智能功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及功率驱动控制技术领域，具体而言，涉及一种智能功率模块。
【背景技术】
[0002]智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)，是一种结合电力电子技术和集成电路技术的功率驱动类产品。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，并内置有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面通过接收MCU的控制信号并驱动后续电路工作，另一方面又将系统的状态检测信号反馈回MCU。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，是用于变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动及变频家电的理想电力电子器件。
[0003]现有的智能功率模块10的电路结构如图1所示，其中:
[0004]HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)管 101 的电源端 VCC作为智能功率模块的低压区供电正端VDD，VDD处的电压一般为15V，HVIC管101内部包含有自举电路，该自举电路的结构如下:
[0005]HVIC管101的电源端VCC与自举二极管Dl、自举二极管D2、自举二极管D3的阳极相连；自举二极管Dl的阴极与HVIC管101的第一供电正端VBl相连，自举二极管D2的阴极与HVIC管101的第二供电正端VB2相连，自举二极管D3的阴极与HVIC管101的第三供电正端VB3相连；HVIC管101的第一输入端INl、第二输入端IN2及第三输入端IN3分别作为智能功率模块10的U相输入端ΠΝ、V相输入端VIN及W相输入端WIN ;在此，智能功率模块10的U、V、W三相的三路输入信号的电压范围是O?5V ；HVIC管101的接地端GND作为智能功率模块10的低压区供电负端COM ；HVIC管101的第一供电正端VBl作为智能功率模块10的U相高压区供电正端UVB并连接至滤波电容Cl的一端，HVIC管101的第一高压区控制端HOl与IGBT管Ql的栅极相连，HVIC管101的第一供电负端VSl与所述IGBT管Ql的射极、FRD管D4的阳极、IGBT管Q4的集电极、FRD管D7的阴极以及滤波电容Cl的另一端相连，并作为智能功率模块10的U相高压区供电负端UVS，滤波电容Cl连接于智能功率模块10的U相高压区供电正端UVB与U相高压区供电负端UVS之间；HVIC管101的第二供电正端VB2作为智能功率模块的V相高压区供电正端VVB并连接至滤波电容C2的一端，HVIC管101的第二高压区控制端H02与IGBT管Q2的栅极相连，HVIC管101的第二供电负端VS2与IGBT管Q2的射极、FRD管D5的阳极、IGBT管Q5的集电极、FRD管D8的阴极以及滤波电容C2的另一端相连，并作为智能功率模块的V相高压区供电负端VVS，滤波电容C2连接于智能功率模块的V相高压区供电正端VVB与V相高压区供电负端VVS之间；HVIC管101的第三供电正端VB3作为智能功率模块的W相高压区供电正端WVB并连接至滤波电容C3的一端，HVIC管101的第三高压区控制端H03与IGBT管Q3的栅极相连，HVIC管101的第三供电负端VS3与IGBT管Q3的射极、FRD管D6的阳极、IGBT管Q6的集电极、FRD管D9的阴极以及滤波电容C3的另一端相连，并作为智能功率模块的W相高压区供电负端WVS，滤波电容C3连接于智能功率模块的W相高压区供电正端WVB与W相高压区供电负端WVS之间；HVIC管101的第一低压区控制端L01、第二低压区控制端L02及第三低压区控制端L03分别与IGBT管Q4的栅极、IGBT管Q5的栅极以及IGBT管Q6的栅极相连；IGBT管Q4的射极与FRD管D7的阳极相连，并作为智能功率模块的U相低电压参考端UN ；IGBT管Q5的射极与FRD管D8的阳极相连，并作为智能功率模块的V相低电压参考端VN ；IGBT管Q5的射极与FRD管D9的阳极相连，并作为智能功率模块的W相低电压参考端WN ；IGBT管Ql的集电极、FRD管D4的阴极、IGBT管Q2的集电极、FRD管D5的阴极、IGBT管Q3的集电极、FRD管D6的阴极共接并作为智能功率模块的高电压输入端P，P 一般接入300V电压。
