CN218276457U - 一种智能功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能功率模块，包括：HVIC驱动逻辑电路、上下桥臂电路和ESD保护电路，上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路的两端分别与缓存电路和上下桥臂电路连接，工作保护电路的输出端连接故障逻辑输出电路，故障逻辑输出电路与驱动使能电路连接，ESD保护电路分别与缓存电路、驱动使能电路及故障逻辑输出电路连接；ESD保护电路连接于HVIC驱动逻辑电路的信号I/O端，ESD保护电路包括多个并联的ESD保护电路，多个ESD保护电路分别与缓存电路、驱动使能电路及故障逻辑输出电路连接。本实用新型的智能功率模块能增强模块ESD保护功能，提升产品的抗干扰能力及运输。

Description

一种智能功率模块

技术领域

本实用新型涉及智能功率模块技术领域，尤其涉及一种智能功率模块。

背景技术

智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种将电力电子和集成电路HVIC技术结合的功率驱动类半导体产品。内部把功率开关器件和高压驱动器件电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流、过热等故障检测电路，广泛应用在变频器、焊接机、伺服驱动等系统中。内部又分为上桥臂、下桥臂、逻辑电路、保护电路等组成，通过集成电路的逻辑芯片来实现驱动控制、保护反馈。智能功率模块在工作当中，一方面接收MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU处理，实时检测IPM工作动态，如突发的过流、过压、过温，可以及时保护作动。

随着消费电子、汽车电子、LED驱动电路、电机驱动等电路的广泛应用,高压功率集成电路的应用越来越广,需求量也越来越大。但是,不管是在封装制造或是运送测试和使用等过程中,高压功率集成电路I/O端口不可避免会受到大量ESD事件的影响。ESD已成为制约高压功率集成电路发展的重要可靠性问题之一。

然而现有智能功率模块的封装制造或是运送测试和使用等过程中,高压功率集成电路I/O端口不可避免会受到大量ESD事件的影响，基于现有的智能功率模块ESD能力差问题，产品容易受到ESD击穿或造成微损伤。

实用新型内容

针对以上相关技术的不足，本实用新型提出一种增强模块ESD保护功能，提升产品的抗干扰能力及运输的智能功率模块。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种智能功率模块，包括：HVIC驱动逻辑电路、上下桥臂电路和ESD保护电路，所述HVIC驱动逻辑电路分别与所述上下桥臂电路和所述ESD保护电路连接；

所述HVIC驱动逻辑电路包括：用于驱动PWM信号的缓存电路、上桥臂驱动电路、下桥臂驱动电路、工作保护电路、上下桥臂电路、驱动使能电路以及故障逻辑输出电路，所述上桥臂驱动电路和所述下桥臂驱动电路的两端分别与所述缓存电路和所述上下桥臂电路连接，所述工作保护电路的输出端连接所述故障逻辑输出电路，所述故障逻辑输出电路与所述驱动使能电路连接，所述ESD保护电路分别与所述缓存电路、所述驱动使能电路及所述故障逻辑输出电路连接；

所述ESD保护电路连接于所述HVIC驱动逻辑电路的信号I/O端，所述ESD保护电路包括多个并联的ESD保护电路，多个所述ESD保护电路分别与所述缓存电路、所述驱动使能电路及所述故障逻辑输出电路连接。

优选的，所述ESD保护电路包括并联的电阻和二极管，所述二极管的正极和所述二极管的负极分别连接所述HVIC驱动逻辑电路。

优选的，所述上桥臂驱动电路包括：自举电路、高压侧欠压保护电路、UPU驱动电路、UPV驱动电路以及UPW驱动电路，所述自举电路、所述高压侧欠压保护电路、所述UPU驱动电路、所述UPV驱动电路以及所述UPW驱动电路的两端分别连接所述缓存电路和所述上下桥臂电路。

优选的，所述下桥臂驱动电路包括UNU驱动电路、UNC驱动电路和UNW驱动电路，所述UNU驱动电路、所述UNC驱动电路和所述UNW驱动电路的两端分别连接所述缓存电路和所述上下桥臂电路。

