智能功率模块的igbt管驱动电路及智能功率模块的制作方法

智能功率模块的igbt管驱动电路及智能功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能功率模块的IGBT管驱动电路及智能功率模块，其中IGBT管驱动电路包括上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路、上桥臂IGBT管及下桥臂IGBT管；上桥臂IGBT管驱动电路包括用于调节其输入阻抗的受控端；上桥臂IGBT管驱动电路和下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端与MCU连接；上桥臂IGBT管驱动电路和下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端与相应的IGBT管连接；上桥臂IGBT管驱动电路的受控端与下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接。本实用新型还公开了一种智能功率模块。本实用新型避免了智能功率模块中同相上下桥臂IGBT管同时导通的现象发生，提高了智能功率模块的可靠性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电子【技术领域】，特别涉及一种智能功率模块的IGBT管驱动电路 及智能功率模块。 智能功率模块的IGBT管驱动电路及智能功率模块

【背景技术】
[0002] 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，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。
[0003] 图1为现有技术中智能功率模块与MCU的电路连接结构图，如图1所示，现有技术 中，智能功率模块1000的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与其外部 MCU2000的相应控制信号输出端连接；并且，智能功率模块1000的U相上桥臂输入端UHIN 与MCU2000的控制信号输出端Pinl之间接有下拉电阻141，智能功率模块1000的V相上桥 臂输入端VHIN与MCU2000的控制信号输出端Pin2之间接有下拉电阻142,智能功率模块 1000的W相上桥臂输入端WHIN与MCU2000的控制信号输出端Pin3之间接有下拉电阻143， 智能功率模块1000的U相下桥臂输入端ULIN与MCU2000的控制信号输出端Pin4之间接 有下拉电阻144,智能功率模块1000的V相下桥臂输入端VLIN与MCU2000的控制信号输出 端Pin5之间接有下拉电阻145,智能功率模块1000的W相下桥臂输入端WLIN与MCU2000 的控制信号输出端Pin6之间接有下拉电阻146。上述各下拉电阻的作用是当MCU2000无控 制信号输出时，确保智能功率模块1〇〇〇的输入端处于截止状态。
[0004] 图2为现有技术中智能功率模块的IGBT管驱动电路正常工作时其输入的控制信 号与其输出的驱动信号的波形图，如图2所示，现有技术中，为了过滤智能功率模块所输入 的控制信号（由外部MCU输出）的毛刺，智能功率模块的IGBT管驱动电路的六个控制信号 输入端设有施密特触发器，当智能功率模块的IGBT管驱动电路输入的控制信号HIN的电压 从〇开始增大至VH时，其输出的驱动信号H0变为高电平；当输入的控制信号HIN的电压从 高电平开始降低至VL时，其输出的驱动信号H0变为低电平，上述VH与上述VL之间存在一 定的电压差VH-VL，上述方案一定程度上避免了因智能功率模块的IGBT管驱动电路输入的 控制信号的毛刺而造成其输出的驱动信号频繁在高低电平间进行切换。
[0005] 图3为现有技术中智能功率模块的IGBT管驱动电路异常情况下其输入的控制信 号与其输出的驱动信号的波形图，如图3所示，智能功率模块在实际应用中，由于其输入端 电流噪声的原因，电流噪声在其输入端与MCU之间所连接的下拉电阻上产生电压，使智能 功率模块的IGBT管驱动电路的六个控制信号输入端所输入的控制信号一般不可能降为0， 在某些极端情况下，会造成其输入的控制信号HIN的电压不能低于VL，而导致其输出的驱 动电压H0的波形一直保持在高电平状态。一般情况下，当智能功率模块的IGBT管驱动电 路所输入的上桥臂控制信号为高电平时，同相的下桥臂控制信号不能为高电平；同理，当智 能功率模块的IGBT管驱动电路所输入的下桥臂控制信号为高电平时，同相的上桥臂控制 信号不能为高电平。但是，因特殊原因使得智能功率模块的IGBT管驱动电路所输入的上桥 臂控制信号的电压不能完全降至上述VL以下时，就会造成其输出的上桥臂驱动信号保持 在高电平，即使得对应的上桥臂IGBT管一直处于导通状态，此时如果同相的下桥臂控制信 号也变为高电平，即同相的下桥臂驱动信号的电压变为高电平时，导致同相的下桥臂IGBT 管也处于导通状态，从而造成智能功率模块同相的上下桥臂IGBT管同时导通。
[0006] 然而，智能功率模块同相的上下桥臂IGBT管同时导通，会导致有大电流流过，大 电流流过的瞬间会造成IGBT管的烧毁，严重时还会引起智能功率模块的爆炸，并造成外围 电路的永久性损坏。并且，如果IGBT管烧毁时的发热量过大，还会引发火灾等重大安全事 故。又由于智能功率模块一般工作在高温、高电流噪声、高电压噪声的场合，智能功率模块 的IGBT管驱动电路所输入的控制信号不稳定，使该控制信号的低电平不能降为0的现象非 常普遍，而如果采用将上述VL值设置得很高的方法来使其输入的控制信号更容易进入低 电平，则必然导致上述VH值要设置得更高，从而导致其输入的控制信号的高电平经常不能 达到VH值，使得智能功率模块的IGBT管驱动电路无法驱动IGBT管的导通，从而使得智能 功率模块无法正常工作。如何在智能功率模块的IGBT管驱动电路输入的控制信号不稳的 情况下保证智能功率模块的有效工作状态及可靠性，已成为制约智能功率模块的推广应用 的最大障碍。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的主要目的是保证智能功率模块正常工作的同时，避免其同相上下桥 臂IGBT管同时导通的现象发生，提高智能功率模块的可靠性。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型提供一种智能功率模块的IGBT管驱动电路，所述智 能功率模块的IGBT管驱动电路包括工作电压输入端、上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT 管驱动电路、上桥臂IGBT管及下桥臂IGBT管；所述上桥臂IGBT管驱动电路和所述下桥臂 IGBT管驱动电路均包括控制信号输入端和驱动信号输出端，所述上桥臂IGBT管驱动电路 还包括用于根据所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端所输入的控制信号自动调 节所述上桥臂IGBT管驱动电路的输入阻抗的受控端；其中，
