CN103944370A - 断电保护装置、智能功率模块和变频家电 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断电保护装置、一种智能功率模块和一种变频家电。其中，所述断电保护装置，包括：自适应放电组件，并联至智能功率模块中任一IGBT管，用于在所述智能功率模块正常工作时，切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流，以及在所述智能功率模块停止工作时，切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路。通过本发明的技术方案，可以在智能功率模块停止工作时，自适应放电组件与外接电容形成放电回路，迅速使外接电容的电荷得到释放，避免外接电容储能造成的安全隐患。

Description

断电保护装置、智能功率模块和变频家电

技术领域

本发明涉及功耗控制技术领域，具体而言，涉及一种断电保护装置、一种智能功率模块和一种变频家电。

背景技术

智能功率模块，即IPM（Intelligent Power Module），是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统的分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是应用于变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电的一种理想电力电子器件。

在相关技术中，智能功率模块100的电路结构如图1所示：

HVIC管1000的VCC端作为所述智能功率模块100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V；在所述HVIC管1000内部有自举电路。

所述HVIC管1000的HIN1端作为所述智能功率模块100的U相上桥臂输入端UHIN；所述HVIC管1000的HIN2端作为所述智能功率模块100的V相上桥臂输入端VHIN；所述HVIC管1000的HIN3端作为所述智能功率模块100的W相上桥臂输入端WHIN；所述HVIC管1000的LIN1端作为所述智能功率模块100的U相下桥臂输入端ULIN；所述HVIC管1000的LIN2端作为所述智能功率模块100的V相下桥臂输入端VLIN；所述HVIC管1000的LIN3端作为所述智能功率模块100的W相下桥臂输入端WLIN；在此，所述智能功率模块100的U、V、W三相的六路输入接收0V或5V的输入信号。

所述HVIC管1000的GND端作为所述智能功率模块100的低压区供电电源负端COM。

所述HVIC管1000的VB1端在所述HVIC管1000外部连接电容133的一端，并作为所述智能功率模块100的U相高压区供电电源正端UVB；所述HVIC管1000的HO1端在所述HVIC管1000外部与U相上桥臂IGBT管121的栅极相连；所述HVIC管1000的VS1端在所述HVIC管1000外部与所述IGBT管121的射极、FRD管111的阳极、U相下桥臂IGBT管124的集电极、FRD管114的阴极、所述电容133的另一端相连，并作为所述智能功率模块100的U相高压区供电电源负端UVS。

所述HVIC管1000的VB2端在所述HVIC管1000外部连接电容132的一端，作为所述智能功率模块100的U相高压区供电电源正端VVB；所述HVIC管1000的HO2端在所述HVIC管1000外部与V相上桥臂IGBT管123的栅极相连；所述HVIC管1000的VS2端在所述HVIC管1000外部与所述IGBT管122的射极、FRD管112的阳极、V相下桥臂IGBT管125的集电极、FRD管115的阴极、所述电容132的另一端相连，并作为所述智能功率模块100的W相高压区供电电源负端VVS。

所述HVIC管1000的VB3端在所述HVIC管1000外部连接电容131的一端，作为所述智能功率模块100的W相高压区供电电源正端WVB；所述HVIC管1000的HO3端在所述HVIC管1000外部与W相上桥臂IGBT管123的栅极相连；所述HVIC管1000的VS3端在所述HVIC管1000外部与所述IGBT管123的射极、FRD管113的阳极、W相下桥臂IGBT管126的集电极、FRD管116的阴极、所述电容131的另一端相连，并作为所述智能功率模块100的W相高压区供电电源负端WVS。

所述HVIC管1000的LO1端与所述IGBT管124的栅极相连；所述HVIC管1000的LO2端与所述IGBT管125的栅极相连；所述HVIC管1000的LO3端与所述IGBT管126的栅极相连。

所述IGBT管124的射极与所述FRD管114的阳极相连，并作为所述智能功率模块100的U相低电压参考端UN；所述IGBT管125的射极与所述FRD管115的阳极相连，并作为所述智能功率模块100的V相低电压参考端VN；所述IGBT管126的射极与所述FRD管116的阳极相连，并作为所述智能功率模块100的W相低电压参考端WN。

所述IGBT管121的集电极、所述FRD管111的阴极、所述IGBT管122的集电极、所述FRD管112的阴极、所述IGBT管123的集电极、所述FRD管113的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的高电压输入端P，P一般接300V。

所述HVIC管1000的作用是：VDD为所述HVIC管1000的供电电源正端，GND为所述HVIC管1000的供电电源负端；VDD-GND电压一般为15V；VB1和VS1分别为U相高压区的电源的正极和负极，HO1为U相高压区的输出端；VB2和VS2分别为V相高压区的电源的正极和负极，HO2为V相高压区的输出端；VB3和VS3分别为U相高压区的电源的正极和负极，HO3为W相高压区的输出端；LO1、LO2、LO3分别为U相、V相、W相低压区的输出端。

