CN107276380A - 智能功率模块及其高压驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能功率模块及其高压驱动电路，所述驱动电路包括第一至第六驱动电路和第一至第六充放电电路，每个充放电电路包括第一信号输入端、第一信号输出端、供电电源正端和供电电源负端，供电电源正端对应与智能功率模块的高压区供电电源正端/低压区供电电源正端相连，供电电源负端对应与智能功率模块的高压区供电电源负端/低压区供电电源负端相连，其中，当低压区供电电源/高压区供电电源异常时，充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，并控制第一信号输出端处于低阻状态，以对负载侧的剩余电荷进行泄放，从而有效避免了残留电荷存在对智能功率模块等带来的冲击，提高了安全性和可靠性。

Description

智能功率模块及其高压驱动电路

技术领域

本发明涉及智能功率模块技术领域，特别涉及一种智能功率模块的高压驱动电路以及一种智能功率模块。

背景技术

IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)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。IPM把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并具有过电压、过电流和过热等故障检测电路。如图1所示，IPM一方面接收MCU(Micro Control Unit，微控制单元)的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将检测的系统的状态信号发送给MCU。与传统分立方案相比，IPM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和各种逆变电源，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。

相关技术中，IPM采用图2所示的电路结构，其中每个功率开关器件(IGBT管)由相应的驱动电路进行驱动控制，并且每个驱动电路均由IPM的低压区供电电源VCC供电，以使驱动电路正常工作。但在实际应用中，IPM的工作环境比较恶劣，供电电源存在不稳定等情况，如果VCC因电压波动等原因引起忽然掉电，那么由于电机具有电感储能，能量不能及时得到泄放，很可能引起人体触电、电路损坏等情况。而且多数情况下由于VCC电压不稳定，而IGBT管在VCC电压较低时会造成饱和压降过高而异常发热，所以一般的IPM都会有欠压保护机制，在VCC电压波动严重到低于某一特定值(一般设置在10V～11V)时就切断IPM一段时间，待VCC电压恢复后，再让IPM继续工作，这种情况下，电机电感的电量一定没有发完，当IPM重新上电工作后，这些残留电量就非常容易对IPM内部的IGBT管造成冲击，使IGBT管发生微损伤，长期会使IPM过早损坏，影响IPM的长期可靠性，阻碍了IPM在变频领域的大面积推广。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种智能功率模块的高压驱动电路，在供电电压不稳定时，通过对应的充放电电路对负载侧的剩余电荷进行快速泄放，从而有效避免了残留电荷对智能功率模块以及其它电器带来的冲击，极大的提高了智能功率模块的安全性和可靠性，对于智能功率模块的推广普及具有积极作用。

本发明的第二个目的在于提出一种智能功率模块。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种智能功率模块的高压驱动电路，包括第一至第六驱动电路和第一至第六充放电电路，所述第一至第六充放电电路的电路结构相同且每个充放电电路包括第一信号输入端、第一信号输出端、供电电源正端和供电电源负端，所述第一信号输入端对应与所述第一至第六驱动电路的信号输出端相连，所述第一信号输出端对应与智能功率模块的U、V、W相高压功率开关管的控制端和U、V、W相低压功率开关管的控制端相连，所述供电电源正端对应与所述智能功率模块的高压区供电电源正端/低压区供电电源正端相连，所述供电电源负端对应与所述智能功率模块的高压区供电电源负端/低压区供电电源负端相连，其中，当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源正常时，所述充放电电路将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，以控制所述功率开关管导通/关断；当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源异常时，所述充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，并控制所述第一信号输出端处于低阻状态，以对负载侧的剩余电荷进行泄放。

根据本发明实施例的智能功率模块的高压驱动电路，通过在每个驱动电路与相应的功率开关管之间增设充放电电路，以在低压区供电电源/高压区供电电源异常，即智能功率模块的供电电压异常时，通过充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，并控制充放电电路的第一信号输出端处于低阻状态，以对负载侧的剩余电荷进行泄放，从而有效避免了残留电荷对智能功率模块以及其它电器带来的冲击，极大的提高了智能功率模块的安全性和可靠性，对于智能功率模块的推广普及具有积极作用。

