CN218940940U

CN218940940U - 一种防静电击穿的智能功率电路

Info

Publication number: CN218940940U
Application number: CN202223436941.9U
Authority: CN
Inventors: 王永宽; 黄俭; 李海发; 李鹏涛; 吴江威; 陈思敏; 王�琦
Original assignee: Shenzhen Xiner Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Xiner Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2032-12-20

Abstract

本实用新型公开了一种防静电击穿的智能功率电路，涉及功率电路技术领域，该电路包括：驱动支路的电源输入端连接功率电源，所述驱动支路的驱动电压输出端用于输出驱动电压；所述第一二极管的阴极连接所述驱动控制芯片的低侧驱动信号输出端，阳极连接所述驱动支路的低电压参考端；或所述第一二极管的阳极连接所述驱动控制芯片的接地端，阴极连接所述驱动支路的低电压参考端；所述第一二极管用于稳定所述驱动支路的低侧驱动信号输入端和所述驱动支路的低电压参考端之间的静电电压；使驱动支路中的IGBT器件的栅极和发射极之间的电压处于预设的电压范围内，防止IGBT的功能失效。

Description

一种防静电击穿的智能功率电路

技术领域

本实用新型涉及功率电路技术领域，特别涉及一种防静电击穿的智能功率电路。

背景技术

智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)具有大功率晶体管高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，被广泛应用于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速、伺服驱动及变频家电的一种非常理想的电力电子器件。

IPM内部一般包括由驱动控制芯片和IGBT构成的三路结构相同驱动电路，驱动控制芯片控制各路驱动电路输出三相电，从而实现对外部电机的驱动控制；在实际应用中，由IGBT构成的驱动电路的低电压参考端Nu、Nv、Nw与驱动控制芯片的接地端COM是等电位的，图1为其中一路驱动电路的结构示意图，若在U相的低电压参考端Nu产生静电，静电会通过IGBT的寄生电容C1到达低侧驱动信号输出端口LO，然后通过驱动控制芯片的内部电路COM端，在此过程中，寄生电容C1会产生较高的静电电压，从而导致IGBT功能失效。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种防静电击穿的智能功率电路，以解决现有的智能功率电路，在低电压参考端口或接地端口产生静电时，导致IGBT功能失效的问题。

基于上述技术问题，本实用新型实施例提供一种防静电击穿的智能功率电路，包括：

第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路，各个驱动电路包括：驱动控制芯片、驱动支路和第一二极管；

其中，所述驱动控制芯片的第一供电端和第二供电端分别用于连接电源，所述驱动控制芯片的高侧驱动信号输出端连接所述驱动支路的高侧驱动信号输入端，所述驱动控制芯片的高侧浮动射极输出端连接所述驱动支路的高侧浮动输入端，所述驱动控制芯片的低侧驱动信号输出端连接所述驱动支路的低侧驱动信号输入端；

所述驱动支路的电源输入端连接功率电源，所述驱动支路的驱动电压输出端用于输出驱动电压；

所述第一二极管的阴极连接所述驱动控制芯片的低侧驱动信号输出端，阳极连接所述驱动支路的低电压参考端；或所述第一二极管的阳极连接所述驱动控制芯片的接地端，阴极连接所述驱动支路的低电压参考端；所述第一二极管用于稳定所述驱动支路的低侧驱动信号输入端和所述驱动支路的低电压参考端之间的静电电压。

上述方案具有以下有益效果：

本实用新型的防静电击穿的智能功率电路，设置第一二极管，该二极管能够在智能功率电路的低电压参考端口或接地端口产生静电时，使驱动支路中的IGBT器件的栅极和发射极之间的电压处于预设的电压范围内，防止IGBT的功能失效。

可选的，所述第一二极管为防静电二极管、稳压二极管或瞬变电压抑制二极管。

可选的，所述驱动支路包括：

第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的输入端用于连接电源，所述第一开关管的控制端连接所述驱动控制芯片的高侧驱动信号输出端，所述第一开关管的输出端分别连接所述驱动控制芯片的高侧浮动射极输出端和所述第二开关管的输入端，所述第二开关管的控制端连接所述第一二极管的阴极，所述第二开关管的输出端连接所述第一二极管的阳极。

