[发明专利]智能功率模块的栅极驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能功率模块的栅极驱动电路，尤其涉及智能功率模块（IPM）中的高压器件开关时间处理，其还涉及到智能功率模块的振铃抑制技术。

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的控制信号来驱动后续电路工作，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。

智能功率模块的栅极驱动电路一般接感性负载，其内部的IGBT的开关速度的快慢会直接影响到I绝缘栅双极型晶体管开关时所产生的振铃的大小。目前应用于智能功率模块中的栅极驱动电路中使用的是固定的电阻对开关时间进行控制，对于不同的应用场合负载的电感不同，固定的电阻在一些应用场合产生的振铃大小在IGBT的可承受电压范围内，在另一些应用场合产生的振铃大小可能会超出IGBT的耐压范围，导致IGBT损坏并进而使智能功率模块发生爆炸。

如图1所示，目前使用的智能功率模块中的栅极驱动电路包括第一至第七电阻R1-R7及第一至第一至第六绝缘栅双极型晶体管IGBT1-IGBT6；其中H1为第一上桥臂、H2为第二上桥臂、H3为第三上桥臂；L1为第一下桥臂、L2为下桥臂、L3为第三下桥臂；H1接电阻101的一端，电阻101的另一端与IGBT管107的栅极相连；第一电阻R1串接在第一上桥臂H1与第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的栅极之间；第二电阻R2串接在第二上桥臂H2与第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的栅极之间；第三电阻R3串接在第三上桥臂H3与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的栅极之间；第四电阻R4串接在第一下桥臂L1与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的栅极之间；第五电阻R5串接在第二下桥臂L2与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的栅极之间；第六电阻R6串接在第三下桥臂L3与第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的栅极之间；第一、二、三绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3的集极相连并接高压点P；第四、五、六绝缘栅双极型晶体管IGBT4、IGBT5、IGBT6的射极相连并接第七电阻7的一端，第七电阻的另一端接地电位GND；第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集极相连，该连接点为电机M的U相；第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集极相连，该连接点为电机M的V相；第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3与第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的集相连，该连接点为电机M的W相。

工作时，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5、第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3与第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6会交替导通，图2是以U相为例的波形：

（1）当H1为低电平及L1为高电平时，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1截止，第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4导通，U电位与GND相同；

（2）当H1迅速从低电平变成高电平，L1迅速从高电平变成低电平时，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1迅速导通，第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4迅速截止，U电位迅速上升并产生振铃，最后稳定在电压P；

（3）当H1为高电平及L1为低电平时，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1导通、第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4截止，U电位与P相同；

（4）当H1迅速从高电平变成低电平及L1迅速从低电平变成高电平时，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1迅速截止、第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4迅速导通，U电位迅速下降并产生振铃，最后稳定在电压GND。

U相产生的振荡幅度可以达到P点电压的2倍；而在U相发生大幅震荡时，第四、五、六绝缘栅双极型晶体管的电压也随之发生剧烈的高频振荡，其振幅可以达到其理论稳态值的数十倍。