根据本发明的一个实施例，当所述充放电电路的第一信号输出端对应与所述智能功率模块的U、V、W相高压功率开关管的控制端相连时，该充放电电路的供电电源正端与所述智能功率模块的高压区供电电源正端相连，该充放电电路的供电电源负端与所述智能功率模块的高压区供电电源负端相连；当所述充放电电路的第一信号输出端对应与所述智能功率模块的U、V、W相低压功率开关管的控制端相连时，该充放电电路的供电电源正端与所述智能功率模块的低压区供电电源正端相连，该充放电电路的供电电源负端与所述智能功率模块的低压区供电电源负端相连。

根据本发明的一个实施例，所述每个充放电电路包括：第一比较电路，所述第一比较电路的第一输入端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第一比较电路的第二输入端与所述充放电电路的供电电源负端相连；第一可控开关，所述第一可控开关的第一端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第一可控开关的控制端与所述第一比较电路的输出端相连；第二比较电路，所述第二比较电路的第一输入端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第二比较电路的第二输入端与所述充放电电路的供电电源负端相连，其中，所述第二比较电路的电压比较阈值大于所述第一比较电路的电压比较阈值；第二可控开关，所述第二可控开关的第一端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第二可控开关的控制端与所述第二比较电路的输出端相连；储能单元，所述储能单元的一端与所述第二可控开关的第二端相连，所述储能单元的另一端与所述充放电电路的供电电源负端相连；第三可控开关，所述第三可控开关的第一端与所述充放电电路的第一信号输入端相连，所述第三可控开关的第二端与所述储能单元的一端相连，所述第三可控开关的控制端与所述第一比较电路的输出端相连；第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的源极与所述第一可控开关的第二端相连，所述第一开关管的栅极与所述第三可控开关的第一端相连，所述第二开关管的源极与所述充放电电路的供电电源负端相连，所述第二开关管的栅极与所述第三可控开关的第三端相连，所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的漏极分别与所述充放电电路的第一信号输出端相连。

进一步地，当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源正常时，所述第一比较电路输出第一比较信号至所述第一可控开关和所述第三可控开关，以使所述第一可控开关的第一端与第二端相连通和使所述第三可控开关的第一端与第三端相连通，所述第一信号输入端的驱动信号通过所述第一开关管和所述第二开关管输出至所述第一信号输出端，并且所述第二比较电路输出第二比较信号至所述第二可控开关，以使所述第二可控开关的第一端与第二端相连通，以给所述储能单元充电；当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源异常时，所述第二比较电路输出第三比较信号至所述第二可控开关，以使所述第二可控开关的第一端与第二端断开，以停止给所述储能单元充电，并且所述第一比较电路输出第四比较信号至所述第一可控开关和所述第三可控开关，以使所述第一可控开关的第一端与第二端断开和使所述第三可控开关的第二端与第三端相连通，所述第一信号输入端的驱动信号停止输出至所述第一信号输出端，同时所述第一信号输出端的剩余电荷通过所述第二开关管进行泄放。

根据本发明的一个实施例，所述第一比较电路包括：第一比较器，所述第一比较器的正输入端与所述第一比较电路的第一输入端相连，所述第一比较器的输出端与所述第一比较电路的输出端相连；第一电压源，所述第一电压源的正极与所述第一比较器的负输入端相连，所述第一电压源的负极与所述第一比较电路的第二输入端相连。

根据本发明的一个实施例，所述第二比较电路包括：第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述第二比较电路的第一输入端相连，所述第二比较器的输出端与所述第二比较电路的输出端相连；第二电压源，所述第二电压源的正极与所述第二比较器的负输入端相连，所述第二电压源的负极与所述第二比较电路的第二输入端相连，其中，所述第二电压源提供的电压比较阈值大于所述第一电压源提供的电压比较阈值。

根据本发明的一个实施例，所述储能单元包括：电容，所述电容的一端与所述储能单元的一端相连，所述电容的另一端与所述储能单元的另一端相连。

根据本发明的一个实施例，所述每个充放电电路还包括：放大电路，所述放大电路的第一端与所述充放电电路的第一信号输入端相连，所述放大电路的第二端与所述第三可控开关的第一端相连，所述放大电路用于对所述第一信号输入端的驱动信号进行放大。

根据本发明的一个实施例，所述放大电路包括：第一非门，所述第一非门的输入端与所述放大电路的第一端相连；第二非门，所述第二非门的输入端与所述第一非门的输出端相连，所述第二非门的输出端与所述放大电路的第二端相连。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种智能功率模块，其包括上述的高压驱动电路。

