CN112615605A - 自定义igbt端口阻抗的智能功率模块 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块。其中，所述智能功率模块包括至少一个智能功率电路，每个所述智能功率电路包括：滑动变阻器，所述滑动变阻器为阻值可变的电阻；容值可变的电容，所述容值可变的电容与所述滑动变阻器连接；绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管与所述滑动变阻器连接；驱动电路，所述驱动电路与所述滑动变阻器连接，用于驱动所述滑动变阻器、所述容值可变的电容以及所述绝缘栅双极型晶体管工作。本申请解决了相关技术中IPM的使用灵活性较差的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及电路领域，具体而言，涉及一种自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块。
背景技术
IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)广泛应用于电路设计中，具有短路保护、过流保护、过热保护和欠压锁定等功能。其中，通用的IPM一般包括驱动电路、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、续流二极管、栅极电阻。IPM的工作原理就是对对应的IGBT的栅极进行充电已达到使IGBT导通，后再对栅极进行放电进行关断。
综上，对栅极充放电速度快慢决定了IGBT开通时间的快慢；当栅极端阻抗较小时，对应的栅极电压充放电较快，缩短了IGBT开通时间，减小开通损耗，但是器件工作的耐固性变差，也可能因过大的dv/dt(表示电压的变化率)导致误开通，抗干扰能力变差，噪声承受能力小，甚至可以会与寄生电感电容产生振荡，产生寄生振荡杂波，过大的di/dt(表示电流的变化率)产生的反向电流尖峰使得反向二极管恢复时间也变长。
与之相反，当栅极阻抗较大时，能够优化IGBT的各类EMC特性，但是过久的开通与关断时间会致使IGBT的开关损耗大幅增加，器件温度更容易上升，也会影响器件性能。
在实际对IPM的使用中，阻抗过大过小都会导致问题发生，且阻抗值随着频率的更改也会随之发生改变，固定阻抗值的IPM注定无法适用大多数电路的要求。因此，能够自定义IGBT端口阻抗的模块可以帮助工程师选择符合当前温度，频率等等状态下的最优阻抗，从而控制IGBT的开通关断性能与状态。
针对上述相关技术中IPM的使用灵活性较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块，以至少解决相关技术中IPM的使用灵活性较差的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块，所述智能功率模块包括至少一个智能功率电路，每个所述智能功率电路包括：滑动变阻器，所述滑动变阻器为阻值可变的电阻；容值可变的电容，所述容值可变的电容与所述滑动变阻器连接；绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管与所述滑动变阻器连接；驱动电路，所述驱动电路与所述滑动变阻器连接，用于驱动所述滑动变阻器、所述容值可变的电容以及所述绝缘栅双极型晶体管工作。
可选地，所述容值可变的电容包括：第一电容，所述第一电容的一端分别与所述驱动电路的接地端和所述绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一电容的另一端分别与所述滑动变阻器的一端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
可选地，所述滑动变阻器的另一端与所述驱动电路的驱动端连接。
可选地，所述容值可变的电容包括：第二电容，所述第二电容的一端分别与所述滑动变阻器的一端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第二电容的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
可选地，所述容值可变的电容包括：第三电容，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
可选地，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述滑动变阻器的一端连接，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述驱动电路的接地端连接。
可选地，所述智能功率模块还包括：保护电路，所述保护电路用于提供短路保护、过流保护以及过热保护；逻辑电路，所述逻辑电路用于提供逻辑输入功能。
可选地，所述滑动变阻器的滑动开关设置在所述智能功率模块的表面。
可选地，所述容值可变的电容的开关设置在所述智能功率模块的表面。
可选地，所述所述智能功率电路为多个。