可选的，所述驱动控制芯片包括：

第一控制支路和第二控制支路，所述第一控制支路和所述第二控制支路的供电端分别连接电源，所述第一控制支路的第一输出端连接所述驱动支路的高侧驱动信号输入端，所述第一控制支路的第二输出端连接所述驱动支路的高侧浮动输入端；

所述第二控制支路的输出端连接所述驱动支路的低驱动信号输入端，所述第二控制支路的接地端接地。

可选的，所述第一控制支路包括：

第三开关管、第四开关管、第二二极管、第三二极管和第一电阻；

其中，所述第三开关管的输入端连接电源，所述第三开关管的输出端连接所述第四开关管的输入端，所述第四开关管的输出端连接所述驱动支路的高侧浮动输入端，所述第三开关管的控制端和所述第四开关管的控制端分别用于输入控制信号；

所述第二二极管的阴极连接所述第三开关管的输入端，所述第二二极管的阳极连接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接所述第四开关管的输出端；所述第一电阻的一端连接所述第三开关管的输出端，另一端连接所述第二二极管的阳极。

可选的，所述第二控制支路包括：

第五开关管、第六开关管、第四二极管、第五二极管和第二电阻；

其中，所述第五开关管的输入端连接电源，所述第五开关管的输出端连接所述第六开关管的输入端，所述第六开关管的输出端接地；所述第五开关管的控制端和所述第六开关管的控制端分别用于输入控制信号；

所述第四二极管的阴极连接所述第五开关管的输入端，所述第四二极管的阳极连接所述第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极接地；所述第二电阻的一端连接所述第五开关管的输出端，另一端连接所述第四二极管的阳极。

可选的，所述驱动控制芯片还包括第六二极管，所述第六二极管的阳极连接电源，所述第六二极管的阴极连接所述第一控制支路的供电端。

可选的，所述第一二极管设置于所述驱动控制芯片的外部。

可选的，所述第一二极管设置于所述驱动控制芯片的内部。

可选的，所述各个驱动电路还包括第七二极管，所述第七二极管的阳极连接所述驱动控制芯片的第一供电端，所述第七二极管的阴极连接所述驱动控制芯片的第二供电端。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种驱动电路的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中提供的一种智能功率电路的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例中提供的第一种驱动电路的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例中提供的第二种驱动电路的结构示意图；

图5是本实用新型一实施例中提供的第三种驱动电路的结构示意图；

图6是本实用新型一实施例中提供的另一种智能功率电路的结构示意图；

符号说明如下：

1、第一驱动电路；11、驱动控制芯片；111第一控制支路；112、第二控制支路；12、驱动支路；2、第二驱动电路；3、第三驱动电路。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。

应当理解，下面阐述的实施例代表了使本领域技术人员能够实施实施例并说明实施实施例的最佳模式的必要信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到这些概念在本文中未特别提及的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。

还应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元素，但是这些元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元素时，不存在中间元素。

还应当理解，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“底部”、“中间”、“中间”、“顶部”等可以在本文中用于描述各种元素，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实用新型和简化描述，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，因此这些元素不应受这些条款的限制。

这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，第一元件可以被称为“上”元件，并且类似地，第二元件可以根据这些元件的相对取向被称为“上”元件，而不脱离本公开的范围。

进一步理解，术语“包括”、“包含”、“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确如此定义，否则不会以理想化或过于正式的意义进行解释。

在一实施例中，提供一种如图2所示的防静电击穿的智能功率电路，该智能功率电路包括：第一驱动电路1、第二驱动电路2和第三驱动电路3，各个驱动电路包括：驱动控制芯片11、驱动支路12和二极管D1；其中，驱动控制芯片11的第一供电端VCC用于连接电源Vcc(U)，第二供电端VB用于连接电源V_B(U)，驱动控制芯片11的高侧驱动信号输出端HO连接驱动支路12的高侧驱动信号输入端，驱动控制芯片12的高侧浮动射极输出端VS连接驱动支路12的高侧浮动输入端，驱动控制芯片11的低侧驱动信号输出端LO连接驱动支路12的低侧驱动信号输入端。

