CN105529679B - Igbt管保护方法、保护电路以及使用该保护电路的功率模块 - Google Patents

Igbt管保护方法、保护电路以及使用该保护电路的功率模块 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/24—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to undervoltage or no-voltage

Abstract

本发明提供了IGBT管保护方法、保护电路以及使用该保护电路的方法。该保护电路包括：欠压保护控制信号产生电路，检测一IGBT管的集电极‑发射极电压，当所述IGBT管在导通时其所述集电极‑发射极电压高于一安全阈值时，产生欠压保护控制信号；驱动电路，与所述欠压保护控制信号产生电路耦接，根据所述欠压保护控制信号，关闭所述驱动电路，使所述IGBT管截止。本发明克服了传统保护电路中存在的保护触发值设置过高造成频繁发生保护或触发值设置过低则IGBT管长期处于线性区导致发热量过大的问题。

Description

IGBT管保护方法、保护电路以及使用该保护电路的功率模块
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种IGBT管保护电路以及使用该保护电路的功率模块。
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、伺服驱动、电力牵引、冶金机械、变频家电的一种理想电力电子器件。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是智能功率模块内重要的器件，其额定驱动电压是15V(由智能功率模块的电源电压提供)，在该电压下IGBT管一般工作在饱和区，集电极和发射极之间的电压非常小，一般要小于5V。而IGBT管在导通时的饱和压降与其栅极驱动电压有关，在集电极电流不变的条件下，IGBT管的栅极驱动电压在低于某一固定电压时，IGBT管将进入线性区，导通时其集电极与发射极之间的集电极-发射极压降VCE会呈指数级急剧上升，如图1所示，其中，Ic＝5A、Ic＝10A、Ic＝15A所指的三根曲线分别表示集电极电流为5A、10A和15A时的情况。这导致了IGBT管在相同的电流下，发热量急剧增加。在实际工作过程中，由于某些原因会造成智能功率模块的工作电压不稳定，出现低于15V的情况，即IGBT管的栅极驱动电压低于15V，此时智能功率模块的IGBT管有可能会处在线性区，导致IGBT发热量急剧增加，严重时会烧坏IGBT管，甚至智能功率模块发生爆炸。
为解决这一问题，现有大多数的智能功率模块内部均设置有电源电压欠压保护功能，即当智能功率模块的工作电压(或驱动电压)低于欠压保护值时，其内部内置的欠压保护电路触发欠压保护，使得智能功率模块的内部上桥臂和下桥臂的各IGBT管全部处于截止状态，从而起到保护智能功率模块免受过热而损坏的作用。
然而，对于不同的IGBT管来说，集电极-发射极间压降VCE与其栅源极驱动电压VGE的关系曲线也是不同的，不同的IGBT管在同一电流下进入线性区的栅源极驱动电压是不一样的；而且即使是同一个IGBT管，随着工作时间的增加，其集电极-发射极压降VCE与其栅源极驱动电压VGE的关系曲线也会发生变化。
此外智能功率模块一般包含上桥臂和下桥臂共有6个IGBT管，而设置的欠压保护值往往是一个固定的值。假如智能功率模块设的欠压保护值并不恰当，那么会发生以下两种情况：(1)欠压保护触发值设置得过高，将导致智能功率模块频繁的发生欠压保护，其内部IGBT管频繁的截止，使得系统无法正常工作；(2)欠压保护触发值设置得过低，那么智能功率模块内部的部分IGBT管或者全部IGBT管长期处于线性区，其导通时发热量过大，轻则会造成智能功率模块的温升过高而影响智能功率模块的寿命，重则由于智能功率模块内部热积聚过高而出现IGBT管损坏甚至炸毁。
因此，本领域亟需一种改善的用于IGBT管的保护方案。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种IGBT管保护方法，以解决背景技术中存在的不足。
本发明的IGBT管保护方法，包括以下步骤：
a)检测IGBT管的集电极-发射极电压；
b)当所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生欠压保护控制信号；以及
c)所述欠压保护控制信号关闭一驱动电路，使所述IGBT管截止。
在上述IGBT管保护方法中，所述步骤a)还包括根据所述集电极-发射极电压，产生电压检测信号；
所述步骤b)包括当所述电压检测信号表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
在上述IGBT管保护方法中，所述产生电压检测信号的步骤包括：
a1)在所述IGBT管截止时，输出表示所述IGBT管截止的所述电压检测信号；
a2)在所述IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述电压检测信号；
a3)在所述IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管进入饱和导通的所述电压检测信号。
在上述的IGBT管保护方法中，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
在上述的IGBT管保护方法中，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的1.5倍。
本发明还提供一种IGBT管保护电路，包括：
欠压保护控制信号产生电路，检测一IGBT管的集电极-发射极电压，当所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生欠压保护控制信号；
驱动电路，与所述欠压保护控制信号产生电路耦接，根据所述欠压保护控制信号，关闭所述驱动电路，使所述IGBT管截止。
在上述的IGBT管保护电路中，欠压保护控制信号产生电路包括：
电压检测电路，检测所述IGBT管的集电极-发射极电压，在所述IGBT管截止时，输出表示所述IGBT管截止的电压检测信号；在所述IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述电压检测信号；在所述IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管进入饱和导通的所述电压检测信号；以及
欠压保护电路，接收所述电压检测信号，当所述电压检测信号表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
在上述的IGBT管保护电路中，所述电压检测电路包括：
