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，包括工作电压输入端、U相上桥臂IGBT管、V相上桥臂IGBT管和W相上桥臂IGBT管、U相下桥臂IGBT管、V相下桥臂IGBT管和W相下桥臂IGBT管，且各IGBT管均对应设置有一驱动电路和一温度检测电路，各温度检测电路将检测结果输出至一动态欠压保护电路，动态欠压保护电路根据各温度检测电路的检测结果自动调整欠压保护触发值，并根据欠压保护触发值和工作电压输入端的电压，输出相应的欠压保护信号至各驱动电路。其中动态欠压保护电路的输入端分别与各温度检测电路的输出端连接，动态欠压保护电路的输出端与各驱动电路连接。本实用新型能够更加准确地实现智能功率模块的欠压保护功能。
【专利说明】智能功率模块
【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。
【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]实际应用中，智能功率模块的工作电压输入端的电压通常设为15V，但由于某些特殊原因，会造成其工作电压的不稳定，出现低于15V的情况。而智能功率模块内部的IGBT管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)导通时的饱和压降与其栅极的驱动电压相关，IGBT管栅极的驱动电压即为智能功率模块的工作电压，如果智能功率模块的工作电压低于某一固定电压值Vuv (也称欠压保护触发值Vuv)时，IGBT管导通时其集电极与射极之间的电压Vce会呈指数级急剧上升，从而导致IGBT管在相同的电流下，其发热量急剧增加。然而，现有大多数的智能功率模块都是通过其内部设置的欠压保护电路来触发智能功率模块的欠压保护功能，即当智能功率模块的工作电压低于欠压保护触发值Vuv时，欠压保护电路触发欠压保护，使得智能功率模块内部上桥臂的各IGBT管及下桥臂的各IGBT管全部处于截止状态，从而起到降低智能功率模块功耗的作用，以及起到保护智能功率模块免受过热损坏的作用。
[0004]然而，事实上，对于不同的IGBT管，即使是同一个IGBT管，随着使用时间的增加，其导通时集电极与射极间的电压Vce和其栅极与射极间的电压Vge的关系曲线(如图1所示)将会发生变化，如果上述欠压保护电路被设置了一个不适当的欠压保护触发值VuvJf可能导致以下两种情况的发生:(一)欠压保护触发值设置过高，将导致智能功率模块频繁发生欠压保护，从而无法正常驱动后续电路工作；(二)欠压保护触发值设置过低，智能功率模块内部的部分IGBT管或全部IGBT管长期处于导通损耗过高的状态，轻则造成发热量偏大而影响智能功率模块寿命，重则因热积聚过高而造成智能功率模块发生爆炸。
实用新型内容
[0005]本实用新型的主要目的是提供一种智能功率模块，旨在更加准确地实现智能功率模块的欠压保护功能，从而提高智能功率模块的可靠性。
[0006]本实用新型提出一种智能功率模块，包括工作电压输入端、U相上桥臂IGBT管、V相上桥臂IGBT管和W相上桥臂IGBT管、U相下桥臂IGBT管、V相下桥臂IGBT管和W相下桥臂IGBT管，其中，各所述IGBT管均对应设置有一驱动电路，还包括用于检测U相上桥臂IGBT管的温度的第一温度检测电路、用于检测V相上桥臂IGBT管的温度的第二温度检测电路、用于检测W相上桥臂IGBT管的温度的第三温度检测电路、用于检测U相下桥臂IGBT管的温度的第四温度检测电路、用于检测V相下桥臂IGBT管的温度的第五温度检测电路、用于检测W相下桥臂IGBT管的温度的第六温度检测电路，以及用于根据各所述温度检测电路的检测结果自动调整欠压保护触发值、并根据所述欠压保护触发值和所述工作电压输入端的电压输出相应的欠压保护信号至各所述驱动电路的动态欠压保护电路；其中，
[0007]所述动态欠压保护电路的输入端分别与各所述温度检测电路的输出端连接，所述动态欠压保护电路的输出端分别与各所述驱动电路连接。
[0008]优选地，所述第一温度检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管及第二稳压二极管；其中，
[0009]所述第一电阻的第一端与所述工作电压输入端连接，第二端分别与所述第二电阻的第一端及所述第一稳压二极管的阴极连接；所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第二稳压二极管的阴极连接；所述第二稳压二极管的阴极作为所述第一温度检测电路的输出端与所述动态欠压保护电路的一输入端连接；所述第二稳压二极管的阳极与所述第一稳压二极管的阳极连接并接地。
[0010]优选地，所述动态欠压保护电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器、第七电压比较器、第一参考电压源、第二参考电压源、第一或门、第二或门、第三或门、第一非门、第二非门及NMOS管；其中，
