，或非門U3就會輸出高電平，如果與非門U4的第二輸入端2輸入低 電平（或高電平)，則與非門U4會輸出高電平（或低電平)，然后通過非門U5輸出低電平(或 高電平)，即與非門U4的輸出信號與第一輸入單兀301的輸出信號的脈沖寬度相同、相位相 反，而經(jīng)過非門U5進行邏輯非處理后所輸出的信號就會與第一輸入單元301的輸出信號的 脈沖寬度和相位都相同，也就是說，此時信號監(jiān)測單元309實際上是對第一輸入單元301的 輸出信號進行維持輸出而不作任何改變。所以，在IGBT管Q2正常關(guān)斷時，S HIN3可以正常通 過第一輸入單元301、信號監(jiān)測電路209、電平轉(zhuǎn)換單元302、高壓區(qū)信號調(diào)整單元303及第 一驅(qū)動單元304控制IGBT管Q1的通斷。
[0049] 情況三：當IGBT管Q2處于從開通到關(guān)斷的過程中，PWG通路上的電流從I逐漸減 小到零，假設(shè)在某一瞬間，電流為Im，則電阻R1的兩端電壓U1和電阻R2的兩端電壓U2分 別為：
[0050] Ul=RlXIm
[0051] U2=R2XIm
[0052] 當U1或U2大于VB，則等同于前述的"情況一"中的IGBT管Q1關(guān)斷，IGBT管Q2 導通的情況，所述IGBT管213會保持關(guān)斷狀態(tài)，只有當U1和U2同時小于VB，才等同于前述 的"情況二"，IGBT管Q1會被S HIN3控制而實現(xiàn)通斷。
[0053] 在實際應(yīng)用中，為了降低電阻R1和電阻R2上的功耗，電阻R1可以考慮采用10m Ω 或者更小阻值的電阻，電阻R2的阻值應(yīng)比電阻R1的阻值大一倍，即R2=2XR1。這樣U2〈VB 的條件比U1〈VB的條件更為苛刻，可以確保流過IGBT管Q2的電流已經(jīng)很低，IGBT管Q2已 經(jīng)基本進入關(guān)斷狀態(tài)。VB可以選定為VB=R1X 1 + 10000,即當電流Im降到正常工作電流I 的1/1000時，U1低于VB，當電流Im降到正常工作電流I的1/20000時，U2低于VB。
[0054] 假設(shè)SUN3經(jīng)過第二輸入單元305后的信號為LA，LA經(jīng)過延時電路310后，得到信 號寬度與LA -致、相位與LA相反的信號LB，LA的上升沿與LB的下降沿的延遲時間為T1， LA的下降沿與LB的上升沿的延遲時間為T2。
[0055] 假設(shè)S_經(jīng)過所述第一輸入單元301后的信號為HA，HA的上升沿經(jīng)過與非門U4、 非門U5、電平轉(zhuǎn)換單元302及高壓區(qū)信號調(diào)整單元303后，得到信號寬度與HA -致、相位與 HA相反的信號HB，HA的上升沿與HB的下降沿的延遲時間為T3, HA的下降沿與HB的上升 沿的延遲時間為T4。
[0056] 由于延時單兀310是用于調(diào)節(jié)SUN3的傳輸時間，使SUN3的傳輸時間與S HIN3被正常 傳送時的時間保持一致，即，須滿足：
[0057] T1=T3
[0058] Τ2=Τ4
[0059] 在實際應(yīng)用中，非門U6和非門U7用于信號波形調(diào)整，尺寸非常小，NM0S管Q3也選 擇小尺寸的原件即可，非門U6和非門U7中的PNP型三極管都可使用寬長比為10 μ m/5 μ m 的管子，非門U6和非門U7中的NPN型三極管管都可使用寬長比為5 μ m/5 μ m的管子，NMOS 管Q3可使用寬長比為20 μ m/10 μ m的管子。對于當前流行的B⑶工藝，產(chǎn)生的總延遲不會 超過l〇ns，是可以忽略的。因此，T1主要取決于電容C1對NM0S管Q3的放電過程，T2主要 取決于電流源II對電容C1的充電過程。
[0060] 假設(shè)第二驅(qū)動單元306的閾值為Vth，電容C1的電容值為Cdelay。
[0061] 當NM0S管Q3從截止變?yōu)閷?，電容Cl的電壓從VCC變成Vth的時間即為T1。
[0062] 當NM0S管Q3從導通變?yōu)榻刂?，電容C1的電壓從0變成Vth的時間即為T2。
[0063] 假設(shè)NM0S管Q3的電子遷移率為μη、柵氧電容為CM、柵氧寬度為W，柵氧長度為L， 閾值電壓為V thn，則電容C1的容值Cdelay為：

【權(quán)利要求】
