全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊，其具有高可靠性。全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置按照使第2功率晶體管和第4功率晶體管接通并使電流流過由第2功率晶體管和第4功率晶體管構(gòu)成的路徑的第1模式、使第4功率晶體管接通并使電流流過由第1功率晶體管、第4功率晶體管和負(fù)載構(gòu)成的路徑的第3模式以及使第2功率晶體管接通并使電流流過由第2功率晶體管、第3功率晶體管和負(fù)載構(gòu)成的路徑的第4模式，驅(qū)動(dòng)所述全橋電路。
【專利說明】全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和包括全橋電路的功率模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]全橋電路由于由4個(gè)功率晶體管以H型連線而成，因而也稱為H橋電路，在電力轉(zhuǎn)換裝置或者電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中進(jìn)行了利用。例如東芝TB6562ANG/AFG是當(dāng)前市銷的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置之一，是將2組全橋電路和它們的控制電路被密封在一個(gè)樹脂密封體內(nèi)而成的功率模塊。并且，這樣的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中的與恒電流驅(qū)動(dòng)有關(guān)的技術(shù)在專利文獻(xiàn)I中作了描述。
[0003]圖6是專利文獻(xiàn)I記載的全橋電路的動(dòng)作說明圖，箭頭表示各期間中的電流流動(dòng)。第I至第4功率晶體管M1、M2、M3、M4以H型連線，在第I和第2功率晶體管Ml和M2的連接點(diǎn)與第3和第4功率晶體管M3和M4的連接點(diǎn)之間連接有第I繞組LI。首先，如圖6的(a)所示，第2和第4功率晶體管M2、M4接通，電流流過由M2、M4、LI構(gòu)成的路徑(第I模式)。接著，如圖6的(b)所示，第2和第4功率晶體管M2、M4斷開，電流流過由M1、M3、L1構(gòu)成的路徑(第2模式)。接著，如圖6的(c)所示，第4功率晶體管M4再次接通，電流流過由M1、M4、L1構(gòu)成的路徑(第3模式)。以往的全橋電路通過以上那樣的動(dòng)作重復(fù)，可以將流過繞組LI的電流控制為大致一定。
[0004]【專利文獻(xiàn)I】日本特開2002- 204150號(hào)公報(bào)
[0005]另外，全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置以及包括全橋電路的功率模塊由于部件數(shù)量多而具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因而要求提高其可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種具有高可靠性的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，一種全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其用于驅(qū)動(dòng)全橋電路，該全橋電路由第I功率晶體管、第2功率晶體管、第3功率晶體管和第4功率晶體管構(gòu)成，該驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，按照第I模式、第3模式和第4模式來驅(qū)動(dòng)所述全橋電路，其中，在該第I模式下，使所述第2功率晶體管和所述第4功率晶體管接通，使電流流過由所述第2功率晶體管、所述第4功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑，在該第3模式下，使所述第4功率晶體管接通，使電流流過由所述第I功率晶體管、所述第4功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑，在該第4模式下，使所述第2功率晶體管接通，使電流流過由所述第2功率晶體管、所述第3功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有高可靠性的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是示出具有本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的功率模塊的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0010]圖2是示出具有本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的功率模塊的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖3是具有本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的功率模塊的動(dòng)作說明圖。
[0012]圖4是示出本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的流程圖。
[0013]圖5是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的流程圖。
[0014]圖6是專利文獻(xiàn)I記載的全橋電路的動(dòng)作說明圖。
[0015]標(biāo)號(hào)說明