[0011]第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器的正输入端为所述动态欠压保护电路的输入端，所述动态欠压保护电路的输入端与各所述温度检测电路的输出端对应连接，第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器的负输入端均与第一参考电压源的正极连接；第一电压比较器、第二电压比较器及第三电压比较器的输出端与第二或门的相应输入端连接；第一参考电压源的负极接地；第四电压比较器、第五电压比较器及第六电压比较器的输出端与第三或门的相应输入端连接；第二或门及第三或门的输出端与第一或门的相应输入端连接；第一或门的输出端与NMOS管的栅极连接；第四电阻、第五电阻及第六电阻依次串联，一端与所述工作电压输入端连接，另一端接地；NMOS管的漏极连接于第四电阻和第五电阻之间，NMOS管的源极接地；第七电压比较器的正输入端连接于第五电阻和第六电阻之间，其负输入端与第二参考电压源的正极连接，其输出端经第一非门与第二非门的输入端连接；第二参考电压源的负极接地；第二非门的输出端为所述动态欠压保护电路的输出端。
[0012]优选地，所述动态欠压保护电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第二非门的输入端连接，所述第一电容的另一端接地。
[0013]优选地，所述第二温度检测电路、第三温度检测电路、第四温度检测电路、第五温度检测电路、第六温度检测电路的电路结构均与所述第一温度检测电路的电路结构相同。
[0014]优选地，所述第一电阻和所述第二电阻均为正温度系数的电阻，所述第三电阻为负温度系数的电阻。
[0015]优选地，所述第一稳压二极管的稳压值为7.8V，所述第二稳压二极管的稳压值为
6.4V。
[0016]优选地，所述第一电阻的阻值为50kQ，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值均为5kQ，所述第四电阻的阻值为20kQ，所述第五电阻的阻值为1kQ，所述第六电阻的阻值为 90kQ。
[0017]优选地，所述第一参考电压源的电压为6.9V，所述第二参考电压源的电压为6V，所述第一电容的电容值为20pF。
[0018]本实用新型提出的智能功率模块，通过第一温度检测电路对U相上桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第二温度检测电路对V相上桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第三温度检测电路对W相上桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第四温度检测电路对U相下桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第五温度检测电路对V相下桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第六温度检测电路对W相下桥臂IGBT管的温度进行检测，且将各温度检测电路的检测结果输出至动态欠压保护电路，动态欠压保护电路根据接收到的检测结果自动调整其欠压保护触发值，并根据该欠压保护触发值和工作电压输入端所输入的工作电压，输出相应的欠压保护信号至各IGBT管的驱动电路，从而实现智能功率模块的欠压保护功能。本实用新型能够更加准确地实现智能功率模块的欠压保护功能，从而提高了智能功率模块的可靠性。并且，本实用新型还具有结构简单及易实现的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是智能功率模块内部IGBT管导通时其集电极与射极间的电压Vce和栅极与射极间的电压Vge的关系曲线图；
[0020]图2是本实用新型智能功率模块的电路结构图；
[0021]图3是本实用新型智能功率模块中第一温度检测电路的电路结构图；
[0022]图4是本实用新型智能功率模块中动态欠压保护电路的电路结构图。
[0023]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】
[0024]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。
[0025]本实用新型提出一种智能功率模块。
[0026]参照图2，图2是本实用新型智能功率模块的电路结构图。