[0006]HVIC管101的作用是:VDD为HVIC管101的供电电源正端，GND为HVIC管101的供电电源负端，VDD-GND电压一般为15V ；
[0007]将输入端HN、VIN、WIN的O或5V的逻辑输入信号分别传到输出端H01、H02、H03，UIN, VIN、WIN的反相信号分别传到输出端LOl、L02、L03，其中HOl、H02及H03所输出的是VS?VS+15V的逻辑输出信号，L01、L02、L03是O?15V的逻辑输出信号；UIN、VIN、WIN进入HVIC管101的内部被分成相位相反的两个信号，比如分别被分成HINl和LIN1、HIN2和LIN2、HIN3和LIN3，则即同一相的输入信号HINl和LINUHIN2和LIN2、HIN3和LIN3不能同时为高电平。
[0008]在实际应用时，智能功率模块10的接线方法如图2所示，外接电容C4连接于UVB与UVS之间，外接电容C5连接于VVB与VVS之间，外接电容C6连接于WVB与WVS之间；在此，滤波电容Cl、滤波电容C2、滤波电容C3主要起滤波作用，外接电容C4、外接电容C5、夕卜接电容C6主要起存储电量作用；UN、VN、WN共接于电阻R的第一端和MCU管20的Pin7，电阻R的第二端与COM共接于地，MCU管20的Pinl与智能功率模块10的UIN端相连，MCU管20的Pin2与智能功率模块10的VIN端相连，MCU管20的Pin3与智能功率模块10的WIN端相连，智能功率模块10的VDD端一般接15V，智能功率模块10的P端一般接300V。
[0009]以下是以U相为例说明智能功率模块10的工作原理:
[0010]当MCU管20的Pinl发出低电平信号，该低电平信号HVIC管101的HOl为低电平，使HVIC管101的LOl为高电平，从而IGBT管Q4导通而所述IGBT管Ql截止，从而VSl电压约为OV ;自举二极管Dl正向偏置，VCC向滤波电容Cl及外接电容C4充电，当时间足够长或使滤波电容Cl及外接电容C4充电前的剩余电量足够多时，VBl对VSl获得接近15V的电压。
[0011]当所述MCU管20的Pinl发出高电平信号，该高电平信号使HVIC管101的HOl为高电平，使HVIC管101的LOl为低电平，从而IGBT管Q4截止而IGBT管Ql导通，从而VSl电压约为300V，VB1电压被抬高到315V左右，通过滤波电容Cl及外接电容C4的电量维持U相高压区工作，如果HINl为高电平的持续时间足够短或滤波电容Cl及外接电容C4存储的电量足够多，VBl对VSl在U相高压区工作过程中的电压可保持在14V以上。
[0012]而在实际应用中，因为U、V、W三相上下桥臂的电路不一致，所以理论上相位相反的两个信号到达HVIC管101的两个输出端的时间不完全一致，当同一相的上下桥臂的信号的相位差不是严格的180°时，会导致上下桥臂同时导通的现象，以U相为例，如图3所示，虚线所框区域，会出现上下桥臂同时导通现象，当虚线区域的持续时间大于5 μ S，会出现IGBT管被过热烧毁的风险，一旦IGBT管过热烧毁，会引起智能功率模块爆炸，甚至导致火灾发生；此外，即使虚线区域的持续时间不超过5 μ S，每次开关也会产生短暂的上下桥臂同时导通的现象，导致IGBT管发热严重，不但影响能耗，而且会造成IGBT管长期处于疲劳工作状态，寿命降低，使智能功率模块存在安全隐患，在一定条件激发下可引发智能功率模块整体烧毁或更严重后果。
[0013]虽然，部分智能功率模块通过延时设计，使同一相的其中一个桥臂的占空比小于另一桥臂的占空比，但是，但为了保证智能功率模块正常工作，同相两桥臂的占空比不能相差太大，这就导致随着应用环境的变化和元件的老化，会逐渐出现同相上下桥臂同时导通的情况，进而造成智能功率模块长期使用过程中性能劣化、加速达到使用寿命。
[0014]因此，需要一种新的智能功率模块，可根据环境变化自行调节同相上下桥臂的信号时间，以避免同时导通情况的发生，使智能功率模块工作在安全状态，进而延长智能功率模块的使用寿命。
【实用新型内容】
[0015]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。
[0016]为此，本实用新型的一个目的在于提出一种智能功率模块，可根据环境变化自行调节同相上下桥臂的信号时间，以避免同时导通情况的发生。
[0017]为实现上述至少一个目的，根据本实用新型第一方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括:第一采样电阻，所述第一采样电阻的第一端连接至所述智能功率模块的U相下桥臂的IGBT管的射极和所述智能功率模块的第一电压信号采集端，所述第一采样电阻的第二端作为所述智能功