智能功率模块的制作方法

本实用新型涉及，具体而言，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器件(Deriver Integrated Circuit，即Driver IC)。由于具有高集成度、高可靠性等优势，智能功率模块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、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。

现有智能功率模块100的电路结构如图1所示：

HVIC(High Voltage integrated circuit，高压集成控制电路)管101的VCC端作为上述智能功率模块100的低压区供电电源正端VCC(H)，VCC(H)一般为15V；

LVIC(Low Voltage integrated circuit，低压集成控制电路)管102的VCC端作为上述智能功率模块100的低压区供电电源正端VCC(L)，VCC(L)一般为15V；

上述HVIC管101的IN(UH)端作为上述智能功率模块100的U相上桥臂输入端UHIN；

上述HVIC管101的IN(VH)端作为上述智能功率模块100的V相上桥臂输入端VHIN；

上述HVIC管101的IN(WH)端作为上述智能功率模块100的W相上桥臂输入端WHIN；

上述LVIC管102的IN(UL)端作为上述智能功率模块100的U相下桥臂输入端ULIN；

上述LVIC管102的IN(VL)端作为上述智能功率模块100的V相下桥臂输入端VLIN；

上述LVIC管102的IN(WL)端作为上述智能功率模块100的W相下桥臂输入端WLIN；

在此，上述智能功率模块100的U、V、W三相的六路输入接收0～5V的输入信号；

上述HVIC管101的COM端与上述LVIC管102的COM端相连；

上述LVIC管102的COM端作为上述智能功率模块100的低压区供电电源负端COM；

上述HVIC管101的UVB端作为上述智能功率模块100的U相高压区供电电源正端VB(U)；

上述HVIC管101的OUT(UH)端与U相上桥臂IGBT管121的栅极相连；

上述HVIC管101的UVS端与上述IGBT管121的发射极、FRD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，并作为上述智能功率模块100的U相高压区供电电源负端U；

上述HVIC管101的VVB端作为上述智能功率模块100的U相高压区供电电源正端VB(V)；

上述HVIC管101的OUT(VH)端与V相上桥臂IGBT管123的栅极相连；

上述HVIC管101的VVS端与上述IGBT管122的发射极、FRD管112的阳极、V相下桥臂IGBT管125的集电极、FRD管115的阴极相连，并作为上述智能功率模块100的W相高压区供电电源负端V；

上述HVIC管101的WVB端作为上述智能功率模块100的W相高压区供电电源正端VB(W)；

上述HVIC管101的OUT(WH)端与W相上桥臂IGBT管123的栅极相连；

上述HVIC管101的WVS端与上述IGBT管123的发射极、FRD管113的阳极、W相下桥臂IGBT管126的集电极、FRD管116的阴极相 连，并作为上述智能功率模块100的W相高压区供电电源负端W；

上述LVIC管102的OUT(UL)端与上述IGBT管124的栅极相连；

上述LVIC管102的OUT(VL)端与上述IGBT管125的栅极相连；

上述LVIC管102的OUT(WL)端与上述IGBT管126的栅极相连；

上述IGBT管124的发射极与上述FRD管114的阳极相连，并作为上述智能功率模块100的U相低电压参考端NU；

上述IGBT管125的发射极与上述FRD管115的阳极相连，并作为上述智能功率模块100的V相低电压参考端NV；

上述IGBT管126的发射极与上述FRD管116的阳极相连，并作为上述智能功率模块100的W相低电压参考端NW；

上述IGBT管121的集电极、上述FRD管111的阴极、上述IGBT管122的集电极、上述FRD管112的阴极、上述IGBT管123的集电极、上述FRD管113的阴极相连，并作为上述智能功率模块100的高电压输入端P，P一般接300V。