[0027]本实用新型一实施例中的智能功率模块4100包括HVIC管4400 (HVIC，高压集成电路)、U相上桥臂IGBT管4121、V相上桥臂IGBT管4122、W相上桥臂IGBT管4123、U相下桥臂IGBT管4124、V相下桥臂IGBT管4125、W相下桥臂IGBT管4126、电容4133、电容4132、电容 4131、FRD 管 4111、FRD 管 4112、FRD 管 4113、FRD 管 4114、FRD 管 4115、FRD 管4116。本实用新型智能功率模块还包括第一温度检测电路4131、第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136及动态欠压保护电路77。其中动态欠压保护电路77设于上述HVIC管4400的内部，上述HVIC管4400的内部还设有U相上桥臂驱动电路14、V相上桥臂驱动电路24、W相上桥臂驱动电路34、U相下桥臂驱动电路44、V相下桥臂驱动电路54和W相下桥臂驱动电路64。HVIC管4400的电源正端VCC与本实用新型智能功率模块的工作电压输入端VDD(也即本实用新型智能功率模块4100的低压区供电电源正端)连接。
[0028]其中，上述第一温度检测电路4131用于检测U相上桥臂IGBT管4121的温度；
[0029]上述第二温度检测电路4132用于检测V相上桥臂IGBT管4122管的温度；
[0030]上述第三温度检测电路4133用于检测W相上桥臂IGBT管4123的温度；
[0031]上述第四温度检测电路4134用于检测U相下桥臂IGBT管4124的温度；
[0032]上述第五温度检测电路4135用于检测V相下桥臂IGBT管4125管的温度；
[0033]上述第六温度检测电路4136用于检测W相下桥臂IGBT管4126的温度；
[0034]上述动态欠压保护电路77用于根据第一温度检测电路4131、第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136的检测结果自动调整欠压保护触发值，并根据调整后的欠压保护触发值及工作电压输入端VDD的电压输出相应的欠压保护信号至各驱动电路，从而实现本实用新型智能功率模块的欠压保护功能。
[0035]上述第一温度检测电路4131的设置位置尽可能地靠近U相上桥臂IGBT管4121，上述第二温度检测电路4132的设置位置尽可能地靠近V相上桥臂IGBT管4122，上述第三温度检测电路4133的设置位置尽可能地靠近W相上桥臂IGBT管4123，上述第四温度检测电路4134的设置位置尽可能地靠近U相下桥臂IGBT管4124，上述第五温度检测电路4135的设置位置尽可能地靠近V相下桥臂IGBT管4125，上述第六温度检测电路4136的设置位置尽可能地靠近W相下桥臂IGBT管4126。
[0036]具体地，HVIC管4400的电源正端VCC端作为本实用新型智能功率模块4100的工作电压输入端VDD (也即本实用新型智能功率模块4100的低压区供电电源正端)，VDD—般为 15V ；
[0037]HVIC管4400的第一输入端HINl (即U相上桥臂驱动电路14的控制信号输入端)作为本实用新型智能功率模块4100的U相上桥臂输入端UHIN ；
[0038]HVIC管4400的第二输入端HIN2 (即V相上桥臂驱动电路24的控制信号输入端)作为本实用新型智能功率模块4100的V相上桥臂输入端VHIN ；
[0039]HVIC管4400的第三输入端HIN3 (即W相上桥臂驱动电路34的控制信号输入端)作为本实用新型智能功率模块4100的W相上桥臂输入端WHIN ；
[0040]HVIC管4400的第四输入端LINl (即U相下桥臂驱动电路44的控制信号输入端)作为本实用新型智能功率模块4100的U相下桥臂输入端ULIN ；
[0041 ] HVIC管4400的第五输入端LIN2 (即V相下桥臂驱动电路54的控制信号输入端)作为本实用新型智能功率模块4100的V相下桥臂输入端VLIN ；
[0042]HVIC管4400的第六输入端LIN3 (即W相下桥臂驱动电路64的控制信号输入端)作为本实用新型智能功率模块4100的W相下桥臂输入端WLIN ；
[0043]HVIC管4400的电源负端GND作为所述本实用新型智能功率模块4100的低压区供电电源负端COM ；
[0044]HVIC管4400的U相高压区供电电源正端VBl与电容4133的第一端相连，并作为本实用新型智能功率模块4100的U相高压区供电电源正端UVB ；
[0045]HVIC管4400的U相高压区供电电源负端VSl与所述电容4133的第二端相连，并作为本实用新型智能功率模块4100的U相高压区供电电源负端UVS ；
[0046]HVIC管4400的V相高压区供电电源正端VB2与电容4132的第一端相连，并作为本实用新型智能功率模块4100的V相高压区供电电源正端VVB ；
[0047]HVIC管4400的V相高压区供电电源负端VS2与所述电容4132的第二端相连，并作为本实用新型智能功率模块4100的V相高压区供电电源负端VVS ；
[0048]HVIC管4400的W相高压区供电电源正端VB3与电容4131的第一端相连，并作为本实用新型智能功率模块4100的W相高压区供电电源正端WVB ；