[0009] 所述上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路的电源端与所述工作电压 输入端连接；所述上桥臂IGBT管驱动电路和所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入 端分别与一 MCU连接；所述上桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端与所述上桥臂IGBT 管连接；所述下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端所述下桥臂IGBT管连接；所述上 桥臂IGBT管驱动电路的所述受控端与所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连 接。
[0010] 优选地，所述上桥臂IGBT管驱动电路包括U相上桥臂IGBT管驱动电路、V相上桥 臂IGBT管驱动电路、W相上桥臂IGBT管驱动电路；所述下桥臂IGBT管驱动电路包括U相 下桥臂IGBT管驱动电路、V相下桥臂IGBT管驱动电路及W相下桥臂IGBT管驱动电路；所 述上桥臂IGBT管包括U相上桥臂IGBT管、V相上桥臂IGBT管及W相上桥臂IGBT管；所述 下桥臂IGBT管包括U相下桥臂IGBT管、V相下桥臂IGBT管及W相下桥臂IGBT管；其中，
[0011] 所述U相上桥臂IGBT管驱动电路、V相上桥臂IGBT管驱动电路、W相上桥臂IGBT 管驱动电路、U相下桥臂IGBT管驱动电路、V相下桥臂IGBT管驱动电路及W相下桥臂IGBT 管驱动电路的控制信号输入端分别与所述MCU的相应控制信号输出端连接；所述U相上桥 臂IGBT管驱动电路、V相上桥臂IGBT管驱动电路、W相上桥臂IGBT管驱动电路、U相下桥 臂IGBT管驱动电路、V相下桥臂IGBT管驱动电路及W相下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信 号输出端分别与对应的所述IGBT管连接；所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的受控端与所 述U相下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接；所述V相上桥臂IGBT管驱动电路 的受控端与所述V相下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接；所述W相上桥臂IGBT 管驱动电路的受控端与所述W相下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接。
[0012] 优选地，所述U相上桥臂IGBT管驱动电路还包括高压区供电电源正端、高压区供 电电源负端、输入阻抗调节电路、双脉冲发生电路、第一高压DM0S管、第二高压DM0S管、自 举二极管、第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一非门单 元、第二非门单元、第三非门单元、第一施密特触发器、第二斯密特触发器、RS触发器、第一 非门、第二非门、其中，
[0013] 双脉冲发生电路的输入端与所述输入阻抗调节电路连接，双脉冲发生电路的第一 输出端与第一高压DM0S管的栅极连接，其第二输出端与第二高压DM0S管的栅极连接，其 电源端与所述工作电压输入端连接，其地端接地；第一高压DM0S管的衬底与源极相连并接 地，其漏极经第一电阻与高压区供电电源正端连接；第二高压DM0S管的衬底与源相连并接 地，其漏极经第二电阻与高压区供电电源正端连接；自举二极管的阳极与所述工作电压输 入端连接，阴极与高压区供电电源正端连接；第一非门单元的输入端与第一高压DM0S管的 漏极连接，且与第一二极管的阴极连接，第一非门单元的输出端经第一施密特触发器与第 一非门的输入端连接；第一非门的输出端与RS触发器的S端连接；第一二极管的阳极经第 一电容与第一非门单元的输出端连接；第二非门单元的输入端与第二高压DM0S管的漏极 连接，且与第二二极管的阴极连接，第二非门单元的输出端经第二施密特触发器与第二非 门的输入端连接；第二非门的输出端与RS触发器的R端连接；第二二极管的阳极经第二电 容与第二非门单元的输出端连接；第一二极管的阳极和第二二极管的阳极还与高压区供电 电源负端连接；RS触发器的输出端经第三非门单元与所述U相上桥臂驱动电路的驱动信号 输出端连接。
[0014] 优选地，所述输入阻抗调节电路包括第三电阻、第三电容、第三二极管、第四二极 管、第三非门、第四非门、第五非门、NM0S管及第三施密特触发器；其中，
[0015] 第三二极管的阴极与所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接，且 与NM0S管的漏极连接，第三二极管的阳极接地；NM0S管的源极与其衬底连接，且接地，NM0S 管的栅极与第三非门的输出端连接；第三非门的输入端与第四非门的输出端连接；第四非 门的输入端为所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的受控端，所述受控端与所述U相下桥臂驱 动电路的控制信号输入端连接；第三电容的第一端连接于第三非门和第四非门之间，第三 电容的第二端接地；第三电阻的第一端与所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入 端连接，第三电阻的第二端分别与第三施密特触发器的输入端及第四二极管的阳极连接； 第四二极管的阴极与工作电压输入端连接；第三施密特触发器的输出端与经第五非门与双 脉冲发生电路的输入端连接。
[0016] 优选地，所述第一非门单元包括三个依次串联的非门，所述第二非门单元包括三 个依次串联的非门，所述第三非门单元包括两个依次串联的非门。