优选的，所述上下桥臂电路包括：上桥臂和下桥臂，所述上桥臂与所述上桥臂驱动电路连接，所述下桥臂与所述下桥臂驱动电路连接。

优选的，所述上桥臂包括：第一上桥臂、第二上桥臂和第三上桥臂，所述第一上桥臂、所述第二上桥臂和所述第三上桥臂分别与所述自举电路、所述UPV驱动电路和所述UPW驱动电路连接。

优选的，所述下桥臂包括：第一下桥臂、第二下桥臂和第三下桥臂，所述第一下桥臂、所述第二下桥臂和所述第三下桥臂分别与所述UNU驱动电路、所述UNC驱动电路和所述UNW驱动电路连接。

优选的，所述工作保护电路包括：控制电压欠压保护、过流保护、过温保护及断路保护，所述控制电压欠压保护、所述过流保护、所述过温保护及所述断路保护分别连接至所述故障逻辑输出电路。

与相关技术相比，本实用新型通过将所述HVIC驱动逻辑电路分别与所述上下桥臂电路和所述ESD保护电路连接；所述上桥臂驱动电路和所述下桥臂驱动电路的两端分别与所述缓存电路和所述上下桥臂电路连接，所述工作保护电路的输出端连接所述故障逻辑输出电路，所述故障逻辑输出电路与所述驱动使能电路连接，所述ESD保护电路分别与所述缓存电路、所述驱动使能电路及所述故障逻辑输出电路连接；所述ESD保护电路连接于所述HVIC驱动逻辑电路的信号I/O端，所述ESD保护电路包括多个并联的ESD保护电路，多个所述ESD保护电路分别与所述缓存电路、所述驱动使能电路及所述故障逻辑输出电路连接。从而可以增强模块的I/O端ESD保护电路，在智能功率模块的输入端具有下拉电阻和二极管用于泄流，对HVIC的I/O端起保护，提升产品的抗干扰能力及运输。

附图说明

下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：

图1为本实用新型智能功率模块的结构示意图；

图2为本实用新型HVIC芯片的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本实用新型的保护范围之内。

实施例一

如图1-图2所示，本实用新型提供一种智能功率模块，包括：HVIC驱动逻辑电路10、上下桥臂电路56和ESD保护电路101，所述HVIC驱动逻辑电路10分别与所述上下桥臂电路56和所述ESD保护电路101连接。

所述HVIC驱动逻辑电路10包括：用于驱动PWM信号的缓存电路11、上桥臂驱动电路100、下桥臂驱动电路13、工作保护电路14、上下桥臂电路56、驱动使能电路15以及故障逻辑输出电路16，所述上桥臂驱动电路100和所述下桥臂驱动电路13的两端分别与所述缓存电路11和所述上下桥臂电路56连接，所述工作保护电路14的输出端连接所述故障逻辑输出电路16，所述故障逻辑输出电路16与所述驱动使能电路15连接，所述ESD保护电路101分别与所述缓存电路11、所述驱动使能电路15及所述故障逻辑输出电路16连接；所述ESD保护电路101连接于所述HVIC驱动逻辑电路10的信号I/O端，所述ESD保护电路101包括多个并联的ESD保护电路101，多个所述ESD保护电路101分别与所述缓存电路11、所述驱动使能电路15及所述故障逻辑输出电路16连接。可以增强模块的I/O端ESD保护电路101，在智能功率模块的输入端具有下拉电阻102和二极管103用于泄流，对HVIC的I/O端起保护，提升产品的抗干扰能力及运输。

