一種igbt模塊及其控制方法
【專利摘要】一種IGBT模塊及其控制方法，該IGBT模塊中對每個IGBT芯片設置電流檢測單元，通過對IGBT模塊中各個IGBT芯片輸出電流的監(jiān)控，起到精確控制IGBT輸出電流的效果，從而避免了IBGT模塊因電流輸出異常導致的IGBT芯片損壞問題。
【專利說明】一種IGBT模塊及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路的設計領域，尤其是一種具有電流檢測功能的IGBT模塊及 其控制方法。
【背景技術】
[0002]IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件， 其輸入極為M0SFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點，既具有MOSFET器 件驅(qū)動功率小和開關速度快的優(yōu)點，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點，其頻 率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力 電子技術中得到了越來越廣泛的應用，在較高頻率的大、中功率應用中占據(jù)了主導地位。
[0003]現(xiàn)有通常意義上的IGBT模塊均為具有單一功能的IGBT模塊，請參見圖1，圖1是 一種現(xiàn)有的IGBT模塊的電路示意圖。如圖所示，該IGBT模塊包括多個IGBT芯片，這些IGBT 芯片并聯(lián)連接，所有IGBT芯片的發(fā)射極e互連，集電極c互連、柵極g互連，再分別通過統(tǒng) 一的電極端子引出，構(gòu)成典型的IGBT模塊。這種IGBT模塊功能單一，并且缺少對輸出電流 的精確檢測，制約了其應用領域。
[0004]比如在現(xiàn)代變頻逆變領域中，需要模塊內(nèi)部具有各種監(jiān)控檢測功能，需要精確監(jiān) 控流過的電流，時時監(jiān)控模塊的電流通流能力，一旦模塊電流輸出出現(xiàn)故障，及時反饋給外 部控制電路，切斷模塊輸入電流，起到保護模塊的作用，普通的IGBT模塊在這種領域顯然 不合適，沒有電流檢測功能。
[0005]因此有必要設計一種新的IGBT模塊，使得IGBT模塊中增加電流的檢測功能，以克 服現(xiàn)有的IGBT模塊功能單一，應用范圍狹窄的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種新的IGBT模塊及其控制方法，主要應用于 需要全程精確監(jiān)控電流分布密度的變頻系統(tǒng)中，由于模塊內(nèi)部采用了電流檢測功能設計， 所以本發(fā)明完美的解決了模塊在使用過程中的全程電流監(jiān)控問題。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種IGBT模塊，包括復數(shù)個IGBT芯片，每兩個IGBT芯 片以半橋式連接組成一個半橋單元，各個半橋單元之間采取并聯(lián)連接，所述每個半橋單元 的橋臂上設有一個電流檢測單元。
[0008]優(yōu)選的，所有半橋單元中，位于上半橋的IGBT芯片的集電極、基極分別共連，形成 該IGBT模塊的共集電極和第一共基極，位于下半橋的IGBT芯片的發(fā)射極、基極分別共連， 形成該IGBT模塊的共發(fā)射極和第二共基極，上半橋IGBT芯片的發(fā)射極和下半橋IGBT芯片 的集電極組形成所述半橋單元的橋臂，該各個橋臂上的電流檢測單元共連，形成該IGBT模 塊的輸出端。
[0009]優(yōu)選的，該IGBT模塊還包括DBC板，多個電極，分流器，頂蓋，外殼，底板，其中所述 IGBT芯片設置在該DBC板上，所述共發(fā)射極、共集電極、第一共基極、第二共基極和輸出端分別連接在對應的電極上。
[0010]優(yōu)選的，所述電流檢測單元的兩端為電流監(jiān)測點，該電流監(jiān)測點上設有電流檢測 電路，用以獲知流經(jīng)該電流檢測單元的電流。
[0011]優(yōu)選的，所述IGBT模塊連接在一外部的保護電路上，所述電流檢測電路同時連接 在該保護電路上，當所述電流檢測電路檢測到電流檢測單元上的電流超出所在半橋模塊的 預設輸出電流時，所述保護電路向該IGBT模塊實施一保護措施。
[0012]優(yōu)選的，所述IGBT模塊連接在一外部驅(qū)動電路上，所述保護電路同時連接在該驅(qū) 動電路上，所述保護電路向該IGBT模塊實施的保護措施為控制所述驅(qū)動電路關斷該IGBT 模塊或降低對該IGBT模塊的輸入電流或輸入電壓。
[0013]同時，本發(fā)明還提出了一種上述的IBGT模塊的控制方法，包括如下步驟:
[0014]I)電流檢測電路檢測所述電流檢測單元的電流值，并向一預設值進行比較；
[0015]2)若檢測到的電流值小于所述預設值時，返回至步驟I);若檢測到的電流值大于 所述預設值時，向所述保護電路發(fā)出報警信號；