[0017] 优选地，所述U相下桥臂驱动电路还包括第四施密特触发器、第六非门、第七非 门、电平转换电路、第四电容、第五电容、第四非门单元、第五非门单元；其中，
[0018] 第四施密特触发器的输入端与所述U相下桥臂驱动电路的控制信号输入端连接， 第四施密特触发器的输出端经第六非门与电平转换电路的输入端连接；电平转换电路的电 源端与所述工作电压输入端连接，电平转换电路的地端接地，电平转换电路的输出端经第 四非门单元与第七非门的输入端连接；第七非门的输出端经第五非门单元与所述U相下桥 臂驱动电路的驱动信号输出端连接；第四电容的第一端与第四非门单元的输出端连接，其 第二端接地；第五电容的第一端与第五非门单元的输入端连接，其第二端接地。
[0019] 优选地，所述第四非门单元包括三个依次串联的非门，所述第五非门单元包括两 个依次串联的非门。
[0020] 优选地，所述V相上桥臂驱动电路及所述W相上桥臂驱动电路的电路结构均与所 述U相上桥臂驱动电路的电路结构相同。
[0021 ] 优选地，所述V相下桥臂驱动电路及所述W相下桥臂驱动电路的电路结构均与所 述U相下桥臂驱动电路的电路结构相同。
[0022] 此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种智能功率模块，所述智能功率模块 包括智能功率模块的IGBT管驱动电路，所述智能功率模块的IGBT管驱动电路包括工作电 压输入端、上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路、上桥臂IGBT管及下桥臂IGBT 管；所述上桥臂IGBT管驱动电路和所述下桥臂IGBT管驱动电路均包括控制信号输入端和 驱动信号输出端，所述上桥臂IGBT管驱动电路还包括用于根据所述下桥臂IGBT管驱动电 路的控制信号输入端所输入的控制信号自动调节所述上桥臂IGBT管驱动电路的输入阻抗 的受控端；其中，
[0023] 所述上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路的电源端与所述工作电压 输入端连接；所述上桥臂IGBT管驱动电路和所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入 端分别与一 MCU连接；所述上桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端与所述上桥臂IGBT 管连接；所述下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端所述下桥臂IGBT管连接；所述上 桥臂IGBT管驱动电路的所述受控端与所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连 接。
[0024] 本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路，包括工作电压输入端、上桥臂IGBT 管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路、上桥臂IGBT管及下桥臂IGBT管；上桥臂IGBT管驱动 电路和下桥臂IGBT管驱动电路均包括控制信号输入端和驱动信号输出端，上桥臂IGBT管 驱动电路还包括用于根据下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端所输入的控制信号自 动调节上桥臂IGBT管驱动电路的输入阻抗受控端；其中，上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂 IGBT管驱动电路的电源端与工作电压输入端连接；上桥臂IGBT管驱动电路和下桥臂IGBT 管驱动电路的控制信号输入端分别与一 MCU连接；上桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输 出端与上桥臂IGBT管连接；下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端与下桥臂IGBT管连 接；上桥臂IGBT管驱动电路的受控端与下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接。 本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路能够根据下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号 输入端所输入的控制信号，自动调节上桥臂IGBT管驱动电路的输入阻抗，使得本实用新型 在保证智能功率模块正常工作的同时，能够避免其同相上下桥臂IGBT管同时导通的现象 发生，提高了智能功率模块的可靠性。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 图1为现有技术中智能功率模块与MCU的电路连接结构图；
[0026] 图2为现有技术中智能功率模块的IGBT管驱动电路正常工作时其输入的控制信 号与其输出的驱动信号的波形图；
[0027] 图3为现有技术中智能功率模块的IGBT管驱动电路异常情况下其输入的控制信 号与其输出的驱动信号的波形图；
[0028] 图4为本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路的模块结构图；
[0029] 图5为本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路中U相上桥臂IGBT管驱动电 路的电路结构图；
[0030] 图6为本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路中U相下桥臂IGBT管驱动电 路的电路结构图。
[0031] 本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

【具体实施方式】
[0032] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本 实用新型。
[0033] 本实用新型提供一种智能功率模块的IGBT管驱动电路。
[0034] 参照图4,图4为本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路的模块结构图。
