CN212627729U - 一种高压驱动集成电路及智能功率模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高压驱动集成电路及智能功率模块，包括：一HVIC芯片；一逆变器单元，逆变器单元包括至少两组逆变模块，每组逆变模块包括一LIGBT晶体管和一Sense‑LIGBT晶体管，LIGBT晶体管的基极和Sense‑LIGBT晶体管的基极均与HVIC芯片相连，LIGBT晶体管的集电极与高压输入端连接，LIGBT晶体管的发射极与Sense‑LIGBT晶体管的集电极连接，Sense‑LIGBT晶体管的发射极包括主发射极和次发射极，主发射极与接地端连接；一电流采样单元，电流采样单元包括至少两个采样电阻，采样电阻一端分别与Sense‑LIGBT晶体管的次发射极和HVIC芯片连接，另一端连接于接地端。

Description

一种高压驱动集成电路及智能功率模块

技术领域

本申请涉及电路领域，具体涉及一种高压驱动集成电路及智能功率模块。

背景技术

在现有技术中，电机驱动电路一般是通过采集流过驱动电路的总电流，并判断总电流是否超过设定阈值来进行驱动电路的保护。由于流过驱动电路的总电流较大，因此通常需要连接毫欧级别的采样电阻RS来完成电流保护。但毫欧级别的采样电阻RS的寄生电感较大，大电流流过时会产生尖峰，容易造成误触发使电路停止工作。

因此，现有技术存在缺陷，急需改进。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种高压驱动集成电路及智能功率模块，解决现有的驱动电路只能采用毫欧级别的采样电阻来完成电流保护，容易造成误触发使电路停止工作的问题，可以降低驱动电路的寄生效应。

本申请实施例提供了一种高压驱动集成电路，包括：

一HVIC芯片；

一逆变器单元，所述逆变器单元包括至少两组逆变模块，每组逆变模块包括一LIGBT晶体管和一Sense-LIGBT晶体管，其中，所述LIGBT晶体管的基极和所述Sense-LIGBT晶体管的基极均与所述HVIC芯片相连，所述LIGBT晶体管的集电极与高压输入端连接，所述LIGBT晶体管的发射极与所述Sense-LIGBT晶体管的集电极连接，所述Sense-LIGBT晶体管的发射极包括主发射极和次发射极，所述主发射极与接地端连接；

一电流采样单元，所述电流采样单元包括至少两个采样电阻，所述采样电阻一端分别与所述Sense-LIGBT晶体管的次发射极和所述HVIC芯片连接，另一端连接于接地端。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述Sense-LIGBT晶体管由N个LIGBT单胞构成，所述N为大于2的自然数；

其中M个所述LIGBT单胞的发射极引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的次发射极，所述M为小于N的自然数；（N-M）个的所述LIGBT单胞的发射极共同引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的主发射极；

N个所述LIGBT单胞的集电极共同引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的集电极，N个所述LIGBT单胞的基极共同引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的基极。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述HVIC芯片内设置有过流保护电路和逻辑处理电路，所述过流保护电路与逻辑处理电路连接；

所述HVIC芯片上设有至少两个ITRIP端口，所述采样电阻通过ITRIP端口与所述过流保护电路连接，所述过流保护电路用于识别所述高压驱动集成电路的每相电流的状况，对每相电流的过流保护点进行调整。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述HVIC芯片上还设有一Iset端口，所述Iset端口与所述过流保护电路连接，可通过Iset端口下拉电阻来调整每相电流的过流保护点。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述HVIC芯片内还设置有过温保护电路，所述过温保护电路与所述逻辑处理电路连接，用于当温度超过设定阈值时，向所述逻辑处理电路发出信号，启动内部保护。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述HVIC芯片上还设有一Tset端口，所述Tset端口与所述过温保护电路连接，可通过Tset端口下拉电阻来调整温度保护的阈值；所述HVIC芯片上还设有一TSO端口，所述TSO端口与所述过温保护电路连接，用于连接外部的MCU控制芯片。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述HVIC芯片内还设置有欠压保护电路和报错电路，所述欠压保护电路和报错电路均与所述逻辑处理电路连接。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述HVIC芯片内还包括电源电路、输入电路、互锁与死区电路、电平转移电路以及多路驱动电路；所述输入电路分别与所述HVIC芯片的输入端口、所述电源电路连接，所述互锁与死区电路连接所述输入电路与所述电平转移电路，所述电路转移电路与多路驱动电路的输入端连接，每路驱动电路的输出端对应连接一个所述LIGBT晶体管或一个所述Sense-LIGBT晶体管。