在本实施例中，所述ESD保护电路101包括并联的电阻102和二极管103，所述二极管103的正极和所述二极管103的负极分别连接所述HVIC驱动逻辑电路10。

具体的，ESD保护电路101用于连接HVIC驱动逻辑电路10的信号I/O端，由于芯片被贴装在模块中，模块的输入端具有下拉电阻102和二极管103用于泄流，对HVIC起保护作用，而HVIC内部信号I/O端的引脚部分是不具备ESD保护电路101的，ESD保HIVC内部的每个引脚输入端都二极管103反向接地保护，当电压超过二极管103的导通电压的时候，就导通接地放掉，正常信号一般达不到导通电压，不会达到该电压，所以不会通过地损耗，而ESD电压一般超过导通电压，会使二极管103导通，ESD电压通过接地放掉，不打坏仪器内部，对HVIC的I/O端起到保护的作用。

在本实施例中，所述上桥臂驱动电路100包括：自举电路、高压侧欠压保护电路、UPU驱动电路、UPV驱动电路以及UPW驱动电路，所述自举电路、所述高压侧欠压保护电路、所述UPU驱动电路、所述UPV驱动电路以及所述UPW驱动电路的两端分别连接所述缓存电路11和所述上下桥臂电路56。

在本实施例中，所述下桥臂驱动电路13包括UNU驱动电路、UNC驱动电路和UNW驱动电路，所述UNU驱动电路、所述UNC驱动电路和所述UNW驱动电路的两端分别连接所述缓存电路11和所述上下桥臂电路56。

在本实施例中，所述上下桥臂电路56包括：上桥臂和下桥臂，所述上桥臂与所述上桥臂驱动电路100连接，所述下桥臂与所述下桥臂驱动电路13连接。

在本实施例中，所述上桥臂包括：第一上桥臂Q1、第二上桥臂Q2和第三上桥臂Q3，所述第一上桥臂Q1、所述第二上桥臂Q2和所述第三上桥臂Q3分别与所述自举电路、所述UPV驱动电路和所述UPW驱动电路连接。

在本实施例中，所述下桥臂包括：第一下桥臂Q4、第二下桥臂Q5和第三下桥臂Q6，所述第一下桥臂Q4、所述第二下桥臂Q5和所述第三下桥臂Q6分别与所述UNU驱动电路、所述UNC驱动电路和所述UNW驱动电路连接。

在本实施例中，所述工作保护电路14包括：控制电压欠压保护、过流保护、过温保护及断路保护，所述控制电压欠压保护、所述过流保护、所述过温保护及所述断路保护分别连接至所述故障逻辑输出电路16。

本实施例中，HIVC驱动逻辑电路10用于接收与反馈外围主控板MCU的PWM输入控制信号，驱动所述上桥臂12与所述下桥臂13，使的所述上下桥臂中的Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6开关管组件工作，实现电机驱动目的，同时内部设置有控制电压欠压保护(UV)、过温保护(OT)、过流保护(OC)、短路保护(SC)，当模块工作过程发生故障时候，可以实现上下桥互锁、切断电源信号，避免产品烧坏，保证产品的稳定性与可靠性。

上下桥臂驱动PWM信号的缓存电路11，接收到外围电路的MCU信号后，通过滤波、放大处理，再输出到对应的开关管驱动电路中。

上桥臂的驱动电路100，其包含于自举电路、欠压保护电路、UPU驱动电路、UPV驱动电路、UPW驱动电路，通过把自举电路集成在HVIC里面，相对自举电路外置方案，可以更可靠性，便于模块高集成化设计。

下桥臂驱动电路13，接收到所述11的信号后，信号通过滤波、放大处理后，直接驱动下桥臂Q4、Q5、Q6开关管。

上下桥臂的工作保护电路14，负责监控模块Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6开关管工作状态，当出现故障时候，ITRIP检测到信号异常时候，把信号反馈到MCU，立即采取动作，切断信号，FAULT信号有高电平转换成低电平状态，以达到保护模块的功能。

驱动使能电路15，高电平有效，负责开启与关断模块执行功能，当监控到模块的上下桥臂Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6工作故障状态时候，会保持低电平状态，断开供电电源，以保护整个模块电路，当故障消失时，内部的RCIN恢复时间达到设计值时候，这时候又恢复高电平状态，模块通电，进入工作准备状态。