[0035] 在一实施例中，该智能功率模块的IGBT管驱动电路1000包括工作电压输入端 VCC、上桥臂IGBT管驱动电路1001、下桥臂IGBT管驱动电路1002、上桥臂IGBT管1003及 下桥臂IGBT管1004。其中，上桥臂IGBT管驱动电路1001包括U相上桥臂IGBT管驱动电 路14、V相上桥臂IGBT管驱动电路24、W相上桥臂IGBT管驱动电路34 ;下桥臂IGBT管驱 动电路1002包括U相下桥臂IGBT管驱动电路44、V相下桥臂IGBT管驱动电路54及W相 下桥臂IGBT管驱动电路64 ;上桥臂IGBT管1003包括U相上桥臂IGBT管4121、V相上桥 臂IGBT管4122及W相上桥臂IGBT管4123 ;下桥臂IGBT管1004包括U相下桥臂IGBT管 4124、V相下桥臂IGBT管4125及W相下桥臂IGBT管4126。
[0036] 上述U相上桥臂IGBT管驱动电路14、V相上桥臂IGBT管驱动电路24、W相上桥臂 IGBT管驱动电路34、U相下桥臂IGBT管驱动电路44、V相下桥臂IGBT管驱动电路54及W 相下桥臂IGBT管驱动电路64均包括控制信号输入端和驱动信号输出端；U相上桥臂IGBT 管驱动电路14还包括用于根据U相下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端所输入 的控制信号自动调节U相上桥臂IGBT管驱动电路14的输入阻抗的受控端Ctrl ;V相上桥 臂IGBT管驱动电路24还包括用于根据V相下桥臂IGBT管驱动电路54的控制信号输入端 所输入的控制信号自动调节V相上桥臂IGBT管驱动电路24的输入阻抗的受控端ctr2 ;W 相上桥臂IGBT管驱动电路34还包括用于根据W相下桥臂IGBT管驱动电路64的控制信号 输入端所输入的控制信号自动调节W相上桥臂IGBT管驱动电路34的输入阻抗的的受控端 ctr3〇
[0037] 具体地，U相上桥臂IGBT管驱动电路14、V相上桥臂IGBT管驱动电路24、W相上 桥臂IGBT管驱动电路34、U相下桥臂IGBT管驱动电路44、V相下桥臂IGBT管驱动电路54 及W相下桥臂IGBT管驱动电路64的控制信号输入端分别与MCU2000 (实际应用中，MCU2000 设于智能功率模块的外部）的相应控制信号输出端连接；U相上桥臂IGBT管驱动电路14 的驱动信号输出端与U相上桥臂IGBT管4121的栅极连接、V相上桥臂IGBT管驱动电路24 的驱动信号输出端与V相上桥臂IGBT管4122的栅极连接、W相上桥臂IGBT管驱动电路34 的驱动信号输出端与W相上桥臂IGBT管4123的栅极连接、U相下桥臂IGBT管驱动电路44 的驱动信号输出端与U相下桥臂IGBT管4124的栅极连接、V相下桥臂IGBT管驱动电路54 的驱动信号输出端与V相下桥臂IGBT管4125的栅极连接，W相下桥臂IGBT管驱动电路64 的驱动信号输出端与W相下桥臂IGBT管4126的栅极连接；U相上桥臂IGBT管驱动电路14 的受控端Ctrl与U相下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端连接；V相上桥臂IGBT 管驱动电路24的受控端ctr2与V相下桥臂IGBT管驱动电路54的控制信号输入端连接；W 相上桥臂IGBT管驱动电路34的受控端ctr3与W相下桥臂IGBT管驱动电路64的控制信 号输入端连接。
[0038] 本实施例提供的智能功率模块的IGBT管驱动电路，包括工作电压输入端、上桥臂 IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路、上桥臂IGBT管及下桥臂IGBT管；上桥臂IGBT 管驱动电路和下桥臂IGBT管驱动电路均包括控制信号输入端和驱动信号输出端，上桥臂 IGBT管驱动电路还包括用于根据下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端所输入的控制 信号自动调节上桥臂IGBT管驱动电路的输入阻抗受控端；其中，上桥臂IGBT管驱动电路、 下桥臂IGBT管驱动电路的电源端与工作电压输入端连接；上桥臂IGBT管驱动电路和下桥 臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端分别与一 MCU连接；上桥臂IGBT管驱动电路的驱 动信号输出端与上桥臂IGBT管连接；下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端与下桥臂 IGBT管连接；上桥臂IGBT管驱动电路的受控端与下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入 端连接。本实施例智能功率模块的IGBT管驱动电路能够根据下桥臂IGBT管驱动电路的控 制信号输入端所输入的控制信号，自动调节上桥臂IGBT管驱动电路的输入阻抗，使得本实 施例在保证智能功率模块正常工作的同时，能够避免其同相上下桥臂IGBT管同时导通的 现象发生，提高了智能功率模块的可靠性。
[0039] 图5为本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路中U相上桥臂IGBT管驱动电 路的电路结构图。
[0040] 一并参照图4和图5,在一实施例中，该智能功率模块的IGBT管驱动电路中U相上 桥臂IGBT管驱动电路14包括高压区供电电源正端VB1、高压区供电电源负端VS1、输入阻 抗调节电路600、双脉冲发生电路1401、第一高压DM0S管1402、第二高压DM0S管1403、自 举二极管1444、第一电阻1404、第二电阻1405、第一二极管1406、第二二极管1407、第一电 容1412、第二电容1418、第一非门单元100、第二非门单元200、第三非门单元300、第一施密 特触发器1411、第二斯密特触发器1417、RS触发器600、第一非门1413、第二非门1419。