高压隔离电路，其输入端连接到所述IGBT管的集电极与发射极，并输出差分电压信号；所述IGBT管导通时，正常传输所述IGBT管的集电极-发射极电压；所述IGBT管截止时，将所述IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
差分减法电路，与所述高压隔离电路耦接，接收所述高压隔离电路输出的差分电压信号，对差分电压信号进行减法处理后，输出电压压差；以及
电压选择电路，其输入端接收所述IGBT管的驱动信号，其输出端与所述差分减法电路相连，当所述驱动信号表示所述IGBT管处于截止状态时，则所述电压选择电路使所述差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为电压检测信号，表示所述IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示所述IGBT管处于导通状态时，则所述电压选择电路使所述差分减法电路的输出端输出所述IGBT管的集电极-发射极电压信号作为电压检测信号。
在上述的IGBT管保护电路中，所述欠压保护电路包括一比较器，所述比较器的一个输入端与所述电压选择电路的输出端相连，所述比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述电压检测信号大于所述参考电压时，所述比较器输出欠压保护控制信号，以关闭所述驱动电路；其中所述参考电压等于所述安全阈值。
在上述的IGBT管保护电路中，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
在上述的IGBT管保护电路中，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的1.5倍。
本发明还提供一种功率模块，包括：
三个上桥臂IGBT管；
三个上桥臂欠压保护控制信号产生电路，与所述三个上桥臂IGBT管耦接，分别检测三个所述上桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当相应的所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生相应的上桥臂欠压保护控制信号；
三个上桥臂驱动电路，分别连接在三个所述上桥臂IGBT管与三个所述上桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据相应的所述上桥臂欠压保护控制信号，关闭相应的所述上桥臂驱动电路，使相应的所述上桥臂IGBT管截止；
三个下桥臂IGBT管；
三个下桥臂欠压保护控制信号产生电路，与三个所述下桥臂IGBT管耦接，分别检测三个所述下桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当相应的所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生相应的下桥臂欠压保护控制信号；以及
三个下桥臂驱动电路，分别连接在三个所述下桥臂IGBT管与三个所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据相应的所述下桥臂欠压保护控制信号，关闭相应的所述下桥臂驱动电路，使相应的所述下桥臂IGBT管截止。
在上述的功率模块中，所述上桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
上桥臂电压检测电路，检测相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述上桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管截止的上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管进入饱和导通的所述上桥臂电压检测信号；以及
上桥臂欠压保护电路，接收所述上桥臂电压检测信号，当所述上桥臂电压检测信号表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生上桥臂欠压保护控制信号；
所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
下桥臂电压检测电路，检测相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述下桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管截止的下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管进入饱和导通的所述下桥臂电压检测信号；以及
下桥臂欠压保护电路，接收所述下桥臂电压检测信号，当所述下桥臂电压检测信号表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生下桥臂欠压保护控制信号。
在上述的功率模块中，所述上桥臂电压检测电路包括：
上桥臂高压隔离电路，其输入端连接到相应所述上桥臂IGBT管的集电极与发射极，并输出上桥臂差分电压信号；相应所述上桥臂IGBT管导通时，正常传输相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压；相应所述上桥臂IGBT管截止时，将相应所述上桥臂IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
上桥臂差分减法电路，与所述上桥臂高压隔离电路耦接，接收所述上桥臂高压隔离电路输出的上桥臂差分电压信号，对上桥臂差分电压信号进行减法处理后，输出上桥臂电压压差；以及
上桥臂电压选择电路，其输入端接收相应所述上桥臂IGBT管的驱动信号，其输出端与所述上桥臂差分减法电路相连，当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于截止状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为上桥臂电压检测信号，表示相应所述上桥臂IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于导通状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压信号作为上桥臂电压检测信号；
所述下桥臂电压检测电路包括：
下桥臂高压隔离电路，其输入端连接到相应所述下桥臂IGBT管的集电极与发射极，并输出下桥臂差分电压信号；相应所述下桥臂IGBT管导通时，正常传输相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压；相应所述下桥臂IGBT管截止时，将相应所述下桥臂IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