优选地，本申请实施例的高压驱动集成电路中，所述LIGBT晶体管和所述Sense-LIGBT晶体管均连接有快恢复二极管。

本申请实施例提供一种智能功率模块，包括PCB基板、引线框架以及设置在PCB基板上的所述的高压驱动集成电路，所述引线框架通过锡焊焊接到所述PCB基板上。

本申请实施例提供的高压驱动集成电路及智能功率模块，通过采用Sense-LIGBT晶体管作为每组逆变模组的下桥臂，每个Sense-LIGBT晶体管的次发射极均连接一个采样电阻，通过对驱动电路的小电流进行采样，可增大采样电阻的阻值，降低寄生电感，避免产生尖峰，进而避免造成误触发使电路停止工作，可以提高模块的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1中的一种高压驱动集成电路的结构示意图。

图2为本申请实施例1中的一种高压驱动集成电路的Sense-LIGBT晶体管的结构示意图。

图3为本申请实施例1中的一种高压驱动集成电路的HVIC芯片的结构示意图。

图4为本申请实施例2中的一种智能功率模块的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“主”、“次”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请同时参照图1，图1是本申请一些实施例中实施例1的一种高压驱动集成电路的电路结构图。实施例1提供了一种高压驱动集成电路中，包括：一HVIC芯片10；一逆变器单元，该逆变器单元包括至少两组逆变模块，在实施例1中，该逆变器单元包括三组逆变模块，分别为第一组逆变模块21、第二组逆变模块22以及第三组逆变模块23。其中，每组逆变模块包括一LIGBT晶体管（横向绝缘栅双极晶体管，简称LIGBT晶体管）A和一Sense-LIGBT晶体管B，在实际应用中，LIGBT晶体管A作为逆变模组的上桥臂，Sense-LIGBT晶体管B作为逆变模组的下桥臂。具体地，LIGBT晶体管A的基极和Sense-LIGBT晶体管B的基极均与HVIC芯片10相连，LIGBT晶体管A的集电极与高压输入端连接，LIGBT晶体管A的发射极与Sense-LIGBT晶体管B的集电极连接，而Sense-LIGBT晶体管B的发射极包括主发射极和次发射极，其中主发射极与接地端连接。本申请实施例1的HVIC芯片10+三组逆变模块构成具有三相全桥结构的驱动电路，在实际应用中，本申请实施例1的高压驱动集成电路输出功率可达300W，可用于400V以下直流供电***，可应用于机器人、工控、车载小功率电机、消费家电、电动工具等等领域。

进一步地，本申请实施例1的高压驱动集成电路还包括一电流采样单元30，该电流采样单元30包括至少两个采样电阻。在实际应用中，采样电阻的数量可以与逆变模块的组数对应，如在实施例1中的采样电阻为3个，分别为RS1、RS2和RS3，每个采样电阻的一端分别与Sense-LIGBT晶体管B的次发射极和HVIC芯片10连接，另一端连接于接地端。

需要说明的是，在图1中，P点为本申请实施例1的高压驱动集成电路的高压输入端，U点为本申请实施例1的高压驱动集成电路的第一相输出端，V点为本申请实施例1的高压驱动集成电路的第二相输出端，W点为本申请实施例1的高压驱动集成电路的第二相输出端，GND端口为本申请实施例1的高压驱动集成电路的公共接地端。在实际应用中，U点、V点以及W点这三相输出端用于接入电机负载，而P点用于接入母线输入端。

