靜電保護裝置、智能功率模塊和變頻家電的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及靜電保護技術領域，具體而言，涉及一種靜電保護裝置、一種智能功率 模塊和一種變頻家電。
【背景技術】
[0002] 智能功率模塊，即IPM(IntelligentPowerModule),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，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。與傳統的分立方案相 比，智能功率模塊W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，是應用于變頻調速、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。
[0003] 在相關技術中，智能功率模塊100的電路結構如圖1所示：
[0004] 控制電路1000的供電電源正端VCC與PM0S管1010的源極和襯底、PM0S管1013 的源極和襯底、PM0S管1016的源極和襯底相連，并作為所述智能功率模塊100的低壓區供 電電源正端VDD，VDD-般為15V。
[0005] 所述控制電路1000的HIN1端作為所述智能功率模塊100的U相上橋臂輸入端 UHIN;所述控制電路1000的HIN2端作為所述智能功率模塊100的V相上橋臂輸入端VHIN; 所述控制電路1000的HIN3端作為所述智能功率模塊100的W相上橋臂輸入端WHIN;所述 控制電路1000的LIN1端作為所述智能功率模塊100的U相下橋臂輸入端化IN;所述控制 電路1000的LIN2端作為所述智能功率模塊100的V相下橋臂輸入端化IN;所述控制電路 1000的LIN3端作為所述智能功率模塊100的W相下橋臂輸入端WLIN。在此，所述智能功 率模塊100的U、V、WH相的六路輸入接收0~5V的輸入信號。
[0006] 所述控制電路1000的GND端作為所述智能功率模塊100的低壓區供電電源負端 COM。
[0007] 所述控制電路1000的VB1端與PM0S管1001的源極和襯底相連，并作為所述智能 功率模塊100的U相高壓區供電電源正端UVB;所述控制電路1000的0UT1端與所述PM0S 管1001的柵極、NM0S管1002的柵極相連；所述PM0S管1001的漏極與所述NM0S管1002的 漏極相連并記為冊1端，冊1端與U相上橋臂IGBT管121的柵極相連；所述控制電路1000 的VS1端與所述NM0S管1002的源極和襯底、所述IGBT管121的射極、F畑管111的陽極、 U相下橋臂IGBT管124的集電極、FRD管114的陰極相連，并作為所述智能功率模塊100的 U相高壓區供電電源負端U。
[000引所述控制電路1000的VB2端與PM0S管1004的源極和襯底相連，并作為所述智能 功率模塊100的V相高壓區供電電源正端WB;所述控制電路1000的0UT2端與所述PM0S 管1004的柵極、NM0S管1005的柵極相連；所述PM0S管1004的漏極與所述NM0S管1005的 漏極相連并記為冊2端，冊2端與V相上橋臂IGBT管122的柵極相連；所述控制電路1000 的VS2端與所述NMOS管1005的源極和襯底、所述IGBT管122的射極、F畑管112的陽極、U相下橋臂IGBT管125的集電極、FRD管115的陰極相連，并作為所述智能功率模塊100的 V相高壓區供電電源負端V。
[0009] 所述控制電路1000的VB3端與PM0S管1007的源極和襯底相連，并作為所述智能 功率模塊100的W相高壓區供電電源正端WVB;所述控制電路1000的0UT3端與所述PM0S 管1007的柵極、NM0S管1008的柵極相連；所述PM0S管1007的漏極與所述NM0S管1008的 漏極相連并記為冊3端，冊3端與W相上橋臂IGBT管123的柵極相連；所述控制電路1000 的VS3端與所述NM0S管1008的源極和襯底、所述IGBT管123的射極、F畑管113的陽極、 W相下橋臂IGBT管126的集電極、F畑管116的陰極相連，并作為所述智能功率模塊100的 W相高壓區供電電源負端W。
[0010] 所述IGBT管121的集電極、所述IGBT管122的集電極、所述IGBT管123的集電 極、所述FRD管111的陰極、所述FRD管112的陰極、所述FRD管113的陰極相連，并作為所 述智能功率模塊100的高電壓輸入端P，P-般接300V。
[0011] 所述控制電路1000的0UT4端與所述PM0S管1010的柵極、NM0S管1011的柵極 相連；所述PM0S管1010的漏極與所述NM0S管1011的漏極相連并記為L01端，L01端與所 述U相下橋臂IGBT管124的柵極相連。
[0012] 所述控制電路1000的0UT5端與所述PM0S管1013的柵極、NM0S管1014的柵極 相連；所述PM0S管1013的漏極與所述NM0S管1014的漏極相連并記為L02端，L02端與所 述V相下橋臂IGBT管125的柵極相連。所述控制電路1000的0UT6端與所述PM0S管1016 的柵極、NM0S管1017的柵極相連；所述PM0S管1016的漏極與所述NM0S管1017的漏極相 連并記為L03端，L03端與所述W相下橋臂IGBT管126的柵極相連。所述NM0S管1011的 襯底與源極、所述NM0S管1014的襯底與源極、所述NM0S管1017的襯底與源極相連，并接 所述智能功率模塊100的低壓區供電電源負端COM。
