高压集成电路、智能功率模块和电器设备的制作方法

专利2024-11-22  46


本技术涉及智能功率模块,尤其涉及一种高压集成电路、智能功率模块和电器设备。


背景技术:

1、图1是hvic(high voltage integrated circuit,高压集成电路)在功率逆变系统中的应用示意图,该功率逆变系统中考虑了寄生电感l1、l2的影响。当上桥功率开关器件t2关断,下桥功率开关器件t1未开通的状态下,电感负载lload要保持电流的方向与大小,与t1并联的续流二极管d1开始导通,由于寄生电感l1与l2的存在,hvic高压区供电电源负端(即高压逆变半桥浮动节点vs)的电位会迅速被拉低,产生一个较大的负过冲电压。

2、为此,相关技术中提出在vs端和半桥节点a之间串联一个电阻re,re位于外置自举电容c1与半桥节点a之间,与c1形成rc滤波。可以限制vs端的过冲电压。re越大,效果越好,但re过大,可能在高压集成电路启动时引起直通。因此,re需要满足下式:

3、

4、其中,rb表示自举电阻,vce1和vdb分别表示下桥功率开关器件t1和自举二极管db的导通压降,vth表示上桥功率开关器件t2的开启电压。同时,还需考虑余量,一般re不超过自举电阻rb的1/3。

5、然而,上述技术主要适合hvic和功率器件分离的场景,以便添加电阻re。基本不能用在ipm(intelligent power module,智能功率模块)中。在多数ipm中,因为没有集成自举电容,所以不能集成电阻re。一般来说,ipm也没有空间集成自举电容和电阻re。并且,从效果上来说,电阻re越大越好。但是re受限于等效自举电阻rb,不能太大,否则将导致电路启动时直通,同时限制了自举电容充放电的速度,从而影响了整体电路的性能。


技术实现思路

1、本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本实用新型的目的在于提出一种高压集成电路、智能功率模块和电器设备,以提升vs抗负压过冲能力,提高智能功率模块性能,且不会导致启动时上桥和下桥直通,对自举电容充放电的速度影响小。

2、为解决上述技术问题,本实用新型第一方面提出了一种高压集成电路,包括:高压驱动子电路、电阻子电路和开关子电路;所述高压驱动子电路,具有高压输入端、高压输出端、第一供电端和第二供电端,所述高压输入端、所述高压输出端、所述第一供电端和所述第二供电端与所述高压集成电路的高压区输入端、高压区输出端、高压区供电电源正端、高压区地端一一对应连接,其中,应用时外置自举电容连接在所述高压区供电电源正端和高压区地端之间;所述开关子电路与所述电阻子电路并联,所述开关子电路的第一端与所述高压区地端连接,所述开关子电路的第二端与所述高压集成电路的高压逆变半桥浮动节点连接,所述开关子电路的控制端用以输入目标控制信号。

3、另外,本实用新型的高压集成电路还可以具有如下附加的技术特征:

4、在一些示例中,所述高压驱动子电路包括依次连接的逻辑处理单元、脉冲产生单元、高压电平移位单元、滤波单元、rs触发器和驱动单元,所述逻辑处理单元的高压输入端与所述高压区输入端连接,所述驱动单元的高压输出端与高压区输出端连接,所述电路还包括:控制子电路,所述控制子电路的第一输入端与所述rs触发器的输出端或者r输入端连接,所述控制子电路的第二输入端与所述驱动单元的输出端连接,所述控制子电路的输出端与所述开关子电路的控制端连接。

5、在一些示例中,所述电阻子电路包括第一电阻,所述第一电阻的第一端与所述高压区地端连接,所述第一电阻的第二端与所述高压逆变半桥浮动节点连接。

6、在一些示例中,所述开关子电路包括第一nmos管,所述第一nmos管的漏极作为所述开关子电路的第一端,所述第一nmos管的源极作为所述开关子电路的第二端,所述第一nmos管的栅极作为所述开关子电路的控制端。

7、在一些示例中,所述控制子电路包括:第一控制单元和第二控制单元;所述第一控制单元的供电端与所述高压区供电电源正端连接,所述第一控制单元的地端与所述高压区地端连接,所述第一控制单元的第一输入端与所述rs触发器的输出端连接,所述第一控制单元的第二输入端与所述驱动单元的输出端连接,所述第一控制单元被配置为根据所述rs触发器的输出信号和所述驱动单元的输出信号,生成互补的第一信号和第二信号;所述第二控制单元的供电端与所述高压区供电电源正端连接,所述第二控制单元的地端与所述高压逆变半桥浮动节点连接,所述第二控制单元的第一输入端与所述第一控制单元的第一输出端连接,所述第二控制单元的第二输入端与所述第一控制单元的第二输出端连接,所述第二控制单元的输出端与所述开关子电路的控制端连接,所述第二控制单元被配置为根据所述第一信号和所述第二信号生成所述目标控制信号。

8、在一些示例中,所述第一控制单元包括:第一非门、第一与非门、比较器、第二非门、第三非门和第四非门;所述第一非门的输入端与所述rs触发器的输出端连接,所述第一非门的输出端与所述第一与非门的第一输入端连接;所述比较器的反相输入端与所述驱动单元的输出端连接,所述比较器的正相输入端连接预设电源的正极,所述比较器的供电端连接所述高压区供电电源正端,所述比较器的输出端与所述第二非门的输入端连接,其中,所述预设电源的负极连接所述高压区地端;所述第二非门的输出端与所述第一与非门的第二输入端连接,所述第一与非门的输出端与所述第三非门的输入端连接,所述第三非门的输出端与所述第四非门的输入端连接,并作为所述第一控制单元的第一输出端,所述第四非门的输出端作为所述第一控制单元的第二输出端。