优选地，请参照图2，图2为本申请实施例1中的一种高压驱动集成电路的Sense-LIGBT晶体管B的结构示意图。在实施例1中，Sense-LIGBT晶体管B由N个LIGBT单胞b构成，N为大于2的自然数。其中M个LIGBT单胞b1的发射极引出作为Sense-LIGBT晶体管B的次发射极，M为小于N的自然数，（N-M）个的LIGBT单胞b的发射极共同引出作为Sense-LIGBT晶体管B的主发射极。在实际应用中，M与N的比例即为采样电流与母线电流的比例，比如Sense-LIGBT晶体管B由1000个LIGBT单胞b构成，其中1个LIGBT单胞b1的发射极引出作为Sense-LIGBT晶体管B的次发射极，则采样电阻检测到的采样电流即为母线电流的1/1000。因此，本申请实施例1的采样电阻采样的是小电流，由于是通过对小电流进行采样，因此可以增大采样电阻的阻值，不需要连接毫欧级大功率的采样电阻来检测电流才能完成电流保护，可降低采样电阻的寄生电感，避免传统的驱动电路在母线电流流过时可能会产生一个较大的尖峰，导致HVIC芯片10收到此信号后把逆变器单元关断，造成误关断的情况。且本申请实施例1的采样电阻阻值较大，相较于毫欧级的采样电阻，其电流检测的精度可大大提高。此外，由于采样电阻阻值增大，可降低采样电阻产生的功率损耗和散热负担，因此本申请实施例1的驱动集成电路的采样电阻可集成在整个功率驱动模块的内部，由于不需要外部电流探测电路，本申请实施例1的驱动过流保护动作时间更快，现有的过流保护动作时间需要10μs以上，而本申请实施例2的过流保护动作时间可缩短在5μs以内，小于一般IGBT管的短路耐量，能更好地保护驱动集成电路和智能功率模块。因此，相比现有技术来说，本申请实施例1的驱动集成电路和智能功率模块结构简单，可靠性高，而且成本低精度高。

需要说明的是，所有的LIGBT单胞b的集电极共同引出作为Sense-LIGBT晶体管B的集电极，所有的LIGBT单胞b的基极共同引出作为Sense-LIGBT晶体管B的基极。

优选地，如图3所示，图3为本申请实施例1中的一种高压驱动集成电路的HVIC芯片10的结构示意图。本申请实施例1的高压驱动集成电路中，HVIC芯片10内设置有过流保护电路和逻辑处理电路，过流保护电路与逻辑处理电路连接。且HVIC芯片10上设有至少两个ITRIP端口，在实施例1中，HVIC芯片10上设有3个ITRIP端口，分别为ITRIP 1、ITRIP 2和ITRIP 3，每个采样电阻对应连接一个ITRIP端口，进而与HVIC芯片10内部的过流保护电路连接，过流保护电路用于识别本申请实施例1的高压驱动集成电路中的每相电流的状况，对每相电流的过流保护点进行调整，也即U点、V点和W点三相的电流，进而当电流超过过流保护点时，启动内部保护。

在实际应用中，HVIC芯片10上还设有一Iset端口，Iset端口与过流保护电路连接，可通过Iset端口下拉电阻来调整每相电流的过流保护点。

进一步地，本申请实施例1的高压驱动集成电路中，HVIC芯片10内还设置有过温保护电路，过温保护电路与逻辑处理电路连接，用于当温度超过设定阈值时，向逻辑处理电路发出信号，启动内部保护。

在实际应用中，HVIC芯片10上还设有一Tset端口，所述Tset端口与过温保护电路连接，可通过Tset端口下拉电阻来调整温度保护的阈值。且HVIC芯片10上还设有一TSO端口，TSO端口与过温保护电路连接，也可通过TSO端口以电压形式将过温保护电路检测到的温度反馈给外部的MCU控制芯片，MCU控制芯片读取此电压信号得到电路的温度值，并判断是否超过设定阈值，若超过，则向逻辑处理电路发出信号，启动内部保护。