将输入端HIN1、HIN2、HIN3和LIN1、LIN2、LIN3的0或5V的逻辑输入信号分别传到输出端HO1、HO2、HO3和LO1、LO2、LO3，其中HO1是VS1或VS1+15V的逻辑输出信号、HO2是VS2或VS2+15V的逻辑输出信号、HO3是VS3或VS3+15V的逻辑输出信号，LO1、LO2、LO3是0或15V的逻辑输出信号；同一相的输入信号不能同时为高电平，即HIN1和LIN1、HIN2和LIN2、HIN3和LIN3不能同时为高电平。

所述智能功率模块100实际工作时的推荐电路如图2所示：

UVB与UVS间外接电容135；VVB与VVS间外接电容136；WVB与WVS间外接电容137；VCC与COM间外接电容140；P与COM间外接电容139。

在此，所述电容133、132、131、140主要起滤波作用，所述电容135、136、137、139主要起存储电量作用，其中，为了保证P有足够的电量，所述电容139的容值非常大，有时可达到1mF。

UN、VN、WN相连并接电阻138的一端，和MCU管200的Pin7；所述电阻138的另一端接COM；所述MCU管200的的Pin1与所述智能功率模块100的UHIN端相连；所述MCU管200的的Pin2与所述智能功率模块100的VHIN端相连；所述MCU管200的的Pin3与所述智能功率模块100的WHIN端相连；所述MCU管200的的Pin4与所述智能功率模块100的ULIN端相连；所述MCU管200的的Pin5与所述智能功率模块100的VLIN端相连；所述MCU管200的的Pin6与所述智能功率模块100的WLIN端相连。

上电后，在开关电源的作用下，所述电容139迅速被充电，达到300V的电压。

以U相为例说明智能功率模块100上电后的工作状态：

1、当所述MCU管200的Pin4发出高电平信号，这时所述MCU管Pin1必须发出低电平信号，信号使LIN1为高电平、HIN1为低电平，这时，LO1输出高电平而HO1输出低电平，从而所述IGBT管124导通而所述IGBT管121截止，VS1电压约为0V；VCC通过所述HVIC管1000内置的自举电路向所述电容133及所述电容135充电，当时间足够长或使所述电容133及所述电容135充电前的剩余电量足够多时，VB1对VS1获得接近15V的电压。

2、当所述MCU管200的Pin1发出高电平信号，这时所述MCU管200的Pin4必须发出低电平信号，信号使LIN1为低电平、HIN1为高电平，这时，LO1输出低电平而HO1输出高电平，从而所述IGBT管124截止而所述IGBT管121导通，从而VS1电压约为300V，VB1电压被抬高到315V左右，通过所述电容133及所述电容135的电量，维持U相高压区工作，如果HIN1为高电平的持续时间足够短或所述电容133及所述电容135存储的电量足够多，VB1对VS1在U相高压区工作过程中的电压可保持在14V以上。

上桥臂的IGBT管和下桥臂的IGBT管的交替导通，与后续的压缩机等负载形成通路，所述电容139的释放出电荷形成电流，所述电容139释放的电荷被迅速充满，因此在所述智能功率模块的上电工作过程中，所述电容139的电荷和电压会基本保持不变。

当对所述智能功率模块100断电时，由于所述电容133、132、131、140、135、136、137、139存储了一定的电荷，没有直接释放的回路，因此VCC与GND、VB1与VS1、VB2与VS2、VB3与VS3、P与COM间的电压会保持一段时间，由于VCC与GND、VB1与VS1、VB2与VS2、VB3与VS3的压差只有15V左右，并且所述电容133、132、131、140、135、136、137的容值较小，所以断电时残留的能量对电路器件及附近人员可能造成的伤害较小，而因为P与COM间的压差为300V左右，并且所述电容139的容值很大，所以，当所述电容139的电容的电量没有被完全释放掉前，如果有人员触碰到电路，就有可能与人体形成放电回路，轻则对电路器件造成损坏，重则发生人体触电受伤；所述电容139的电荷残留发生在断电之后，具有一定的隐蔽性，电路的测试人员和维修人员也经常会因为疏忽而发生触电意外，而如果所述智能功率模块100的使用环境没有被完全密封，一般用户也有在断电后触碰到电路的可能性，一般用户没有安全保护措施，所述电容139所储电量造成人体损伤的可能性更大。

因此，如何在保持具有外接电容的条件下，降低断电后外接电容储能造成的安全隐患，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出了一种断电保护装置。

本发明的另一个目的在于提出了一种智能功率模块。

本发明的又一个目的在于提出了一种变频家电。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种断电保护装置，包括：自适应放电组件，并联至智能功率模块中任一IGBT管，用于在所述智能功率模块正常工作时，切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流，以及在所述智能功率模块停止工作时，切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路。