上述HVIC管101的作用是：

将输入端IN(UH)、IN(VH)、IN(WH)的0～5V的逻辑信号分别传到输出端OUT(UH)、OUT(VH)、OUT(WH)，OUT(UH)、OUT(VH)、OUT(WH)是VS～VS+15V的逻辑信号。

上述LVIC管101的作用是：

将输入端IN(UL)、IN(VL)、IN(WL)的0～5V的逻辑信号传到输出端OUT(UL)、OUT(VL)、OUT(WL)，OUT(UL)、OUT(VL)、OUT(WL)是0～15V的逻辑信号。

图2示出了现有智能功率模块100的结构。

上述智能功率模块100具有如下结构，其包括：电路基板206；设于上述电路基板206表面上的绝缘层207上形成的上述电路布线208；被固定在上述电路布线208上的上述IGBT管121～126、上述FRD管 111～116、上述HVIC管101等元器件；连接元器件和上述电路布线208的金属线205；与上述电路布线208连接的引脚201；上述电路基板206的至少一面被密封树脂202密封，为了提高密封性，会将电路基板206全部密封，为了提高散热性，会使上述铝基板206的背面露出到外部的状态下进行密封。

下面结合图3至图5对现有技术的智能功率模块的热分析过程进行说明。

如图3所示，上述IGBT为受测试器件，IGBT集电极与用于测量受测试IGBT温度的测试电流Im正极相连，并且与加热电流Ih的正极通过开关S相连。Ih、Im的负极与IGBT发射极相连并接地。上述电路为IGBT的门电极驱动电路(即Gate Driver)。测试过程中，电压表用于进行全程的IGBT压降的测量。

如图4所示，上述电路在智能功率模块100由上述HVIC101或者LVIC102代替。根据上述HVIC或者上述LVIC的输入输出物性，可得出上述IGBT门电压与发射极之间的电压Vge如图5所示。

从图5可以看出，现有的智能功率模块的6枚IGBT管统一由HVIC管或者LVIC管进行控制。并且，HVIC管或者LVIC管对门电压的控制能力单一。HVIC管或者LVIC管的工作电压在10～20V，推荐工作电压15V。工作电压低于10V，HVIC管或者LVIC管不工作，Vge输出为0，上述IGBT关断，工作电压在10～20V时，HVIC管或者LVIC管输出电源输入电压，上述IGBT处于饱和区。由此，上述IGBT在HVIC管或者LVIC管的控制下只能处于判断或饱和状态。

此外，上述IGBT处于饱和区与线性区的电阻值是不一样的，由于电阻值直接关系到硅的热传导性质，故上述智能功率模块100只能研究上述IGBT处于饱和区下的热传导性质，而不能测量出上述IGBT在线性区下的性质，对于上述IGBT不能有一个全面的热特性研究。

另外，功率循环测试是测试智能功率模块寿命的重要方法，也是用于分析热失效的一种研究方法。上述IGBT处于饱和区，金属线焊接点的疲劳容易在功率循环测试中表征；上述IGBT处于线性区时，功率芯片及其 以下的材料的疲劳特性容易在功率循环测试中表现出来。所以，对上述智能功率模块100的功率循环表征大部分反映出金属焊接点的寿命，不能全面地反映出模块的热可靠性。

基于以上考虑，在上述智能功率模块100，由HVIC管或者LVIC管构成的对上述IGBT驱动电路，对于热特牲表征缺乏灵活性，不能很好地从热的角度评价上述智能功率模块100的可靠性。