故障检测与输出电路16，当系统检测到电压欠压保护(UV)、过温保护(OT)、过流保护(OC)、短路保护(SC)信号异常时候，FAULT信号有高电平转换成低电平状态，把信号反馈到MCU，立即采取动作，切断信号，模块停止工作。

上下桥臂电路56包括上桥臂Q1、Q2、Q3、下桥臂Q4、Q5、Q6开关管，当接收到驱动信号后，驱动外接的变频电机。

在本实施例中，HVIC驱动逻辑电路又分高压侧驱动电路与低侧驱动电路。

高压侧驱动电路326包括第一斯密特触发器300、第一滤波单元301、电位位移电路302、与非逻辑门303、脉冲生产电路304、dv/dt滤波器电路305、锁存器306、或非逻辑门307、与非逻辑门308、与非逻辑门309、UV滤波电路311以及MOS1、MOS2、MOS3、MOS4、限流电阻器RS1、RS2。斯密特触发器300的输入端为所述高压侧驱动电路326的输入端，第一斯密特触发器300的输出端与第一滤波单元301的输入端互联；第一滤波电路301的输出端与电位位移电路302的输入端互联；电位位移电路302的输出端与死区互锁电路303第一输入端子、死区互锁电路308第一输入端子互联；死区互锁电路308输出端子与死区互锁电路303的输入端互联；死区互锁电路303输出端与脉冲生产电路304输入端互联；脉冲生产电路304输出端与MOS1、MOS2的栅极互联，MOS1的漏极端与dv/dt滤波器电路305输入端互联；MOS2的漏极端与UV滤波电路311互联，dv/dt滤波器电路305输出端与锁存器306的输入端S互联；UV滤波电路311的输出端与锁存器306的输入端R互联；

锁存器306的输出端Q与或非逻辑门307的输入端互联；非逻辑门307的输出端与MOS3、MOS4栅极互联。

信号的传输控制过程，密特触发器300用于对外围主控板MCU输出的PWM控制信号进行滤波后稳定输出至后级的第一滤波电路302，第一滤波电路用于对接收到的控制信号进行高频、窄波滤波，并将控制信号进行反相，输出至电位位移电路302，电位位移电路用于当被耦合的信号振幅较大时，这种直流变化会对接口电压产生干扰，对耦合的信号进行相应补偿，并增加直流电平调节功能，从而能实现信号稳定输出至死区产生互锁电路303、308；脉冲产生电路304用于在接收到死区产生互锁电303输出的高电平信号后输出至MOS1、MOS2管的栅极进行驱动导通，MOS管的栅极和源极短接实现单向导通，电压经过自举电阻RS1、RS2输出至VB；DV/DT滤波器305用于接收MOS1、MOS2管的漏极电压进行滤波整流从而稳定电压；UV滤波电路311接收自举电阻分压后点电平信号进行滤波整流；锁存器306用于接收滤波器305、滤波器311的信号暂存，最终使得电平信号输出同步；或非逻辑门307用于接收锁存器306信号，通过输入发热高低电平进行对比，从而控制MOS3、MOS4驱动开通情况。

低压侧驱动包括密特触发器312、第二滤波电路313、电位位移电路314、死区互锁电路部分309，延时电路310、比较器315、MOS5以及MOS6三极管。第一斯密特触发器312的输入端为信号LIN输入端，斯密特触发器321的输出端与滤波单元313的输入端互联；滤波单元313的输出端与电位位移电路314输入端互联，电位位移电路314输出端与死区产生互锁电路309的输入端互联；死区产生互锁电路309的输出端与延时电路310互联；延时电路310输出端与比较器315输入端互联；比较器315输出端与MOS5、MOS6栅极互联。

信号的传输控制过程，密特触发器300用于对外围主控板MCU输出的PWM控制信号进行滤波后稳定输出至后级的第二滤波电路313，第二滤波单元313用于对接收到的控制信号进行高频、窄波滤波，并将控制信号进行反相，输出至电位位移电路314，再输出至死区产生互锁电路308、309。延时单元310用于将死区产生互锁电路309输出的控制信号进行延时输出，以避免在下桥臂功率管与高压侧驱动电路的上桥臂功率管同时导通而导致功率逆变桥电路MOS5、MOS6出现短路故障。

