[發明專利]智能功率模塊的柵極驅動電路

無效

• 申請號: 201110354236.1
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN102594099A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 馮宇翔;黃祥鈞;程德凱;潘志堅;華慶;陳玲娟
• 申請（專利權）人: 廣東美的電器股份有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 佛山市科順專利事務所 44250
• 代理人: 梁紅纓

技術領域

本發明涉及一種智能功率模塊的柵極驅動電路，尤其涉及智能功率模塊（IPM）中的高壓器件開關時間處理，其還涉及到智能功率模塊的振鈴抑制技術。

背景技術

智能功率模塊即IPM（Intelligent?Power?Module）是一種將電力電子和集成電路技術結合的功率驅動類產品。智能功率模塊把功率開關器件和高壓驅動電路集成在一起并內藏有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊一方面接收MCU的控制信號來驅動后續電路工作，另一方面將系統的狀態檢測信號送回MCU。與傳統分立方案相比，智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調速，冶金機械，電力牽引，伺服驅動，變頻家電的一種理想電力電子器件。

智能功率模塊的柵極驅動電路一般接感性負載，其內部的IGBT的開關速度的快慢會直接影響到I絕緣柵雙極型晶體管開關時所產生的振鈴的大小。目前應用于智能功率模塊中的柵極驅動電路中使用的是固定的電阻對開關時間進行控制，對于不同的應用場合負載的電感不同，固定的電阻在一些應用場合產生的振鈴大小在IGBT的可承受電壓范圍內，在另一些應用場合產生的振鈴大小可能會超出IGBT的耐壓范圍，導致IGBT損壞并進而使智能功率模塊發生爆炸。

如圖1所示，目前使用的智能功率模塊中的柵極驅動電路包括第一至第七電阻R1-R7及第一至第一至第六絕緣柵雙極型晶體管IGBT1-IGBT6；其中H1為第一上橋臂、H2為第二上橋臂、H3為第三上橋臂；L1為第一下橋臂、L2為下橋臂、L3為第三下橋臂；H1接電阻101的一端，電阻101的另一端與IGBT管107的柵極相連；第一電阻R1串接在第一上橋臂H1與第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1的柵極之間；第二電阻R2串接在第二上橋臂H2與第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的柵極之間；第三電阻R3串接在第三上橋臂H3與第三絕緣柵雙極型晶體管IGBT3的柵極之間；第四電阻R4串接在第一下橋臂L1與第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4的柵極之間；第五電阻R5串接在第二下橋臂L2與第五絕緣柵雙極型晶體管IGBT5的柵極之間；第六電阻R6串接在第三下橋臂L3與第六絕緣柵雙極型晶體管IGBT6的柵極之間；第一、二、三絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、IGBT2、IGBT3的集極相連并接高壓點P；第四、五、六絕緣柵雙極型晶體管IGBT4、IGBT5、IGBT6的射極相連并接第七電阻7的一端，第七電阻的另一端接地電位GND；第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1與第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4的集極相連，該連接點為電機M的U相；第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2與第五絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的集極相連，該連接點為電機M的V相；第三絕緣柵雙極型晶體管IGBT3與第六絕緣柵雙極型晶體管IGBT6的集相連，該連接點為電機M的W相。

工作時，第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1與第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2與第五絕緣柵雙極型晶體管IGBT5、第三絕緣柵雙極型晶體管IGBT3與第六絕緣柵雙極型晶體管IGBT6會交替導通，圖2是以U相為例的波形：

（1）當H1為低電平及L1為高電平時，第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1截止，第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4導通，U電位與GND相同；

（2）當H1迅速從低電平變成高電平，L1迅速從高電平變成低電平時，第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1迅速導通，第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4迅速截止，U電位迅速上升并產生振鈴，最后穩定在電壓P；

（3）當H1為高電平及L1為低電平時，第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1導通、第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4截止，U電位與P相同；

（4）當H1迅速從高電平變成低電平及L1迅速從低電平變成高電平時，第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1迅速截止、第四絕緣柵雙極型晶體管IGBT4迅速導通，U電位迅速下降并產生振鈴，最后穩定在電壓GND。

U相產生的振蕩幅度可以達到P點電壓的2倍；而在U相發生大幅震蕩時，第四、五、六絕緣柵雙極型晶體管的電壓也隨之發生劇烈的高頻振蕩，其振幅可以達到其理論穩態值的數十倍。