技术实现要素：

本实用新型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。

为此，本实用新型的一个目的在于提出了一种智能功率模块。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括：第三相上桥臂IGBT的基极连接至上桥臂第一端，并且上桥臂第二端连接至第三相上桥臂正极驱动端；第三相下桥臂IGBT的基极连接至下桥臂第一端，并且下桥臂第二端连接至第三相下桥臂正极驱动端。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，所述智能功率模块包括：高压输入端、第一相上桥臂信号输出端、第二相上桥臂信号输出端和第三相上桥臂信号输出端、第一相下桥臂信号输出端、第二相下桥臂信号输出端和第三相下桥臂信号输出端、电连接的上桥臂第一端和上桥臂第二端，以及电连接的下桥臂第一端和下桥臂第二端；上桥臂集成控制电路，设有第一相上桥臂正极驱动端、第二相上桥臂正极驱动端和第三相上桥臂正极驱动端，以及设有第一相上桥臂负极驱动端、第二相上桥臂负极驱动端和第三相上桥臂负极驱动端；第一相上桥臂IGBT，所述第一相上桥臂IGBT的基极连接至所述第一相上桥臂正极驱动端，所述第一相上桥臂IGBT的集电极连接至所述高压输入端，所述第一相上桥臂IGBT的发射极同时连接至所述第一相上桥臂负极驱动端和所述第一相上桥臂信号输出端；第二相上桥臂IGBT，所述第二相上桥臂IGBT的基极连接至所述第二相上桥臂正极驱动端，所述第二相上桥臂IGBT的集电极连接至所述高压输入端，所述第二相上桥臂IGBT的发 射极同时连接至所述第二相上桥臂负极驱动端和所述第二相上桥臂信号输出端；第三相上桥臂IGBT，所述第三相上桥臂IGBT的集电极连接至所述高压输入端，所述第三相上桥臂IGBT的发射极同时连接至所述第三相上桥臂负极驱动端和所述第三相上桥臂信号输出端；下桥臂集成控制电路，设有第一相下桥臂正极驱动端、第二相下桥臂正极驱动端和第三相下桥臂正极驱动端，以及设有第一相下桥臂负极驱动端、第二相下桥臂负极驱动端和第三相下桥臂负极驱动端；所述第一相上桥臂IGBT对称设置的第一相下桥臂IGBT，所述第一相下桥臂IGBT的基极连接至所述第一相下桥臂正极驱动端，所述第一相下桥臂IGBT的集电极连接至所述高压输入端，所述第一相下桥臂IGBT的发射极同时连接至所述第一相下桥臂负极驱动端和所述第一相下桥臂信号输出端；与所述第二相上桥臂IGBT对称设置的第二相下桥臂IGBT，所述第二相下桥臂IGBT的基极连接至所述第二相下桥臂正极驱动端，所述第二相下桥臂IGBT的集电极连接至所述高压输入端，所述第二相下桥臂IGBT的发射极同时连接至所述第二相下桥臂负极驱动端和所述第二相下桥臂信号输出端；与所述第三相上桥臂IGBT对称设置的第三相下桥臂IGBT，所述第三相下桥臂IGBT的集电极连接至所述高压输入端，所述第三相下桥臂IGBT的发射极同时连接至所述第三相下桥臂负极驱动端和所述第三相下桥臂信号输出端。

通过设置第三相上桥臂IGBT的基极连接至上桥臂第一端，并且上桥臂第二端连接至第三相上桥臂正极驱动端，上桥臂第一端与第三相上桥臂正极驱动端是电连接的，因此，第三相上桥臂IGBT的基极间接连接至所述第一相上桥臂正极驱动端，同理，通过第三相下桥臂IGBT的基极连接至下桥臂第一端，并且下桥臂第二端连接至第三相下桥臂正极驱动端，也即第三相下桥臂IGBT的基极间接连接至所述第三相下桥臂正极驱动端，可以控制第三相上桥臂IGBT和第三相下桥臂IGBT处于线性区或者饱和区，从而可以对IGBT的结壳热阻和功率循环有较为全面的表征。

其中，结合现有技术的智能功率模块来说，第三相上桥臂IGBT为W相上桥臂IGBT，位于智能功率模块的中间区域，第三相下桥臂IGBT为W相下桥臂IGBT，位于智能功率模块的边缘区域，因此，通过检测第三 相上桥臂IGBT和第三相下桥臂IGBT的热特性表征，可以比较准确地反映出智能功率模块的热分布情况。