[0013] 所述IGBT管124的射極、所述IGBT管125的射極、所述IGBT管126的射極、所述 F畑管114的陽極、所述F畑管115的陽極、所述F畑管116的陽極相連，并接采樣電阻130 的一端，并作為所述智能功率模塊100的電流檢測端ISO。
[0014] 所述電阻130的另一端接所述智能功率模塊100的低壓區供電電源負端COM。在 實際應用中，所述智能功率模塊100的U、V、W端與電機200的H相相連。
[0015] 基于上述連接結構，則控制電路1000的功能包括：
[0016] 將輸入端HIN1、HIN2、HIN3和LINK LIN2、LIN3的0~5V的邏輯信號分別傳到 輸出端0UT1、0UT2、0UT3和0UT4、0UT5、0UT6,其中冊1是VS1~VS1+15V、冊2是VS2~ VS化15V、冊3是VS3~VS3+15V的邏輯信號，L01、L02、L03是0~15V的邏輯信號。
[0017] 其中，連接0UT1~0UT6的電路部分采用C0MS結構，六路輸出的結構完全相同，W 0UT6為例進行說明：當0UT6輸出高電平時，L03輸出低電平；當0UT6輸入低電平時，L03輸 出高電平。
[0018] 然而，M0S管上一般都接有寄生二極管，如圖1所示，所述NM0S管1017的襯底與 漏極間有寄生二極管1018,即在COM與L03間有寄生二極管1018。
[0019] 由于智能功率模塊100的應用環境非常惡略，一般會長期工作在高溫而干燥的環 境中，當所述智能功率模塊100工作時，需要高的開關速度W保證自身的發熱量盡量小，不 工作時，所述智能功率模塊100需要承受2000V~3000V的靜電。
[0020] 尤其對于下橋臂的H個IGBT管，即IGBT管124JGBT管125和IGBT管126,雖然 其集電極連接電機，但是射極卻與ISO端相連，ISO端是連接MCU(圖中未示出）的小信號， 很容易受到靜電的沖擊，一旦COM與ISO間存在正向靜電，就會形成對H個IGBT管柵極的 通路，分別是：
[0021] COM-寄生二極管 1012 - IGBT管 124 柵極一 IGBT管 124 射極一 ISO;
[0022] COM-寄生二極管 1015 - IGBT管 125 柵極一 IGBT管 125 射極一 ISO;
[0023] COM-寄生二極管 1018 - IGBT管 126 柵極一 IGBT管 126 射極一 ISO。
[0024] 因此，在智能功率模塊100的實際應用中，下橋臂的IGBT管因靜電受損的幾率很 大；而下橋臂的IGBT管受到破壞后，很容易引起上下橋臂同時導通，造成智能功率模塊電 流失控而造成爆炸。
[0025] 在相關技術中，提高IGBT管本身的柵極抗靜電能力，主要靠增加柵氧厚度，為了 增強下橋臂IGBT管的抗靜電能力，有時會在下橋臂采用柵氧厚度較厚的IGBT管。但該樣一 來，智能功率模塊100的開關速度會嚴重下降，特別是在上下橋臂的IGBT管開關切換的過 程中，因為上下橋臂IGBT管的開關速度不匹配，造成智能功率模塊100的開關損耗極高，對 于開關頻率在千赫茲W上的使用場合，會造成很大的發熱量，即使使用盡可能大的散熱片， 智能功率模塊100的工作溫度會比環境溫度高6(TCW上，智能功率模塊100長期工作在高 溫環境下，會造成其性能衰減嚴重，并縮短其使用壽命。
[0026] 而如果上下橋臂都是用柵氧厚度較厚的IGBT管，雖然上下橋臂的IGBT管的開關 速度匹配，但是整體的開關特性還是低于柵氧厚度較薄的IGBT管，所W工作性能非常不理 未巨 ；山、〇
[0027] 因此，如何既能夠確保IGBT管具有較高開關速度，又能夠具有較高的安全性，避 免遭受靜電破壞，成為目前亟待解決的技術問題。

【發明內容】

[0028] 本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。
[0029] 為此，本發明的一個目的在于提出了一種靜電保護裝置。
[0030] 本發明的另一個目的在于提出了一種智能功率模塊。
[0031] 本發明的又一個目的在于提出了一種變頻家電。
[0032] 為實現上述目的，根據本發明的第一方面的實施例，提出了一種靜電保護裝置，包 括：狀態判斷模塊，連接至智能功率模塊，用于判斷所述智能功率模塊的電源供電狀況；連 接控制模塊，連接至所述狀態判斷模塊，用于在所述狀態判斷模塊判定所述電源供電狀況 為停止供電的情況下，斷開所述智能功率模塊中的任一IGBT管的柵極與所述智能功率模 塊中的驅動芯片上對應的輸出端的連接，W及在所述狀態判斷模塊判定所述電源供電狀況 為正常供電的情況下，恢復所述任一IGBT管的柵極與所述驅動芯片上對應的輸出端的連 接。
[0033]在該技術方案中，由于當智能功率模塊處于工作狀態時，電路上的電荷處于動態 的流通狀態，因而不會產生靜電沖擊；而當智能功率模塊處于非工作狀態時，由于電荷無法 流通，則大量的靜電電荷可能導致對IGBT管的破壞。
[0034] 因此，通過對智能功率模塊的電源供電狀況的判斷，就能夠了解電路中的電荷流 通情況，從而在智能功率模塊的電源停止供電時，通過對IGBT管的及時保護，W避免受到 靜電沖擊的破壞和影響。
[0035] 同時，通過在智能功率模塊的電源停止供電時，及時斷開IGBT管的柵極與驅動芯 片上對應端口的連接，使得該IGBT管的柵極相當于處于息空狀態，則靜電電荷無法通過 IGBT管的柵極和發射極，也就無法造成對IGBT管的破壞，從而有效避免了高壓靜電對IGBT 管的擊穿風險。
[0036] 另外，根據本發明上述實施例的靜電保護裝置，還可W具有如下附加的技術特 征：
[0037] 根據本發明的一個實施例，優選地，所述狀態判斷模塊包括；第一端，連接至所述 任一IGBT管對應的供電端，檢測對應于所述任一IGBT管的供電電壓；第二端，連接至所述 任一IGBT