[0049]HVIC管4400的W相高压区供电电源负端VS3与电容4131的第二端相连，并作为本实用新型智能功率模块4100的W相高压区供电电源负端WVS ；
[0050]HVIC管4400的HOl端(即U相上桥臂驱动电路14的控制信号输出端)与U相上桥臂IGBT管4121的栅极相连，U相上桥臂IGBT管4121的集电极与FRD管4111的阴极相连并接本实用新型智能功率模块4100的最高电压点P端，U相上桥臂IGBT管4121的射极与FRD管4111的阳极连接，且与本实用新型智能功率模块4100的UVS端连接(UVS端也即本实用新型智能功率模块的U相高电压区供电电源负端)；
[0051]HVIC管4400的H02端(即V相上桥臂驱动电路24的控制信号输出端)与V相上桥臂IGBT管4122的栅极相连，V相上桥臂IGBT管4122的集电极与FRD管4112的阴极相连并接本实用新型智能功率模块4100的最高电压点P端，V相上桥臂IGBT管4122的射极与FRD管4112的阳极连接，且与本实用新型智能功率模块4100的VVS端连接(VVS端也即本实用新型智能功率模块的V相高电压区供电电源负端)；
[0052]HVIC管4400的H03端(即W相上桥臂驱动电路34的控制信号输出端)与W相上桥臂IGBT管4123的栅极相连，W相上桥臂IGBT管4123的集电极与FRD管4113的阴极相连并接本实用新型智能功率模块4100的最高电压点P端，W相上桥臂IGBT管4123的射极与FRD管4113的阳极连接，且与本实用新型智能功率模块4100的WVS端连接(WVS端也即本实用新型智能功率模块的W相高电压区供电电源负端)；
[0053]HVIC管4400的LOl端(即U相下桥臂驱动电路44的控制信号输出端)与U相下桥臂IGBT管4124的栅极相连，U相下桥臂IGBT管4124的集电极与FRD管4114的阴极相连并接智能功率模块4100的UVS端，U相下桥臂IGBT管4124的射极与FRD管4114的阳极相连并接智能功率模块4100的COM端(也即本实用新型智能功率模块的低压区供电电源负端)；
[0054]HVIC管4400的L02端(即V相下桥臂驱动电路44的控制信号输出端)与V相下桥臂IGBT管4125的栅极相连，V相下桥臂IGBT管4125的集电极与FRD管4115的阴极相连并接智能功率模块4100的VVS端，V相下桥臂IGBT管4125的射极与所述FRD管4115的阳极相连并接智能功率模块4100的COM端；
[0055]HVIC管4400的L03端(即W相下桥臂驱动电路44的控制信号输出端)与W相下桥臂IGBT管4126的栅极相连，W相下桥臂IGBT管4126的集电极与FRD管4116的阴极相连并接智能功率模块4100的WVS端，W相下桥臂IGBT管4126的射极与FRD管4116的阳极相连并接智能功率模块4100的COM端；
[0056]上述第一温度检测电路4131的输出端与动态欠压保护电路77的第一输入端(图未示标号)连接，第二温度检测电路4132的输出端与动态欠压保护电路77的第二输入端(图未示标号)连接，第三温度检测电路4133的输出端与动态欠压保护电路77的第三输入端(图未示标号)连接，第四温度检测电路4134的输出端与动态欠压保护电路77的第四输入端(图未示标号)连接，第五温度检测电路4135的输出端与动态欠压保护电路77的第五输入端(图未示标号)连接，及第六温度检测电路4136的输出端与动态欠压保护电路77的第六输入端(图未示标号)连接；且第一温度检测电路4131、第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136及动态欠压保护电路77的供电电源正端均与本实用新型智能功率模块4100的工作电压输入端VDD(即VCC端)连接；第一温度检测电路4131、第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136及动态欠压保护电路77的供电电源负端均与本实用新型智能功率模块4100的COM端(SPGND端)连接。
[0057]上述动态欠压保护电路77的输出端0UT2分别与U相上桥臂驱动电路14的欠压保护信号输入端、V相上桥臂驱动电路24的欠压保护信号输入端、W相上桥臂驱动电路34的欠压保护信号输入端、U相下桥臂驱动电路44的欠压保护信号输入端、V相下桥臂驱动电路54的欠压保护信号输入端和W相下桥臂驱动电路64的欠压保护信号输入端连接。
[0058]在HVIC管4400内部，VCC端与上、下桥臂各驱动电路的低压区供电电源正端相连；GND端与上、下桥臂各驱动电路的低压区供电电源负端相连；
[0059]U相上桥臂驱动电路14的高压区供电电源正端与VBl端相连，U相上桥臂驱动电路14的高压区供电电源负端与VSl相连；
[0060]V相上桥臂驱动电路24的高压区供电电源正端与VB2相连，V相上桥臂驱动电路24的高压区供电电源负端与VS2相连；