[0016]3 )所述保護電路根據(jù)該報警信號向所述驅(qū)動電路發(fā)出一控制信號，所述驅(qū)動電路 根據(jù)該控制信號，對IGBT模塊的驅(qū)動信號進行調(diào)整或關斷。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過對每個IGBT芯片設置電流檢測單元，對IGBT模塊中 各個IGBT芯片輸出電流的監(jiān)控，起到精確控制IGBT輸出電流的效果，從而避免了 IBGT模 塊因電流輸出異常導致的IGBT芯片損壞問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是一種現(xiàn)有的IGBT I旲塊的電路不意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明的IGBT模塊的電路示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的IGBT模塊的控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0022]正如【背景技術】中所述，在現(xiàn)有的IGBT模塊中，缺少對于IGBT芯片輸出電流的監(jiān) 控，導致現(xiàn)有的IGBT模塊功能單一，應用面狹窄。尤其是在變頻逆變領域，需要精確監(jiān)控 流過的電流，一旦模塊電流輸出出現(xiàn)故障，及時反饋給外部控制電路，對模塊采取一保護措 施，起到保護模塊的作用，然而現(xiàn)有的IGBT模塊在這種領域顯然不合適，沒有電流檢測功 倉泛。
[0023]因此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的問題，提出了一種新的IGBT模塊，該IGBT模 塊中對每個IGBT芯片設置電流檢測單元，通過對IGBT模塊中各個IGBT芯片輸出電流的監(jiān) 控，起到精確控制IGBT輸出電流的效果，從而避免了 IBGT模塊因電流輸出異常導致的IGBT 芯片損壞問題。
[0024]下面，將對本發(fā)明的具體技術方案做詳細描述。[0025]請參見圖2，圖2是本命的IGBT模塊的電路示意圖。如圖所示，在該IGBT模塊100 中，包括復數(shù)個IGBT芯片101，并以成對的形式，在每兩個IGBT芯片101中，以半橋式連接 組成一個半橋單元110，各個半橋單元100之間則采取并聯(lián)的方式連接，形成了本發(fā)明的總 的IGBT模塊。
[0026]對于上述形式的IGBT模塊而言，在用戶端使用的過程中，上下半橋可根據(jù)設計需 要分別控制開通關斷，提高了該IGBT模塊的應用靈活性。
[0027]所有的半橋單元110中，位于上半橋的IGBT芯片101的集電極C、柵極G分別共 連，形成該IGBT模塊100的共集電極Cl和第一共柵極G1，位于下半橋的IGBT芯片101的 發(fā)射極E、柵極G分別共連，形成該IGBT模塊100的共發(fā)射極El和第二共柵極G2。上半橋 IGBT芯片的發(fā)射極E和下半橋IGBT芯片的集電極C組形成所述半橋單元的橋臂。
[0028]其中，每個半橋單元110的橋臂上設有一個電流檢測單元120，該電流檢測單元主 要用來監(jiān)測每個半橋單元的輸出電流情況。并且該各個橋臂上的電流檢測單元共連，形成 該IGBT模塊的輸出端。
[0029]該電流檢測單元120比如是一個串聯(lián)在輸出端中的電阻元件?？紤]到在一些應用 場合中需要對該IGBT模組100的輸出電流做精確控制，因此該電流檢測單元120的電阻阻 值不易過大，較優(yōu)地，該電流檢測單元的阻值小于5毫歐。這樣一來在電流檢測單元上的功 率就會很小，便于監(jiān)控，同時根據(jù)IGBT模塊100功率等級的不同，其檢測值也不同，一般不 會超過10瓦，故外部保護反饋電路信號要求完全可以滿足，這樣模塊就可以起到實時監(jiān)控 整體模塊的電流流向功能，通過將監(jiān)測點與模塊外部保護電路連接，通過保護電路可以對 模塊進行電流保護，同時，由于該電流檢測單元110對橋臂上的每一個IGBT芯片都進行了 電流檢測能力的設計，這樣可以保證模塊外部驅(qū)動電路對模塊內(nèi)部每一個單獨的IGBT芯 片進行全程電流監(jiān)控，一旦某一個芯片電流輸出能力超出模塊設計要求，出現(xiàn)過流現(xiàn)象或 者其他不滿足模塊功能的現(xiàn)象時，通過外部電流保護電路可以及時切斷模塊主供電電源， 對模塊進行電流保護，避免模塊系統(tǒng)以及上層系統(tǒng)損壞。
[0030]具體地，電流檢測單元110的兩端為電流監(jiān)測點A-B，可以在電流監(jiān)測點上設有電 流檢測電路(圖中未示出)，用以獲知流經(jīng)該電流檢測單元的電流，同時對該電流的檢測值 進行一個比較和反饋。對于該電流檢測電路的具體安排，凡是具有電流測量能力和比較能 力的電路即可，并不需要做特別限定。
