源极独立的IGBT模块、图腾柱开关模块及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种源极独立IGBT模块，其源极独立引出，不与发射极相连，还公开了一种图腾柱开关模块，包括：源极独立IGBT模块和常规的常规IGBT模块，源极独立的IGBT模块的发射极E1连接常规IGBT模块的集电极C2形成中点O，源极独立的IGBT模块的源极S1连接常规IGBT模块的发射极E2形成公共的发射极E。还公开了一种互锁型图腾柱开关电路，在第一MOS管的漏极和常规IGBT模块的门级G2之间连接一个钳位电路。还公开了一种封装有互锁型图腾柱开关电路的功率模块。开关模块可以通过单片机等TTL电平的数字接口直接驱动，无需增加另外的脉冲变压器，或其它隔离和门驱电路，结构简单。还可以保证上下两个开关在任何时间都不能同时导通，可有效防止短路电流和浪涌电流。

【技术实现步骤摘要】
源极独立的IGBT模块、图腾柱开关模块及其应用
本专利技术涉及半导体开关领域，具体的涉及一种源极独立的IGBT模块、图腾柱开关模块及其应用。
技术介绍
数字化、程控化和智能化是电子设备的发展趋势，也是开关电源技术的发展趋势。开关电源的核心是半导体开关和控制技术的有效组合，由于电子技术目前已经发展到可编程的微芯片时代，但半导体开关的发展还没有达到可编程化。IGBT的输入级用场效应管构成，具有输入电阻高，电压驱动的优点；输出端是一个复合的三极管，具有通态压降小，容易多个并联的优点。IGBT结合了三极管和场效应管优点，是一种复合型全控半导体开关，广泛应用在开关电源的各种场合。IGBT经常两个一组以一上一下的图腾柱结构应用在半桥、全桥和三相逆变器或者变频器中。现有的常规IGBT模块共有三个电极，分别是门极(G)、集电极(C)和发射极(E)，其中控制信号Uge加载在门极和发射极之间，通过改变Uge的大小，实现对集电极和发射极之间导通(on)或关断(off)状态的控制，由于控制端和输出端共用了一个发射极，使得常规IGBT在一些应用场合需要通过脉冲变压器或者其他专用的门驱电路才能实现控制，例如发射极浮动或者发射极与控制信号不共地等应用场合。因此，目前图腾柱电路存在的一个缺陷是：图腾柱上方的常规IGBT需要专用的脉冲变压器进行隔离驱动，或用专门的门驱电路驱动，无法直接用数字系统驱动。此外目前图腾柱电路还存在另一个缺陷：如果控制不当，上下两个IGBT同时导通，造成直流侧电源短路，形成巨大的浪涌电流，烧毁IGBT。>
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种源极独立的IGBT模块、图腾柱开关模块及其应用，能够使数字系统直接通过TTL电平驱动，实现开关电源的数字化、程控化和智能化；并且还可以有效防止图腾柱因控制不当而产生的短路和浪涌电流。根据本专利技术实施例的源极独立的IGBT模块，包括：第一MOS管、第一PNP三极管和第一NPN三极管，所述第一MOS管的漏极通过电阻Rb1分别连接所述第一PNP三极管的基极和所述第一NPN三极管的集电极，所述第一PNP三极管的集电极连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一NPN三极管的基极通过电阻Rbe1连接所述第一NPN三极管的发射极，所述第一PNP三极管的发射极作为所述源极独立的IGBT模块的集电极C1，所述第一MOS管的栅极作为所述源极独立的IGBT模块的门级G1，所述第一NPN三极管的发射极作为所述源极独立的IGBT模块的发射极E1，所述第一MOS管的源极作为所述源极独立的IGBT模块的源极S1。根据本专利技术实施例的图腾柱开关模块，包括：源极独立的IGBT模块和常规IGBT模块，所述常规IGBT模块具有门极G2、集电极C2、发射极E2三个电极；所述源极独立的IGBT模块的发射极E1连接常规IGBT模块的集电极C2，所述源极独立的IGBT模块的源极S1连接所述常规IGBT模块的发射极E2，所述源极独立的IGBT模块的集电极C1用于连接直流电源正极，所述常规IGBT模块的发射极E2用于连接直流电源负极。根据本专利技术实施例的互锁型图腾柱开关电路，包括：上述开关模块和钳位电路，所述钳位电路的一端连接所述第一MOS管的漏极，所述钳位电路的另一端连接所述常规IGBT模块的门级G2，所述常规IGBT模块的门级G2上串联有一电阻Rg，所述电阻Rg的另一端用于连接外部门驱动信号。根据本专利技术实施例的互锁型图腾柱功率模块，基片和基片内封装的电路，所述电路为上述的互锁型图腾柱开关电路，所述基片上还设置有集电极C、发射极E、输出级O、第一门驱极Gu和第二门驱极Gb，所述集电极C连接所述源极独立的IGBT模块的集电极C1，所述发射极E连接所述常规IGBT模块的发射极E2，所述输出级O连接所述源极独立的IGBT模块的发射极E1和所述常规IGBT模块的集电极C2的公共端，所述第一门驱极Gu连接所述源极独立的IGBT模块的门级G1，所述第二门驱极Gb通过所述电阻Rg连接所述常规IGBT模块的门级G2。根据本专利技术实施例的图腾柱开关模块、互锁型图腾柱开关电路及功率模块，至少具有如下技术效果：本专利技术实施方式中将源极独立的IGBT模块的源极独立引出，源极不与发射极相连接，是一个独立引出电极，使其成为具有四个电极的IGBT模块，其中控制信号Ugs加载在门极和源极之间，通过改变Ugs的大小，实现对集电极和发射极之间导通或关断状态的控制，源极独立的IGBT除了可以应用在现行IGBT的场合外，还可以应用在在发射极浮动，或者发射极与控制信号不共地的应用场合，在这些应用场合里，开关的导通与关断控制依然简单、方便。将源极独立的IGBT模块与常规的常规IGBT模块组成图腾柱开关模块，可通过源极独立的IGBT模块的门极G1与公共地之间直接控制上方开关的状态，通过常规IGBT模块的门级G2与公共地直接控制下方开关的状态。两个IGBT的门极都可以由TTL电平在门极和“公共地”之间直接控制，因此单片机等TTL电平的数字接口可以直接驱动图腾柱开关模块，无需增加另外的脉冲变压器或隔离和门驱电路，结构简单。此外在第一MOS管的漏极和常规IGBT模块中场效应管的门级之间连接一个钳位电路，当其中的一个场效应管导通后，把另外一个场效应管的门极钳位到低电平，使其不能被外部的控制信号开通，可保证上下两个开关在任何时间都不能同时导通，可有效防止短路电流和浪涌电流。根据本专利技术的一些实施例，所述第一PNP三极管的基极与第一PNP三极管的发射极之间设置有电阻Rbc。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本专利技术实施例中源极独立的IGBT模块的电路原理图；图2为本专利技术实施例中图腾柱开关模块的电路原理图；图3为本专利技术实施例中互锁型图腾柱开关电路中钳位电路的连接关系图；图4为本专利技术实施例中互锁型图腾柱功率模块的引脚图；图5为本专利技术实施例中一种全桥逆变器的原理框图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，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，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。在专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种源极独立的IGBT模块，其特征在于，包括：第一MOS管、第一PNP三极管和第一NPN三极管，所述第一MOS管的漏极通过电阻Rb1分别连接所述第一PNP三极管的基极和所述第一NPN三极管的集电极，所述第一PNP三极管的集电极连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一NPN三极管的基极通过电阻Rbe1连接所述第一NPN三极管的发射极，所述第一PNP三极管的发射极作为所述源极独立的IGBT模块的集电极C1，所述第一MOS管的栅极作为所述源极独立的IGBT模块的门级G1，所述第一NPN三极管的发射极作为所述源极独立的IGBT模块的发射极E1，所述第一MOS管的源极作为所述源极独立的IGBT模块的源极S1。/n