下桥臂差分减法电路，与所述下桥臂高压隔离电路耦接，接收所述下桥臂高压隔离电路输出的下桥臂差分电压信号，对下桥臂差分电压信号进行减法处理后，输出下桥臂电压压差；以及
下桥臂电压选择电路，其输入端接收相应所述下桥臂IGBT管的驱动信号，其输出端与所述下桥臂差分减法电路相连，当所述驱动信号表示相应所述下桥臂IGBT管处于截止状态时，则所述下桥臂电压选择电路使所述下桥臂差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为下桥臂电压检测信号，表示相应所述下桥臂IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示相应所述下桥臂IGBT管处于导通状态时，则所述下桥臂电压选择电路使所述下桥臂差分减法电路的输出端输出相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压信号作为下桥臂电压检测信号。
在上述的功率模块中，所述上桥臂欠压保护电路包括一上桥臂比较器，所述上桥臂比较器的一个输入端与所述上桥臂电压选择电路的输出端相连，所述上桥臂比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述上桥臂电压检测信号大于所述参考电压时，所述上桥臂比较器输出上桥臂欠压保护控制信号，以关闭相应所述驱动电路；
所述下桥臂欠压保护电路包括一下桥臂比较器，所述下桥臂比较器的一个输入端与所述下桥臂电压选择电路的输出端相连，所述下桥臂比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述下桥臂电压检测信号大于所述参考电压时，所述下桥臂比较器输出下桥臂欠压保护控制信号，以关闭相应所述驱动电路；
其中所述参考电压等于所述安全阈值。
在上述的功率模块中，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
在上述的功率模块中，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的1.5倍。
本发明还提供另一种功率模块，包括：
三个上桥臂IGBT管；
三个上桥臂欠压保护控制信号产生电路，与所述三个上桥臂IGBT管耦接，分别检测所述三个上桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当相应的所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生相应的上桥臂欠压保护控制信号；
三个上桥臂驱动电路，分别连接在所述三个上桥臂IGBT管与所述三个上桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据相应的所述上桥臂欠压保护控制信号，关闭相应的所述上桥臂驱动电路，使相应的所述上桥臂IGBT管截止；
三个下桥臂IGBT管；
下桥臂欠压保护控制信号产生电路，与所述三个下桥臂IGBT管耦接，分别检测所述三个下桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当所述三个下桥臂IGBT管中至少一个在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生下桥臂欠压保护控制信号；以及
下桥臂驱动电路，连接在所述三个下桥臂IGBT管与所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据所述下桥臂欠压保护控制信号，关闭所述下桥臂驱动电路，使所述三个下桥臂IGBT管截止。
在上述的功率模块中，
所述上桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
上桥臂电压检测电路，检测相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述上桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管截止的上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管进入饱和导通的所述上桥臂电压检测信号；以及
上桥臂欠压保护电路，接收所述上桥臂电压检测信号，当所述上桥臂电压检测信号表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生上桥臂欠压保护控制信号；所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
三个下桥臂电压检测电路，分别与三个所述下桥臂IGBT管相连，检测相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述下桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管截止的下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管进入饱和导通的所述下桥臂电压检测信号；以及
下桥臂欠压保护电路，与三个所述下桥臂电压检测电路相连，接收所述下桥臂电压检测信号，当三个所述下桥臂电压检测信号中至少一个表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
在上述的功率模块中，所述上桥臂电压检测电路包括：
上桥臂高压隔离电路，其输入端连接到相应所述上桥臂IGBT管的集电极与发射极，并输出上桥臂差分电压信号；相应所述上桥臂IGBT管导通时，正常传输相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压；相应所述上桥臂IGBT管截止时，将相应所述上桥臂IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
上桥臂差分减法电路，与所述上桥臂高压隔离电路耦接，接收所述上桥臂高压隔离电路输出的上桥臂差分电压信号，对上桥臂差分电压信号进行减法处理后，输出上桥臂电压压差；以及
上桥臂电压选择电路，其输入端接收相应所述上桥臂IGBT管的驱动信号，其输出端与所述上桥臂差分减法电路相连，当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于截止状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为上桥臂电压检测信号，表示相应所述上桥臂IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于导通状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压信号作为上桥臂电压检测信号。