另外，对应的任一组的上桥臂IGBT和下桥臂IGBT不同时开启，本申请的智能功率模块的上桥臂IGBT与下桥臂IGBT采用对称设计，因此，便于控制上桥臂IGBT和下桥臂IGBT的通断状态。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块，还可以具有以下技术特征：

优选地，上桥臂集成控制电路和下桥臂集成控制电路交替输出驱动信号，以分别驱动第一相上桥臂IGBT、第二相上桥臂IGBT和第三相上桥臂IGBT导通，或驱动第一相下桥臂IGBT、第二相下桥臂IGBT和第三相下桥臂IGBT导通。

优选地，还包括：第一上桥臂快速恢复二极管，第一上桥臂快速恢复二极管的阳极连接至第一相上桥臂IGBT的发射极，第一上桥臂快速恢复二极管的阴极连接至第一相上桥臂IGBT的集电极。

优选地，还包括：第二上桥臂快速恢复二极管，第二上桥臂快速恢复二极管的阳极连接至第二相上桥臂IGBT的发射极，第二上桥臂快速恢复二极管的阴极连接至第二相上桥臂IGBT的集电极。

优选地，还包括：第三上桥臂快速恢复二极管，第三上桥臂快速恢复二极管的阳极连接至第三相上桥臂IGBT的发射极，第三上桥臂快速恢复二极管的阴极连接至第三相上桥臂IGBT的集电极。

优选地，还包括：第一下桥臂快速恢复二极管，第一下桥臂快速恢复二极管的阳极连接至第一相下桥臂IGBT的发射极，第一下桥臂快速恢复二极管的阴极连接至第一相下桥臂IGBT的集电极。

优选地，还包括：第二下桥臂快速恢复二极管，第二下桥臂快速恢复二极管的阳极连接至第二相下桥臂IGBT的发射极，第二下桥臂快速恢复二极管的阴极连接至第二相下桥臂IGBT的集电极。

优选地，还包括：第三下桥臂快速恢复二极管，第三下桥臂快速恢复二极管的阳极连接至第三相下桥臂IGBT的发射极，第三下桥臂快速恢复二极管的阴极连接至第三相下桥臂IGBT的集电极。

根据本实用新型的第二方面的实施例，提出了一种电力电子设备，包括如上述第一方面的技术方案的智能功率模块。

优选地，电力电子设备为空调器。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了现有技术中智能功率模块的示意图；

图2示出了图1所示的智能功率模块的硬件电路示意图；

图3示出了现有技术中对智能功率进行热分析的测试原理图；

图4示出了现有技术中对智能功率进行热分析的简化示意图；

图5示出了现有技术中对智能功率进行热分析的测试结果图；

图6示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的示意图；

图7示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的硬件电路示意图；

图8示出了对根据本实用新型的实施例的智能功率模块的进行热分析的外围电路示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图6示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的示意图。

