一种智能功率模块的制作方法

1.本发明涉及功率模块技术领域，尤其涉及一种智能功率模块。


背景技术：

2.智能功率模块是一种将电子和集成电路技术结合的功率驱动类模块，其主要是把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，以应用于变频电机伺服驱动或家电变频控制。
3.传统的智能功率模块主要通过绝缘栅双极型晶体管作为逆变器件(开关器件)以实现控制，其在应用时，工作电流会根据应用场景的改变而变化，当工作在小电流的情况下，若仍使用大功率的绝缘栅双极型晶体管作为逆变器件，这会增加智能功率模块的功耗占比，造成能源浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新型的智能功率模块，以解决现有智能功率模块采用绝缘栅双极型晶体管作为逆变器件，当工作在小电流的情况下会增加其自身功耗占比，而造成能源浪费的问题。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种智能功率模块，包括：三通道高侧驱动电路、三通道低侧驱动电路、电流采样电路、高侧输出控制电路以及低侧输出控制电路；所述高侧输出控制电路与所述三通道高侧驱动电路电连接，所述高侧输出控制电路具有第一三通道高侧输出端和第二三通道高侧输出端；所述低侧输出控制电路与所述三通道低侧输出驱动电路电连接，所述低侧输出控制电路具有第一三通道低侧输出端和第二三通道低侧输出端；所述电流采样电路分别与所述高侧输出控制电路和所述低侧输出控制电路电连接，且用于检测输入电源的电流值并根据所述电流值分别向所述高侧输出控制电路和所述低侧输出控制电路输出对应的电平信号；
6.所述第一三通道高侧输出端和所述第一三通道低侧输出端中的每个通道输出端分别与一个作为开关器件的场效应管电连接，所述第二三通道高侧输出端和所述第二三通道低侧输出端中的每个通道输出端分别与一个作为开关器件的绝缘栅双极型晶体管电连接；所述高侧输出控制电路根据所述电平信号分别控制所述第一三通道高侧输出端和所述第二三通道高侧输出端的输出电平，所述低侧输出控制电路根据所述电平信号分别控制所述第一三通道低侧输出端和所述第二三通道低侧输出端的输出电平。
7.优选的，所述高侧输出控制电路包括半导体场效应管、第一非门单元、第一或非门单元以及第一与门单元；所述半导体场效应管与所述采样电路电连接，所述第一非门单元分别与所述三通道高侧驱动电路和所述第一或非门电连接，所述第一或非门单元与所述半导体场效应管电连接，所述第一与门单元分别与所述第一或非门单元、所述半导体场效应管以及所述三通道高侧驱动电路电连接。
8.优选的，所述低侧输出控制电路包括第二非门单元、第二或非门单元以及第二与门单元；所述第二非门单元分别与所述三通道低侧驱动电路和所述第二或非门电连接，所
述第二或非门单元与所述电流采样电路电连接，所述第二与门单元分别与所述第二或非门单元、所述三通道低侧驱动电路以及所述电流采样电路电连接。
9.优选的，所述电流采样电路包括第一电阻、第二电阻以及比较器；所述第一电阻和所述第二电阻串联设置，所述第一电阻的另一端与输入电源电连接，所述第二电阻的另一端接地，所述比较器的负极引脚电连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述比较器的输出引脚分别与所述高侧输出控制电路和所述低侧输出控制电路电连接。
10.优选的，所述三通道高侧驱动电路包括自举电路，所述自举电路包括自举电阻、第一自举二极管、第二自举二极管以及第三自举二极管，所述自举电阻的第一端与所述输入电源电连接，所述第一自举二极管、所述第二自举二极管以及所述第三自举二极管的正极均与所述自举电阻电连接。
11.优选的，还包括第一端与输入电源电连接的故障逻辑控制电路，所述故障逻辑控制电路的第二端分别与所述三通道高侧驱动电路和所述三通道低侧输出驱动电路电连接，用于接收所述高侧输出控制电路和所述低侧输出控制电路的故障信号并根据所述故障信号控制对应的电路。
12.优选的，所述故障逻辑控制电路与所述输入电源之间串联设置有欠压检测电路和第一滤波器，所述欠压检测电路的另一端与所述故障逻辑控制电路的第一端电连接，所述第一滤波器的另一端与所述输入电源电连接。
