智能功率模塊的控制電路、智能功率模塊及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能功率模塊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種小型化和低成本化的智能功率模塊的控制電路、智能功率模塊以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊(IPM，Intelligent Power Module)是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動類產(chǎn)品。智能功率模塊把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動電路集成在一起，并內(nèi)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(qū)動后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測信號送回MClL智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動電機的變頻器及各種逆變電源。
[0003]參照圖1 (A)、圖1 (B)、圖1 (C)、圖1 (D)和圖1 (E)，圖1 (A)是現(xiàn)有的智能功率模塊的電路圖，圖1(B)是現(xiàn)有的智能功率模塊的俯視圖，圖1(C)是圖1(B)去除樹脂后的示意圖，圖1(D)是圖1(B)的X-X’線的截面圖，圖1(E)是現(xiàn)有的智能功率模塊安裝在鋁散熱器上的示意圖。
[0004]現(xiàn)行智能功率模塊100包括:電路基板206 ;設(shè)于所述電路基板206表面上的絕緣層207上形成的所述電路布線208 ;被固定在所述電路布線208上的所述IGBT管121?127、所述FRD管111?118、所述HVIC管101等元器件；連接元器件和所述電路布線208的金屬線205 ;與所述電路布線208連接的引腳201 ;所述電路基板206的至少一面被密封樹脂202密封，為了提高密封性，會將電路基板206全部密封，為了提高散熱性，會使所述鋁基板206的背面露出到外部的狀態(tài)下進行密封。
[0005]從圖1 (C)可以看出，現(xiàn)行的智能功率模塊由I枚HVIC管控制7枚IGBT管，導致走線很長，線路間容易造成干擾，并且，由于從HVIC管到6枚U、V、W相的IGBT管的距離不一致，導致6枚IGBT管的信號傳輸一致性難以控制，而所述HVIC管101控制所述IGBT管127的線距較長，也導致所述IGBT管127高速切換時的延遲和上升沿、下降沿都較緩。
[0006]此外，因為基板上的電路布線過多勢必增加基板的面積，導致現(xiàn)行智能功率模塊的面積加大，增加了智能功率模塊的制造成本，影響了智能功率模塊在低端領(lǐng)域的普及。另夕卜，由于需要留出電路布線面積，導致元器件間距離較大，通過金屬線使元器件間產(chǎn)生連接的邦線較長，影響了邦線的可靠性，并且有在模制過程中有引起沖線的風險。
[0007]并且，由于現(xiàn)行智能功率模塊的結(jié)構(gòu)造成的分布電感、電容較大，造成開關(guān)損耗很高，現(xiàn)行智能功率模塊實際工作時發(fā)熱非常嚴重，所以需要厚重的電路基板206作為散熱器幫助所述IGBT管及FRD管散熱，對于功率較大的應用場合，如驅(qū)動變頻空調(diào)壓縮機的場合，如圖1(E)所示，在所述電路基板106上還需外接更大的鋁散熱器220，增加了智能功率模塊的材料成本、運輸成本和應用成本，阻礙了智能功率模塊的普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的在于提供一種智能功率模塊的控制電路，以減少功率模塊的體積，并降低功率模塊的成本，此外，本發(fā)明的另一目的還在于提出一種體積小、成本低且具有良好散熱效果的包括上述控制電路的智能功率模塊及其制造方法。
[0009]為了達到上述目的，本發(fā)明提出一種智能功率模塊的控制電路，包括三個上橋臂功率器件和三個下橋臂功率器件，以及分別與所述三個上橋臂功率器件對應連接的U相高壓驅(qū)動集成管、V相高壓驅(qū)動集成管、W相高壓驅(qū)動集成管，和分別與所述三個下橋臂功率器件對應連接的U相低壓驅(qū)動集成管、V相低壓驅(qū)動集成管、W相低壓驅(qū)動集成管；所述控制電路還包括功率因數(shù)校正電路，所述功率因數(shù)校正電路分別與所述U、V、W相高壓驅(qū)動集成管和所述U、V、W三相低壓驅(qū)動集成管相連。
[0010]優(yōu)選地，所述三個上橋臂功率器件分別為第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件，所述三個下橋臂功率器件分別為第四功率器件、第五功率器件、第六功率器件；
[0011]所述第一功率器件包括第一 IGBT管和第一 FRD管，所述第二功率器件包括第二IGBT管和第二 FRD管，所述第三功率器件包括第三IGBT管和第三FRD管，所述第四功率器件包括第四IGBT管和第四FRD管，所述第五功率器件包括第五IGBT管和第五FRD管，所述第六功率器件包括第六IGBT管和第六FRD管；
