[发明专利]智能功率模块

说明书

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种智能功率模块。

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，并内设有过电压、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（Microprogrammed Control Unit，微程序控制器）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。

现行智能功率模块100的电路结构如图1（A）所示：

HVIC（High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路）管111的供电电源正端VCC作为IPM100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V，HVIC管111的供电电源负端GND（地）作为IPM100的低压区供电电源负端COM相连。

供电电源正端VCC端与UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103、UL驱动电路104、VL驱动电路105、WL驱动电路106的低压区供电电源正端相连。HVIC管111具有的六个输入端：第一输入端HIN1、第二输入端HIN2、第三输入端HIN3、第四输入端LIN1、第五输入端LIN2、第六输入端LIN3，HVIC管111的六个输入端分别作为IPM100的U、V、W三相的六路输入端：U相上桥臂输入端UHIN、V相上桥臂输入端VHIN、W相上桥臂输入端WHIN、U相下桥臂输入端ULIN、V相下桥臂输入端VLIN、W相下桥臂输入端WLIN接收0V或5V的输入信号。

IPM100的高电压输入端P一般接300V。IPM100的U、V、W三相的六路输出端：U相高压区的输出端HO1、V相高压区的输出端HO2、为W相高压区的输出端HO3、LO1为U低压区的输出端、LO2为V相低压区的输出端、LO3为W相低压区的输出端。

VB1和VS1分别为U相高压区的电源的正极和负极，VB2和VS2分别为V相高压区的电源的正极和负极，VB3和VS3分别为U相高压区的电源的正极和负极。

将HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3的0或5V的逻辑输入信号分别传到输出端HO1、HO2、HO3和LO1、LO2、LO3，其中HO1是VS1或VS1+15V的逻辑输出信号、HO2是VS2或VS2+15V的逻辑输出信号、HO3是VS3或VS3+15V的逻辑输出信号，LO1、LO2、LO3是0或15V的逻辑输出信号，同一相的输入信号不能同时为高电平，即HIN1和LIN1、HIN2和LIN2、HIN3和LIN3不能同时为高电平。

IPM100实际工作时的如图1（B）所示，结合图1（A）、1（B），以U相为例说明IPM100的工作状态：

1、当MCU200的Pin4发出高电平信号，这时所述MCU200的Pin1必须发出低电平信号，信号使LIN1为高电平、HIN1为低电平，这时，LO1输出高电平而HO1输出低电平，从而IGBT（Insulated Gate Bipolar Translator，绝缘栅门极晶体管）管124导通而IGBT管121截止，VS1电压约为0V；VCC通过UH驱动电路101内置的自举电路向电容133及电容135充电，当时间足够长或使电容133及电容135充电前的剩余电量足够多时，VB1对VS1获得接近15V的电压。

2、当MCU200的Pin1发出高电平信号，这时MCU200的Pin4必须发出低电平信号，信号使LIN1为低电平、HIN1为高电平，这时，LO1输出低电平而HO1输出高电平，从而IGBT管124截止而IGBT管121导通，从而VS1电压约为300V，VB1电压被抬高到315V左右，通过电容133及电容135的电量，维持U相高压区工作，如果HIN1为高电平的持续时间足够短或电容133及电容135存储的电量足够多，VB1对VS1在U相高压区工作过程中的电压可保持在14V以上。