13.优选的，所述故障逻辑控制电路的第三端还串联设置有电平转换电路和第二滤波器，所述电平转换电路的另一端与所述故障逻辑控制电路的第三端电连接。
14.与现有技术比较，本发明通过增设电流采样电路、高侧输出控制电路以及低侧输出控制电路，这样便可以通过电流采样电路对输入电源的电流值进行检测，然后向高侧输出控制电路和低侧输出控制电路输出对应的电平信号，从而通过电平信号控制第一三通道高侧输出端、第一三通道低侧输出端、第二三通道高侧输出端以及第二三通道低侧输出端的输出电平，以实现工作在小电流的情况下使用场效应管作为开关器件，在大电流的情况下使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件，进而避免工作在小电流的情况下使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件而增加自身功耗占比的情况，达到节省能源的目的。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
16.图1为本发明实施例提供的一种智能功率模块的电气原理图；
17.图2为本发明实施例提供的一种智能功率模块与开关器件的连接示意图；
18.图3为本发明实施例提供的一种智能功率模块中高侧输出控制电路的电气原理图；
19.图4为本发明实施例提供的一种智能功率模块中低侧输出控制电路的电气原理图；
20.图5为本发明实施例提供的一种智能功率模块中电流采样电路的电气原理图；
21.图6为传统智能控制模块的电气原理图。
22.其中，100、智能功率模块；101、三通道高侧驱动电路；102、三通道低侧驱动电路；103、电流采样电路；104、高侧输出控制电路；105、低侧输出控制电路；106、故障逻辑控制电路；107、欠压检测电路；108、第一滤波器；109电平转换电路；110、第二滤波器；
23.301、半导体场效应管；302、303以及304为第一非门；305、307以及309为第一或非门；306、308以及310为第一与门；
24.401、402以及403为第二非门；404、406以及408为第二或非门单元；405、407以及409为第二与门单元；
25.501、第一电阻；502、第二电阻；503、比较器；
26.602、第一自举二极管；603、第二自举二极管；604、第三自举二极管；605、自举电阻；606、609、612、615、618以及621为场效应管；607、610、613、616、619以及622为绝缘栅双极型晶体管；608、611、614、617、620以及623为快恢复二极管。
具体实施方式
27.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例提供了一种智能功率模块100，结合图1至图5所示，其包括三通道高侧驱动电路101、三通道低侧驱动电路102、电流采样电路103、高侧输出控制电路104以及低侧输出控制电路105；高侧输出控制电路104与三通道高侧驱动电路101电连接，高侧输出控制电路104具有第一三通道高侧输出端和第二三通道高侧输出端；低侧输出控制电路105与三通道低侧输出驱动电路电连接，低侧输出控制电路105具有第一三通道低侧输出端和第二三通道低侧输出端；电流采样电路103分别与高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105电连接，且用于检测输入电源的电流值并根据电流值分别向高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105输出对应的电平信号。
29.具体地，第一三通道高侧输出端和第一三通道低侧输出端中的每个通道输出端分别与一个作为开关器件的场效应管电连接，第二三通道高侧输出端和第二三通道低侧输出端中的每个通道输出端分别与一个作为开关器件的绝缘栅双极型晶体管电连接；高侧输出控制电路104根据电平信号分别控制第一三通道高侧输出端和第二三通道高侧输出端的输出电平，低侧输出控制电路105根据电平信号分别控制第一三通道低侧输出端和第二三通道低侧输出端的输出电平。
