[发明专利]用于电机驱动的集成功率模块和智能功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及集成半导体技术领域，更具体地，涉及一种用于电机驱动的集成功率模块及智能功率模块。

背景技术

在电机驱动应用中，可以采用电机驱动电路从直流电源产生三相的驱动电压，用于向三相电机供电。现有的电机驱动电路包括控制芯片、多个栅极驱动芯片、以及由多个晶体管组成的全桥电路。随着人们对于芯片高集成、小型化的需求，已经将电机驱动电路形成集成功率模块，以实现电机控制和功率驱动一体化。

图1和2分别示出根据现有技术的集成功率模块的示意性电路图和内部透视图。如图1所示，现有的电机驱动电路包括电机控制专用芯片A1、第一至第三栅极驱动芯片U1至U3、以及第一至第三高侧晶体管Q11、Q21和Q31、第一至第三低侧晶体管Q12、Q22和Q32。电机控制专用芯片A1用于产生预定相位差的逻辑控制信号。第一栅极驱动芯片U1用于产生控制信号，用于控制串联连接的第一高侧晶体管Q11和第一低侧晶体管Q12的导通状态，在二者的中间节点U产生随时间周期性变化的U相输出信号。类似地，在第二高侧晶体管Q21和第二低侧晶体管Q22的中间节点V产生V相输出信号，以及在第三高侧晶体管Q31和第三低侧晶体管Q32的中间节点W产生W相输出信号。

栅极驱动芯片如图2所示，集成功率模块100将控制芯片、栅极驱动芯片和晶体管安装在同一个引线框上。在集成功率模块100中，第一至第三高侧晶体管Q11、Q21、Q31和第一至第三低侧晶体管Q12、Q22、Q32沿横向并列设置于独立的焊芯垫上。由于焊芯垫之间需要留有安全距离，晶体管横向上的尺寸受到限制。栅极驱动芯片第一至第三栅极驱动芯片U1至U3和电机控制专用芯片A1的位置选择大大占用了纵向空间，进一步使得晶体管纵向的尺寸也受到了限制。由于晶体管的尺寸受到限制，因此集成功率模块100的输出功率也受到限制。进一步地，在集成功率模块100中，第一至第三低侧晶体管Q12、Q22、Q32的源极均连接至同一管脚PGND，在系统应用上只能应用于单电阻采样，无法应用扩展或升级。

此外，集成功率模块100中的芯片数量多达4个。芯片之间采用引线连接，因此，在集成功率模块100内部，引线数量多、乱、杂、长，封装时容易受到应力发生引线弯曲、短路、塌陷、漏引线、引线断裂等问题，使得模块生产的不良率增加，生产成本增高。高压管脚与低压管脚设置混乱，增加了外围PCB走线的复杂程度。

此外，现有技术提供的集成功率模块100中的栅极驱动芯片第一至第三栅极驱动芯片U1至U3中包括自举二极管，由于生产工艺的限制，自举电阻的阻值在300Ω左右，高于一般模块十几倍，可能会导致系统启动不良或变慢，影响系统性能。

进一步地，该集成功率模块100中的栅极驱动芯片第一至第三栅极驱动芯片U1至U3没有集成过流保护、过温保护、FO报警等功能，使得该集成功率模块100的布局设计无法用来重复封装成不内置电机控制专用芯片A1的集成功率模块，如额外增加低压栅极驱动模块，其管脚引线又会非常困难。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种集成功率模块，其可在实现小体积封装模块的低成本、多管脚布局的基础上实现大功率以及可扩展功能的智能功率模块。

根据本发明的第一方面，提供一种用于电机驱动的集成功率模块，其特征在于，包括：引线框架，所述引线框架具有多个管芯垫和多个管脚；以及固定在所述多个管芯垫上的多个高侧晶体管和多个低侧晶体管、第一栅极驱动芯片、第二栅极驱动芯片和辅助模块；其中，所述第一栅极驱动芯片用于为所述多个高侧晶体管提供栅极驱动信号，所述第二栅极驱动芯片用于为所述多个低侧晶体管提供栅极驱动信号并且包括电机控制专用芯片的功能并且包括电机控制专用芯片的功能，所述辅助模块布置在所述第一栅极驱动芯片和所述第二栅极驱动芯片之间。

优选地，所述第二栅极驱动芯片包括电机控制专用模块和低压栅极驱动模块，所述第二栅极驱动芯片包括第一至第三组管脚，第一组管脚用于提供低侧栅极驱动信号，第二组管脚用于提供高侧栅极控制信号、模拟信号和I/O信号，第三组管脚用于接收霍尔信号。

优选地，所述电机控制专用模块及经由所述第二组管脚和所述第二栅极驱动芯片外部的引线向所述第一栅极驱动芯片提供高侧栅极控制信号，经由所述第三组管脚和所述第二栅极驱动芯片外部的引线从所述集成功率模块的外部获取霍尔信号，以经由所述第二栅极驱动芯片内部的布线向所述低压栅极驱动模块提供低侧栅极控制信号。