在本申请实施例中，智能功率模块包括：滑动变阻器，所述滑动变阻器为阻值可变的电阻；容值可变的电容，所述容值可变的电容与所述滑动变阻器连接；绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管与所述滑动变阻器连接；驱动电路，所述驱动电路与所述滑动变阻器连接，用于驱动所述滑动变阻器、所述容值可变的电容以及所述绝缘栅双极型晶体管工作，该智能功率模块通过开放自定义端口阻抗功能，实现调节端口阻抗来匹配IGBT的相关参数，设置可供人直接调控的阻抗旋钮，从而实现IGBT各项性能指标处在合适的范围内，具有较强的灵活性与通用性，可以解决相关技术中IPM的使用灵活性较差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是相关技术中的一种可选的IPM模块的示意图；
图2是根据本申请实施例的一种可选的IPM模块的示意图；
图3是根据本申请实施例的一种可选的IPM模块的示意图；
图4是根据本申请实施例的一种可选的IPM模块的示意图；
以及
图5是根据本申请实施例的一种可选的IPM模块的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为解决传统IPM过于死板，无法自由选择合适的端口阻抗，不方便测试等弊端。根据本申请实施例的一方面，提供了一种自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块的实施例。图2是根据本申请实施例的一种可选的自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块的示意图，如图2所示，包括：
滑动变阻器R1，所述滑动变阻器为阻值可变的电阻；
容值可变的电容(如C1、C2以及C3)，所述容值可变的电容与所述滑动变阻器连接；
绝缘栅双极型晶体管IGBT(P为信号输出端)，所述绝缘栅双极型晶体管与所述滑动变阻器连接；
驱动电路Q(输入端包括整流输入端VB、电压输入端VCC、输入端IN，输出端包括输出端out和共地端VS)，所述驱动电路与所述滑动变阻器连接，用于驱动所述滑动变阻器、所述容值可变的电容以及所述绝缘栅双极型晶体管工作。
可选地，所述容值可变的电容包括：第一电容C1，所述第一电容的一端分别与所述驱动电路的接地端VS和所述绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一电容的另一端分别与所述滑动变阻器R1的一端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
可选地，所述滑动变阻器的另一端与所述驱动电路的驱动端out连接。
可选地，所述容值可变的电容包括：第二电容C2，所述第二电容的一端分别与所述滑动变阻器的一端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第二电容的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
可选地，所述容值可变的电容包括：第三电容C3，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极P连接。
可选地，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述滑动变阻器的一端连接，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述驱动电路的接地端连接。
可选地，所述智能功率模块还包括：保护电路，所述保护电路用于提供短路保护、过流保护以及过热保护；逻辑电路，所述逻辑电路用于提供逻辑输入功能。
可选地，所述滑动变阻器的滑动开关设置在所述智能功率模块的表面。
可选地，所述容值可变的电容的开关设置在所述智能功率模块的表面。
可选地，所述所述智能功率电路为多个。
通过上述方案，智能功率模块包括：滑动变阻器，所述滑动变阻器为阻值可变的电阻；容值可变的电容，所述容值可变的电容与所述滑动变阻器连接；绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管与所述滑动变阻器连接；驱动电路，所述驱动电路与所述滑动变阻器连接，用于驱动所述滑动变阻器、所述容值可变的电容以及所述绝缘栅双极型晶体管工作，该智能功率模块通过开放自定义端口阻抗功能，实现调节端口阻抗来匹配IGBT的相关参数，设置可供人直接调控的阻抗旋钮，从而实现IGBT各项性能指标处在合适的范围内，具有较强的灵活性与通用性，可以解决相关技术中IPM的使用灵活性较差的技术问题。
采用本方案，可自定义IGBT端口阻抗的模块，可以帮助工程师选择符合当前温度，频率等等状态下的最优阻抗，从而控制IGBT的开通关断性能与状态；高集成度的模块结构方便测试与调整；可供设计员直接调控与设置。作为一种可选的实施例，下文结合具体的实施方式进一步详述本申请的技术方案。
图1所示为常见的IPM模块结构图，里面主要有逻辑运算模块，栅极电阻，IGBT所构成。
图2为本方案所提及的新型IPM模块结构图，原理图除了传统逻辑运算模块之外，新加了阻值可变的滑动变阻器R1，容值可变的栅-射极电容C1，容值可变的栅-集极电容C2，容值可变的集-射极电容C3。
图3为整体模块的结构，较图2主要是个体数量的增多，并增添了IPM模块中固有的保护电路Protect与逻辑电路Input logic。
图4为本方案所提及的新型IPM模块最顶层俯视布局图，除开模块本体之外，模块顶面有阻抗调整面logic板。阻抗匹配板块包含了图2所包含的滑动变阻器R1，容值可变的栅-射极电容C1，容值可变的栅-集极电容C2，容值可变的集-射极电容C3；该模块外部整合了可调整变阻器R1阻值的旋钮，可调整各个电容C容值的拨码开关。