在上述的功率模块中，所述上桥臂欠压保护电路包括一上桥臂比较器，所述上桥臂比较器的一个输入端与所述上桥臂电压选择电路的输出端相连，所述上桥臂比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述上桥臂电压检测信号大于所述参考电压时，所述上桥臂比较器输出上桥臂欠压保护控制信号，以关闭相应所述驱动电路；其中所述参考电压等于所述安全阈值。
在上述的功率模块中，所述下桥臂欠压保护电路包括三个下桥臂比较器，三个所述下桥臂比较器的负端分别连接到三个所述下桥臂电压检测电路，三个所述下桥臂比较器的正端接收所述参考电压，三个所述下桥臂比较器的输出连接到一下桥臂与门；
其中所述参考电压等于所述安全阈值。
在上述的功率模块中，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
在上述的功率模块中，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的1.5倍。
附图说明
图1示出了一种IGBT管的集电极-发射极压降VCE与其栅源极驱动电压VGE的关系示意图；
图2A示出了根据本发明的IGBT管保护电路的功能结构图；
图2B示出了欠压保护控制信号产生电路的一种可能的功能结构图；
图3A示出了图2B所示的电压检测电路的较佳实施例电路结构；
图3B示出了图2B所示的欠压保护电路的较佳实施例电路结构；
图3C示出了IGBT管在高速开关过程中集电极-发射极压降的变化示意图；
图4示出了使用了本发明的IGBT管保护电路的功率模块的一种电路结构；
图5示出了使用了本发明的IGBT管保护电路的功率模块的另一种电路结构；
图6示出了欠压保护电路的另一个实施例。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
基于与背景技术中存在的问题，本发明改进的技术构思是实时监测功率模块内IGBT管的集电极-发射极电压VCE，当监测到集电极-发射极电压VCE低于一安全阈值时，则触发功率模块的欠压保护功能，使IGBT管进入截止(关断)状态。这样可以确保功率模块即不会频繁地发生欠压保护，也不会出现部分IGBT管或全部IGBT管因进入线性区而导致发热过大的情况。
图2A示出了根据本发明上述构思的IGBT管保护电路的功能结构图。如图2A所示，驱动电路21为IGBT管22提供驱动电压，在IGBT管22的集电极与发射极之间设置一个欠压保护控制信号产生电路23，检测IGBT管22的集电极-发射极电压，当检测到IGBT管22在导通时其集电极-发射极电压高于一安全阈值时，就产生欠压保护控制信号，并将欠压保护控制信号提供给驱动电路21。驱动电路21在接收到欠压保护控制信号时关闭，从而使受其驱动的IGBT管22截止，即进入截止工作状态，从而避免IGBT管22进入线性区工作状态。
图2B进一步示出了欠压保护控制信号产生电路的一种可能的更详细的功能结构图。如图2B所示，图2A中的欠压保护控制信号产生电路23可以进一步包括电压检测电路231和欠压保护电路232。
电压检测电路231检测IGBT管22的集电极-发射极电压。电压检测电路231根据IGBT管22的工作状态，输出相应的电压检测信号。即：1)在IGBT管22截止(即工作于截止状态)时，电压检测电路输出表示IGBT管22截止的电压检测信号；2)在IGBT管22导通(即工作于导通状态)时，如果其集电极-发射极电压高于上述安全阈值，则输出表示IGBT管22集电极-发射极电压高于该安全阈值(即可能进入线性区)的电压检测信号；如果其集电极-发射极电压不高于该安全阈值，则输出表示IGBT管22进入饱和导通的所述电压检测信号。
欠压保护电路232与电压检测电路231相连，接收电压检测电路231输出的电压检测信号，当电压检测信号表示IGBT管22在导通时其集电极-发射极电压高于上述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
驱动电路21与欠压保护电路232相连，当接收到欠压保护电路232产生的欠压保护控制信号时，驱动电路21关闭，受其驱动的IGBT管22截止。
请进一步参见图3A，图3A示出了图2B所示的电压检测电路231的较佳实施例电路结构。如图3A所示，电压检测电路231包括高压隔离电路2311、差分减法电路2312和电压选择电路2313。
如前所述，IGBT管在功率模块中，有两种工作状态：截止状态和导通状态。IGBT管工作于截止状态时，其集电极-发射极电压约等于母线电压，一般在几百伏以上。在导通状态时，如果正常工作，IGBT管应当工作于饱和状态，其集电极-发射极电压一般较低，我们把该电压定义为饱和电压。当出现异常情况时，IGBT管的集电极-发射极电压会高于饱和电压，IGBT管有可能会或已进入线性区。电压检测电路231的作用就是实时监测IGBT管导通时其集电极-发射极电压是否高于一安全阈值，该安全阈值一般大于或等于该饱和电压。较佳地，该安全阈值可以设定为了饱和电压的1.5倍。
高压隔离电路2311具有两个输入端C和E，两个输入端C和E分别连接到图2B所示的IGBT管22的集电极和发射极上，并输出差分电压信号。高压隔离电路2311的作用是，当IGBT管22导通时，高压隔离电路2311以差分电压信号方式正常传输IGBT管22的集电极-发射极电压；当IGBT管22截止时，高压隔离电路2311将IGBT管22集电极-发射极间的高电压转换为低电压。
差分减法电路2312与高压隔离电路2311相耦接，接收高压隔离电路2311输出的差分电压信号，对差分信号进行减法处理后，输出电压压差。
电压选择电路2313接收IGBT管22的驱动信号Ctrl，并与差分减法电路2312相连。当驱动信号Ctrl表示IGBT管22处于截止状态时，则电压选择电路2313使差分减法电路2312的输出端Uout输出0伏电压信号作为电压检测信号，表示IGBT管22工作于截止状态，当然在其它实施例中，也可以使差分减法电路2312的输出端Uout输出一个低电压信号，只要该低电压信号低于安全阈值；当驱动信号Ctrl表示IGBT管22处于导通状态时，则电压选择电路2313使差分减法电路2312的输出端Uout输出IGBT管22的集电极-发射极电压信号作为电压检测信号。
继续参见图3A，高压隔离电路2311包括电阻R1、隔离二极管D1以及稳压管D2。电阻R1的第一端耦接至IGBT管22的集电极，电阻R1的第二端连接至隔离二极管D1的正端，并耦接至差分减法电路2322的第一输入端。隔离二极管D1和稳压管D2串联，隔离二极管D1的负端耦接至稳压管D2的负端，稳压管D2的正端连接至IGBT管22的发射极，同时耦接至差分减法电路2312的第二输入端。
由于功率模块在实际工作过程中，IGBT管是处于高速开关的过程，因此其集电极-发射极电压的变化幅度较大。如上所述，当IGBT管处于饱和导通状态时，其集电极-发射极电压就是饱和电压，而当IGBT管处于截止状态时，其集电极-发射极电压约等于母线电压，一般在几百伏以上。