[0041] 具体地，双脉冲发生电路1401的输入端与输入阻抗调节电路600连接，双脉冲发 生电路1401的第一输出端A与第一高压DM0S管1402的栅极连接，双脉冲发生电路1401 的第二输出端B与第二高压DM0S管1403的栅极连接，双脉冲发生电路1401的电源端与工 作电压输入端VCC连接，双脉冲发生电路1401的地端接地；第一高压DMOS管1402的衬底 与源极相连并接地，第一高压DM0S管1402的漏极经第一电阻1404与高压区供电电源正端 VB1连接；第二高压DM0S管1403的衬底与源相连并接地，第二高压DM0S管1403的漏极经 第二电阻1405与高压区供电电源正端VB1连接；自举二极管1444的阳极与工作电压输入 端VCC连接，自举二极管1444的阴极与高压区供电电源正端VB1连接；第一非门单元100 的输入端与第一高压DM0S管1402的漏极连接，且与第一二极管1406的阴极连接，第一非 门单元100的输出端经第一施密特触发器1411与第一非门1413的输入端连接；第一非门 1413的输出端与RS触发器600的S端连接；第一二极管1406的阳极经第一电容1412与第 一非门单元100的输出端连接；第二非门单元200的输入端与第二高压DM0S管1403的漏 极连接，且与第二二极管1407的阴极连接，第二非门单元200的输出端经第二施密特触发 器1417与第二非门1419的输入端连接；第二非门1419的输出端与RS触发器600的R端 连接；第二二极管1407的阳极经第二电容1418与第二非门单元200的输出端连接；第一二 极管1406的阳极和第二二极管1407的阳极还与高压区供电电源负端VS1连接；RS触发器 600的输出端经第三非门单元300与U相上桥臂驱动电路的驱动信号输出端H01连接；
[0042] 上述第一非门单元100包括依次串联的非门1408、非门1409和非门1410,上述第 二非门单元200包括依次串联的非门1414、非门1415及非门1416,上述第三非门单元包括 依次串联的非门1433及非门1434 ;
[0043] 上述输入阻抗调节电路600包括第三电阻2003、第三电容2006、第三二极管2001、 第四二极管2004、第三非门2005、第四非门2007、第五非门2009、NM0S管2002及第三施密 特触发器2008。
[0044] 具体地，第三二极管2001的阴极与U相上桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输 入端HIN1连接，且与NM0S管2002的漏极连接，第三二极管2001的阳极接地；NM0S管2002 的源极与其衬底连接，且接地，NM0S管2002的栅极与第三非门2005的输出端连接；第三非 门2005的输入端与第四非门2007的输出端连接；第四非门2007的输入端为U相上桥臂 IGBT管驱动电路14的受控端Ctrl，该受控端Ctrl与U相下桥臂驱动电路44的控制信号 输入端LIN1连接；第三电容2006的第一端连接于第三非门2005和第四非门2007之间，第 三电容2006的第二端接地；第三电阻2003的第一端与U相上桥臂IGBT管驱动电路14的 控制信号输入端HIN1连接，第三电阻2003的第二端分别与第三施密特触发器2008的输入 端及第四二极管2004的阳极连接；第四二极管2004的阴极与工作电压输入端VCC连接；第 三施密特触发器2008的输出端与经第五非门2009与双脉冲发生电路1401的输入端连接。
[0045] 图6为本实用新型智能功率模块的IGBT管驱动电路中U相下桥臂IGBT管驱动电 路的电路结构图。
[0046] 一并参照图4和图6,本实施例中的智能功率模块的IGBT管驱动电路中U相下桥 臂IGBT管驱动电路44包括第四施密特触发器3001、第六非门3002、第七非门4411、电平转 换电路4401、第四电容4412、第五电容4413、第四非门单元400、第五非门单元500。
[0047] 具体地，第四施密特触发器3001的输入端与U相下桥臂驱动电路44的控制信号 输入端LIN1连接，第四施密特触发器3001的输出端经第六非门3002与电平转换电路4401 的输入端连接；电平转换电路4401的电源端与工作电压输入端VCC连接，电平转换电路 4401的地端接地，电平转换电路4401的输出端经第四非门单元400与第七非门4411的输 入端连接；第七非门4411的输出端经第五非门单元500与U相下桥臂驱动电路44的驱动 信号输出端L01连接；第四电容4412的第一端与第四非门单元400的输出端连接，第四电 容4412的第二端接地；第五电容4413的第一端与第五非门单元500的输入端连接，第五电 容4413的第二端接地。
[0048] 上述第四非门单元400包括依次串联的非门4408、非门4409及非门4410,上述第 五非门单元500包括依次串联的非门4433及非门4434。
[0049] 一并参照图4、图5和图6,本实施例智能功率模块的IGBT管驱动电路的工作原理 具体描述如下：当U相下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信 号低于某一电压VLL时，U相下桥臂IGBT管驱动电路44的驱动输出端L01为低电平，即U 相下桥臂IGBT管4124的栅极为低电平，U相下桥臂IGBT管4124截止；当U相下桥臂IGBT 管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信号高于某一电压VHH时，U相下桥 臂IGBT管驱动电路44的驱动输出端L01为高电平，即U相下桥臂IGBT管4124的栅极为 高电平，U相下桥臂IGBT管4124导通；在此，VHH>VLL ;
[0050] 当U相上桥臂IGBT管驱动电路14的受控端Ctrl为低电平时（即U相下桥臂IGBT 管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信号低于某一电压VLL时），U相上桥 臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1对地的输入阻抗无限大（此时智能功率模块 的U相上桥臂输入端的输入阻抗由外部的下拉电阻决定），并且当U相上桥臂IGBT管驱动 电路14的控制信号输入端HIN1所输入的控制信号低于某一电压VLL时，U相上桥臂IGBT 管驱动电路14的驱动输出端H01为低电平，即U相上桥臂IGBT管4121的栅极为低电平， U相上桥臂IGBT管4121截止；当U相上桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1 所输入的控制信号高于某一电压VHH时，U相上桥臂IGBT管驱动电路14的驱动输出端H01 为高电平，即U相上桥臂IGBT管4121的栅极为高电平，U相上桥臂IGBT管4121导通；