本发明实施例的智能功率模块，通过上述的高压驱动电路，在供电电压不稳定时，通过对应的充放电电路对负载侧的剩余电荷进行快速泄放，从而有效避免了残留电荷对智能功率模块以及其它电器带来的冲击，极大的提高了智能功率模块的安全性和可靠性，对于智能功率模块的推广普及具有积极作用。

附图说明

图1是相关技术中通过智能功率模块对电机进行控制的方框示意图；

图2是相关技术中智能功率模块的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的智能功率模块的高压驱动电路的方框示意图；

图4是根据本发明一个实施例的智能功率模块的高压驱动电路的电路图；

图5是根据本发明另一个实施例的智能功率模块的高压驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的智能功率模块的高压驱动电路以及具有该高压驱动电路的智能功率模块。

图3是根据本发明一个实施例的智能功率模块的高压驱动电路的结构示意图。如图3所示，该智能功率模块的高压驱动电路100包括：第一至第六驱动电路(分别为第一驱动电路11、第二驱动电路12、…、第六驱动电路16)和第一至第六充放电电路(分别为第一充放电电路21、第二充放电电路22、…、第六充放电电路26)。第一至第六充放电电路的电路结构相同且每个充放电电路包括第一信号输入端、第一信号输出端、供电电源正端和供电电源负端，第一信号输入端对应与第一至第六驱动电路的信号输出端相连，第一信号输出端对应与智能功率模块的U、V、W相高压功率开关管(分别为第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2和第三功率开关管Q3)的控制端和U、V、W相低压功率开关管(分别为第四功率开关管Q4、第五功率开关管Q5和第六功率开关管Q6)的控制端相连，供电电源正端对应与智能功率模块的高压区供电电源正端/低压区供电电源正端相连，供电电源负端对应与智能功率模块的高压区供电电源负端/低压区供电电源负端相连。

当低压区供电电源/高压区供电电源正常时，充放电电路将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，以控制功率开关管导通/关断；当低压区供电电源/高压区供电电源异常时，充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，并控制第一信号输出端处于低阻状态，以对负载侧的剩余电荷进行泄放。

其中，当充放电电路的第一信号输出端对应与智能功率模块的U、V、W相高压功率开关管的控制端相连时，该充放电电路的供电电源正端与智能功率模块的高压区供电电源正端相连，该充放电电路的供电电源负端与智能功率模块的高压区供电电源负端相连；当充放电电路的第一信号输出端对应与智能功率模块的U、V、W相低压功率开关管的控制端相连时，该充放电电路的供电电源正端与智能功率模块的低压区供电电源正端VDD相连，该充放电电路的供电电源负端与智能功率模块的低压区供电电源负端COM相连。

具体地，如图3所示，高压驱动电路100的电源正端VCC作为IPM的低压区供电电源正端VDD(VDD一般为15V)，电源负端GND作为IPM的低压区供电电源负端COM。高压驱动电路100的第一输入端HIN1作为IPM的U相上桥臂输入端UHIN，第二输入端HIN2作为IPM的V相上桥臂输入端VHIN，第三输入端HIN3作为IPM的W相上桥臂输入端WHIN，第四输入端LIN1作为IPM的U相下桥臂输入端ULIN，第五输入端LIN2作为IPM的V相下桥臂输入端VLIN，第六输入端LIN3作为IPM的W相下桥臂输入端WLIN。

高压驱动电路100的U相高压区供电电源正端VB1与第一电容C1的一端相连，并作为IPM的U相高压区供电电源正端UVB；U相高压区供电电源负端VS1与第一电容C1的另一端相连，并作为IPM的U相高压区供电电源负端UVS；V相高压区供电电源正端VB2与第二电容C2的一端相连，并作为IPM的V相高压区供电电源正端VVB；V相高压区供电电源负端VS2与第二电容C2的另一端相连，并作为IPM的V相高压区供电电源负端VVS；W相高压区供电电源正端VB3与第三电容C3的一端相连，并作为IPM的W相高压区供电电源正端WVB；W相高压区供电电源负端VS3与第三电容C3的另一端相连，并作为IPM的W相高压区供电电源负端WVS。

