[发明专利]智能功率模块

说明书

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R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一绝缘栅双极型功率管IGBT1的栅极，第一绝缘栅双极型功率管IGBT1的集电极与第一高压二极管D1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IGBT1的射极，且还与第一高压二极管D1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IGBT1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IGBT1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IGBT1从VOUT流出，电流值保持恒定；

（2）当第一绝缘栅双极型功率管IGBT1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IGBT1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VOUT，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IGBT1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VOUT，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。