[0061]W相上桥臂驱动电路34的高压区供电电源正端与VB3相连，W相上桥臂驱动电路34的高压区供电电源负端与VS3相连。
[0062]本实用新型智能功率模块的工作原理具体描述如下:本实用新型智能功率模块通过第一温度检测电路4131、第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136对其附近的IGBT管的温度进行检测，并将检测到的温度转换为电压信号输出至动态欠压保护电路77的相应输入端，动态欠压保护电路77根据其输入端所输入的电压信号，自动调整其欠压保护触发值，并根据调整后的欠压保护触发值和工作电压输入端VDD所输入的工作电压，输出相应欠压保护信号至各IGBT管对应设置的各驱动电路的欠压保护信号输入端，从而实现本实用新型智能功率模块的欠压保护功能。
[0063]具体地，当工作电压输入端VDD所输入的工作电压低于动态欠压保护电路77的欠压保护触发值时，动态欠压保护电路77的输出端0UT2输出低电平，即上述各驱动电路的欠压保护信号输入端所输入的欠压保护信号为低电平时，各驱动电路的输出端恒为低电平，从而使HVIC管4400的六路输出恒为低电平，使得智能功率模块内部上桥臂的各IGBT管及下桥臂的各IGBT管全部处于截止状态，从而起到降低智能功率模块功耗的作用，以及起到保护智能功率模块免受过热损坏的作用；当工作电压输入端VDD所输入的工作电压高于动态欠压保护电路77的欠压保护触发值时，HVIC管4400的六路输出与对应的输出信号相位相同，本实用新型智能功率模块正常工作。
[0064]当IGBT管的导通压降上升时，必然会造成IGBT管的温度升高，而本实用新型在各IGBT管附近均设置了一温度检测电路，各温度检测电路可实时监控与其对应的IGBT管的温度值是否出现异常。由于相同的IGBT管的栅极驱动电压对于不同的IGBT管，产生的导通压降是不相同的，在同一个IGBT管的生命周期中，产生的导通压降也不尽相同，因此，相同的栅极驱动电压对IGBT管产生的温度并不相同，而本实施例中的温度检测电路可以将这个温度进行传递，使动态欠压保护电路77根据各IGBT管的温度波动情况，动态调整其欠压保护触发值，当IGBT管的温度较高时，动态欠压保护电路77自动升高其欠压保护触发值，当IGBT管的温度较低时，动态欠压保护电路77自动降低其欠压保护触发值，从而使得本实用新型能够更加准确地实现智能功率模块的欠压保护功能。
[0065]因此，本实用新型智能功率模块的相同结构的HVIC管4400中的动态欠压保护电路77就能满足不同IGBT管的欠压保护需求，使HVIC管4400中的动态欠压保护电路77能够根据IGBT管的实际情况调整其欠压保护触发值。在IGBT管发热量较大时，对工作电压VDD的波动更敏感，在工作电压VDD下降幅度较小时，动态欠压保护电路77就能触发欠压保护功能，使智能功率模块的各IGBT管停止工作，避免IGBT管因过热而损坏；
[0066]在IGBT管发热量较小时，对工作电压VDD的波动较迟钝，在工作电压VDD下降幅度较大时，动态欠压保护电路77才能触发欠压保护功能，使智能功率模块的各IGBT管停止工作，避免智能功率模块出现不必要的跳停。
[0067]此外，本实用新型中动态欠压保护电路77的欠压保护触发值是根据HVIC管后续驱动的功率开关器件(IGBT管)的发热情况而动态变化的，因此，这种HVIC管除了可以用于驱动IGBT管外，还可以用于驱动MOS管等其他功率开关器件，从而不需要因为HVIC管驱动的功率开关器件不同，而更换HVIC管的设计方案，从而大幅度地缩减了智能功率模块的开发成本和开发周期，对智能功率模块的应用推广起到了积极作用。
[0068]图3是本实用新型智能功率模块中第一温度检测电路的电路结构图。
[0069]一并参照图2和图3，本实用新型智能功率模块中的第一温度检测电路4131包括第一电阻5001、第二电阻5005、第三电阻5002、第一稳压二极管5003及第二稳压二极管5004。
[0070]具体地，第一电阻5001的第一端与VCC端(即本实用新型智能功率模块的工作电压输入端VDD)连接，第一电阻5001的第二端分别与第二电阻5005的第一端及第一稳压二极管5003的阴极连接，第二电阻5005的第二端与第三电阻5002的第一端连接，第三电阻5002的第二端与第二稳压二极管5004的阴极连接，并且，第二稳压二极管5004的阴极作为第一温度检测电路4131的输出端，与动态欠压保护电路77的第一输入端连接，第二稳压二极管5004的阳极与第一稳压二极管5003的阳极连接，且接地(也即与本实用新型智能功率模块的低压区供电电源负端COM连接)。
[0071]本实施例中，优选地，第一电阻5001和第二电阻5005均为正温度系数的电阻，如base电阻，而第三电阻5002为负温度系数的电阻，如poly电阻。第一电阻5001的阻值为50kΩ，第二电阻5005和第三电阻5002的阻值均为5kΩ。第一稳压二极管5003的稳压值为7.8V，第二稳压二极管5004的稳压值为6.4V。