低压信号EN使能端包括密特触发器316、第三滤波电路317、使能驱动电路318；高电平有效，当控制系统出现故障时候，高电平转换为低电平输出。

低压信号ITRIP端包括密特触发器319、第四滤波电路320、电位位移电路321；低电平有效，当控制系统出现故障时候，低电平转换为高电平输出。

低压信号PFCTRIP端包括密特触发器322、第四滤波电路323、电位位移电路324；低电平有效，当控制系统出现故障时候，低电平转换为高电平输出。

低压信号VCC端包括密特触发器325、第五滤波电路325、电源欠压保护电路，常规的驱动控制系统中，若供电电源低于12.5V(典型值)时候，模块出项欠压保护，通过故障控制系统触发Fault端，低电平输出，模块停止工作。

低压信号FAULT端包括密特触发器328、故障输出电路329、第六滤波电路330；高电平有效，当控制系统出现故障时候，高电平转换为低电平输出。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：HVIC驱动逻辑电路、上下桥臂电路和ESD保护电路，所述HVIC驱动逻辑电路分别与所述上下桥臂电路和所述ESD保护电路连接；

所述HVIC驱动逻辑电路包括：用于驱动PWM信号的缓存电路、上桥臂驱动电路、下桥臂驱动电路、工作保护电路、上下桥臂电路、驱动使能电路以及故障逻辑输出电路，所述上桥臂驱动电路和所述下桥臂驱动电路的两端分别与所述缓存电路和所述上下桥臂电路连接，所述工作保护电路的输出端连接所述故障逻辑输出电路，所述故障逻辑输出电路与所述驱动使能电路连接，所述ESD保护电路分别与所述缓存电路、所述驱动使能电路及所述故障逻辑输出电路连接；

所述ESD保护电路连接于所述HVIC驱动逻辑电路的信号I/O端，所述ESD保护电路包括多个并联的ESD保护电路，多个所述ESD保护电路分别与所述缓存电路、所述驱动使能电路及所述故障逻辑输出电路连接。

2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述ESD保护电路包括并联的电阻和二极管，所述二极管的正极和所述二极管的负极分别连接所述HVIC驱动逻辑电路。

3.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥臂驱动电路包括：自举电路、高压侧欠压保护电路、UPU驱动电路、UPV驱动电路以及UPW驱动电路，所述自举电路、所述高压侧欠压保护电路、所述UPU驱动电路、所述UPV驱动电路以及所述UPW驱动电路的两端分别连接所述缓存电路和所述上下桥臂电路。

4.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述下桥臂驱动电路包括UNU驱动电路、UNC驱动电路和UNW驱动电路，所述UNU驱动电路、所述UNC驱动电路和所述UNW驱动电路的两端分别连接所述缓存电路和所述上下桥臂电路。

5.如权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述上下桥臂电路包括：上桥臂和下桥臂，所述上桥臂与所述上桥臂驱动电路连接，所述下桥臂与所述下桥臂驱动电路连接。

6.如权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥臂包括：第一上桥臂、第二上桥臂和第三上桥臂，所述第一上桥臂、所述第二上桥臂和所述第三上桥臂分别与所述自举电路、所述UPV驱动电路和所述UPW驱动电路连接。

7.如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述下桥臂包括：第一下桥臂、第二下桥臂和第三下桥臂，所述第一下桥臂、所述第二下桥臂和所述第三下桥臂分别与所述UNU驱动电路、所述UNC驱动电路和所述UNW驱动电路连接。

8.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述工作保护电路包括：控制电压欠压保护、过流保护、过温保护及断路保护，所述控制电压欠压保护、所述过流保护、所述过温保护及所述断路保护分别连接至所述故障逻辑输出电路。

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