图7示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的硬件电路示意 图。

图8示出了对根据本实用新型的实施例的智能功率模块的进行热分析的外围电路示意图。

如图6至图8所示，根据本实用新型的实施例的智能功率模块300，包括：第三相上桥臂IGBT323的基极连接至上桥臂第一端WHT，并且上桥臂第二端WHG连接至第三相上桥臂正极驱动端OUT(WH)；第三相下桥臂IGBT326的基极连接至下桥臂第一端WLT，并且下桥臂第二端WLG连接至第三相下桥臂正极驱动端OUT(WL)。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块300，所述智能功率模块300包括：高压输入端P、第一相上桥臂信号输出端U、第二相上桥臂信号输出端V和第三相上桥臂信号输出端W、第一相下桥臂信号输出端Nu、第二相下桥臂信号输出端Nv和第三相下桥臂信号输出端Nw、电连接的上桥臂第一端WHT和上桥臂第二端WHG，以及电连接的下桥臂第一端WLT和下桥臂第二端WLG；上桥臂集成控制电路301，设有第一相上桥臂正极驱动端OUT(UH)、第二相上桥臂正极驱动端OUT(VH)和第三相上桥臂正极驱动端OUT(WH)，以及设有第一相上桥臂负极驱动端UVS、第二相上桥臂负极驱动端VVS和第三相上桥臂负极驱动端WVS；第一相上桥臂IGBT321，所述第一相上桥臂IGBT321的基极连接至所述第一相上桥臂正极驱动端OUT(UH)，所述第一相上桥臂IGBT321的集电极连接至所述高压输入端P，所述第一相上桥臂IGBT321的发射极同时连接至所述第一相上桥臂负极驱动端UVS和所述第一相上桥臂信号输出端U；第二相上桥臂IGBT322，所述第二相上桥臂IGBT322的基极连接至所述第二相上桥臂正极驱动端OUT(VH)，所述第二相上桥臂IGBT322的集电极连接至所述高压输入端P，所述第二相上桥臂IGBT322的发射极同时连接至所述第二相上桥臂负极驱动端VVS和所述第二相上桥臂信号输出端V；第三相上桥臂IGBT323，所述第三相上桥臂IGBT323的集电极连接至所述高压输入端P，所述第三相上桥臂IGBT323的发射极同时连接至所述第三相上桥臂负极驱动端WVS和所述第三相上桥臂信号输出端W；下桥臂集成控制电路302，设有第一相下桥臂正极驱动端OUT(UL)、第二相下桥臂正极驱动端OUT(VL)和第三相下桥臂正极驱动 端OUT(WL)，以及设有第一相下桥臂负极驱动端、第二相下桥臂负极驱动端和第三相下桥臂负极驱动端；所述第一相上桥臂IGBT321对称设置的第一相下桥臂IGBT324，所述第一相下桥臂IGBT324的基极连接至所述第一相下桥臂正极驱动端OUT(UL)，所述第一相下桥臂IGBT324的集电极连接至所述高压输入端P，所述第一相下桥臂IGBT324的发射极同时连接至所述第一相下桥臂负极驱动端和所述第一相下桥臂信号输出端Nu；与所述第二相上桥臂IGBT322对称设置的第二相下桥臂IGBT325，所述第二相下桥臂IGBT325的基极连接至所述第二相下桥臂正极驱动端OUT(VL)，所述第二相下桥臂IGBT325的集电极连接至所述高压输入端P，所述第二相下桥臂IGBT325的发射极同时连接至所述第二相下桥臂负极驱动端和所述第二相下桥臂信号输出端Nv；与所述第三相上桥臂IGBT323对称设置的第三相下桥臂IGBT326，所述第三相下桥臂IGBT326的集电极连接至所述高压输入端P，所述第三相下桥臂IGBT326的发射极同时连接至所述第三相下桥臂负极驱动端和所述第三相下桥臂信号输出端Nw。

通过设置第三相上桥臂IGBT323的基极连接至上桥臂第一端WHT，并且上桥臂第二端WHG连接至第三相上桥臂正极驱动端OUT(WH)，因此，第三相上桥臂IGBT323的基极间接连接至所述第三相上桥臂正极驱动端OUT(WH)，同理，通过第三相下桥臂IGBT326的基极连接至下桥臂第一端WLT，并且下桥臂第二端WLG连接至第三相下桥臂正极驱动端OUT(WL)，也即第三相下桥臂IGBT326的基极间接连接至所述第三相下桥臂正极驱动端OUT(WL)，可以控制第三相上桥臂IGBT323和第三相下桥臂IGBT326处于线性区或者饱和区，从而可以对IGBT的结壳热阻和功率循环有较为全面的表征。