以IGBT管22为例，假设饱和电压为3V，则当IGBT管22导通时，C点的电位为300V(等于母线电压Vp)、E点电位为297V(近似于母线电压Vp)，集电极-发射极电压VCE＝3V；当IGBT管22截止时，C点电位为300V，E点电位为3V(下管导通)，集电极-发射极电压VCE＝297V。其VCE的变化形状则如图3C所示。从以上分析可以看出，VCE大于安全阈值并不一定意味着IGBT管出现线性导通，也可能是IGBT管正处于截止状态。
具体地，该稳压管D2的稳压值可大于等于上述安全阈值，但是小于电压检测电路231的电源电压。较优地，稳压值可以等于该安全阈值，或者稍大于安全阈值。
当IGBT管22导通时，C点与E之间的压降小于稳压管D2的压降与隔离二极管D1的压降之和，由于隔离二极管D1的反向阻断和稳压管D2的作用，A点的电位接近于C点的电位，此时差分减法电路2312的差分输入为C点与E点之间的实际压降；当IGBT管22截止时，C点与E点之间的压降远大于稳压管D2压降与隔离二极管D1的压降之和，隔离二极管D1导通，由于稳压管D2的箝位作用，将A点与E点之间的压降箝位于稳压管D2的压降与隔离二极管D1的压降之和，即差分减法电路2312的差分输入信号的压差等于稳压管D2的压降与隔离二极管D1的压降之和，并由电阻R1承担C点与A点之间的高压，从而差分减法电路2312的输出Uout为稳压管D2的压降与隔离二极管D1的压降之和。
当然，当IGBT管22处于截止时，C点与E点之间的压降接近母线电压，例如近300V。此时，由于高压隔离电路2311的保护，也仅能传递稳压管D2与隔离二极管D1上压降(例如7V)至差分减法电路2312的差分输入。同时由于电压选择电路2313的存在，使得差分减法电路2312的Uout被箝位于低电平，而非输出该7V，以免干扰欠压保护电路232对欠压还是饱和导通的判断。
具体地，差分减法电路2312包括运算放大器OP1以及电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5。有关差分减法电路2312的具体电路结构以及工作原理，属于本领域的常用技术，本领域普通技术人员可以根据需要选用不同的电路结构实现上述功能，因此，在此不再作具体的描述，上述内容也不应构成对本发明的具体限制。
具体地，在一实例中，电压选择电路2313可包括一MOS管P1和反相器P2。MOS管P1的栅极通过反相器P2耦接至IGBT管22的栅极，接收IGBT管22的驱动信号Ctrl(即用于控制IGBT管22截止或导通的驱动信号)。当驱动信号为低电平以使IGBT管22截止时，经过反相器P2的反相，使MOS管P1的栅极为高电平从而使MOS管P1导通，从而将差分减法电路2312的输出信号拉为低电平。
请进一步参见图3B，图3B示出了图2B所示的欠压保护电路232的较佳实施例电路结构。如图3B所示，欠压保护电路232包括比较器OP2、反相器P3、反相器P4、电容C1和电阻R6。电压检测电路231的电压检测信号输入至欠压保护电路232的输入端，即比较器OP2的负端，比较器OP2的正端输入参考电压，参考电压等于IGBT管22的安全阈值。当电压检测信号大于该安全阈值，即表示IGBT管22处于线性导通状态，则比较器OP2的输出端输出第一信号，即欠压保护控制信号，以关闭与其相连的驱动电路21。当电压检测信号小于该安全阈值，即表示IGBT管22处于饱和导通状态或截止状态，比较器OP2的输出端输出第二信号，相应的驱动电路不关闭，正常响应驱动电路的输入信号。
较优地，比较器OP2的输出端串联有两个反相器P3、P4，电容C1的一端连接在这两个反相器P3、P4之间，另一端接地。电容C1的作用是当反相器P34翻转时，需要维持一段足够让电容C1充电或放电的时间，才能使欠压保护电路232的输出信号发生翻转，这样可以避免因为电路信号毛刺等原因而引起频繁触发欠压保护动作。
虽然以上对电压检测电路231和欠压保护电路232的具体电路结构作了描述，但应当理解，这仅是一个较佳的实施例而已。本领域普通技术人员可以根据需要选用其它不同的电路结构实现其相应的功能，因此上述内容不应构成对本发明的具体限制。
下面将结合图4和图5具体描述使用了上述IGBT管保护电路的功率模块的实施例。其中，图4示出了使用了本发明的IGBT管保护电路的功率模块的一种电路结构。
如图4所示，该功率模块包括上桥臂模块和下桥臂模块。上桥臂模块包含三个上桥臂IGBT管411、412、413。每个上桥臂IGBT管411、412、413的集电极和发射极均耦接一个电压检测电路421、422、423和一个欠压保护电路431、432和433。电压检测电路421、422和423分别与欠压保护电路431、432和433构成三个欠压保护控制信号产生电路，均可采用上面描述的电路结构。上桥臂模块还包括三个驱动电路(U相上桥臂驱动电路441、V相上桥臂驱动电路442和W相上桥臂驱动电路443)，用于分别驱动上桥臂IGBT管411、412和413。同时，该三个驱动电路441、442和443分别接收欠压保护电路431、432和433产生的上桥臂欠压保护控制信号，根据相应的上桥臂欠压保护控制信号信号，关闭相应的上桥臂驱动电路。
下桥臂模块与上桥臂模块的结构基本相同。下桥臂模块包含三个下桥臂IGBT管451、452、453。每个上桥臂IGBT管451、452、453的集电极和发射极均耦接一个电压检测电路461、462、463和一个欠压保护电路471、472和473。电压检测电路461、462和463以及欠压保护电路471、472和473分别构成三个欠压保护控制信号产生电路，可采用上面描述的电路结构。下桥臂模块还包括三个驱动电路(U相上桥臂驱动电路481、V相下桥臂驱动电路482和W相下桥臂驱动电路483)，用于分别驱动下桥臂IGBT管451、452和453。同时，该三个驱动电路481、482和483分别接收欠压保护电路471、472和473产生的下桥臂欠压保护控制信号，根据相应的下桥臂欠压保护控制信号信号，关闭相应的下桥臂驱动电路。
图4所示功率模块的所有部件，在实际制作时，可以全部封装一个电路中。
图5示出了使用了本发明的IGBT管保护电路的功率模块的另一种电路结构。
如图5所示，该功率模块包括上桥臂模块和下桥臂模块。上桥臂模块包括三个上桥臂IGBT管511、512和513、三个上桥臂电压检测电路521、522和523、三个上桥臂欠压保护电路531、532和533以及三个驱动电路(U相上桥臂驱动电路541、V相上桥臂驱动电路542和W相上桥臂驱动电路543)。其结构与图4所示的功率模块中的上桥臂模块相同，因此对该模块的结构和工作原理在此不再赘述。
下桥臂模块包含三个下桥臂IGBT管511、512、513。每个下桥臂IGBT管551、552、553的集电极和发射极均耦接一个电压检测电路561、562、563。三个下桥臂电压检测电路561、562、563的输出连接到一个下桥臂欠压保护电路57上。三个电压检测电路561、562和563与下桥臂欠压保护电路57一起构成下桥臂欠压保护控制信号产生电路。