高压驱动电路100的HO1端与第一功率开关管Q1的栅极相连，第一功率开关管Q1的集电极接IPM的最高电压点P端(一般接300V)，第一功率开关管Q1的发射极接IPM的UVS端；HO2端与第二功率开关管Q2的栅极相连，第二功率开关管Q2的集电极接IPM的最高电压点P端，第二功率开关管Q2的发射极接IPM的VVS端；HO3端与第三功率开关管Q3的栅极相连，第三功率开关管Q3的集电极接IPM的最高电压点P端，第三功率开关管Q3的发射极接IPM的WVS端；LO1端与第四功率开关管Q4的栅极相连，第四功率开关管Q4的集电极接IPM的UVS端，第四功率开关管Q4的发射极接IPM的U相低电压参考端UN端；LO2端与第五功率开关管Q5的栅极相连，第五功率开关管Q5的集电极接IPM的VVS端，第五功率开关管Q5的发射极接IPM的V相低电压参考端VN端；LO3端与第六功率开关管Q6的栅极相连，第六功率开关管Q6的集电极接IPM的WVS端，第六功率开关管Q6的发射极接IPM的W相低电压参考端WN端。

对于高压驱动电路100，VCC与第一驱动电路11(UH驱动电路)的低压区供电电源正端、第二驱动电路12(VH驱动电路)的低压区供电电源正端、第三驱动电路13(WH驱动电路)的低压区供电电源正端、第四驱动电路14(UL驱动电路)的低压区供电电源正端、第五驱动电路15(VL驱动电路)的低压区供电电源正端、第六驱动电路16(WL驱动电路)的低压区供电电源正端、第四充放电电路24(UL充放电电路)的供电电源正端、第五充放电电路25(VL充放电电路)的供电电源正端和第六充放电电路26(WL充放电电路)的供电电源正端相连。

GND与第一驱动电路11的低压区供电电源负端、第二驱动电路12的低压区供电电源负端、第三驱动电路13的低压区供电电源负端、第四驱动电路14的低压区供电电源负端、第五驱动电路15的低压区供电电源负端、第六驱动电路16的低压区供电电源负端、第四充放电电路24的供电电源负端、第五充放电电路25的供电电源负端和第六充放电电路26的供电电源负端相连。

VB1与第一驱动电路11的高压区供电电源正端、第一充放电电路21(UH充放电电路)的供电电源正端相连；VB2与第二驱动电路12的高压区供电电源正端、第二充放电电路22(VH充放电电路)的供电电源正端相连；VB3与第三驱动电路13的高压区供电电源正端、第三充放电电路23(WH充放电电路)的供电电源正端相连。VS1与第一驱动电路11的高压区供电电源负端、第一充放电电路21的供电电源负端相连；VS2与第二驱动电路12的高压区供电电源负端、第二充放电电路22的供电电源负端相连；VS3与第三驱动电路13的高压区供电电源负端、第三充放电电路23的供电电源负端相连。

HIN1与第一驱动电路11的信号输入端相连，第一驱动电路11的信号输出端与第一充放电电路21的第一信号输入端相连，第一充放电电路21的第一信号输出端与HO1相连；HIN2与第二驱动电路12的信号输入端相连，第二驱动电路12的信号输出端与第二充放电电路22的第一信号输入端相连，第二充放电电路22的第一信号输出端与HO2相连；HIN3与第三驱动电路13的信号输入端相连，第三驱动电路13的信号输出端与第三充放电电路23的第一信号输入端相连，第三充放电电路23的第一信号输出端与HO3相连；LIN1与第四驱动电路14的信号输入端相连，第四驱动电路14的信号输出端与第四充放电电路24的第一信号输入端相连，第四充放电电路24的第一信号输出端与LO1相连；LIN2与第五驱动电路15的信号输入端相连，第五驱动电路15的信号输出端与第五充放电电路25的第一信号输入端相连，第五充放电电路25的第一信号输出端与LO2相连；LIN3与第六驱动电路16的信号输入端相连，第六驱动电路16的信号输出端与第六充放电电路26的第一信号输入端相连，第六充放电电路26的第一信号输出端与LO3相连。

当VCC电压为一个高于某一特定值VCCTH的电压时，即低压区供电电源正常，在低压区供电电压正常的情况下，对于第一至第三充放电电路对应的高压区供电电源也处于正常状态，此时充放电电路将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，以控制功率开关管导通/关断，具体如下：