驱动支路12的电源输入端连接功率电源P，驱动支路12的驱动电压输出端用于输出驱动电压Vs(U)；二极管D1的阴极连接驱动控制芯片11的低侧驱动信号输出端LO，阳极连接驱动支路12的低电压参考端N_U；或如图5所示，二极管D1的阳极连接驱动控制芯片11的接地端COM，阴极连接驱动支路12的低电压参考端N_U；二极管D1用于稳定驱动支路12的低侧驱动信号输入端和驱动支路的低电压参考端N_U之间的静电电压。

上述防静电击穿的智能功率电路的防静电击穿原理如下：

上述防静电击穿的智能功率电路，在驱动支路12的低电压参考端N_U产生静电时，静电可以通过二极管D1到达驱动控制芯片11的低侧驱动信号输出端LO，然后经过驱动控制芯片11内部的电路到达驱动控制芯片的接地端COM，此时驱动支路12的低侧驱动信号输入端和驱动支路的低电压参考端N_U之间的静电电压为二极管D1的导通电压，该导通电压较小。

而当驱动控制芯片11的接地端COM或低侧驱动信号输出端LO产生静电时，静电则将二极管D1反向导通，此时驱动支路12的低侧驱动信号输入端和驱动支路的低电压参考端N_U之间的静电电压为二极管D1的反向导通电压，该电压也较小，从而控制驱动支路12的低侧驱动信号输入端和驱动支路的低电压参考端N_U之间的静电电压处于安全电压范围内，若驱动支路12中包括IGBT器件，则可以使IGBT器件的栅极和发射极之间的电压处于预设的电压范围内。

本实施例的防静电击穿的智能功率电路，设置二极管，该二极管能够在智能功率电路的低电压参考端口或接地端口产生静电时，使驱动支路中的IGBT器件的栅极和发射极之间的电压处于预设的电压范围内，防止IGBT的功能失效。

进一步的，二极管D1可以为防静电二极管、稳压二极管或瞬变电压抑制二极管，上述几种二极管在正向导通时，导通电压较小，可以有效防止由于IGBT器件的栅极和发射极之间的静电电压过大，而导致的IGBT器件功能失效。

进一步的，如图3所示，驱动支路12包括：开关管Q1和开关管Q2，其中，开关管Q1的输入端用于连接功率电源P，开关管Q1的控制端连接驱动控制芯片11的高侧驱动信号输出端HO，开关管Q1的输出端分别连接驱动控制芯片11的高侧浮动射极输出端VS和开关管Q2的输入端，开关管Q2的控制端连接二极管D1的阴极，开关管Q2的输出端连接二极管D1的阳极。

本实施例中，开关管Q1和开关管Q2为IGBT器件，构成驱动支路12，在开关管Q1的输出端和开关管Q2的输入端的连接端输出驱动电压Vs(U)，二极管D1则可以使IGBT器件的栅极和发射极之间的电压处于预设的电压范围内。

进一步的，如图3所示，驱动控制芯片11包括：第一控制支路111和第二控制支路112，其中，第一控制支路111的供电端连接电源V_B(U)，第二控制支路112的供电端连接电源Vcc(U)，第一控制支路111的第一输出端连接驱动支路12的高侧驱动信号输入端，即开关管Q1的控制端，第一控制支路111的第二输出端连接驱动支路12的高侧浮动输入端，即开关管Q1的输出端；第二控制支路112的输出端连接驱动支路12的低驱动信号输入端，第二控制支路112的接地端COM接地；第一控制支路111和第二控制支路112分别输出控制信号控制驱动支路的开关管Q1和开关管Q2的导通与关断，从而控制驱动支路12。

进一步的，如图3所示，第一控制支路111包括：开关管Q3、开关管Q4、二极管D2、二极管D3和电阻R1；其中，开关管Q3的输入端连接电源V_B(U)，开关管Q3的输出端连接开关管Q4的输入端，开关管Q4的输出端连接驱动支路12的高侧浮动输入端，开关管Q3的控制端和开关管Q4的控制端分别用于输入控制信号；二极管D2的阴极连接开关管Q3的输入端，二极管D2的阳极连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接开关管Q4的输出端；电阻R1的一端连接开关管Q3的输出端，另一端连接二极管D2的阳极；该第一控制支路111输出高侧驱动信号，控制开关管Q1的开通与关断。