图5为本方案IPM模块横切切面图，1为图4的阻抗匹配板块；2部分为IGBT与可切换RC，3为MIC逻辑电路，带有输入逻辑电路，驱动电路和保护电路等功能，4为插入引脚。
实际实施中，本模块与其他模块一样，主要是靠搭载驱动芯片配合使用的，所使用芯片主要功能就是为模块的开关提供激励，从而促使模块输出正常的波形。现有技术的IPM大多把所有元器件都集合在单一模块中，对于模块中的任何参数都不能进行修正，要使用IPM模块的时候只能通过提前预估测试来选择，且所选择的IPM模块往往不能多次修改达到更佳的实验效果。
此时本方案提供的IPM模块便具有特别的灵活性，可作为固定数值模块的替代品，作为前期模块参与产品电路的设计中去；在实际操作中，通过旋转图4中的阻抗旋钮，可以调整所有图2模块中部分结构的栅极端口阻值，利用图4界面中的拨码开关，可以调整IPM中端口电容，C1控制全部栅极电容，C2控制全部米勒电容，C3控制全部集电极电容，通过利用以上的外部操作，实现对于IPM模块的纹波，开通关断时间，开通关断损耗等特性的控制，帮助设计员确认最有利的IPM参数设计，最后选择合适的固定数值IPM模块。
本方案的IPM模块在应对EMC问题上有独特的优势，若是发生因IGBT中GE端开关速度而引发的EMC问题，可以通过调整R1，C1的值解决；若是CE端开关速度导致的尖峰问题可以通过调整C2，C3值解决；若是IGBT开关过慢而引发的损耗过大问题，可以通过调整R1,C1,C2来调整损耗值；若是因为二极管反向恢复问题可以通过调整C2，C3来控制反向恢复时长；若是因为电路设计而引发的震荡杂波问题，可以通过调整C1，C3来进行滤波。若是使用环境温度改变，亦可以通过调整RC数值来调整匹配值，该模块适用在实际操作中解决各种问题。
本设计的功率模块拥有极高的集成度和设计调试上的灵活性，主要的应用场景在初期的开发测试中，可切换端口阻抗提高了该模块在不同需求情形下的兼容性。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种自定义IGBT端口阻抗的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括至少一个智能功率电路，每个所述智能功率电路包括：
滑动变阻器，所述滑动变阻器为阻值可变的电阻；
容值可变的电容，所述容值可变的电容与所述滑动变阻器连接；
绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管与所述滑动变阻器连接；
驱动电路，所述驱动电路与所述滑动变阻器连接，用于驱动所述滑动变阻器、所述容值可变的电容以及所述绝缘栅双极型晶体管工作。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述容值可变的电容包括：
第一电容，所述第一电容的一端分别与所述驱动电路的接地端和所述绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第一电容的另一端分别与所述滑动变阻器的一端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述滑动变阻器的另一端与所述驱动电路的驱动端连接。
4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述容值可变的电容包括：
第二电容，所述第二电容的一端分别与所述滑动变阻器的一端和所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第二电容的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
5.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述容值可变的电容包括：
第三电容，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
6.根据权利要求4或5所述的智能功率模块，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述滑动变阻器的一端连接，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述驱动电路的接地端连接。
7.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括：
保护电路，所述保护电路用于提供短路保护、过流保护以及过热保护；
逻辑电路，所述逻辑电路用于提供逻辑输入功能。
8.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述滑动变阻器的滑动开关设置在所述智能功率模块的表面。
9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述容值可变的电容的开关设置在所述智能功率模块的表面。
10.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述所述智能功率电路为多个。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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