当UHIN为高电平时，ULIN必须为低电平，第一驱动电路11输出高电平，并使第一充放电电路21的第一信号输出端输出相对于VS1的高电平至HO1，以驱动第一功率开关管Q1导通，第四驱动电路14输出相对于COM的低电平，第四功率开关管Q4关断；当UHIN为低电平时，第一驱动电路11输出低电平，并使第一充放电电路21的第一信号输出端输出相对于VS1的低电平至HO1，第一功率开关管Q1关断。当VHIN为高电平时，VLIN必须为低电平，第二驱动电路12输出高电平，并使第二充放电电路22的第一信号输出端输出相对于VS2的高电平至HO2，以驱动第二功率开关管Q2导通，第五驱动电路15输出相对于COM的低电平，第五功率开关管Q5关断；当VHIN为低电平时，第二驱动电路12输出低电平，并使第二充放电电路22的第一信号输出端输出相对于VS2的低电平至HO2，第二功率开关管Q2关断。当WHIN为高电平时，WLIN必须为低电平，第三驱动电路13输出高电平，并使第三充放电电路23的第一信号输出端输出相对于VS3的高电平至HO3，以驱动第三功率开关管Q3导通，第六驱动电路16输出相对于COM的低电平，第六功率开关管Q6关断；当WHIN为低电平时，第三驱动电路13输出低电平，并使第三充放电电路23的第一信号输出端输出相对于VS3的低电平至HO3，第三功率开关管Q3关断。

当ULIN为高电平时，UHIN必须为低电平，第四驱动电路14输出高电平，并使第四充放电电路24的第一信号输出端输出相对于COM的高电平至LO1，以驱动第四功率开关管Q4导通，第一驱动电路11输出相对于VS1的低电平，第一功率开关管Q1关断；当ULIN为低电平时，第四驱动电路14输出低电平，并使第四充放电电路24的第一信号输出端输出相对于COM的低电平至LO1，第四功率开关管Q4关断。当VLIN为高电平时，VHIN必须为低电平，第五驱动电路15输出高电平，并使第五充放电电路25的第一信号输出端输出相对于COM的高电平至LO2，以驱动第五功率开关管Q5导通，第二驱动电路12输出相对于VS2的低电平，第二功率开关管Q2关断；当VLIN为低电平时，第五驱动电路15输出低电平，并使第五充放电电路25的第一信号输出端输出相对于COM的低电平至LO2，第五功率开关管Q5关断。当WLIN为高电平时，WHIN必须为低电平，第六驱动电路16输出高电平，并使第六充放电电路26的第一信号输出端输出相对于COM的高电平至LO3，以驱动第六功率开关管Q6导通，第三驱动电路13输出相对于VS3的低电平，第三功率开关管Q3关断；当WLIN为低电平时，第六驱动电路16输出低电平，并使第六充放电电路26的第一信号输出端输出相对于COM的低电平至LO3，第六功率开关管Q6关断。

当VCC电压为一个低于某一特定值VCCTH的电压，即低压区供电电源/高压区供电电源异常时，充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，此时无论UHIN、VHIN、WHIN、ULIN、VLIN、WLIN是高电平还是低电平，HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3都保持在低电平，同时充放电电路控制第一信号输出端处于低阻状态(这里可以理解为低电平状态)，即HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3处于低阻状态，以在VCC断电初期的一段时间内，对负载侧的剩余电荷进行泄放。

因此，根据本发明实施例的智能功率模块的高压驱动电路，在VCC断电瞬间，通过充放电电路来使其输出端产生一个低阻状态，与传统的断电后高阻状态相比，能够迅速将负载侧的残留电荷进行泄放，从而有效避免残留电荷存在对智能功率模块及其他用电器带来的冲击，极大的提高了智能功率模块的可靠性，保证了电路系统的安全，对于智能功率模块的推广普及有积极作用。

下面结合具体示例来对高压驱动电路中的充放电电路进行详细描述。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，每个充放电电路包括：第一比较电路U1、第一可控开关K1、第二比较电路U2、第二可控开关K2、储能单元C、第三可控开关K3、第一开关管M1和第二开关管M2。其中，第一比较电路U1的第一输入端与充放电电路的供电电源正端VB相连，第一比较电路U1的第二输入端与充放电电路的供电电源负端VS相连；第一可控开关K1的第一端与充放电电路的供电电源正端VB相连，第一可控开关K1的控制端与第一比较电路U1的输出端相连；第二比较电路U2的第一输入端与充放电电路的供电电源正端VB相连，第二比较电路U2的第二输入端与充放电电路的供电电源负端VS相连；第二可控开关K2的第一端与充放电电路的供电电源正端VB相连，第二可控开关K2的控制端与第二比较电路U2的输出端相连；储能单元C的一端与第二可控开关K2的第二端相连，储能单元C的另一端与充放电电路的供电电源负端VS相连；第三可控开关K3的第一端与充放电电路的第一信号输入端IN相连，第三可控开关K3的第二端与储能单元C的一端相连，第三可控开关K3的控制端与第一比较电路U1的输出端相连；第一开关管M1的源极与第一可控开关K1的第二端相连，第一开关管M1的栅极与第三可控开关K3的第一端相连，第二开关管M2的源极与充放电电路的供电电源负端VS相连，第二开关管M2的栅极与第三可控开关K3的第三端相连，第一开关管M1的漏极和第二开关管M2的漏极分别与充放电电路的第一信号输出端OUT相连。