[0031 ] 通常會在IGBT模塊的外部連接有保護電路，此時可以將本發(fā)明中的電流檢測電 路與外部的保護電路進行集成，比如將電流檢測電路的信號輸出端連接在保護電路上，當 電流檢測電路檢測到電流檢測單元上的電流超出所在半橋模塊的預設輸出電流時，所述保 護電路向該IGBT模塊實施一保護措施。
[0032]進一步的，IGBT模塊100連接在一外部驅(qū)動電路上，此時可以讓保護電路同時連 接在該驅(qū)動電路上，保護電路向該IGBT |旲塊實施的保護措施為控制所述驅(qū)動電路關斷該 IGBT模塊或降低對該IGBT模塊的輸入電流或輸入電壓。
[0033]作為具體的產(chǎn)品，本發(fā)明的IGBT模塊除了上述的電路結(jié)構(gòu)特征外，還包括該IGBT 模塊產(chǎn)品應有的機械結(jié)構(gòu)特征。比如該IGBT模塊至少包括DBC板，多個電極，分流器，頂蓋， 外殼，底板，其中所述IGBT芯片設置在該DBC板上，所述共發(fā)射極、共集電極、第一共基極、 第二共基極和輸出端分別連接在對應的電極上。[0034]請參見圖3，圖3是本發(fā)明的IGBT模塊的控制方法流程圖，如圖所示，該控制方法 包括步驟:
[0035]I)電流檢測電路檢測所述電流檢測單元的電流值，并向一預設值進行比較；
[0036]2)若檢測到的電流值小于所述預設值時，返回至步驟I);若檢測到的電流值大于 所述預設值時，向所述保護電路發(fā)出報警信號；
[0037]3 )所述保護電路根據(jù)該報警信號向所述驅(qū)動電路發(fā)出一控制信號，所述驅(qū)動電路 根據(jù)該控制信號，對IGBT模塊的驅(qū)動信號進行調(diào)整或關斷。
[0038]綜上所述，本發(fā)明提出了一種IGBT模塊及其控制方法，該IGBT模塊中對每個IGBT 芯片設置電流檢測單元，通過對IGBT模塊中各個IGBT芯片輸出電流的監(jiān)控，起到精確控制 IGBT輸出電流的效果，從而避免模塊系統(tǒng)以及上層系統(tǒng)損壞。
[0039]對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的 最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種IGBT模塊，其特征在于:包括復數(shù)個IGBT芯片，每兩個IGBT芯片以半橋式連接組成一個半橋單元，各個半橋單元之間采取并聯(lián)連接，所述每個半橋單元的橋臂上設有一個電流檢測單元。
2.如權利要求1所述的IGBT模塊，其特征在于:所有半橋單元中，位于上半橋的IGBT 芯片的集電極、基極分別共連，形成該IGBT模塊的共集電極和第一共基極，位于下半橋的 IGBT芯片的發(fā)射極、基極分別共連，形成該IGBT模塊的共發(fā)射極和第二共基極，上半橋 IGBT芯片的發(fā)射極和下半橋IGBT芯片的集電極組形成所述半橋單元的橋臂，該各個橋臂上的電流檢測單元共連，形成該IGBT模塊的輸出端。
3.如權利要求1所述的IGBT模塊，其特征在于:該IGBT模塊還包括DBC板，多個電極， 分流器，頂蓋，外殼，底板，其中所述IGBT芯片設置在該DBC板上，所述共發(fā)射極、共集電極、 第一共基極、第二共基極和輸出端分別連接在對應的電極上。
4.如權利要求1所述的IGBT模塊，其特征在于:所述電流檢測單元的兩端為電流監(jiān)測點，該電流監(jiān)測點上設有電流檢測電路，用以獲知流經(jīng)該電流檢測單元的電流。
5.如權利要求4所述的IGBT模塊，其特征在于:所述IGBT模塊連接在一外部的保護電路上，所述電流檢測電路同時連接在該保護電路上，當所述電流檢測電路檢測到電流檢測單元上的電流超出所在半橋模塊的預設輸出電流時，所述保護電路向該IGBT模塊實施一保護措施。
6.如權利要求5所述的IGBT模塊，其特征在于:所述IGBT模塊連接在一外部驅(qū)動電路上，所述保護電路同時連接在該驅(qū)動電路上，所述保護電路向該IGBT模塊實施的保護措施為控制所述驅(qū)動電路關斷該IGBT模塊或降低對該IGBT模塊的輸入電流或輸入電壓。
7.—種如權利要求1-6任意一項所述迆IBGT模塊的控制方法,其特征在于,包括如下步驟:，1)電流檢測電路檢測所述電流 檢測單元的電流值，并向一預設值進行比較；，2)若檢測到的電流值小于所 述預設值時，返回至步驟I);若檢測到的電流值大于所述預設值時，向所述保護電路發(fā)出報警信號；，3 )所述保護電路根據(jù)該報警信號向所述驅(qū)動電路發(fā)出一控制信號，所述驅(qū)動電路根據(jù)該控制信號，對IGBT模塊的驅(qū)動信號進行調(diào)整或關斷。
【文檔編號】H02M1/00GK103607102SQ201310648929
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權日:2013年12月4日
【發(fā)明者】李先亮 申請人:西安永電電氣有限責任公司