此外，本申请实施例1的高压驱动集成电路中，HVIC芯片10内还设置有欠压保护电路和报错电路，欠压保护电路和报错电路均与逻辑处理电路连接。其中，欠压保护电路用于保护驱动集成电路和器件，报错电路在HVIC芯片10上引出有FO端口，通过FO端口与外部的MCU控制芯片连接，传递信号。逻辑处理电路用于传递和处理信号，是以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。

进一步地，HVIC芯片10内还包括电源电路、输入电路、互锁与死区电路、电平转移电路以及多路驱动电路。其中，输入电路分别与HVIC芯片10的输入端口、电源电路连接，由于实施例1中的逆变模块为三组，因此HVIC芯片10的输入端口有6个，三个高侧输入端口：HIN1、HIN2、HIN3；三个低侧输入端口：LIN1、LIN2、LIN3。电源电路为5V LDO电路，给电路内部提供5V电压电源。互锁与死区电路连接输入电路与电平转移电路，电路转移电路与多路驱动电路的输入端连接，每路驱动电路的输出端对应连接一个LIGBT晶体管A或一个Sense-LIGBT晶体管B，因此，多路驱动电路为6路驱动电路，三个高侧驱动电路和三个低侧驱动电路，电平转移电路用于将输入的电压转换成驱动电路所需要的电压。而互锁与死区电路用于防止每个逆变模块对应的一组高侧驱动电路与低侧驱动电路之间只能择一导通，其与逻辑处理电路连接，以实现每组逆变模块中的一个LIGBT晶体管A和一个Sense-LIGBT晶体管B只能择一导通，防止短路。且对应的多路驱动电路在HVIC芯片10上引出的输出端口有6个，三个高侧输出端口：HO1、HO2、HO3；三个低侧输出端口：LO1、LO2、LO3。

需要说明的是，本申请实施例1的驱动集成电路通过三个高侧输入端口HIN1、HIN2、HIN3接收高侧的电平信号，通过三个低侧输入端口LIN1、LIN2、LIN3接收低侧的电平信号，控制每个输入端口对应的驱动电路，并通过三个高侧输出端口HO1、HO2、HO3输出高侧的电平信号，三个低侧输出端口LO1、LO2、LO3输出低侧的电平信号，该输出的电平信号作为一个LIGBT晶体管A或一个Sense-LIGBT晶体管B的控制信号，决定其通断，以实现高压功率驱动的功能。其中，驱动集成电路的三个高侧输入端口HIN1、HIN2、HIN3和三个低侧输入端口LIN1、LIN2、LIN3接收0V或5V的输入信号。当然，根据实际需要可以接收其他电压幅值的输入信号，具体根据电路所连接的实际器件进行选择。

优选地，本申请实施例1的高压驱动集成电路中，LIGBT晶体管A和Sense-LIGBT晶体管B均连接有快恢复二极管，快恢复二极管的正极与LIGBT晶体管A的发射极连接，负极与LIGBT晶体管A的集电极连接，快恢复二极管的正极与Sense-LIGBT晶体管B的主发射极连接，快恢复二极管的负极与Sense-LIGBT晶体管B的集电极连接。

请参照图4,图4为本申请实施例2中的一种智能功率模块的侧面结构示意图。本申请实施例2还提供一种智能功率模块，包括PCB基板65、引线框架67以及设置在PCB基板65上的上述的高压驱动集成电路，其中，引线框架67通过锡焊66焊接到PCB基板65上。高压驱动集成电路中的功率部件61（即LIGBT晶体管A和Sense-LIGBT晶体管B）采用粗铝线62键和，而模块内其他部分的键和采用细铝线63键和，模块通过引线框架67-锡焊66-PCB基板65可像外散热。