下桥臂模块还包括三个驱动电路(U相下桥臂驱动电路581、V相下桥臂驱动电路582和W相下桥臂驱动电路583)，用于分别驱动下桥臂IGBT管551、552和553。同时，该三个驱动电路581、582和583接收下桥臂欠压保护电路57产生的下桥臂欠压保护控制信号，根据下桥臂欠压保护控制信号，关闭各自的驱动电路。
三个下桥臂电压检测电路561、562和563可采用上面描述的电路结构。下桥臂欠压保护电路57的结构请参见图6。如图6所示，下桥臂欠压保护电路57包括三个比较器OP31、OP32和OP33，分别与三个下桥臂电压检测电路561、562和563的输出连接。即三个下桥臂电压检测电路561、562和563输出的电压检测信号分别输入至比较器OP31、OP32和OP33的负端，比较器OP31、OP32和OP33的正端输入参考电压，参考电压等于IGBT管的安全阈值。三个比较器OP31、OP32和OP33的输出连接到与门P5。
当三个下桥臂电压检测电路561、562和563输出的电压检测信号中至少有一个电压检测信号大于安全阈值，即表示下桥臂IGBT管551、552、553中至少有一个IGBT管处于线性导通状态，则相应的比较器OP31、OP32、OP33的输出端中至少有一个输出低电平信号(第一信号)，与门P5的输出也变为低电平信号，即欠压保护控制信号。如上所述，三个驱动电路(U相下桥臂驱动电路581、V相下桥臂驱动电路582和W相下桥臂驱动电路583)均与欠压保护电路53相连，因此，当欠压保护电路53产生欠压保护控制信号时，三个驱动电路(U相下桥臂驱动电路581、V相下桥臂驱动电路582和W相下桥臂驱动电路583)均关闭。
当三个下桥臂电压检测电路561、562和563输出的电压检测信号均小于安全阈值时，则三个比较器OP31、OP32、OP33的输出端均输出高电平信号(第二信号)，与门P5的输出也仍为高电平信号，与之相连的三个驱动电路(U相下桥臂驱动电路581、V相下桥臂驱动电路582和W相下桥臂驱动电路583)均不关闭，正常响应驱动电路的输入信号。
在与门P5的输出端还串联有两个反相器P6、P7，电容C2的一端连接在这两个反相器P5、P6之间，另一端接地。反相器P6、P7和电容C2的作用与图3所示的反相器P3、P4和电容C2相同，在此不再赘述。
图5所示功率模块的所有部件，在实际制作时，可以全部封装一个电路中。

Claims (23)

1.一种IGBT管保护方法，包括以下步骤：
a)检测IGBT管的集电极-发射极电压，根据所述集电极-发射极电压，产生电压检测信号；
b)当所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生欠压保护控制信号；以及
c)所述欠压保护控制信号关闭一驱动电路，使所述IGBT管截止，
其中所述产生电压检测信号的步骤包括：
a1)在所述IGBT管截止时，输出表示所述IGBT管截止的所述电压检测信号；
a2)在所述IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述电压检测信号；
a3)在所述IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管进入饱和导通的所述电压检测信号。
2.如权利要求1所述的IGBT管保护方法，其特征在于，
所述步骤b)包括当所述电压检测信号表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
3.如权利要求1或2所述的IGBT管保护方法，其特征在于，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
4.如权利要求3所述的IGBT管保护方法，其特征在于，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压的1.5倍。
5.一种IGBT管保护电路，包括：
欠压保护控制信号产生电路，检测一IGBT管的集电极-发射极电压，当所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生欠压保护控制信号；
驱动电路，与所述欠压保护控制信号产生电路耦接，根据所述欠压保护控制信号，关闭所述驱动电路，使所述IGBT管截止，
其中所述欠压保护控制信号产生电路包括电压检测电路，检测所述IGBT管的集电极-发射极电压，在所述IGBT管截止时，输出表示所述IGBT管截止的电压检测信号；在所述IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述电压检测信号；在所述IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示所述IGBT管进入饱和导通的所述电压检测信号。
6.如权利要求5所述的IGBT管保护电路，其特征在于，所述欠压保护控制信号产生电路还包括：
欠压保护电路，接收所述电压检测信号，当所述电压检测信号表示所述IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
7.如权利要求6所述的IGBT管保护电路，其特征在于，所述电压检测电路包括：
高压隔离电路，其输入端连接到所述IGBT管的集电极与发射极，并输出差分电压信号；所述IGBT管导通时，正常传输所述IGBT管的集电极-发射极电压；所述IGBT管截止时，将所述IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
差分减法电路，与所述高压隔离电路耦接，接收所述高压隔离电路输出的差分电压信号，对差分电压信号进行减法处理后，输出电压压差；以及
电压选择电路，其输入端接收所述IGBT管的驱动信号，其输出端与所述差分减法电路相连，当所述驱动信号表示所述IGBT管处于截止状态时，则所述电压选择电路使所述差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为电压检测信号，表示所述IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示所述IGBT管处于导通状态时，则所述电压选择电路使所述差分减法电路的输出端输出所述IGBT管的集电极-发射极电压信号作为电压检测信号。
8.如权利要求7所述的IGBT管保护电路，其特征在于，所述欠压保护电路包括一比较器，所述比较器的一个输入端与所述电压选择电路的输出端相连，所述比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述电压检测信号大于所述参考电压时，所述比较器输出欠压保护控制信号，以关闭所述驱动电路；其中所述参考电压等于所述安全阈值。
9.如权利要求5、6、7或8所述的IGBT管保护电路，其特征在于，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