[0016]10:第I全橋電路；20:第2全橋電路；100:功率模塊；M1:第I功率晶體管；M2:第2功率晶體管；M3:第3功率晶體管；M4 --第4功率晶體管；M5:第5功率晶體管；M6 --第6功率晶體管；M7 --第7功率晶體管；M8:第8功率晶體管；MIC:驅(qū)動(dòng)裝置；L1:第I繞組；L2:第2繞組；Rsl:第I檢測(cè)電阻；Rs2 --第2檢測(cè)電阻。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下的附圖記載中，對(duì)相同或類似的部分附上相同或類似的標(biāo)號(hào)。不過，應(yīng)注意的是，附圖是示意圖。并且，以下所示的實(shí)施方式例示出用于使本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的裝置和方法，本發(fā)明的實(shí)施方式并不將構(gòu)成部件的結(jié)構(gòu)、配置等限定于下述內(nèi)容。本發(fā)明的實(shí)施方式可以在權(quán)利要求范圍內(nèi)施加各種變更。
[0018](第I實(shí)施方式)
[0019]圖1和圖2是示出具有本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的功率模塊的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。具有本實(shí)施方式的全橋電路的功率模塊100具有:由第I功率晶體管Ml、第2功率晶體管M2、第3功率晶體管M3和第4功率晶體管M4構(gòu)成的第I全橋電路10 ;由第5功率晶體管M5、第6功率晶體管M6、第7功率晶體管M7和第8功率晶體管M8構(gòu)成的第2全橋電路20 ；以及用于驅(qū)動(dòng)第I和第2全橋電路10、20的驅(qū)動(dòng)裝置MIC。另外，功率模塊100由第I和第2全橋電路10、20中至少任意一個(gè)組的全橋電路組成。
[0020]第I至第8功率晶體管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8分別由功率MOSFET構(gòu)成，該功率MOSFET具有漏極端子(高壓側(cè)端子)、源極端子(低壓側(cè)端子)和柵極端子(控制端子)，且具有可以使電流從源極端子向漏極端子流過的寄生二極管。
[0021]在第I全橋電路10中，第2和第3功率晶體管M2、M3的漏極端子與電動(dòng)機(jī)電源連接。第2功率晶體管M2的源極端子與第I功率晶體管Ml的漏極端子連接，第3功率晶體管M3的源極端子與第4功率晶體管M4的漏極端子連接。第I和第4功率晶體管M1、M4的源極端子經(jīng)由第I檢測(cè)電阻Rsl接地。第I和第2功率晶體管M1、M2的連接點(diǎn)是功率模塊100的第I輸出端子，與作為負(fù)載的第I繞組LI的一端連接。第3和第4功率晶體管M3、M4的連接點(diǎn)是功率模塊100的第2輸出端子，與作為負(fù)載的第I繞組LI的另一端連接。即，第I至第4功率晶體管Ml、M2、M3、M4以H型連線，構(gòu)成第I全橋電路10。
[0022]在第2全橋電路20中，第6和第7功率晶體管M6、M7的漏極端子與電動(dòng)機(jī)電源連接。第6功率晶體管M6的源極端子與第5功率晶體管M5的漏極端子連接，第7功率晶體管M7的源極端子與第8功率晶體管M8的漏極端子連接。第5和第8功率晶體管M5、M8的源極端子經(jīng)由第2檢測(cè)電阻Rs2接地。第5和第6功率晶體管M5、M6的連接點(diǎn)是功率模塊100的第3輸出端子，與作為負(fù)載的第2繞組L2的一端連接。第7和第8功率晶體管M7、M8的連接點(diǎn)是功率模塊100的第4輸出端子，與作為負(fù)載的第2繞組L2的另一端連接。即，第5至第8功率晶體管M5、M6、M7、M8以H型連線，構(gòu)成第2全橋電路20。
[0023]驅(qū)動(dòng)裝置MIC至少與第I至第8功率晶體管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8的各柵極端子、和檢測(cè)流過第I和第2全橋電路10、20的電流的第I和第2檢測(cè)電阻Rsl、Rs2連接。并且，驅(qū)動(dòng)裝置MIC也與功率模塊100的第I至第4輸出端子連接，使各功率晶體管接通斷開以將流過各全橋電路的電流控制為規(guī)定的值。
[0024]本實(shí)施方式的功率模塊100具有:第I至第8功率晶體管Ml、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、驅(qū)動(dòng)裝置MIC、多個(gè)內(nèi)引線IL、多個(gè)外引線OL以及樹脂封裝MR。各功率晶體管、驅(qū)動(dòng)裝置MIC和多個(gè)內(nèi)引線IL使用樹脂封裝MR來密封，經(jīng)由多個(gè)外引線OL被導(dǎo)出到樹脂封裝MR的外部。
[0025]各功率晶體管和驅(qū)動(dòng)裝置MIC載置在多個(gè)內(nèi)引線IL上，使用未圖示的金屬線相互連接。第I功率晶體管Ml載置在第I內(nèi)引線上，第2和第3功率晶體管M2、M3載置在第2內(nèi)引線上，第4功率晶體管M4載置在第3內(nèi)引線上。第5功率晶體管M5載置在第4內(nèi)引線上，第6和第7功率晶體管M6、M7載置在第5內(nèi)引線上，第8功率晶體管M8載置在第6內(nèi)引線上。并且，驅(qū)動(dòng)裝置MIC載置在第7內(nèi)引線上。第I和第4內(nèi)引線從樹脂封裝MR的第I側(cè)面(圖2中的上側(cè)面)被導(dǎo)出，第3和第6內(nèi)引線從樹脂封裝MR的第2側(cè)面(圖2中的下側(cè)面)被導(dǎo)出，第2、第5和第7內(nèi)引線從樹脂封裝MR的第I和第2側(cè)面被導(dǎo)出。