[0072]本实施例，在电路版图的布局上，将第二稳压二极管5004所在的支路设置在尽量接近U相上桥臂IGBT管4121的位置，因第一稳压二极管5003及第二稳压二极管5004的稳压值都大于5V，所以他们的稳压值是正温度系数，由于第一稳压二极管5003距离U相上桥臂IGBT管4121较远，而第二稳压二极管5004距离U相上桥臂IGBT管4121较近，所以在U相上桥臂IGBT管4121的温度瞬时攀升时，第一稳压二极管5003几乎不受影响，而第二稳压二极管5004会受到直接影响。又由于第二电阻5005为正温度系数的电阻，第三电阻5002为负温度系数的电阻，因此，第二电阻5005及第三电阻5002随温度的变化值相互抵消，使得第二电阻5005及第三电阻5002的串联阻值保持在1kQ左右。上述第一电阻5001主要起限流作用。第一温度检测电路4131工作时，在第一稳压二极管5003的两端为一个较稳定的电压，而在第二稳压二极管5004的两端(即第一温度检测电路4131的输出端OUTl与GND之间)是一个根据U相上桥臂IGBT管4121的发热量而变化的电压，当U相上桥臂IGBT管4121的温度瞬时增加时，第一温度检测电路4131的输出端OUTl与GND之间的电压也会瞬时增加，当U相上桥臂IGBT管4121的温度瞬时下降时，第一温度检测电路4131的输出端OUTl与GND之间的电压也会瞬时下降。
[0073]本实用新型实施例中，上述第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136的电路结构及其工作原理均与上述第一温度检测电路4131的电路结构及其工作原理相同，此处不再赘述。
[0074]图4是本实用新型智能功率模块中动态欠压保护电路的电路结构图。
[0075]—并参照图2和图4，本实用新型智能功率模块中的动态欠压保护电路77包括第四电阻6001、第五电阻6002、第六电阻6003、第一电压比较器6101、第二电压比较器6102、第三电压比较器6103、第四电压比较器6104、第五电压比较器6105、第六电压比较器6106、第七电压比较器6005、第一参考电压源6010、第二参考电压源6004、第一或门6011、第二或门6012、第三或门6013、第一非门6007、第二非门6008及NMOS管6006。
[0076]具体地，第一电压比较器6101、第二电压比较器6102、第三电压比较器6103、第四电压比较器6104、第五电压比较器6105、第六电压比较器6106的正输入端为动态欠压保护电路77的六个输入端，与上述各温度检测电路的输出端对应连接。其中，第一电压比较器6101的正输入端与第一温度检测电路4131的输出端连接；第二电压比较器6102的正输入端与第二温度检测电路4132的输出端连接；第三电压比较器6103的正输入端与第三温度检测电路4133的输出端连接；第四电压比较器6104的正输入端与第四温度检测电路4134的输出端连接；第五电压比较器6105的正输入端与第五温度检测电路4135的输出端连接；第六电压比较器6106的正输入端与第六温度检测电路4136的输出端连接；
[0077]第一电压比较器6101、第二电压比较器6102、第三电压比较器6103、第四电压比较器6104、第五电压比较器6105、第六电压比较器6106的负输入端均与第一参考电压源6010的正极连接；第一参考电压源6010的负极接地；第一电压比较器6101、第二电压比较器6102、第三电压比较器6103的输出端与第二或门6012的相应输入端连接；第四电压比较器6104、第五电压比较器6105、第六电压比较器6106的输出端与第三或门6013的相应输入端连接；第二或门6012、第三或门6013的输出端与第一或门6011的相应输入端连接；第一或门6011的输出端与NMOS管6006的栅极连接；第四电阻6001、第五电阻6002、第六电阻6003依次串联，一端与工作电压输入端VDD连接，另一端接地；NM0S管6006的漏极连接于第四电阻6001和第五电阻6002之间，NMOS管6006的源极接地；第七电压比较器6005的正输入端连接于第五电阻6002和第六电阻6003之间,第七电压比较器6005的负输入端与第二参考电压源6004的正极连接，第七电压比较器6005的输出端经第一非门6007与第二非门6008的输入端连接；第二参考电压源6004的负极接地GND (即图2的COM端)；第二非门6008的输出端为动态欠压保护电路77的输出端OUT2，分别与图2中的各驱动电路的欠压保护信号输入端(图未示标号)连接。
[0078]本实用新型实施例中的动态欠压保护电路77还包括第一电容6009，第一电容6009的一端与第二非门6008的输入端连接，第一电容6009的另一端接地。本实施例中第一电容6009的作用是:当第七电压比较器6005的输出端的电平发生翻转时，需要持续一段足够让第一电容6009充电或放电的时间，才使动态欠压保护电路77的输出端0UT2的电平信号发生翻转，可以避免因为电路信号毛刺等原因而引起频发触发欠压保护动作。