本申请实施例提供的高压驱动集成电路及智能功率模块，通过采用Sense-LIGBT晶体管作为每组逆变模组的下桥臂，每个Sense-LIGBT晶体管的次发射极均连接一个采样电阻，通过对驱动电路的小电流进行采样，可增大采样电阻的阻值，降低寄生电感，避免产生尖峰，进而避免造成误触发使电路停止工作，可以提高模块的可靠性。且本申请实施例的采样电阻阻值较大，相较于毫欧级的采样电阻，其电流检测的精度可大大提高。此外，由于采样电阻阻值增大，可降低采样电阻产生的功率损耗和散热负担，因此本申请实施例的驱动集成电路的采样电阻可集成在整个功率驱动模块的内部，由于不需要外部电流探测电路，本申请实施例的驱动过流保护动作时间更快，能更好地保护驱动集成电路和智能功率模块。因此，相比现有技术来说，本申请实施例的驱动集成电路和智能功率模块结构简单，可靠性高，而且成本低精度高。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压驱动集成电路，其特征在于，包括：

一HVIC芯片；

一逆变器单元，所述逆变器单元包括至少两组逆变模块，每组逆变模块包括一LIGBT晶体管和一Sense-LIGBT晶体管，其中，所述LIGBT晶体管的基极和所述Sense-LIGBT晶体管的基极均与所述HVIC芯片相连，所述LIGBT晶体管的集电极与高压输入端连接，所述LIGBT晶体管的发射极与所述Sense-LIGBT晶体管的集电极连接，所述Sense-LIGBT晶体管的发射极包括主发射极和次发射极，所述主发射极与接地端连接；

一电流采样单元，所述电流采样单元包括至少两个采样电阻，所述采样电阻一端分别与所述Sense-LIGBT晶体管的次发射极和所述HVIC芯片连接，另一端连接于接地端。

2.根据权利要求1所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述Sense-LIGBT晶体管由N个LIGBT单胞构成，所述N为大于2的自然数；

其中M个所述LIGBT单胞的发射极引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的次发射极，所述M为小于N的自然数；N-M个的所述LIGBT单胞的发射极共同引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的主发射极；

N个所述LIGBT单胞的集电极共同引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的集电极，N个所述LIGBT单胞的基极共同引出作为所述Sense-LIGBT晶体管的基极。

3.根据权利要求1所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述HVIC芯片内设置有过流保护电路和逻辑处理电路，所述过流保护电路与逻辑处理电路连接；

所述HVIC芯片上设有至少两个ITRIP端口，所述采样电阻通过ITRIP端口与所述过流保护电路连接，所述过流保护电路用于识别所述高压驱动集成电路的每相电流的状况，对每相电流的过流保护点进行调整。

4.根据权利要求3所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述HVIC芯片上还设有一Iset端口，所述Iset端口与所述过流保护电路连接，可通过Iset端口下拉电阻来调整每相电流的过流保护点。

5.根据权利要求3所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述HVIC芯片内还设置有过温保护电路，所述过温保护电路与所述逻辑处理电路连接，用于当温度超过设定阈值时，向所述逻辑处理电路发出信号，启动内部保护。

6.根据权利要求5所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述HVIC芯片上还设有一Tset端口，所述Tset端口与所述过温保护电路连接，可通过Tset端口下拉电阻来调整温度保护的阈值；所述HVIC芯片上还设有一TSO端口，所述TSO端口与所述过温保护电路连接，用于连接外部的MCU控制芯片。

7.根据权利要求3所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述HVIC芯片内还设置有欠压保护电路和报错电路，所述欠压保护电路和报错电路均与所述逻辑处理电路连接。

8.根据权利要求1所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述HVIC芯片内还包括电源电路、输入电路、互锁与死区电路、电平转移电路以及多路驱动电路；所述输入电路分别与所述HVIC芯片的输入端口、所述电源电路连接，所述互锁与死区电路连接所述输入电路与所述电平转移电路，所述电平转移电路与多路驱动电路的输入端连接，每路驱动电路的输出端对应连接一个所述LIGBT晶体管或一个所述Sense-LIGBT晶体管。

9.根据权利要求1所述的高压驱动集成电路，其特征在于，所述LIGBT晶体管和所述Sense-LIGBT晶体管均连接有快恢复二极管。

10.一种智能功率模块，其特征在于，包括PCB基板、引线框架以及设置在PCB基板上的如权利要求1-9任意一项所述的高压驱动集成电路，所述引线框架通过锡焊焊接到所述PCB基板上。

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