一种智能功率模块装置及驱动方法与流程

本发明涉及功率半导体，具体涉及一种智能功率模块装置及驱动方法。

背景技术：

1、随着电能处理领域的应用市场不断扩大，智能功率模块的效率和成本问题逐渐成为了关注的热点，国内外许多知名公司或学校从事智能功率模块的研发与设计工作，取得了较大的突破和进展。

2、目前影响智能功率模块效率的主要因素有功率芯片(主要是其中的大功率器件)的寄生电阻、寄生电容，以及功率器件的负载状态。所以要提高功率系统的转换效率，必须从芯片中的功率半导体器件的结构和制作工艺，以及功率半导体器件的控制电路等方面做研究

3、因此目前大多向高频驱动以及低导通内阻的方向发展以降低功率器件自身的损耗，但是在低压低功率应用时，通过降低导通内阻来提高效率，降低智能功率模块的发热，不仅成本高，且对hvic的驱动能力也有一定的要求。

4、所以研究一种高效率的智能功率模块，从降低器件自身损耗和引入自适应控制模块以及改善控制电路结构等方面来提高智能功率模块效率对于节能降耗具有十分重要的意义，有助于智能功率模块更加广泛的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种智能功率模块装置及驱动方法，用于解决现有技术中驱动电路的导通损耗高，且采用低导通内阻的mosfet时成本大幅增加的问题，因此通过设置高压栅极驱动电路，实现交替导通，降低电路中的开关损耗，提高逆变器运行过程中的转换效率，可以把体积做的很小。

2、因此本发明提供一种智能功率模块装置，其包括智能功率模块1、所述智能功率模块1包括封装焊盘100、高压栅极驱动电路101、nmos上管电路102、nmos下管电路103。所述高压栅极驱动电路101、nmos上管电路102、nmos下管电路103分别与封装焊盘100以电性连接，所述的高压栅极驱动电路101分别与所述nmos上管电路102、nmos下管电路103以电性连接；

3、所述的封装焊盘100设置有hin端口、hin_cs片选端口、vdd端口、lin端口、lin_cs端口、gnd端口、sw端口、c_clamp端口；

4、所述nmos上管电路102的qh1和qhx，所述qhx为任意数量且参数一致的nmos并联，参数误差在0.01％～0.04％以内，所述nmos下管电路103的ql1和qlx，所述qlx为任意数量且参数一致的nmos并联，参数误差在0.01％～0.04％以内。

5、所述的qh1和ql1的导通内阻为1～4mohm，所述的qhx和qlx的导通内阻为4～8mohm。

6、所述的高压栅极驱动电路101内包括输出驱动qh、片选驱动qh_cs、输出驱动ql、片选驱动ql_cs，所述的输出驱动qh、片选驱动qh_cs、输出驱动ql、片选驱动ql_cs均与高压栅极驱动电路101上的vdd端口及vs端口连接，且均设置有自举电容、二极管、图腾柱驱动mos管，驱动拉电流为1.2～1.5a，驱动灌电流为1.3～1.6a。

7、所述的高压栅极驱动电路101的ho端口、ho_cs端口与lo端口、lo_cs端口的死区时间为1～3微秒。

8、所述的输出驱动qh、片选驱动qh_cs、输出驱动ql、片选驱动ql_cs内vdd端口和vs端口之间设置有用来供电的自举mosfet。

9、本发明还公开一种智能功率模块装置的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：首先根据需求是单相电还是三相电来选择对应智能功率模块装置的数量1～3.s2：其次根据选择的单相电或者三相电来选择低压驱动芯片的输出信号组数。s3：在控制输出正弦波上半周期时，上半周期的0～π/4时，仅仅有qh1或者ql1导通，且驱动频率为90～100khz，在控制输出正弦波上半周期的π/4～π/2时，为qhx或者qlx同时导通，且驱动频率为40～60khz。

10、s4：在控制输出正弦波下半周期时，上半周期的π/2～3π/4时，仅仅有qh1或者ql1导通，且驱动频率为90～100khz，在控制输出正弦波上半周期的3π/4～π时，为qhx或者qlx同时导通，且驱动频率为40～60khz。

11、s5：在剩余周期驱动方式保持与s3和s4相同。

12、s6：不断重复步骤s3～s5即可通过低导通损耗得到正弦波交流电，提高效率。本发明所提供上述技术方案可以实现的有益效果如下：

13、1、功率半导体器件部分的上下管，均采用1+n的mos管配置方式，极大的满足了不同应用功率段的需求，均可提高效率0.8～1.2％。；

14、2、此外在改善高压栅极驱动芯片内的自举二极管，降低自举二极管在供电的是的损耗，替换为低导通内阻的mosfet，进一步提高效率。

15、3、在通过特定的驱动方法，实现1+n组mos的交替导通，解决了逆变过程中，由于频率的变化的同时会增加导通损耗的问题。

技术特征：

1.一种智能功率模块装置，其特征在于，包括智能功率模块1、所述智能功率模块1包括封装焊盘100、高压栅极驱动电路101、nmos上管电路102、nmos下管电路103。所述高压栅极驱动电路101、nmos上管电路102、nmos下管电路103分别与封装焊盘100以电性连接，所述的高压栅极驱动电路101分别与所述nmos上管电路102、nmos下管电路103以电性连接；

2.根据权利要求1所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述的qh1和ql1的导通内阻为1～4mohm，所述的qhx和qlx的导通内阻为4～8mohm。

3.根据权利要求1所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述的高压栅极驱动电路101内包括输出驱动qh、片选驱动qh_cs、输出驱动ql、片选驱动ql_cs，所述的输出驱动qh、片选驱动qh_cs、输出驱动ql、片选驱动ql_cs均与高压栅极驱动电路101上的vdd端口及vs端口连接，且均设置有自举电容、二极管、图腾柱驱动mos管，驱动拉电流为1.2～1.5a，驱动灌电流为1.3～1.6a。

4.根据权利要求1所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述的高压栅极驱动电路101的ho端口、ho_cs端口与lo端口、lo_cs端口的死区时间为1～3微秒。

5.根据权利要求3所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述的输出驱动qh、片选驱动qh_cs、输出驱动ql、片选驱动ql_cs内vdd端口和vs端口之间设置有用来供电的自举mosfet。

6.一种智能功率模块装置的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种智能功率模块装置，其包括智能功率模块1、所述智能功率模块1包括封装焊盘100、高压栅极驱动电路101、NMOS上管电路102、NMOS下管电路103。所述高压栅极驱动电路101、NMOS上管电路102、NMOS下管电路103分别与封装焊盘100以电性连接，所述的高压栅极驱动电路101分别与所述NMOS上管电路102、NMOS下管电路103以电性连接。

技术研发人员：黄统华,邹军
受保护的技术使用者：国芯微电子（广东）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16