[0079]本实施例中，NMOS管6006的宽敞设置为5 μ m/3 μ m，第一电容6009的电容值设置为20pF，根据该参数设置，第七电压比较器6005输出端的电平反转后需持续μ s后才能使动态欠压保护电路77的输出端0UT2的电平反转。
[0080]并且，本实施例中，第一参考电压源6010的电压为6.9V (即比第二稳压二极管5004的稳压值高0.5V)，第二参考电压源6004的电压为6V。
[0081 ] 本实施例中，动态欠压保护电路77的工作原理具体描述如下:
[0082]动态欠压保护电路77的输入端IN接收来自第一温度检测电路4131、第二温度检测电路4132、第三温度检测电路4133、第四温度检测电路4134、第五温度检测电路4135、第六温度检测电路4136所输出的六路电压信号，并将接收到电压信号与第一参考电压源6010的电压VA进行比较:
[0083]当第一温度检测电路4131输出的电压信号大于VA时,第一电压比较器6101的输出端输出高电平，否则输出低电平；
[0084]当第二温度检测电路4132输出的电压信号大于VA时，第二电压比较器6102的输出端输出高电平，否则输出低电平；
[0085]当第三温度检测电路4133输出的电压信号大于VA时,第三电压比较器6103的输出端输出高电平，否则输出低电平；
[0086]当第四温度检测电路4134输出的电压信号大于VA时，第四电压比较器6104的输出端输出高电平，否则输出低电平；
[0087]当第五温度检测电路4135输出的电压信号大于VA时,第五电压比较器6105的输出端输出高电平，否则输出低电平；
[0088]当第六温度检测电路4136输出的电压信号大于VA时,第六电压比较器6106的输出端输出高电平，否则输出低电平。
[0089]经过由第二或门6012、第三或门6013、第一或门6011组成的网络，只要第一电压比较器6101、第二电压比较器6102、第三电压比较器6103、第四电压比较器6104、第五电压比较器6105及第六电压比较器6106中有一路输出高电平，第一或门6011就输出高电平，否则输出低电平。而当第一或门6011输出高电平时，NMOS管6006导通；当第一或门6011输出低电平时，NMOS管6006截止。
[0090]具体地，当图2中的各IGBT管导通时的发热量都较低时，各温度检测电路的输出端所输出的电压值必然均低于第一参考电压源6010的电压VA (6.9V),从而使得NMOS管6006处于截止状态；而当图2中某一 IGBT管导通时的发热量较高时，则相应的温度检测电路的输出端所输出的电压值将达到6.9V以上，此时，NMOS管6006导通。由于NMOS管6006处于截止状态和导通状态时，第七电压比较器6005的正输入端所输入的电压值是不同的，即IGBT管的发热量不同时，动态欠压保护电路77触发欠压保护动作所需要的电压触发值是不同的，即本实施例中的动态欠压保护电路77可以根据IGBT管的实际发热情况自动调整其欠压保护触发值，从而使得本实用新型智能功率模块相对于现有技术中的智能功率模块，能够更加准确地实现智能功率模块的欠压保护功能，从而提高智能功率模块的可靠性。[0091 ] 本实用新型提出的智能功率模块，通过第一温度检测电路对U相上桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第二温度检测电路对V相上桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第三温度检测电路对W相上桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第四温度检测电路对U相下桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第五温度检测电路对V相下桥臂IGBT管的温度进行检测，通过第六温度检测电路对W相下桥臂IGBT管的温度进行检测，且将各温度检测电路的检测结果输出至动态欠压保护电路，动态欠压保护电路根据接收到的检测结果自动调整其欠压保护触发值，并根据该欠压保护触发值和工作电压输入端所输入的工作电压，输出相应的欠压保护信号至各IGBT管的驱动电路，从而实现智能功率模块的欠压保护功能。本实用新型能够更加准确地实现智能功率模块的欠压保护功能，从而提高了智能功率模块的可靠性。并且，本实用新型还具有结构简单及易实现的优点。
