智能功率模块制造技术

本申请实施例属于功率半导体技术，提供一种智能功率模块

【技术实现步骤摘要】
智能功率模块IPM、控制方法及设备


[0001]本申请实施例涉及功率半导体技术
。
更具体地讲，涉及一种智能功率模块
IPM、
控制方法及设备
。

技术介绍

[0002]智能功率模块
(Intelligent Power Module
，简称
IPM)
常用于家用电器
、
工业机器和车载产品等电子产品的三相逆变器电路里
。
目前的
IPM
具有确定的规格，以适用不同的电子产品
。
[0003]低损耗作为
IPM
市场的主要需求，电子产品中更加倾向于使用损耗更低的
IPM。
其中
IPM
的低损耗要求通常与
IPM
的开关速度性能有权衡关系，开关速度快的
IPM
损耗更低
。
但如果追求
IPM
的低损耗，随之开关中电压变化率
dVce/dt(
开关噪声电平
)
会变高，因此电磁干扰
(Electromagnetic Interference
，
EMI)
噪声级别也会更高
。
如果不能满足应用中要求的
EMI
噪声级别，用户将放弃采用该
IPM
，而选择低噪声电平的尽管损耗较大的低速开关规格的
IPM。
换言之，如果
IPM
不能满足应用中要求的
EMI
噪声级别，低损耗优势也将无法发挥，用户通常只能采用低速开关
。
而目前没有可以有效均衡应用所需噪声水平和损耗的
IPM
，导致用户使用体验较差
。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种智能功率模块
IPM、
控制方法及设备，可以解决
IPM
不能满足应用要求的
EMI
噪声级别，无法发挥
IPM
低损耗优势的问题
。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种智能功率模块
IPM
，包括信号输入端子
、
第一
IC
和功率开关元件；其中，第一
IC
包括检测电路和栅极电阻切换电路；
[0006]检测电路，用于接收信号输入端子传输的脉冲宽度调制
PWM
信号，并基于
PWM
信号检测电流变化区域，电流变化区域包括在预设阈值范围内的低电流区域或者在预设阈值范围外的高电流区域；
[0007]栅极电阻切换电路，分别与检测电路和功率开关元件电连接，用于接收检测电路的检测结果和信号输入端子传输的
PWM
信号，并在检测结果为低电流区域时栅极电阻切换至第一电阻模式，并在第一电阻模式下基于
PWM
信号控制功率开关元件的导通或者关断；
[0008]或者，在检测结果为高电流区域时栅极电阻切换至第二电阻模式，并在第二电阻模式下基于
PWM
信号控制功率开关元件的导通或者关断；其中，第一电阻模式下的电阻值大于第二电阻模式下的电阻值
。
[0009]本申请实施例提供的上述
IPM
，通过在
IPM
中设置检测电路和栅极电阻切换电路，该栅极电阻切换电路中设置两种电阻模式，利用检测电路检测电流变化区域，并根据电流变化区域灵活切换至不同的电阻模式，以实现在小电流区域和大电流区域的电阻灵活切换，进而实现在小电流区域的
IPM
降噪，同时不会对损耗产生较多影响，从而达到为不同应用提供其所需噪声和损耗水平的
IPM
的目的，提升了用户使用体验
。
[0010]在一种实施方式中，第一
IC
还包括缓冲电路；
[0011]缓冲电路，其输入端与信号输入端子电连接，其输出端分别连接至检测电路和栅极电阻切换电路，用于接收信号输入端子传输的
PWM
信号，并缓存
PWM
信号，以将
PWM
信号分别传输至检测电路和栅极电阻切换电路
。
[0012]本申请实施例提供的上述
IPM
，通过设置缓冲电路对
PWM
信号进行缓冲，可以解决信号传输中可能出现的容量负载问题
。
[0013]在一种实施方式中，栅极电阻切换电路包括切换模块
、
基准栅极电阻电路和可调栅极电阻电路；基准栅极电阻电路包括导通栅极电阻
RG1
和关断栅极电阻
RG2
；可调栅极电阻电路与
RG1
和
RG2
之间的导线电连接，其包括调节栅极电阻
RG
和与
RG
并联的且连接在
RG
两端之间的负载开关；
[0014]切换模块，其输入端与缓冲电路连接，其输出端与基准栅极电阻电路电连接，用于接收
PWM
信号，并根据
PWM
信号切换连接至
RG1
或者
RG2
；
[0015]可调栅极电阻电路，其输入端还和检测电路电连接，用于接收检测电路的检测结果，并在检测结果为低电流区域时，驱动负载开关关断，以切换至栅极电阻的阻值为
RG1
与
RG
之和或者栅极电阻的阻值为
RG2
与
RG
之和对应的第一电阻模式；或者，在检测结果为高电流区域时，驱动负载开关导通，使得切换至栅极电阻的阻值为
RG1
或者栅极电阻的阻值为
RG2
对应的第二电阻模式
。
[0016]本申请实施例提供的上述
IPM
，栅极电阻切换电路包括切换模块
、
基准栅极电阻电路和可调栅极电阻电路，通过改变可调栅极电阻的电阻大小实现电阻模式的切换，进而协调
IPM
的低噪声和低损耗水平
。