其中，结合现有技术的智能功率模块300来说，第三相上桥臂IGBT323为W相上桥臂IGBT，位于智能功率模块300的中间区域，第三相下桥臂IGBT326为W相下桥臂IGBT，位于智能功率模块300的边缘区域，因此，通过检测第三相上桥臂IGBT323和第三相下桥臂IGBT326的热特性表征，可以比较准确地反映出智能功率模块300的热分布情况。

另外，对应的任一组的上桥臂IGBT和下桥臂IGBT不同时开启，本 申请的智能功率模块300的上桥臂IGBT与下桥臂IGBT采用对称设计，因此，便于控制上桥臂IGBT和下桥臂IGBT的通断状态。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块300，还可以具有以下技术特征：

优选地，上桥臂集成控制电路301和下桥臂集成控制电路302交替输出驱动信号，以分别驱动第一相上桥臂IGBT321、第二相上桥臂IGBT322和第三相上桥臂IGBT323导通，或驱动第一相下桥臂IGBT324、第二相下桥臂IGBT325和第三相下桥臂IGBT326导通。

优选地，还包括：第一上桥臂快速恢复二极管311，第一上桥臂快速恢复二极管311的阳极连接至第一相上桥臂IGBT321的发射极，第一上桥臂快速恢复二极管311的阴极连接至第一相上桥臂IGBT321的集电极。

优选地，还包括：第二上桥臂快速恢复二极管312，第二上桥臂快速恢复二极管312的阳极连接至第二相上桥臂IGBT322的发射极，第二上桥臂快速恢复二极管312的阴极连接至第二相上桥臂IGBT322的集电极。

优选地，还包括：第三上桥臂快速恢复二极管313，第三上桥臂快速恢复二极管313的阳极连接至第三相上桥臂IGBT323的发射极，第三上桥臂快速恢复二极管313的阴极连接至第三相上桥臂IGBT323的集电极。

优选地，还包括：第一下桥臂快速恢复二极管314，第一下桥臂快速恢复二极管314的阳极连接至第一相下桥臂IGBT324的发射极，第一下桥臂快速恢复二极管314的阴极连接至第一相下桥臂IGBT324的集电极。

优选地，还包括：第二下桥臂快速恢复二极管315，第二下桥臂快速恢复二极管315的阳极连接至第二相下桥臂IGBT325的发射极，第二下桥臂快速恢复二极管315的阴极连接至第二相下桥臂IGBT325的集电极。

优选地，还包括：第三下桥臂快速恢复二极管315，第三下桥臂快速恢复二极管315的阳极连接至第三相下桥臂IGBT326的发射极，第三下桥臂快速恢复二极管315的阴极连接至第三相下桥臂IGBT326的集电极。

图6至图8中未提及的引脚作用与图1至图5中相同，另外，如图6所示的外围测试电路中，上桥臂第一端WHT与第三相上桥臂信号输出端W之间，下桥臂第一端WLT与第三相下桥臂信号输出端Nw之间，均接有第二稳 压组件D2，另外设置第一稳压组件D1与第二稳压组件D2串联，以提升电路可靠性。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，考虑到相关技术中提出的如何提高智能功率模块的热分析的可靠性和准确性，本实用新型提出了一种智能功率模块，通过设置第三相上桥臂IGBT的基极连接至上桥臂第一端，并且上桥臂第二端连接至第三相上桥臂驱动端，上桥臂第一端与第一相上桥臂驱动端是电连接的，因此，第三相上桥臂IGBT的基极间接连接至所述第一相上桥臂驱动端，同理，通过第三相下桥臂IGBT的基极连接至下桥臂第一端，并且下桥臂第二端连接至第三相下桥臂驱动端，也即第三相下桥臂IGBT的基极间接连接至所述第一相下桥臂驱动端，可以控制第三相上桥臂IGBT和第三相下桥臂IGBT处于线性区或者饱和区，从而可以对IGBT的结壳热阻和功率循环有较为全面的表征。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。