[0026]圖3是具有本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的功率模塊的動(dòng)作說明圖，圖中的箭頭表示電流流動(dòng)的路徑。并且，圖4是示出本發(fā)明的第I實(shí)施方式的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的流程圖。另外，第I全橋電路10的基本動(dòng)作與第2全橋電路20的基本動(dòng)作相同，因而這里僅對(duì)第I全橋電路10進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC至少按照第I至第4模式(動(dòng)作狀態(tài))來驅(qū)動(dòng)第I和第2全橋電路10、20。
[0027]首先，如圖3的(a)所示，驅(qū)動(dòng)裝置MIC按照第I模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。第2和第4功率晶體管M2、M4接通，第I和第3功率晶體管Ml、M3斷開，電流流過由M2、M4、LI構(gòu)成的路徑。在第I模式下，流過第I繞組LI的電流隨著時(shí)間經(jīng)過而增加。
[0028]然后，如圖3的(b)所示，驅(qū)動(dòng)裝置MIC按照第2模式(再生模式)來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。至少第2和第4功率晶體管M2、M4斷開，電流流過由M1、M3、L1構(gòu)成的路徑。當(dāng)?shù)贗和第3功率晶體管Ml、M3斷開時(shí)，上述電流流過第I和第3功率晶體管Ml、M3的寄生二極管，當(dāng)?shù)贗和第3功率晶體管M1、M3接通時(shí)，上述電流流過第I和第3功率晶體管Ml、M3的溝道。在第2模式下，流過第I繞組LI的電流隨著時(shí)間經(jīng)過而減少。
[0029]然后，如圖3的(C)所示，驅(qū)動(dòng)裝置MIC按照第3模式(低側(cè)衰減模式)來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。第4功率晶體管M4接通，至少第2和第3功率晶體管M2、M3斷開，電流流過由M1、M4、L1構(gòu)成的路徑。當(dāng)?shù)贗功率晶體管Ml斷開時(shí)，上述電流流過第I功率晶體管Ml的寄生二極管，當(dāng)?shù)贗功率晶體管Ml接通時(shí)，上述電流流過第I功率晶體管Ml的溝道。在第3模式下，流過第I繞組LI的電流隨著時(shí)間經(jīng)過，與第2模式相比緩慢減少。另外，驅(qū)動(dòng)裝置MIC可以在第I模式后不經(jīng)過第2模式而按照第3模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10，也可以在第3模式之后按照第2模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。
[0030]然后，再次經(jīng)過按照第I模式和第2模式進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)，如圖3的(d)所示，驅(qū)動(dòng)裝置MIC按照第4模式(高側(cè)衰減模式)來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。第2功率晶體管M2接通，至少第I和第4功率晶體管M1、M4斷開，電流流過由M2、M3、L1構(gòu)成的路徑。當(dāng)?shù)?功率晶體管M3斷開時(shí)，上述電流流過第3功率晶體管M3的寄生二極管，當(dāng)?shù)?功率晶體管M3接通時(shí)，上述電流流過第3功率晶體管M3的溝道。在第4模式下，流過第I繞組LI的電流隨著時(shí)間經(jīng)過，與第2模式相比緩慢減少。另外，驅(qū)動(dòng)裝置MIC可以在第I模式后不經(jīng)過第2模式而按照第4模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10，也可以在第4模式之后按照第2模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。
[0031]本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC通過如上所述重復(fù)切換第I至第4模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10，可以將流過第I繞組LI的電流控制為規(guī)定的值。
[0032]并且，本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC通過如上所述交替地實(shí)施按照第3模式的衰減和按照第4模式的衰減，可以減小電流流過各功率晶體管的時(shí)間的偏差。因此，本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC可以抑制伴隨通電時(shí)間的偏差的功率晶體管的發(fā)熱和破壞的發(fā)生，可以提供具有高可靠性的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊。
[0033]特別是，如在對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行恒電流控制的情況下那樣按照衰減模式(第3和第4模式)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的情況下，特定的功率晶體管的通電時(shí)間變長(zhǎng)，因而本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC的效果大。