10.如权利要求9所述的IGBT管保护电路，其特征在于，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压的1.5倍。
11.一种功率模块，包括：
三个上桥臂IGBT管；
三个上桥臂欠压保护控制信号产生电路，与所述三个上桥臂IGBT管耦接，分别检测三个所述上桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当相应的所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生相应的上桥臂欠压保护控制信号；
三个上桥臂驱动电路，分别连接在三个所述上桥臂IGBT管与三个所述上桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据相应的所述上桥臂欠压保护控制信号，关闭相应的所述上桥臂驱动电路，使相应的所述上桥臂IGBT管截止；
三个下桥臂IGBT管；
三个下桥臂欠压保护控制信号产生电路，与三个所述下桥臂IGBT管耦接，分别检测三个所述下桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当相应的所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生相应的下桥臂欠压保护控制信号；以及
三个下桥臂驱动电路，分别连接在三个所述下桥臂IGBT管与三个所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据相应的所述下桥臂欠压保护控制信号，关闭相应的所述下桥臂驱动电路，使相应的所述下桥臂IGBT管截止。
12.如权利要求11所述的功率模块，其特征在于，所述上桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
上桥臂电压检测电路，检测相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述上桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管截止的上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管进入饱和导通的所述上桥臂电压检测信号；以及
上桥臂欠压保护电路，接收所述上桥臂电压检测信号，当所述上桥臂电压检测信号表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生上桥臂欠压保护控制信号；
所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
下桥臂电压检测电路，检测相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述下桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管截止的下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管进入饱和导通的所述下桥臂电压检测信号；以及
下桥臂欠压保护电路，接收所述下桥臂电压检测信号，当所述下桥臂电压检测信号表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生下桥臂欠压保护控制信号。
13.如权利要求12所述的功率模块，其特征在于，所述上桥臂电压检测电路包括：
上桥臂高压隔离电路，其输入端连接到相应所述上桥臂IGBT管的集电极与发射极，并输出上桥臂差分电压信号；相应所述上桥臂IGBT管导通时，正常传输相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压；相应所述上桥臂IGBT管截止时，将相应所述上桥臂IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
上桥臂差分减法电路，与所述上桥臂高压隔离电路耦接，接收所述上桥臂高压隔离电路输出的上桥臂差分电压信号，对上桥臂差分电压信号进行减法处理后，输出上桥臂电压压差；以及
上桥臂电压选择电路，其输入端接收相应所述上桥臂IGBT管的驱动信号，其输出端与所述上桥臂差分减法电路相连，当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于截止状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为上桥臂电压检测信号，表示相应所述上桥臂IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于导通状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压信号作为上桥臂电压检测信号；
所述下桥臂电压检测电路包括：
下桥臂高压隔离电路，其输入端连接到相应所述下桥臂IGBT管的集电极与发射极，并输出下桥臂差分电压信号；相应所述下桥臂IGBT管导通时，正常传输相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压；相应所述下桥臂IGBT管截止时，将相应所述下桥臂IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
下桥臂差分减法电路，与所述下桥臂高压隔离电路耦接，接收所述下桥臂高压隔离电路输出的下桥臂差分电压信号，对下桥臂差分电压信号进行减法处理后，输出下桥臂电压压差；以及
下桥臂电压选择电路，其输入端接收相应所述下桥臂IGBT管的驱动信号，其输出端与所述下桥臂差分减法电路相连，当所述驱动信号表示相应所述下桥臂IGBT管处于截止状态时，则所述下桥臂电压选择电路使所述下桥臂差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为下桥臂电压检测信号，表示相应所述下桥臂IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示相应所述下桥臂IGBT管处于导通状态时，则所述下桥臂电压选择电路使所述下桥臂差分减法电路的输出端输出相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压信号作为下桥臂电压检测信号。
14.如权利要求13所述的功率模块，其特征在于，所述上桥臂欠压保护电路包括一上桥臂比较器，所述上桥臂比较器的一个输入端与所述上桥臂电压选择电路的输出端相连，所述上桥臂比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述上桥臂电压检测信号大于所述参考电压时，所述上桥臂比较器输出上桥臂欠压保护控制信号，以关闭相应所述驱动电路；