[0017]在一种实施方式中，切换模块包括反相器
、PMOS
晶体和
NMOS
晶体管；其中，
[0018]反相器的输入端与缓冲电路电路电连接，其输出端分别与
PMOS
晶体和
NMOS
晶体管连接，用于接收缓冲电路传输的
PWM
信号，并将
PWM
信号对应的高电平信号或者低电平信号反相后输出至
PMOS
晶体或者
NMOS
晶体管，以实现
PMOS
晶体的导通，并切换至
RG1
，或者实现
NMOS
晶体管的导通，并切换至
RG2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种智能功率模块
IPM
，其特征在于，包括信号输入端子
、
第一
IC
和功率开关元件；其中，所述第一
IC
包括检测电路和栅极电阻切换电路；所述检测电路，用于接收所述信号输入端子传输的脉冲宽度调制
PWM
信号，并基于所述
PWM
信号检测电流变化区域，所述电流变化区域包括在预设阈值范围内的低电流区域或者在所述预设阈值范围外的高电流区域；所述栅极电阻切换电路，分别与所述检测电路和所述功率开关元件电连接，用于接收所述检测电路的检测结果和所述信号输入端子传输的所述
PWM
信号，并在所述检测结果为低电流区域时栅极电阻切换至第一电阻模式，并在所述第一电阻模式下基于所述
PWM
信号控制所述功率开关元件的导通或者关断；或者，在所述检测结果为高电流区域时栅极电阻切换至第二电阻模式，并在所述第二电阻模式下基于所述
PWM
信号控制所述功率开关元件的导通或者关断；其中，所述第一电阻模式下的电阻值大于所述第二电阻模式下的电阻值
。2.
根据权利要求1所述的
IPM
，其特征在于，所述第一
IC
还包括缓冲电路；所述缓冲电路，其输入端与所述信号输入端子电连接，其输出端分别连接至所述检测电路和所述栅极电阻切换电路，用于接收信号输入端子传输的所述
PWM
信号，并缓存所述
PWM
信号，以将所述
PWM
信号分别传输至所述检测电路和所述栅极电阻切换电路
。3.
根据权利要求2所述的
IPM
，其特征在于，所述栅极电阻切换电路包括切换模块
、
基准栅极电阻电路和可调栅极电阻电路；所述基准栅极电阻电路包括导通栅极电阻
RG1
和关断栅极电阻
RG2
；所述可调栅极电阻电路与所述
RG1
和所述
RG2
之间的导线电连接，其包括调节栅极电阻
RG
和与所述
RG
并联的且连接在所述
RG
两端之间的负载开关；所述切换模块，其输入端与所述缓冲电路连接，其输出端与所述基准栅极电阻电路电连接，用于接收所述
PWM
信号，并根据所述
PWM
信号切换连接至所述
RG1
或者所述
RG2
；所述可调栅极电阻电路，其输入端还和所述检测电路电连接，用于接收所述检测电路的检测结果，并在所述检测结果为低电流区域时，驱动所述负载开关关断，以切换至所述栅极电阻的阻值为所述
RG1
与所述
RG
之和或者所述栅极电阻的阻值为所述
RG2
与所述
RG
之和对应的第一电阻模式；或者，在所述检测结果为高电流区域时，驱动所述负载开关导通，使得切换至所述栅极电阻的阻值为所述
RG1
或者所述栅极电阻的阻值为所述
RG2
对应的第二电阻模式
。4.
根据权利要求3所述的
IPM
，其特征在于，所述切换模块包括反相器
、PMOS
晶体和
NMOS
晶体管；其中，所述反相器的输入端与所述缓冲电路电路电连接，其输出端分别与所述
PMOS
晶体和
NMOS
晶体管连接，用于接收所述缓冲电路传输的
PWM
信号，并将所述
PWM
信号对应的高电平信号或者低电平信号反相后输出至所述
PMOS
晶体或者所述
NMOS
晶体管，以实现所述
PMOS
晶体的导通，并切换至所述
RG1
，或者实现所述
NMOS
晶体管的导通，并切换至所述
RG2
；所述
PMOS
晶体管的栅极分别与所述反相器和所述
NMOS
晶体管的栅极电连接，其源极与电源
VDD
电连接，其漏极依次经过所述
RG1
和所述
RG2
与所述
NMOS
晶体管的漏极电连接；所述
NMOS
晶体管的栅极分别与所述反相器和所述
PMOS
晶体管的栅极电连接，其源极接地，其漏极依次经过所述
RG2
和所述
RG1
连接至所述
PMOS
晶体管的漏极
。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的
IPM
，其特征在于，所述信号输入端子包括
U
相信号输
入端子
、V
相信号输入端子和
W
相信号输入端子；所述
PWM
信号包括
U
相信号
、V
相信号和
W
相信号
。6.
根据权利要求5所述的
IPM
，其特征在于，所述检测电路包括相间比较电路和栅极电阻切换信号发生电路；其中，所述相间比较电路用于比较所述
U<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马浩华，别清峰，吴民安，
申请(专利权)人：海信家电集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：