[0051] 当U相上桥臂IGBT管驱动电路14的受控端Ctrl为高电平时（即U相下桥臂IGBT 管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信号高于某一电压VHH时），U相上桥 臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1对地的输入阻抗为欧姆级别，因此，即便智 能功率模块的U相上桥臂输入端的外部下拉电阻非常大，也会使智能功率模块的U相上桥 臂输入端的等效输入阻抗变得非常小。并且，即便此时U相上桥臂IGBT管驱动电路14的 控制信号输入端HIN1的电流噪声很大，也会因为其控制信号输入端HIN1极小的输入阻抗 而得到泄放，使U相上桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1的电压变得远低于 VLL，从而使U相上桥臂IGBT管4121的栅极为低电平，使U相上桥臂IGBT管4121截止。
[0052] 本实施例中，当U相下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的 控制信号为低电平时，通过正常的低位阈值电压VLL及高位阀值电压VHH来判断U相上桥 臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1为高电平或低电平，保证智能功率模块的正 常工作，即便出现的电流噪声足够大使其U相上桥臂IGBT管4121持续导通，因为U相下桥 臂IGBT管4124截止，从而也不会造成智能功率模块同相上下桥臂IGBT管同时导通的现象 发生；
[0053] 当U相下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信号为为 高电平时，如果U相上桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1所输入的控制信号 因为电流噪声过大的原因而未能降到正常的低位阈值电压VLL，可自动将U相上桥臂IGBT 管驱动电路14的控制信号输入端HIN1所输入的控制信号的电压下拉到0附近，使U相上 桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1所输入的控制信号达到低电平要求从而 使U相上桥臂IGBT管4121关断，从而避免了智能功率模块同相上下桥臂IGBT管同时导通 的现象发生。
[0054] 本实施例大幅度地提高了智能功率模块在复杂应用环境的可用性和健壮性，并能 确保其在一般应用环境下的兼容性，降低了智能功率模块失效的风险，对智能功率模块的 推广应用有极大帮助。
[0055] 本实施例中，双脉冲发生电路1401的作用是：在双脉冲发生电路1401的输入信 号的上升沿，双脉冲发生电路1401的第一输出端A产生一个300ns的脉冲信号，在输入信 号的下升沿，双脉冲发生电路1401的第二输出端B产生一个300ns的脉冲信号。本实施例 中，第一高压DM0S管1402和第二高压DM0S管1403在关断时可承受600V的电压，第一高 压DM0S管1402和第二高压DM0S管1403在导通时可在300ns内流过安培级的电流。第一 高压DM0S管1402被300ns的高电平脉冲导通，使非门1408的输入端从高电平瞬间降低， 而由于第一二极管1406的箝位作用，非门1408的电平被控制在不低于VS1-0. 7V的电位， 经过非门1409、非门1410和第一电容1412组成的滤波电路、以及第一施密特触发器1411 的迟滞后、并通过第一非门1413的波形调节后，在RS触发器400中的或非门1430的其中 一个输入端（也即RS触发器400的S端）产生300ns的高电平脉冲。第二高压DM0S管 1403被300ns的高电平脉冲导通，使非门1414的输入端从高电平瞬间降低，由于第二二极 管1407的箝位作用，非门1414的电平被控制在不低于VS1-0. 7V的电位，经过非门1415、 非门1416和第二电容1418组成的滤波电路、第二施密特触发器1417的迟滞后、并通过第 二非门1419的波形调节后，在RS触发器400中的或非门1431的其中一个输入端（也即RS 触发器400的R端）产生300ns的高电平脉冲。
[0056] 本实施例，当RS触发器600的S端为高点平时，或非门1431的输出端（也即RS 触发器400的输出端Q)变为高电平，并且在RS触发器600的S端的高电平消失后保持高 电平不变，当RS触发器600的R端为高点平时，或非门1431的输出端（也即RS触发器600 的输出端Q)变为低电平，并且在RS触发器600的R端的高电平消失后保持低电平不变。信 号经过第九非门1433和第十非门1434的两级放大后，在驱动信号输出H01输出。
[0057] 本实施例中，为了使第一高压DM0S管1402和第二高压DM0S管1403不会处于长 期被导通的状态，降低其通态损耗，第一高压DM0S管1402和第二高压DM0S管1403是两枚 600V耐压的高压N型LDM0S。第一高压DM0S管1402和第二高压DM0S管1403所传递的信 号通过或非门1430和或非门1431组成的RS触发器600得到合并。
[0058] 自举二极管1444在高压区供电电压负端VS1的电压接近GND电压时，由工作电压 输入端VCC向高压区供电电源正端VB1充电。
[0059] 本实施例，当U相上桥臂IGBT管驱动电路14的受控端Ctrl为低电平时（即U相 下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信号低于某一电压VLL 时），经过第四非门2007和第三非门2005, NM0S管2002的栅极为低电平，因此，NM0S管2002 截止，从而使U相上桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1对地的输入阻抗无限 大；
[0060] 当U相上桥臂IGBT管驱动电路14的受控端Ctrl为高电平时（即U相下桥臂IGBT 管驱动电路44的控制信号输入端LIN1所输入的控制信号高于某一电压VHH时），经过第四 非门2007和第三非门2005, NMOS管2002的栅极为高电平，因此，NMOS管2002导通，从而 使U相上桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1对地的输入阻抗无限小。