其中，当低压区供电电源/高压区供电电源正常时，第一比较电路U1输出第一比较信号至第一可控开关K1和第三可控开关K3，以使第一可控开关K1的第一端与第二端相连通和使第三可控开关K3的第一端与第三端相连通，第一信号输入端IN的驱动信号通过第一开关管M1和第二开关管M2输出至第一信号输出端OUT，并且第二比较电路U2输出第二比较信号至第二可控开关K2，以使第二可控开关K2的第一端与第二端相连通，以给储能单元C充电；当低压区供电电源/高压区供电电源异常时，第二比较电路U2输出第三比较信号至第二可控开关K2，以使第二可控开关K2的第一端与第二端断开，以停止给储能单元C充电，并且第一比较电路U1输出第四比较信号至第一可控开关K1和第三可控开关K3，以使第一可控开关K1的第一端与第二端断开和使第三可控开关K3的第二端与第三端相连通，第一信号输入端IN的驱动信号停止输出至第一信号输出端OUT，同时第一信号输出端OUT的剩余电荷通过第二开关管M2进行泄放。

需要说明的是，第二比较电路U2的电压比较阈值大于第一比较电路U1的电压比较阈值，例如，第二比较电路U2的电压比较阈值可以为6V或比智能功率模块的欠压保护电压值低1～2V的值；第一比较电路U1的电压比较阈值可以为13V或比智能功率模块的供电电压低1～2V的值。

进一步地，如图4所示，第一比较电路U1可包括：第一比较器P1和第一电压源V1，第一比较器P1的正输入端与第一比较电路U1的第一输入端相连，第一比较器P1的输出端与第一比较电路U1的输出端相连；第一电压源V1的正极与第一比较器U1的负输入端相连，第一电压源V1的负极与第一比较电路U1的第二输入端相连。第二比较电路U2可包括：第二比较器P2和第二电压源V2，其中，第二比较器P2的正输入端与第二比较电路U2的第一输入端相连，第二比较器P2的输出端与第二比较电路U2的输出端相连；第二电压源V2的正极与第二比较器U2的负输入端相连，第二电压源V2的负极与第二比较电路U2的第二输入端相连。其中，第二电压源V2提供的电压比较阈值大于第一电压源V1提供的电压比较阈值。

具体而言，由于第一至第六充放电路的电路结构完全相同，所以这里以其中一个充放电电路结构为例来进行说明。

当VB与VS间的电压正常(对于第一至第三充放电电路，VB与VS之间的电压是智能功率模块的高压区供电电源正端与负端之间的电压，而该电压随着VCC与GND之间的电压变化而变化；对于第四至第六充放电电路，VB与VS之间的电压是智能功率模块的低压区供电电源正端与负端之间的电压，即VCC与GND之间的电压)时，第一比较器P1的正输入端的电压高于负输入端的电压、第二比较器P2的正输入端的电压高于负输入端的电压，此时第一比较器P1输出第一比较信号(如高电平信号)至第一可控开关K1和第三可控开关K3，第一可控开关K1闭合，第三可控开关K3的第一端与第三端相连通，使得第一信号输入端IN的驱动信号通过第一开关管M1和第二开关管M2输出，同时第二比较器P2输出第二比较信号(如高电平信号)至第二可控开关K2，第二可控开关K2闭合，VB开始对储能单元C进行充电，使储能单元C的两端获得VB与VS间的压降。