30.本实施例中，三通道高侧驱动电路101包括自举电路，自举电路包括自举电阻605、第一自举二极管602、第二自举二极管603以及第三自举二极管604，自举电阻605的第一端与输入电源电连接，第一自举二极管602、第二自举二极管603以及第三自举二极管604的正极均与自举电阻605电连接。
31.本实施例中，高侧输出控制电路104包括半导体场效应管301、第一非门单元、第一或非门单元以及第一与门单元；半导体场效应管301与采样电路103电连接，第一非门单元分别与三通道高侧驱动电路101和第一或非门单元电连接，第一或非门单元与半导体场效
应管301电连接，第一与门单元分别与第一或非门单元、半导体场效应管301以及三通道高侧驱动电路101电连接。
32.其中，第一非门单元包括第一非门302、303、304；第一或非门单元包括第一或非门305、307、309，并作为第一三通道高侧输出端；第一与门单元包括第一与门306、308、310，并作为第二三通道高侧输出端。
33.本实施例中，低侧输出控制电路105包括第二非门单元、第二或非门单元以及第二与门单元；第二非门单元分别与三通道低侧驱动电路102和第二或非门电连接，第二或非门单元与电流采样电路103电连接，第二与门单元分别与第二或非门单元、三通道低侧驱动电路102以及电流采样电路103电连接。
34.其中，第二非门单元包括第二非门401、402、403；第二或非门单元包括第二或非门404、406、408，并作为第一三通道低侧输出端；第二与门单元包括第二与门405、407、409，并作为第二三通道低侧输出端。
35.本实施例中，电流采样电路103包括第一电阻501、第二电阻502以及比较器503；第一电阻501和第二电阻502串联设置，第一电阻501的另一端与输入电源电连接，第二电阻502的另一端接地，比较器503的负极引脚电连接在第一电阻501与第二电阻502之间，比较器503的输出引脚分别与高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105电连接。
36.本实施例中，还包括第一端与输入电源电连接的故障逻辑控制电路106，故障逻辑控制电路106的第二端分别与三通道高侧驱动电路101和三通道低侧输出驱动电路电连接，用于接收高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105的故障信号并根据故障信号控制对应的电路。
37.本实施例中，故障逻辑控制电路106与输入电源之间串联设置有欠压检测电路107和第一滤波器108，欠压检测电路107的另一端与故障逻辑控制电路106的第一端电连接，第一滤波器108的另一端与输入电源电连接。
38.本实施例中，故障逻辑控制电路106的第三端还串联设置有电平转换电路109和第二滤波前110，电平转换电路109的另一端与故障逻辑控制电路106的第三端电连接。
39.本实施例中，如图1所示，hin1、hin2、hin3为三通道高侧驱动电路101的信号输入端；vb1、vb2、vb3为三通道高侧驱动电路101的浮动电源端；vs1、vs2、vs3为三通道高侧驱动电路101的浮动地；ho1、ho2、ho3为三通道高侧驱动电路101的信号输出端；vcc是三通道低侧驱动电路102的供电电源，也为上述的输入电源；lin1、lin2、lin3为三通道低侧驱动电路102的信号输入端；lo1、lo2、lo3为三通道低侧驱动电路102的信号输出端；itrip是电流检测电路端，当检测到电流大于预设值时，则控制hin1、hin2、hin3、lin1、lin2、lin3输入无效，并通过报错电路fault输出故障信号。iout为电流采样电路的信号输出端或信号输出线路；h01-1、h02-1、h03-1为第一三通道高侧输出端，ho1-2、ho2-2、ho3-2为第二三通道高侧输出端，即第一三通道高侧输出端和第二三通道高侧输出端分别具有三个输出端；l01-1、l02-1、lo3-1为第一三通道低侧输出端，l01-2、l02-2、lo3-2为第二三通道低侧输出端。
40.如图2所示，606、609、612、615、618以及621为场效应管(mos管、场效晶体管、场效应晶体管)，分别与第一三通道高侧输出端h01-1、h02-1、h03-1和第一三通道低侧输出端l01-1、l02-1、lo3-1一一对应电连接；607、610、613、616、619以及622为绝缘栅双极型晶体管(rc-igbt管、rcigbt管)，分别与第二三通道高侧输出端ho1-2、ho2-2、ho3-2和第二三通