[0061] 本实施例中，第三施密特触发器2008的高位阈值电压设计为VHH、低位阈值电压 设计为VLL ;第三二极管2001和第四二极管2004是防静电结构，其击穿电压设计成高于 工作电压输入端VCC的电压而低于后续第三施密特触发器2008的击穿电压；第三二极管 2001和第四二极管2004同时也起到泄放电流噪声的作用；第三电阻2003的阻值可设计为 lk Ω，第三电阻2003起到进一步吸收电流噪声的作用；第三电容2006起到吸收U相下桥臂 IGBT管驱动电路44的控制信号输入端LIN1的电压噪声的作用，第三电容2006的容值可设 计为100pF，该第三电容2006可过滤ns级的电压噪声，从而避免了 U相上桥臂IGBT管驱动 电路14的控制信号输入端HIN1对地的输入阻抗值处于频繁的切换状态。
[0062] 本实施例中，电平转换电路4401的作用是将其输入端0-5V的M0S逻辑或TTL逻 辑的信号转换成0-15V的信号；第四施密特触发器3001的高位阈值电压设计为VHH、低位 阈值电压设计为VLL ;因为U相下桥臂IGBT管驱动电路44比U相上桥臂IGBT管驱动电路 14的电路结构简单，所以设计非门4410与第四电容4412、第七非门4411与第五电容4413， 使U相下桥臂IGBT管驱动电路44的控制信号输入端LIN1的信号到达E的时间与U相上 桥臂IGBT管驱动电路14的控制信号输入端HIN1的信号到达Q的时间几乎相同，根据流片 工艺的不同，第四电容4412和第五电容4413的设计值不同，但一般应设计成1?3nF。
[0063] 本实施例中，上述V相上桥臂驱动电路24及上述W相上桥臂驱动电路34的电路 结构及工作原理均与上面实施例所述的U相上桥臂驱动电路14的电路结构及工作原理相 同；上述V相下桥臂驱动电路54及上述W相下桥臂驱动电路64的电路结构及工作原理均 与上面实施例所述U相下桥臂驱动电路44的电路结构及工作原理相同，此处不再赘述。
[0064] 本实施例提供的智能功率模块的IGBT管驱动电路，包括工作电压输入端、上桥臂 IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路、上桥臂IGBT管及下桥臂IGBT管；上桥臂IGBT 管驱动电路包括U相上桥臂驱动电路、V相上桥臂驱动电路及W相上桥臂驱动电路；下桥臂 IGBT管驱动电路包括U相下桥臂驱动电路、V相下桥臂驱动电路及W相下桥臂驱动电路；其 中，U相上桥臂驱动电路、V相上桥臂驱动电路、W相上桥臂驱动电路、U相下桥臂驱动电路、 V相下桥臂驱动电路及W相下桥臂驱动电路均包括控制信号输入端和驱动信号输出端，U相 上桥臂驱动电路、V相上桥臂驱动电路及W相上桥臂驱动电路均还包括用于根据其对应的 下桥臂驱动电路的控制信号输入端所输入的控制信号自动调节其输入阻抗受控端；其中， 上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路的各电源端与工作电压输入端连接；上桥 臂IGBT管驱动电路和下桥臂IGBT管驱动电路的各控制信号输入端分别与一 MCU连接；上 桥臂IGBT管驱动电路的各驱动信号输出端与上桥臂IGBT管连接；下桥臂IGBT管驱动电路 的各驱动信号输出端与下桥臂IGBT管连接；上桥臂IGBT管驱动电路的各受控端与相应的 下桥臂驱动电路的控制信号输入端连接。本实施例智能功率模块的IGBT管驱动电路能够 根据下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端所输入的控制信号，自动调节上桥臂IGBT 管驱动电路的输入阻抗，使得本实施例在保证智能功率模块正常工作的同时，能够避免其 同相上下桥臂IGBT管同时导通的现象发生，提高了智能功率模块的可靠性。
[0065] 本实用新型还提供一种智能功率模块，该智能功率模块包括智能功率模块的IGBT 管驱动电路，该智能功率模块的IGBT管驱动电路的电路结构可参照上述实施例，在此不再 赘述。理所应当地，由于本实施例的智能功率模块采用了上述智能功率模块的IGBT管驱动 电路的技术方案，因此该智能功率模块具有上述智能功率模块的IGBT管驱动电路所有的 有益效果。
[0066] 以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是 利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述智能功率模块的IGBT管 驱动电路包括工作电压输入端、上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路、上桥臂 IGBT管及下桥臂IGBT管；所述上桥臂IGBT管驱动电路和所述下桥臂IGBT管驱动电路均 包括控制信号输入端和驱动信号输出端，所述上桥臂IGBT管驱动电路还包括用于根据所 述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端所输入的控制信号自动调节所述上桥臂IGBT 管驱动电路的输入阻抗的受控端；其中， 所述上桥臂IGBT管驱动电路、下桥臂IGBT管驱动电路的电源端与所述工作电压输入 端连接；所述上桥臂IGBT管驱动电路和所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端分 别与一 MCU连接；所述上桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端与所述上桥臂IGBT管连 接；所述下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号输出端所述下桥臂IGBT管连接；所述上桥臂 IGBT管驱动电路的所述受控端与所述下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接。