【技术特征摘要】
1.一种源极独立的IGBT模块，其特征在于，包括：第一MOS管、第一PNP三极管和第一NPN三极管，所述第一MOS管的漏极通过电阻Rb1分别连接所述第一PNP三极管的基极和所述第一NPN三极管的集电极，所述第一PNP三极管的集电极连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一NPN三极管的基极通过电阻Rbe1连接所述第一NPN三极管的发射极，所述第一PNP三极管的发射极作为所述源极独立的IGBT模块的集电极C1，所述第一MOS管的栅极作为所述源极独立的IGBT模块的门级G1，所述第一NPN三极管的发射极作为所述源极独立的IGBT模块的发射极E1，所述第一MOS管的源极作为所述源极独立的IGBT模块的源极S1。


2.一种图腾柱开关模块，其特征在于，包括：权利要求1所述的源极独立的IGBT模块和常规IGBT模块，所述常规IGBT模块具有门极G2、集电极C2、发射极E2三个电极，所述源极独立的IGBT模块的发射极E1连接所述常规IGBT模块的集电极C2，所述源极独立的IGBT模块的源极S1连接所述常规IGBT模块的发射极E2，所述源极独立的IGBT模块的集电极C1用于连接直流电源正极，所述常规IGBT模块的发射极E2用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超英，
申请(专利权)人：广东理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44