[0012]所述U、V、W三相高壓驅(qū)動集成管包括電源端、輸入端、輸出端、高壓電源正端、高壓電源負端和接地端，所述U、V、W三相低壓驅(qū)動集成管和所述低壓驅(qū)動集成管包括電源端、輸入端、輸出端和接地端，所述功率因數(shù)校正電路包括電源端和接地端；
[0013]所述U、V、W三相高壓驅(qū)動管的輸入端分別作為所述智能功率模塊的U、V、W三相上橋臂輸入端；所述U、V、W三相低壓驅(qū)動管的輸入端分別作為所述智能功率模塊的U、V、W三相下橋臂輸入端；
[0014]所述U、V、W三相高壓驅(qū)動管和所述U、V、W三相低壓驅(qū)動集成管的電源端與所述功率因數(shù)校正電路的電源端相連并作為所述智能功率模塊的低壓區(qū)供電電源的正端，所述u、v、w三相高壓驅(qū)動管和所述u、v、w三相低壓驅(qū)動集成管的接地端與所述功率因數(shù)校正電路的接地端相連作為所述智能功率模塊的低壓區(qū)供電電源的負端，所述U、V、W三相高壓驅(qū)動管的高壓電源正端分別作為所述智能功率模塊的U、V、W三相高壓區(qū)供電電源的正端；
[0015]所述U相高壓驅(qū)動集成管的輸出端與所述第一 IGBT管的柵極相連，所述U相高壓驅(qū)動集成管的高壓電源負端與所述第一 IGBT管的射極、所述第一 FRD管的陽極、所述第四IGBT管的集電極、所述第四FRD管的陰極相連，并作為所述智能功率模塊的U相高壓區(qū)供電電源的負端；所述V相高壓驅(qū)動集成管的輸出端與所述第二 IGBT管的柵極相連，所述V相高壓驅(qū)動集成管的高壓電源負端與所述第二 IGBT管的射極、所述第二 FRD管的陽極、所述第五IGBT管的集電極、所述第五FRD管的陰極相連，并作為所述智能功率模塊的V相高壓區(qū)供電電源的負端；所述W相高壓驅(qū)動集成管的輸出端與所述第三IGBT管的柵極相連，所述W相高壓驅(qū)動集成管的高壓電源負端與所述第三IGBT管的射極、所述第三FRD管的陽極、所述第六IGBT管的集電極、所述第六FRD管的陰極相連，并作為所述智能功率模塊的W相高壓區(qū)供電電源的負端；
[0016]所述第一 IGBT管的集電極、所述第一 FRD管的陰極、所述第二 IGBT管的集電極、所述第二 FRD管的陰極、所述第三IGBT管的集電極、所述第三FRD管的陰極、所述高功率FRD管陰極相連，并作為所述智能功率模塊的高電壓輸入端；
[0017]所述U相低壓驅(qū)動集成管的輸出端與第四IGBT管的柵極相連，所述第四IGBT管的射極與所述第四FRD管的陽極相連，并作為所述智能功率模塊的U相低壓參考端，所述V相低壓驅(qū)動集成管的輸出端與第五IGBT管的柵極相連，所述第五IGBT管的射極與所述第五FRD管的陽極相連，并作為所述智能功率模塊的V相低壓參考端，所述W相低壓驅(qū)動集成管的輸出端與第六IGBT管的柵極相連，所述第六IGBT管的射極與所述第六FRD管的陽極相連，并作為所述智能功率模塊的W相低壓參考端。
[0018]優(yōu)選地，所述功率因數(shù)校正電路包括一高速IGBT管、一高功率FRD管、一小功率FRD管和第一低壓驅(qū)動集成管；
[0019]所述第一低壓驅(qū)動集成管包括輸入端、輸出端、電源端和接地端；
[0020]所述第一低壓驅(qū)動集成管的輸入端作為所述功率因數(shù)校正電路的輸入端；所述第一低壓驅(qū)動集成管的電源端作為所述功率因數(shù)校正電路的電源端，所述第一低壓驅(qū)動集成管的接地端作為所述功率因數(shù)校正電路的接地端；
[0021]所述第一低壓驅(qū)動集成管的輸入端與所述高速IGBT管的柵極相連，所述高速IGBT管的射極與所述小功率FRD管的陽極相連，所述高速IGBT管的集電極與所述小功率FRD管的陰極、所述高功率FRD管的陽極相連。
[0022]本發(fā)明還提出一種智能功率模塊，包括電路布線、金屬線和設(shè)置于所述電路布線上的功率元件，所述電路布線、所述金屬線和所述功率元件構(gòu)成所述智能功率模塊的控制電路。
[0023]優(yōu)選地，所述智能功率模塊還包括作為載體的紙質(zhì)散熱器，所述散熱器的一面作為正面覆蓋有絕緣層，所述電路布線設(shè)置在所述絕緣層上遠離所述散熱器的一面，所述散熱器的另一面作為背面，設(shè)置有用于散熱的皺褶，所述皺褶距所述散熱器的各邊緣的距離至少為1.5mm。
[0024]優(yōu)選地，所述智能功率模塊還包括配置在所述電路布線上的非功率元件和配置在所述功率模塊邊緣、與所述電路布線連接并向外延伸作為輸入輸出的引腳，所述電路布線、所述功率元件和非功率元件、所述金屬線，以及所述引腳與所述電路布線的連接部分由樹脂封裝。
[0025]優(yōu)選地，所述散熱器和所述皺褶均為濕式碳素復合材料功能紙，所述散熱器的厚度為1.5mm?2.5mm ;所述散熱器的厚度大于所述皺裙的厚度。
[0026]本發(fā)明還提出了一種上述智能功率模塊的制造方法，包括以下步驟:
[0027]形成紙質(zhì)散熱器，在所述散熱器的正面覆蓋絕緣層，在絕緣層表面形成電路布線；
[0028]在所述電路布線的表面裝配相應的IGBT管、FRD管和預先制成的引腳；
[0029]在所述IGBT管的射極位置安裝相應的高壓驅(qū)動集成管、低壓驅(qū)動集成管；
[0030]通過金屬線將所述IGBT管、所述FRD管、所述高壓驅(qū)動集成管、所述低壓驅(qū)動集成管以及所述電路布線連接形成相應的控制電路；
[0031]通過密封樹脂將所述散熱器的正面密封；
[0032]在所述散熱器的背面覆蓋預先制成的皺褶。