1. 一種智能功率模塊，包括三個單相驅(qū)動電路，所述三個單相驅(qū)動電路分別輸出三相 交流電中的U相電、V相電和W相電，所述三個單相驅(qū)動電路中的每一個單相驅(qū)動電路包括 第一輸入單元、電平轉(zhuǎn)換單元、高壓區(qū)信號調(diào)整單元、第一驅(qū)動單元、第二輸入單元、第二驅(qū) 動單元、IGBT管Q1、快恢復二極管D1、IGBT管Q2及快恢復二極管D2,所述第一輸入單元和 所述第二輸入單元分別對上橋臂輸入信號和下橋臂輸入信號進行濾波，所述電平轉(zhuǎn)換單元 將所述第一輸入單元的輸出信號中的低壓區(qū)信號傳入高壓區(qū)后輸出，并由所述高壓區(qū)信號 調(diào)整單元進行補償處理后輸出至所述第一驅(qū)動單元，所述第一驅(qū)動單元和所述第二驅(qū)動單 元分別生成具有電流驅(qū)動能力的脈沖信號以控制所述IGBT管Q1和所述IGBT管Q2的通斷； 所述IGBT管Q1的漏極接入高電壓，所述快恢復二極管D1的陽極和陰極分別連接所述IGBT 管Q1的源極和漏極，所述IGBT管Q1的源極與所述IGBT管Q2的漏極的共接點輸出所述U 相電、所述V相電或所述W相電，所述IGBT管Q2的源極接地，所述快恢復二極管D2的陽極 和陰極分別連接所述IGBT管Q2的源極和漏極；其特征在于，所述單相驅(qū)動電路還包括 ： 第一電流檢測單元，第一檢測端和第二檢測端分別連接所述IGBT管Q1的源極和所述 IGBT管Q2的漏極，用于對所述IGBT管Q1的漏極的輸出電流進行檢測，并相應(yīng)的輸出第一 檢測信號；所述第一檢測信號在所述IGBT管Q1關(guān)斷時為低電平，所述第一檢測信號在所述 IGBT管Q1導通時為低電平或高電平； 第二電流檢測單元，第一檢測端和第二檢測端分別連接所述IGBT管Q2的源極和地，用 于對所述IGBT管Q2的漏極的輸出電流進行檢測，并相應(yīng)的輸出第二檢測信號；所述第二檢 測信號在所述IGBT管Q2關(guān)斷時為低電平，所述第二檢測信號在所述IGBT管Q2導通時為 高電平； 信號監(jiān)測單元，信號輸入端連接所述第一輸入單元的輸出端，第一檢測信號輸入端和 第二檢測信號輸入端分別連接所述第一電流檢測單元的輸出端和所述第二電流檢測單元 的輸出端，用于當所述第一檢測信號和/或所述第二檢測信號為低電平時，將所述第一輸 入單元的輸出信號輸出至所述電平轉(zhuǎn)換單元，當所述第一檢測信號和所述第二檢測信號均 為高電平時，將所述第一輸入單元的輸出信號轉(zhuǎn)換為低電平輸出至所述電平轉(zhuǎn)換單元； 延時單元，輸入端和輸出端分別連接所述第二輸入單元的輸出端和所述第二驅(qū)動單 元的輸入端，用于對所述第二輸入單元的輸出信號進行延時輸出以使所述第二輸入單元的 輸出信號到達所述第二驅(qū)動單元的時間與所述第一輸入單元的輸出信號通過所述信號監(jiān) 測單元、所述電平轉(zhuǎn)換單元及所述高電壓區(qū)信號調(diào)整單元到達所述第一驅(qū)動單元的時間相 同。
2. 如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一電流檢測單元包括電阻 R1和比較器U1，所述電阻R1的第一端與所述比較器U1的同相輸入端的共接點為所述第一 電流檢測單元的第一檢測端，所述電阻R1的第二端與所述比較器U1的反相輸入端的共接 點為所述第一電流檢測單元的第二檢測端，所述比較器U1的輸出端為所述第一電流檢測 單元的輸出端。
3. 如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第二電流檢測單元包括電阻 R2和比較器U2,所述電阻R2的第一端與所述比較器U2的同相輸入端的共接點為所述第二 電流檢測單元的第一檢測端，所述電阻R2的第二端與所述比較器U2的反相輸入端的共接 點為所述第二電流檢測單元的第二檢測端，所述比較器U2的輸出端為所述第二電流檢測 單元的輸出端。
4. 如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述信號監(jiān)測單元包括： 或非門U3、與非門U4及非門U5 ; 所述或非門U3的第一輸入端和第二輸入端分別為所述信號監(jiān)測單元的第一檢測信號 輸入端和第二檢測信號輸入端，所述或非門U3的輸出端連接所述與非門U4的第一輸入端， 所述與非門U4的第二輸入端為所述信號監(jiān)測單元的信號輸入端，所述與非門U4的輸出端 連接所述非門U5的輸入端，所述非門U5的輸出端為所述信號監(jiān)測單元的輸出端。
5. 如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述延時單元包括： 非門U6、非門U7、NM0S管Q3、電流源II及電容C1 ; 所述非門U6的輸入端為所述延時單元的輸入端，所述非門U7的輸入端和輸出端分別 連接所述非門U6的輸出端和所述NMOS管Q3的柵極，所述NMOS管Q3的漏極與所述電流源 II的輸出端及所述電容C1的第一端所形成的共接點為所述延時單元的輸出端，所述電流 源II的輸入端接低壓直流電源，所述電容C1的第二端與所述NMOS管Q3的襯底和源極共 接于地。
【文檔編號】H02M1/38GK104104220SQ201310120119
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】馮宇翔 申請人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司, 美的集團股份有限公司