所述下桥臂欠压保护电路包括一下桥臂比较器，所述下桥臂比较器的一个输入端与所述下桥臂电压选择电路的输出端相连，所述下桥臂比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述下桥臂电压检测信号大于所述参考电压时，所述下桥臂比较器输出下桥臂欠压保护控制信号，以关闭相应所述驱动电路；
其中所述参考电压等于所述安全阈值。
15.如权利要求11、12、13或14所述的功率模块，其特征在于，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
16.如权利要求15所述的功率模块，其特征在于，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压的1.5倍。
17.一种功率模块，包括：
三个上桥臂IGBT管；
三个上桥臂欠压保护控制信号产生电路，与所述三个上桥臂IGBT管耦接，分别检测所述三个上桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当相应的所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生相应的上桥臂欠压保护控制信号；
三个上桥臂驱动电路，分别连接在所述三个上桥臂IGBT管与所述三个上桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据相应的所述上桥臂欠压保护控制信号，关闭相应的所述上桥臂驱动电路，使相应的所述上桥臂IGBT管截止；
三个下桥臂IGBT管；
下桥臂欠压保护控制信号产生电路，与所述三个下桥臂IGBT管耦接，分别检测所述三个下桥臂IGBT的集电极-发射极电压，当所述三个下桥臂IGBT管中至少一个在导通时其所述集电极-发射极电压高于一安全阈值时，产生下桥臂欠压保护控制信号；以及
下桥臂驱动电路，连接在所述三个下桥臂IGBT管与所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路之间，根据所述下桥臂欠压保护控制信号，关闭所述下桥臂驱动电路，使所述三个下桥臂IGBT管截止。
18.如权利要求17所述的功率模块，其特征在于，
所述上桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
上桥臂电压检测电路，检测相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述上桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管截止的上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述上桥臂电压检测信号；在相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述上桥臂IGBT管进入饱和导通的所述上桥臂电压检测信号；以及
上桥臂欠压保护电路，接收所述上桥臂电压检测信号，当所述上桥臂电压检测信号表示相应所述上桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生上桥臂欠压保护控制信号；所述下桥臂欠压保护控制信号产生电路包括：
三个下桥臂电压检测电路，分别与三个所述下桥臂IGBT管相连，检测相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压，在相应所述下桥臂IGBT管截止时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管截止的下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值的所述下桥臂电压检测信号；在相应所述下桥臂IGBT管的集电极-发射极电压不高于所述安全阈值时，输出表示相应所述下桥臂IGBT管进入饱和导通的所述下桥臂电压检测信号；以及
下桥臂欠压保护电路，与三个所述下桥臂电压检测电路相连，接收所述下桥臂电压检测信号，当三个所述下桥臂电压检测信号中至少一个表示相应所述下桥臂IGBT管在导通时其所述集电极-发射极电压高于所述安全阈值时，产生欠压保护控制信号。
19.如权利要求18所述的功率模块，其特征在于，所述上桥臂电压检测电路包括：
上桥臂高压隔离电路，其输入端连接到相应所述上桥臂IGBT管的集电极与发射极，并输出上桥臂差分电压信号；相应所述上桥臂IGBT管导通时，正常传输相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压；相应所述上桥臂IGBT管截止时，将相应所述上桥臂IGBT管集电极-发射极间的高电压转换为低电压；
上桥臂差分减法电路，与所述上桥臂高压隔离电路耦接，接收所述上桥臂高压隔离电路输出的上桥臂差分电压信号，对上桥臂差分电压信号进行减法处理后，输出上桥臂电压压差；以及
上桥臂电压选择电路，其输入端接收相应所述上桥臂IGBT管的驱动信号，其输出端与所述上桥臂差分减法电路相连，当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于截止状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出低于所述安全阈值的电压信号作为上桥臂电压检测信号，表示相应所述上桥臂IGBT管工作于截止状态；当所述驱动信号表示相应所述上桥臂IGBT管处于导通状态时，则所述上桥臂电压选择电路使所述上桥臂差分减法电路的输出端输出相应所述上桥臂IGBT管的集电极-发射极电压信号作为上桥臂电压检测信号。
20.如权利要求19所述的功率模块，其特征在于，所述上桥臂欠压保护电路包括一上桥臂比较器，所述上桥臂比较器的一个输入端与所述上桥臂电压选择电路的输出端相连，所述上桥臂比较器的另一个输入端接收一参考电压；当所述上桥臂电压检测信号大于所述参考电压时，所述上桥臂比较器输出上桥臂欠压保护控制信号，以关闭相应所述驱动电路；其中所述参考电压等于所述安全阈值。
21.如权利要求18所述的功率模块，其特征在于，
所述下桥臂欠压保护电路包括三个下桥臂比较器，三个所述下桥臂比较器的负端分别连接到三个所述下桥臂电压检测电路，三个所述下桥臂比较器的正端接收一参考电压，三个所述下桥臂比较器的输出连接到一下桥臂与门；
其中所述参考电压等于所述安全阈值。
22.如权利要求17、18、19、20或21所述的功率模块，其特征在于，所述安全阈值大于或等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压。
23.如权利要求22所述的功率模块，其特征在于，所述安全阈值等于所述IGBT管集电极-发射极的饱和电压的1.5倍。
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