2. 如权利要求1所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述上桥臂 IGBT管驱动电路包括U相上桥臂IGBT管驱动电路、V相上桥臂IGBT管驱动电路、W相上桥 臂IGBT管驱动电路；所述下桥臂IGBT管驱动电路包括U相下桥臂IGBT管驱动电路、V相 下桥臂IGBT管驱动电路及W相下桥臂IGBT管驱动电路；所述上桥臂IGBT管包括U相上桥 臂IGBT管、V相上桥臂IGBT管及W相上桥臂IGBT管；所述下桥臂IGBT管包括U相下桥臂 IGBT管、V相下桥臂IGBT管及W相下桥臂IGBT管；其中， 所述U相上桥臂IGBT管驱动电路、V相上桥臂IGBT管驱动电路、W相上桥臂IGBT管 驱动电路、U相下桥臂IGBT管驱动电路、V相下桥臂IGBT管驱动电路及W相下桥臂IGBT管 驱动电路的控制信号输入端分别与所述MCU的相应控制信号输出端连接；所述U相上桥臂 IGBT管驱动电路、V相上桥臂IGBT管驱动电路、W相上桥臂IGBT管驱动电路、U相下桥臂 IGBT管驱动电路、V相下桥臂IGBT管驱动电路及W相下桥臂IGBT管驱动电路的驱动信号 输出端分别与对应的所述IGBT管连接；所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的受控端与所述 U相下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接；所述V相上桥臂IGBT管驱动电路的 受控端与所述V相下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接；所述W相上桥臂IGBT 管驱动电路的受控端与所述W相下桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接。
3. 如权利要求2所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述U相上 桥臂IGBT管驱动电路还包括高压区供电电源正端、高压区供电电源负端、输入阻抗调节电 路、双脉冲发生电路、第一高压DMOS管、第二高压DMOS管、自举二极管、第一电阻、第二电 阻、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一非门单元、第二非门单元、第三非门 单元、第一施密特触发器、第二斯密特触发器、RS触发器、第一非门、第二非门、其中， 双脉冲发生电路的输入端与所述输入阻抗调节电路连接，双脉冲发生电路的第一输出 端与第一高压DMOS管的栅极连接，其第二输出端与第二高压DMOS管的栅极连接，其电源端 与所述工作电压输入端连接，其地端接地；第一高压DMOS管的衬底与源极相连并接地，其 漏极经第一电阻与高压区供电电源正端连接；第二高压DMOS管的衬底与源相连并接地，其 漏极经第二电阻与高压区供电电源正端连接；自举二极管的阳极与所述工作电压输入端连 接，阴极与高压区供电电源正端连接；第一非门单元的输入端与第一高压DMOS管的漏极连 接，且与第一二极管的阴极连接，第一非门单元的输出端经第一施密特触发器与第一非门 的输入端连接；第一非门的输出端与RS触发器的S端连接；第一二极管的阳极经第一电容 与第一非门单元的输出端连接；第二非门单元的输入端与第二高压DMOS管的漏极连接，且 与第二二极管的阴极连接，第二非门单元的输出端经第二施密特触发器与第二非门的输入 端连接；第二非门的输出端与RS触发器的R端连接；第二二极管的阳极经第二电容与第二 非门单元的输出端连接；第一二极管的阳极和第二二极管的阳极还与高压区供电电源负端 连接；RS触发器的输出端经第三非门单元与所述U相上桥臂驱动电路的驱动信号输出端连 接。
4. 如权利要求3所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述输入阻抗 调节电路包括第三电阻、第三电容、第三二极管、第四二极管、第三非门、第四非门、第五非 门、NM0S管及第三施密特触发器；其中， 第三二极管的阴极与所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端连接，且与 NM0S管的漏极连接，第三二极管的阳极接地；NM0S管的源极与其衬底连接，且接地，NM0S管 的栅极与第三非门的输出端连接；第三非门的输入端与第四非门的输出端连接；第四非门 的输入端为所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的受控端，所述受控端与所述U相下桥臂驱动 电路的控制信号输入端连接；第三电容的第一端连接于第三非门和第四非门之间，第三电 容的第二端接地；第三电阻的第一端与所述U相上桥臂IGBT管驱动电路的控制信号输入端 连接，第三电阻的第二端分别与第三施密特触发器的输入端及第四二极管的阳极连接；第 四二极管的阴极与工作电压输入端连接；第三施密特触发器的输出端与经第五非门与双脉 冲发生电路的输入端连接。
5. 如权利要求4所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述第一非门 单元包括三个依次串联的非门，所述第二非门单元包括三个依次串联的非门，所述第三非 门单元包括两个依次串联的非门。
6. 如权利要求5所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述U相下桥 臂驱动电路还包括第四施密特触发器、第六非门、第七非门、电平转换电路、第四电容、第五 电容、第四非门单元、第五非门单元；其中， 第四施密特触发器的输入端与所述U相下桥臂驱动电路的控制信号输入端连接，第四 施密特触发器的输出端经第六非门与电平转换电路的输入端连接；电平转换电路的电源端 与所述工作电压输入端连接，电平转换电路的地端接地，电平转换电路的输出端经第四非 门单元与第七非门的输入端连接；第七非门的输出端经第五非门单元与所述U相下桥臂驱 动电路的驱动信号输出端连接；第四电容的第一端与第四非门单元的输出端连接，其第二 端接地；第五电容的第一端与第五非门单元的输入端连接，其第二端接地。
7. 如权利要求6所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述第四非门 单元包括三个依次串联的非门，所述第五非门单元包括两个依次串联的非门。
8. 如权利要求7所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述V相上桥 臂驱动电路及所述W相上桥臂驱动电路的电路结构均与所述U相上桥臂驱动电路的电路结 构相同。
9. 如权利要求8所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路，其特征在于，所述V相下桥 臂驱动电路及所述W相下桥臂驱动电路的电路结构均与所述U相下桥臂驱动电路的电路结 构相同。
10. -种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括权利要求1至9中任一项 所述的智能功率模块的IGBT管驱动电路。
【文档编号】H02M1/088GK203911737SQ201420288945
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】冯宇翔 申请人:美的集团股份有限公司