[0034]并且，載置有在第3模式下電流流過的第I和第4功率晶體管Ml、M4的內(nèi)引線分別從樹脂封裝MR的不同側(cè)面被導(dǎo)出，載置有在第4模式下電流流過的第2和第3功率晶體管M2、M3的內(nèi)引線分別從樹脂封裝MR的不同側(cè)面被導(dǎo)出。因此，本實(shí)施方式的功率晶體管100可以有效地分散功率晶體管的發(fā)熱，可以提供具有高可靠性的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊。
[0035](第2實(shí)施方式)
[0036]圖5是示出本發(fā)明的第2實(shí)施方式的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的流程圖。本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC將第I和第4功率晶體管Ml、M4的溫度和第2和第3功率晶體管M2、M3的溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果選擇性地實(shí)施按照第3模式的衰減和按照第4模式的衰減。詳細(xì)地說，在按照第I模式來驅(qū)動(dòng)了第I全橋電路10之后，驅(qū)動(dòng)裝置MIC將各功率晶體管的溫度或者載置有功率晶體管的內(nèi)引線IL的溫度進(jìn)行比較，選擇動(dòng)作模式以使功率晶體管100內(nèi)的溫度分布變得均勻。另外，可以在第3模式和第4模式之前或之后按照第2模式來驅(qū)動(dòng)第I全橋電路10。
[0037]本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置MIC通過選擇性地實(shí)施按照第3模式的衰減和按照第4模式的衰減以控制功率模塊100內(nèi)的溫度偏差，可以抑制功率晶體管的發(fā)熱和破壞的發(fā)生，可以提供具有高可靠性的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置和功率模塊。
[0038]如上所述，本發(fā)明使用實(shí)施方式作了描述，然而不應(yīng)理解為，形成該公開的一部分的論述和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。從該公開中，顯然對(duì)本領(lǐng)域人員來說，可以各種替代實(shí)施方式、實(shí)施例和運(yùn)用技術(shù)。即，本發(fā)明當(dāng)然包含在此未記載的各種實(shí)施方式等。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍從上述說明中僅由妥當(dāng)?shù)臋?quán)利要求范圍的發(fā)明特定事項(xiàng)來決定。例如，功率晶體管可以是由P溝道型MOSFET、IGBT或者雙極型晶體管構(gòu)成的分立元件，也可以是與驅(qū)動(dòng)裝置形成在同一芯片上的晶體管元件。并且，第I至第4模式是使同一方向的電流流過第I繞組LI的模式，然而驅(qū)動(dòng)裝置可以按照使與其相反方向的電流流過的另一模式來驅(qū)動(dòng)全橋電路。
【權(quán)利要求】
1.一種全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其用于驅(qū)動(dòng)全橋電路，該全橋電路由第I功率晶體管、第2功率晶體管、第3功率晶體管和第4功率晶體管構(gòu)成， 該驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，按照第I模式、第3模式和第4模式來驅(qū)動(dòng)所述全橋電路，其中，在該第I模式下，使所述第2功率晶體管和所述第4功率晶體管接通，使電流流過由所述第2功率晶體管、所述第4功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑，在該第3模式下，使所述第4功率晶體管接通，使電流流過由所述第I功率晶體管、所述第4功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑，在該第4模式下，使所述第2功率晶體管接通，使電流流過由所述第2功率晶體管、所述第3功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，根據(jù)規(guī)定的條件切換所述第3模式和所述第4模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)裝置具有第2模式，在該第2模式下，使電流流過由所述第I功率晶體管、所述第3功率晶體管和所述負(fù)載構(gòu)成的路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述負(fù)載是電動(dòng)機(jī)繞組。
5.一種功率模塊，其特征在于，所述功率模塊具有:由第I功率晶體管、第2功率晶體管、第3功率晶體管和第4功率晶體管構(gòu)成的全橋電路；以及權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的全橋電路的驅(qū)動(dòng)裝置。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK104242607SQ201410242519
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】高橋一裕, 政所隆大, 飯塚侑 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社