进一步的，如图3所示，第二控制支路112包括：开关管Q5、开关管Q6、二极管D4、二极管D5和电阻R2；其中，开关管Q5的输入端连接电源Vcc(U)，开关管Q5的输出端连接开关管Q6的输入端，开关管Q6的输出端接地；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端分别用于输入控制信号；二极管D4的阴极连接开关管Q5的输入端，二极管D4的阳极连接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极接地；电阻R2的一端连接开关管Q5的输出端，另一端连接二极管D4的阳极；该第而控制支路112输出低侧驱动信号，控制开关管Q2的开通与关断。

进一步的，如图3所示，驱动控制芯片还包括二极管D6，二极管D6的阳极连接电源Vcc(U)，二极管D6的阴极连接第一控制支路111的供电端；该二极管为自举二极管，起到升高电压的作用。

进一步的，如图3所示，二极管D1设置于驱动控制芯片11的外部，二极管D1设置于驱动控制芯片11的外部，能够降低驱动控制芯片11内部的电路复杂度，降低驱动控制芯片11的制造难度。

进一步的，如图4所示，二极管D1设置于驱动控制芯片11的内部，二极管D1设置于驱动控制芯片11的内部，能够提高智能功率电路的集成度，减小电路的占用面积。

进一步的，如图5所示，二极管D1的阳极通过驱动控制芯片11外部的导线连接驱动控制芯片11的接地端COM。

作为一个示例，也可以在驱动控制芯片11的外部设置一个端子，该端子与驱动控制芯片11的接地端连接，二极管D1的阳极连接该端子，同样可以起到防静电击穿的作用，且可以简化驱动控制芯片外部电路的复杂度。

进一步的，如图6所示，各个驱动电路还分别包括：二极管D7、二极管D8和二极管D9，其中，二极管D7的阳极连接第一驱动电路1中的驱动控制芯片11的第一供电端，二极管D7的阴极连接驱动控制芯片11的第二供电端；二极管D8的阳极连接第二驱动电路2中的驱动控制芯片的第一供电端，二极管D8的阴极连接驱动控制芯片的第二供电端；二极管D9的阳极连接第三驱动电路3中的驱动控制芯片的第一供电端，二极管D9的阴极连接驱动控制芯片的第二供电端，该二极管为自举二极管，起到升高电压的作用。

上述防静电击穿的智能功率电路的防静电击穿原理如下：

(1)图3中，二极管D1设置于驱动控制芯片11的外部，当IGBT的寄生电容C1因静电产生较高电压时，可以使二极管D1正向或反向导通，使得IGBT的栅极和源极之间的最大静电电压为二极管D1的反向导通电压，从而防止IGBT功能失效。

(2)图4中，二极管D1置于驱动控制芯片11的内部，其工作原理与图3中的工作原理相同。

(3)图5中，驱动控制芯片11的接地端或IGBT的源极产生静电，可以使二极管D1正向或反向导通，从而使IGBT的栅极静电电压不会上升太高，防止IGBT功能失效。

本实施例的防静电击穿的功率电路具有以下特点：

(1)二极管D1可以有效防止由于IGBT器件的栅极和发射极之间的静电电压过大，而导致的IGBT器件功能失效。

(2)二极管D1设置于驱动控制芯片的内部，能够提高智能功率电路的集成度，减小电路的占用面积。

(3)二极管D1设置于驱动控制芯片的外部，能够降低驱动控制芯片内部的电路复杂度，降低驱动控制芯片的制造难度。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述第一二极管为防静电二极管、稳压二极管或瞬变电压抑制二极管。

3.根据权利要求2所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述驱动支路包括：

4.根据权利要求1所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述驱动控制芯片包括：

5.根据权利要求4所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述第一控制支路包括：

6.根据权利要求4所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述第二控制支路包括：

7.根据权利要求4所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述驱动控制芯片还包括第六二极管，所述第六二极管的阳极连接电源，所述第六二极管的阴极连接所述第一控制支路的供电端。

8.根据权利要求1所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述第一二极管设置于所述驱动控制芯片的外部。

9.根据权利要求1所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述第一二极管设置于所述驱动控制芯片的内部。

10.根据权利要求1所述的防静电击穿的智能功率电路，其特征在于，所述各个驱动电路还包括第七二极管，所述第七二极管的阳极连接所述驱动控制芯片的第一供电端，所述第七二极管的阴极连接所述驱动控制芯片的第二供电端。