当VB与VS间的电压骤降时，首先是第二比较器P2的正输入端的电压低于负输入端的电压，第二比较器P2输出第三比较信号(如低电平信号)至第二可控开关K2，第二可控开关K2断开，从而使储能单元C的两端的电压为一个比正常VB1与VS1间电压低1～2V的值，且不随VB的下降而下降。然后触发智能功率模块中原有的欠压保护，使智能功率模块停止工作。当VB电压下降至第一电压源V1提供的电压比较阈值以下时，第一比较器P1的正输入端的电压低于负输入端的电压，第一比较器P1输出第四比较信号(如低电平信号)，此时第一可控开关K1断开，同时第三可控开关K3的第二端与第三端相连通，储能单元C与第二开关管M2的栅极相连，储能单元C的电荷对第二开关管M2的栅极充电，使其获得对第二开关管M2的源极的高电平，第二开关管M2在VB电压降到0时仍能获得一个短时间的开通状态，从而使得第一信号输出端OUT连接的负载的残留电荷可以通过第二开关管M2进行泄放，有效避免了残留电荷存在对智能功率模块等带来的冲击，提高了安全性和可靠性。

根据本发明的一个实施例，储能单元C可包括电容，电容的一端与储能单元C的一端相连，电容的另一端与储能单元C的另一端相连。当储能单元C为电容时，其容值可通过以下方式进行选择：对于一个驱动能力为+500mA/-500mA的高压驱动电路100，电容的容值一般可设置为1nF左右，即足够驱动第二开关管M2获得短时间的开通状态；根据工艺的不同，第一开关管M1和第二开关管M2的宽长比有不同。

进一步地，根据本发明的一个实施例，如图5所示，每个充放电电路还包括：放大电路U3，放大电路U3的第一端与充放电电路的第一信号输入端IN相连，放大电路U3的第二端与第三可控开关K3的第一端相连，放大电路U3用于对第一信号输入端IN的驱动信号进行放大。

进一步地，如图5所示，放大电路U3可包括：第一非门NOT1和第二非门NOT2，第一非门NOT1的输入端与放大电路U3的第一端相连；第二非门NOT2的输入端与第一非门NOT1的输出端相连，第二非门NOT2的输出端与放大电路的第二端相连，通过第一非门NOT1和第二非门NOT2实现对第一信号输入端的驱动信号进行两级放大。其中，第二非门NOT2的MOS管的尺寸为第一开关管M1和第二开关管M2的1/2，第一非门NOT1的MOS管的尺寸为第二非门NOT2尺寸的1/2。

综上所述，根据本发明实施例的智能功率模块的高压驱动电路，通过在每个驱动电路与相应的功率开关管之间增设充放电电路，以在低压区供电电源/高压区供电电源异常，即智能功率模块的供电电压异常时，通过充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，并控制充放电电路的第一信号输出端处于低阻状态，以对负载侧的剩余电荷进行泄放，从而有效避免了残留电荷对智能功率模块以及其它电器带来的冲击，极大的提高了智能功率模块的安全性和可靠性，对于智能功率模块的推广普及具有积极作用。

另外，本发明的实施例还提出了一种智能功率模块，其包括上述的高压驱动电路。

本发明实施例的智能功率模块，通过上述的高压驱动电路，在供电电压不稳定时，通过对应的充放电电路对负载侧的剩余电荷进行快速泄放，从而有效避免了残留电荷对智能功率模块以及其它电器带来的冲击，极大的提高了智能功率模块的安全性和可靠性，对于智能功率模块的推广普及具有积极作用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，包括第一至第六驱动电路和第一至第六充放电电路，所述第一至第六充放电电路的电路结构相同且每个充放电电路包括第一信号输入端、第一信号输出端、供电电源正端和供电电源负端，所述第一信号输入端对应与所述第一至第六驱动电路的信号输出端相连，所述第一信号输出端对应与智能功率模块的U、V、W相高压功率开关管的控制端和U、V、W相低压功率开关管的控制端相连，所述供电电源正端对应与所述智能功率模块的高压区供电电源正端/低压区供电电源正端相连，所述供电电源负端对应与所述智能功率模块的高压区供电电源负端/低压区供电电源负端相连，其中，

当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源正常时，所述充放电电路将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，以控制所述功率开关管导通/关断；

当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源异常时，所述充放电电路停止将对应的驱动电路输出的驱动信号输出至对应的功率开关管的控制端，并控制所述第一信号输出端处于低阻状态，以对负载侧的剩余电荷进行泄放。

2.如权利要求1所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，

当所述充放电电路的第一信号输出端对应与所述智能功率模块的U、V、W相高压功率开关管的控制端相连时，该充放电电路的供电电源正端与所述智能功率模块的高压区供电电源正端相连，该充放电电路的供电电源负端与所述智能功率模块的高压区供电电源负端相连；