[0092] 以上所述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，包括工作电压输入端、U相上桥臂IGBT管、V相上桥臂IGBT管和W相上桥臂IGBT管、U相下桥臂IGBT管、V相下桥臂IGBT管和W相下桥臂IGBT管，其中，各所述IGBT管均对应设置有一驱动电路，其特征在于， 还包括用于检测U相上桥臂IGBT管的温度的第一温度检测电路、用于检测V相上桥臂IGBT管的温度的第二温度检测电路、用于检测W相上桥臂IGBT管的温度的第三温度检测电路、用于检测U相下桥臂IGBT管的温度的第四温度检测电路、用于检测V相下桥臂IGBT管的温度的第五温度检测电路、用于检测W相下桥臂IGBT管的温度的第六温度检测电路，以及用于根据各所述温度检测电路的检测结果自动调整欠压保护触发值、并根据所述欠压保护触发值和所述工作电压输入端的电压输出相应的欠压保护信号至各所述驱动电路的动态欠压保护电路；其中， 所述动态欠压保护电路的输入端分别与各所述温度检测电路的输出端连接，所述动态欠压保护电路的输出端分别与各所述驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一温度检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管及第二稳压二极管；其中， 所述第一电阻的第一端与所述工作电压输入端连接，第二端分别与所述第二电阻的第一端及所述第一稳压二极管的阴极连接；所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第二稳压二极管的阴极连接；所述第二稳压二极管的阴极作为所述第一温度检测电路的输出端与所述动态欠压保护电路的一输入端连接；所述第二稳压二极管的阳极与所述第一稳压二极管的阳极连接并接地。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述动态欠压保护电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器、第七电压比较器、第一参考电压源、第二参考电压源、第一或门、第二或门、第三或门、第一非门、第二非门及NMOS管；其中， 第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器的正输入端为所述动态欠压保护电路的输入端，所述动态欠压保护电路的输入端与各所述温度检测电路的输出端对应连接，第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器的负输入端均与第一参考电压源的正极连接；第一电压比较器、第二电压比较器及第三电压比较器的输出端与第二或门的相应输入端连接；第一参考电压源的负极接地；第四电压比较器、第五电压比较器及第六电压比较器的输出端与第三或门的相应输入端连接；第二或门及第三或门的输出端与第一或门的相应输入端连接；第一或门的输出端与NMOS管的栅极连接；第四电阻、第五电阻及第六电阻依次串联，一端与所述工作电压输入端连接，另一端接地；NMOS管的漏极连接于第四电阻和第五电阻之间，NMOS管的源极接地；第七电压比较器的正输入端连接于第五电阻和第六电阻之间，其负输入端与第二参考电压源的正极连接，其输出端经第一非门与第二非门的输入端连接；第二参考电压源的负极接地；第二非门的输出端为所述动态欠压保护电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述动态欠压保护电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第二非门的输入端连接，所述第一电容的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述第二温度检测电路、第三温度检测电路、第四温度检测电路、第五温度检测电路、第六温度检测电路的电路结构均与所述第一温度检测电路的电路结构相同。
6.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻均为正温度系数的电阻，所述第三电阻为负温度系数的电阻。
7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一稳压二极管的稳压值为7.8V，所述第二稳压二极管的稳 压值为6.4V。
8.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一电阻的阻值为50kΩ，所述第二电阻和所述第三电阻的阻值均为5kQ，所述第四电阻的阻值为20kQ，所述第五电阻的阻值为1kQ，所述第六电阻的阻值为90k Ω。
9.根据权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一参考电压源的电压为.6.9V，所述第二参考电压源的电压为6V，所述第一电容的电容值为20pF。
【文档编号】H02M7/5387GK203859700SQ201420159587
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】冯宇翔 申请人:美的集团股份有限公司