道低侧输出端l01-2、l02-2、lo3-2一一对应电连接。608、611、614、617、620以及623为快恢复二极管，分别电连接在场效应管606、609、612、615、618、621和绝缘栅双极型晶体管607、610、613、616、619、622之间。vdd为电源电压。
41.本实施例中，智能功率模块100中高侧输出控制电路104的各电路输出真值如表一所示：
42.表一、电路输出真值表
43.ioutho1h01-1ho1-2ho2h02-1ho2-2ho3h03-1ho3-21101101101100000000001101101100000000000
44.本实施例中，智能功率模块100中低侧输出控制电路105的各电路输出真值如表二所示：
45.表二、电路输出真值表
46.ioutlo1l01-1lo1-2lo2l02-1lo2-2lo3l03-1lo3-21101101101100000000001101101100000000000
47.本实施例中智能功率模块100的工作原理为：当电流检测电路端itrip的输入电压大于或等于预设电压时，比较器503的输出引脚则输出高电平；当电流检测电路端itrip的输入电压小于预设电压时，比较器503的输出引脚则输出低电平；其中，预设电压为串联设置的第一电阻501和第二电阻502形成分压电路后的输出电压。
48.基于上述原理，当电流采样电路103的采样电流值大于或等于预设电流值时，其输出端分别向高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105输出高电平信号，此时，第二三通道高侧输出端和第二三通道低侧输出端则对应输出高电平，第一三通道高侧输出端和第一三通道低侧输出端则对应输出低电平，从而控制对应的场效应管和绝缘栅双极型晶体管，以将绝缘栅双极型晶体管作为开关器件(逆变器件)；当电流采样电路103的采样电流值小于预设电流值时，其输出端分别向高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105输出低电平信号，此时，第一三通道高侧输出端和第一三通道低侧输出端则对应输出高电平，第二三通道高侧输出端和第二三通道低侧输出端则对应输出低电平，从而控制对应的场效应管和绝缘栅双极型晶体管，以将场效应管作为开关器件，实现节能的目的。
49.图6为传统智能功率模块的电气原理图，其并未具有电流采样电路103、高侧输出控制电路104以及低侧输出控制电路105，因此，其只具有单一的控制线路，在进行控制时，只能采用单一的绝缘栅双极型晶体管作为开关器件进行控制，这导致其工作在小电流的情况下，也只能采用大功率的绝缘栅双极型晶体管作为开关器件，增加了自身的功耗占比。
50.当然，本实施例中的智能功率模块100除了上述的电路外，还设置有传统智能功率模块必要的电路及元器件等，以组成完整的智能功率模块，如本实施例中的能功率模块100还可以设置过流或/和过压保护电路、过温保护电路、其它的电阻、二极管及三极管等，相应
的，传统智能功率模块中的其它电路及元器件等均可以通过适应性调整后应用于本实施例中的智能功率模块100。
51.与现有技术比较，本实施例通过增设电流采样电路103、高侧输出控制电路104以及低侧输出控制电路105，这样便可以通过电流采样电路103对输入电源的电流值进行检测，然后向高侧输出控制电路104和低侧输出控制电路105输出对应的电平信号，从而通过电平信号控制第一三通道高侧输出端、第一三通道低侧输出端、第二三通道高侧输出端以及第二三通道低侧输出端的输出电平，以实现工作在小电流的情况下使用场效应管作为开关器件，在大电流的情况下使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件，进而避免工作在小电流的情况下使用绝缘栅双极型晶体管作为开关器件而增加自身功耗占比的情况，达到节省能源的目的。
52.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。