当所述充放电电路的第一信号输出端对应与所述智能功率模块的U、V、W相低压功率开关管的控制端相连时，该充放电电路的供电电源正端与所述智能功率模块的低压区供电电源正端相连，该充放电电路的供电电源负端与所述智能功率模块的低压区供电电源负端相连。

3.如权利要求2所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，所述每个充放电电路包括：

第一比较电路，所述第一比较电路的第一输入端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第一比较电路的第二输入端与所述充放电电路的供电电源负端相连；

第一可控开关，所述第一可控开关的第一端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第一可控开关的控制端与所述第一比较电路的输出端相连；

第二比较电路，所述第二比较电路的第一输入端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第二比较电路的第二输入端与所述充放电电路的供电电源负端相连，其中，所述第二比较电路的电压比较阈值大于所述第一比较电路的电压比较阈值；

第二可控开关，所述第二可控开关的第一端与所述充放电电路的供电电源正端相连，所述第二可控开关的控制端与所述第二比较电路的输出端相连；

储能单元，所述储能单元的一端与所述第二可控开关的第二端相连，所述储能单元的另一端与所述充放电电路的供电电源负端相连；

第三可控开关，所述第三可控开关的第一端与所述充放电电路的第一信号输入端相连，所述第三可控开关的第二端与所述储能单元的一端相连，所述第三可控开关的控制端与所述第一比较电路的输出端相连；

第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的源极与所述第一可控开关的第二端相连，所述第一开关管的栅极与所述第三可控开关的第一端相连，所述第二开关管的源极与所述充放电电路的供电电源负端相连，所述第二开关管的栅极与所述第三可控开关的第三端相连，所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的漏极分别与所述充放电电路的第一信号输出端相连。

4.如权利要求3所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，

当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源正常时，所述第一比较电路输出第一比较信号至所述第一可控开关和所述第三可控开关，以使所述第一可控开关的第一端与第二端相连通和使所述第三可控开关的第一端与第三端相连通，所述第一信号输入端的驱动信号通过所述第一开关管和所述第二开关管输出至所述第一信号输出端，并且所述第二比较电路输出第二比较信号至所述第二可控开关，以使所述第二可控开关的第一端与第二端相连通，以给所述储能单元充电；

当所述低压区供电电源/所述高压区供电电源异常时，所述第二比较电路输出第三比较信号至所述第二可控开关，以使所述第二可控开关的第一端与第二端断开，以停止给所述储能单元充电，并且所述第一比较电路输出第四比较信号至所述第一可控开关和所述第三可控开关，以使所述第一可控开关的第一端与第二端断开和使所述第三可控开关的第二端与第三端相连通，所述第一信号输入端的驱动信号停止输出至所述第一信号输出端，同时所述第一信号输出端的剩余电荷通过所述第二开关管进行泄放。

5.如权利要求3所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，所述第一比较电路包括：

第一比较器，所述第一比较器的正输入端与所述第一比较电路的第一输入端相连，所述第一比较器的输出端与所述第一比较电路的输出端相连；

第一电压源，所述第一电压源的正极与所述第一比较器的负输入端相连，所述第一电压源的负极与所述第一比较电路的第二输入端相连。

6.如权利要求5所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，所述第二比较电路包括：

第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述第二比较电路的第一输入端相连，所述第二比较器的输出端与所述第二比较电路的输出端相连；

第二电压源，所述第二电压源的正极与所述第二比较器的负输入端相连，所述第二电压源的负极与所述第二比较电路的第二输入端相连，其中，所述第二电压源提供的电压比较阈值大于所述第一电压源提供的电压比较阈值。

7.如权利要求3所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，所述储能单元包括：电容，所述电容的一端与所述储能单元的一端相连，所述电容的另一端与所述储能单元的另一端相连。

8.如权利要求3-7中任一项所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，所述每个充放电电路还包括：

放大电路，所述放大电路的第一端与所述充放电电路的第一信号输入端相连，所述放大电路的第二端与所述第三可控开关的第一端相连，所述放大电路用于对所述第一信号输入端的驱动信号进行放大。

9.如权利要求8所述的智能功率模块的高压驱动电路，其特征在于，所述放大电路包括：

第一非门，所述第一非门的输入端与所述放大电路的第一端相连；

第二非门，所述第二非门的输入端与所述第一非门的输出端相连，所述第二非门的输出端与所述放大电路的第二端相连。

10.一种智能功率模块，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的高压驱动电路。