9、在一些示例中,所述第二控制单元包括:第一n型开关管、第二n型开关管、第一p型开关管、第二p型开关管和第五非门;所述第一n型开关管栅极作为所述第二控制单元的第一输入端,所述第一n型开关管的漏极与所述第一p型开关管的漏极、所述第二p型开关管的栅极分别连接,所述第二n型开关管的栅极作为所述第二控制单元的第二输入端,所述第二n型开关管的漏极与所述第一p型开关管的栅极、所述第二p型开关管的漏极、所述第五非门的输入端分别连接,所述第一n型开关管的源极、所述第二n型开关管的源极与所述高压逆变半桥浮动节点连接,所述第一p型开关管的源极、所述第二p型开关管的源极与所述高压区供电电源正端连接,所述第五非门的输出端作为所述第二控制单元的输出端。

10、在一些示例中,所述第一控制单元还包括:稳压管,所述稳压管的阳极与所述高压逆变半桥浮动节点连接,所述稳压管的阴极与所述高压区地端连接。

11、在一些示例中,所述第一控制单元还包括:延时滤波器,所述延时滤波器包括滤波电阻和滤波电容,所述滤波电阻的第一端与所述驱动单元的输出端连接,所述滤波电阻的第二端与所述比较器的反相输入端连接,所述滤波电容的第一端与所述滤波电阻的第二端连接,所述滤波电容的第二端与所述高压区地端连接。

12、为解决上述技术问题,本实用新型第二方面提出了一种智能功率模块,其特征在于,包括上述第一方面所述的高压集成电路。

13、为解决上述技术问题,本实用新型第三方面提出了一种电器设备,包括上述第二方面所述的智能功率模块。

14、本实用新型的高压集成电路、智能功率模块和电器设备,通过电阻子电路和开关子电路的设置,可提升vs抗负压过冲能力,且将电阻子电路和开关子电路集成到高压集成电路中,可便于在智能功率模块中应用,提高智能功率模块的性能,也可以用于分立的功率逆变系统。同时,电阻子电路不受限于自举电阻,取值范围更大,不会导致电路启动时直通,且使得vs抗负压过冲效果更好;对自举电容充放电的速度影响很小,甚至因集成在高压集成电路中,可以不影响自举电容充放电速度。

15、本实用新型附加的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,或通过本实用新型的实践了解到。


技术特征:

1.一种高压集成电路,其特征在于,包括:高压驱动子电路、电阻子电路和开关子电路;

2.根据权利要求1所述的高压集成电路,其特征在于,所述高压驱动子电路包括依次连接的逻辑处理单元、脉冲产生单元、高压电平移位单元、滤波单元、rs触发器和驱动单元,所述逻辑处理单元的高压输入端与所述高压区输入端连接,所述驱动单元的高压输出端与高压区输出端连接,所述电路还包括:

3.根据权利要求1或2所述的高压集成电路,其特征在于,所述电阻子电路包括第一电阻,所述第一电阻的第一端与所述高压区地端连接,所述第一电阻的第二端与所述高压逆变半桥浮动节点连接。

4.根据权利要求1或2所述的高压集成电路,其特征在于,所述开关子电路包括第一nmos管,所述第一nmos管的漏极作为所述开关子电路的第一端,所述第一nmos管的源极作为所述开关子电路的第二端,所述第一nmos管的栅极作为所述开关子电路的控制端。

5.根据权利要求2所述的高压集成电路,其特征在于,所述控制子电路包括:第一控制单元和第二控制单元;

6.根据权利要求5所述的高压集成电路,其特征在于,所述第一控制单元包括:第一非门、第一与非门、比较器、第二非门、第三非门和第四非门;

7.根据权利要求5所述的高压集成电路,其特征在于,所述第二控制单元包括:第一n型开关管、第二n型开关管、第一p型开关管、第二p型开关管和第五非门;

8.根据权利要求6所述的高压集成电路,其特征在于,所述第一控制单元还包括:稳压管,所述稳压管的阳极与所述高压逆变半桥浮动节点连接,所述稳压管的阴极与所述高压区地端连接。

9.根据权利要求6所述的高压集成电路,其特征在于,所述第一控制单元还包括:延时滤波器,所述延时滤波器包括滤波电阻和滤波电容,所述滤波电阻的第一端与所述驱动单元的输出端连接,所述滤波电阻的第二端与所述比较器的反相输入端连接,所述滤波电容的第一端与所述滤波电阻的第二端连接,所述滤波电容的第二端与所述高压区地端连接。

10.一种智能功率模块,其特征在于,包括如权利要求1-9中任一项所述的高压集成电路。

11.一种电器设备,其特征在于,包括如权利要求10所述的智能功率模块。


技术总结
本技术公开了一种高压集成电路、智能功率模块和电器设备。其中,高压集成电路包括:高压驱动子电路,具有高压输入端、高压输出端、第一供电端和第二供电端,与高压集成电路的高压区输入端、高压区输出端、高压区供电电源正端、高压区地端一一对应连接,外置自举电容连接在高压区供电电源正端和高压区地端之间;电阻子电路和与电阻子电路并联的开关子电路,开关子电路的第一端与高压区地端连接,开关子电路的第二端与高压集成电路的高压逆变半桥浮动节点连接,开关子电路的控制端用以输入目标控制信号。该高压集成电路,可提升高压逆变半桥浮动节点抗负压过冲能力,且不受限于等效自举电阻,不会导致电路启动时直通,对自举电容充放电速度的影响小。

技术研发人员:兰昊,周亚州
受保护的技术使用者:美垦半导体技术有限公司
技术研发日:20231012
技术公布日:2024/6/26
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