静电保护装置、智能功率模块和变频家电的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及静电保护技术领域，具体而言，涉及一种静电保护装置、一种智能功率 模块和一种变频家电。
【背景技术】
[0002] 智能功率模块，即IPM(IntelligentPowerModule),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。与传统的分立方案相 比，智能功率模块W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，是应用于变频调速、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] 在相关技术中，智能功率模块100的电路结构如图1所示：
[0004] 控制电路1000的供电电源正端VCC与PM0S管1010的源极和衬底、PM0S管1013 的源极和衬底、PM0S管1016的源极和衬底相连，并作为所述智能功率模块100的低压区供 电电源正端VDD，VDD-般为15V。
[0005] 所述控制电路1000的HIN1端作为所述智能功率模块100的U相上桥臂输入端 UHIN;所述控制电路1000的HIN2端作为所述智能功率模块100的V相上桥臂输入端VHIN; 所述控制电路1000的HIN3端作为所述智能功率模块100的W相上桥臂输入端WHIN;所述 控制电路1000的LIN1端作为所述智能功率模块100的U相下桥臂输入端化IN;所述控制 电路1000的LIN2端作为所述智能功率模块100的V相下桥臂输入端化IN;所述控制电路 1000的LIN3端作为所述智能功率模块100的W相下桥臂输入端WLIN。在此，所述智能功 率模块100的U、V、WH相的六路输入接收0~5V的输入信号。
[0006] 所述控制电路1000的GND端作为所述智能功率模块100的低压区供电电源负端 COM。
[0007] 所述控制电路1000的VB1端与PM0S管1001的源极和衬底相连，并作为所述智能 功率模块100的U相高压区供电电源正端UVB;所述控制电路1000的0UT1端与所述PM0S 管1001的栅极、NM0S管1002的栅极相连；所述PM0S管1001的漏极与所述NM0S管1002的 漏极相连并记为册1端，册1端与U相上桥臂IGBT管121的栅极相连；所述控制电路1000 的VS1端与所述NM0S管1002的源极和衬底、所述IGBT管121的射极、F畑管111的阳极、 U相下桥臂IGBT管124的集电极、FRD管114的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的 U相高压区供电电源负端U。
[000引所述控制电路1000的VB2端与PM0S管1004的源极和衬底相连，并作为所述智能 功率模块100的V相高压区供电电源正端WB;所述控制电路1000的0UT2端与所述PM0S 管1004的栅极、NM0S管1005的栅极相连；所述PM0S管1004的漏极与所述NM0S管1005的 漏极相连并记为册2端，册2端与V相上桥臂IGBT管122的栅极相连；所述控制电路1000 的VS2端与所述NMOS管1005的源极和衬底、所述IGBT管122的射极、F畑管112的阳极、U相下桥臂IGBT管125的集电极、FRD管115的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的 V相高压区供电电源负端V。
[0009] 所述控制电路1000的VB3端与PM0S管1007的源极和衬底相连，并作为所述智能 功率模块100的W相高压区供电电源正端WVB;所述控制电路1000的0UT3端与所述PM0S 管1007的栅极、NM0S管1008的栅极相连；所述PM0S管1007的漏极与所述NM0S管1008的 漏极相连并记为册3端，册3端与W相上桥臂IGBT管123的栅极相连；所述控制电路1000 的VS3端与所述NM0S管1008的源极和衬底、所述IGBT管123的射极、F畑管113的阳极、 W相下桥臂IGBT管126的集电极、F畑管116的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的 W相高压区供电电源负端W。
[0010] 所述IGBT管121的集电极、所述IGBT管122的集电极、所述IGBT管123的集电 极、所述FRD管111的阴极、所述FRD管112的阴极、所述FRD管113的阴极相连，并作为所 述智能功率模块100的高电压输入端P，P-般接300V。
[0011] 所述控制电路1000的0UT4端与所述PM0S管1010的栅极、NM0S管1011的栅极 相连；所述PM0S管1010的漏极与所述NM0S管1011的漏极相连并记为L01端，L01端与所 述U相下桥臂IGBT管124的栅极相连。
[0012] 所述控制电路1000的0UT5端与所述PM0S管1013的栅极、NM0S管1014的栅极 相连；所述PM0S管1013的漏极与所述NM0S管1014的漏极相连并记为L02端，L02端与所 述V相下桥臂IGBT管125的栅极相连。所述控制电路1000的0UT6端与所述PM0S管1016 的栅极、NM0S管1017的栅极相连；所述PM0S管1016的漏极与所述NM0S管1017的漏极相 连并记为L03端，L03端与所述W相下桥臂IGBT管126的栅极相连。所述NM0S管1011的 衬底与源极、所述NM0S管1014的衬底与源极、所述NM0S管1017的衬底与源极相连，并接 所述智能功率模块100的低压区供电电源负端COM。
[0013] 所述IGBT管124的射极、所述IGBT管125的射极、所述IGBT管126的射极、所述 F畑管114的阳极、所述F畑管115的阳极、所述F畑管116的阳极相连，并接采样电阻130 的一端，并作为所述智能功率模块100的电流检测端ISO。
[0014] 所述电阻130的另一端接所述智能功率模块100的低压区供电电源负端COM。在 实际应用中，所述智能功率模块100的U、V、W端与电机200的H相相连。
[0015] 基于上述连接结构，则控制电路1000的功能包括：
[0016] 将输入端HIN1、HIN2、HIN3和LINK LIN2、LIN3的0~5V的逻辑信号分别传到 输出端0UT1、0UT2、0UT3和0UT4、0UT5、0UT6,其中册1是VS1~VS1+15V、册2是VS2~ VS化15V、册3是VS3~VS3+15V的逻辑信号，L01、L02、L03是0~15V的逻辑信号。
[0017] 其中，连接0UT1~0UT6的电路部分采用C0MS结构，六路输出的结构完全相同，W 0UT6为例进行说明：当0UT6输出高电平时，L03输出低电平；当0UT6输入低电平时，L03输 出高电平。
[0018] 然而，M0S管上一般都接有寄生二极管，如图1所示，所述NM0S管1017的衬底与 漏极间有寄生二极管1018,即在COM与L03间有寄生二极管1018。
[0019] 由于智能功率模块100的应用环境非常恶略，一般会长期工作在高温而干燥的环 境中，当所述智能功率模块100工作时，需要高的开关速度W保证自身的发热量尽量小，不 工作时，所述智能功率模块100需要承受2000V~3000V的静电。
[0020] 尤其对于下桥臂的H个IGBT管，即IGBT管124JGBT管125和IGBT管126,虽然 其集电极连接电机，但是射极却与ISO端相连，ISO端是连接MCU(图中未示出）的小信号， 很容易受到静电的冲击，一旦COM与ISO间存在正向静电，就会形成对H个IGBT管栅极的 通路，分别是：
[0021] COM-寄生二极管 1012 - IGBT管 124 栅极一 IGBT管 124 射极一 ISO;
[0022] COM-寄生二极管 1015 - IGBT管 125 栅极一 IGBT管 125 射极一 ISO;
[0023] COM-寄生二极管 1018 - IGBT管 126 栅极一 IGBT管 126 射极一 ISO。
[0024] 因此，在智能功率模块100的实际应用中，下桥臂的IGBT管因静电受损的几率很 大；而下桥臂的IGBT管受到破坏后，很容易引起上下桥臂同时导通，造成智能功率模块电 流失控而造成爆炸。
[0025] 在相关技术中，提高IGBT管本身的栅极抗静电能力，主要靠增加栅氧厚度，为了 增强下桥臂IGBT管的抗静电能力，有时会在下桥臂采用栅氧厚度较厚的IGBT管。但该样一 来，智能功率模块100的开关速度会严重下降，特别是在上下桥臂的IGBT管开关切换的过 程中，因为上下桥臂IGBT管的开关速度不匹配，造成智能功率模块100的开关损耗极高，对 于开关频率在千赫兹W上的使用场合，会造成很大的发热量，即使使用尽可能大的散热片， 智能功率模块100的工作温度会比环境温度高6(TCW上，智能功率模块100长期工作在高 温环境下，会造成其性能衰减严重，并缩短其使用寿命。
[0026] 而如果上下桥臂都是用栅氧厚度较厚的IGBT管，虽然上下桥臂的IGBT管的开关 速度匹配，但是整体的开关特性还是低于栅氧厚度较薄的IGBT管，所W工作性能非常不理 未巨 ；山、〇
[0027] 因此，如何既能够确保IGBT管具有较高开关速度，又能够具有较高的安全性，避 免遭受静电破坏，成为目前亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0028] 本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
[0029] 为此，本发明的一个目的在于提出了一种静电保护装置。
[0030] 本发明的另一个目的在于提出了一种智能功率模块。
[0031] 本发明的又一个目的在于提出了一种变频家电。
[0032] 为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种静电保护装置，包 括：状态判断模块，连接至智能功率模块，用于判断所述智能功率模块的电源供电状况；连 接控制模块，连接至所述状态判断模块，用于在所述状态判断模块判定所述电源供电状况 为停止供电的情况下，断开所述智能功率模块中的任一IGBT管的栅极与所述智能功率模 块中的驱动芯片上对应的输出端的连接，W及在所述状态判断模块判定所述电源供电状况 为正常供电的情况下，恢复所述任一IGBT管的栅极与所述驱动芯片上对应的输出端的连 接。
[0033]在该技术方案中，由于当智能功率模块处于工作状态时，电路上的电荷处于动态 的流通状态，因而不会产生静电冲击；而当智能功率模块处于非工作状态时，由于电荷无法 流通，则大量的静电电荷可能导致对IGBT管的破坏。
[0034] 因此，通过对智能功率模块的电源供电状况的判断，就能够了解电路中的电荷流 通情况，从而在智能功率模块的电源停止供电时，通过对IGBT管的及时保护，W避免受到 静电冲击的破坏和影响。
[0035] 同时，通过在智能功率模块的电源停止供电时，及时断开IGBT管的栅极与驱动芯 片上对应端口的连接，使得该IGBT管的栅极相当于处于息空状态，则静电电荷无法通过 IGBT管的栅极和发射极，也就无法造成对IGBT管的破坏，从而有效避免了高压静电对IGBT 管的击穿风险。
[0036] 另外，根据本发明上述实施例的静电保护装置，还可W具有如下附加的技术特 征：
[0037] 根据本发明的一个实施例，优选地，所述状态判断模块包括；第一端，连接至所述 任一IGBT管对应的供电端，检测对应于所述任一IGBT管的供电电压；第二端，连接至所述 任一IGBT