根据本发明的实施例的断电保护装置，通过与任一IGBT管并联的自适应放电组件，使得在智能功率模块正常工作时，自适应放电组件为其他IGBT管续流，防止IGBT管被关断电流击穿，保证智能功率模块的正常工作；在智能功率模块停止工作时，自适应放电组件与智能功率模块中的外接电容形成放电回路，迅速使外接电容的电荷得到释放，避免了现有技术中因外接电容储能可能造成的安全隐患。

具体来说，以U相为例，在智能功率模块正常工作时，U相上桥臂和下桥臂的IGBT管交替工作，当上桥臂IGBT管由开启状态转为关断状态时，与下桥臂并联的自适应放电组件为上桥臂的IGBT管起到续流作用，防止上桥臂IGBT管被关断电流击穿；当下桥臂IGBT管由开启状态转为关断状态时，与上桥臂并联的自适应放电组件为下桥臂的IGBT管起到续流作用，防止下桥臂IGBT管被关断电流击穿。当智能功率比模块处于停止工作的状态时，与上桥臂和下桥臂并联的自适应组件均作为导电元件，与外接电容形成放电回路，迅速使外接电容的电荷得到释放。当然，本领域技术人员应当理解的是，V相和W相的工作原理与U相相同。

另外，根据本发明上述实施例的断电保护装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述自适应放电组件，包括：电压输出电路，连接至所述智能功率模块，用于在所述智能功率模块正常工作时，输出第一电压，以及在所述智能功率模块停止工作时，输出第二电压；开关电路，连接至所述电压输出电路，用于在所述第一电压处于第一数值范围的情况下，开关电路切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流；以及在所述第二电压处于第二数值范围内的情况下，开关电路切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路；其中，所述第一数值范围是指大于第一预设电压值，所述第二数值范围是指大于第二预设电压值且小于或等于所述第一预设电压值。

根据本发明的实施例的断电保护装置，通过将智能功率模块正常工作或停止工作转换为第一电压或第二电压，由第一电压或第二电压的数值范围确定自适应放电组件的工作状态，从而更加准确的控制自适应放电组件的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述开关电路，包括：第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件的第一控制端和所述第二开关器件的第二控制端分别连接至所述电压输出电路的输出端；二极管，所述二极管连接在所述第一控制端和所述第二控制端之间，其中，所述二极管的正极连接至所述第一控制端，所述二极管的负极连接至所述第二控制端；所述第一开关器件的第一被控端和所述第二开关器件的第二被控端的公共端连接至所述自适应放电组件的第二输出端，所述第一开关器件的第三被控端和所述第二开关器件的第四被控端的公共端连接至所述自适应放电组件的第一输出端，在接收到第一电压时，所述第一开关器件的所述第一控制端连接至所述第三被控端，所述第二开关器件的所述第二控制端连接至所述第二被控端，在接收到第二电压时，所述第一开关器件的所述第一控制端连接至所述第一被控端，所述第二开关器件的所述第二控制端连接至所述第四被控端。

根据本发明的实施例的断电保护装置，在开关电路接收到第一电压时，第一开关器件的第一控制端连接至第三被控端，第二开关器件的第二控制端连接至第二被控端，使得开关电路中的二极管反并联在IGBT管的两端，在其他IGBT管关断时起到续流作用，保证智能功率模块的正常工作；在开关电路接收到第二电压时，第一开关器件的第一控制端连接至第一被控端，第二开关器件的第二控制端连接至第四被控端，使得开关电路中的二极管正向导通，形成放电回路，迅速将外接电容中的电荷释放掉，避免了现有技术中因外接电容储能可能造成的安全隐患。

根据本发明的一个实施例，所述开关器件为单刀双掷开关。

根据本发明的实施例的断电保护装置，第一开关器件和第二开关器件均为单刀双掷开关，单刀双掷开关的动端为控制端，连接至电压输出电路，单刀双掷开关的不动端为受控端，动端（控制端）在电压输出电路输出的第一电压或第二电压的控制下，灵活的选择不动端（被控端），从而切换自适应放电组件的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述电压输出电路，包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接在所述自适应放电组件的第三输出端和第一输出端之间；电压比较器，所述电压比较器的第一输入端连接至所述第一电阻和所述第二电阻的公共端，所述电压比较器的第二输入端输入所述第一预设电压值。

根据本发明的实施例的断电保护装置，通过连接在第三输入端与第一输入端之间的第一电阻和第二电阻形成分压电路，一方面可以避免第三输入端接收到的过高电压输入至电压比较器致使电压比较器被烧坏；另一方面可以降低电压比较器另一端输入电压值的大小，提高自适应放电组件内部电路的安全性。

根据本发明的一个实施例，所述电压输出电路还包括：整波电路，连接在所述电压比较器和所述开关电路之间，用于对所述电压比较器输出的信号进行整波。

根据本发明的实施例的断电保护装置，在电压输出电路和开关电路之间加入整波电路，在不影响输出电压波形的情况下，使输出电压的更加理想化，更加准确的控制第一开关器件和第二开关器件的控制端。

根据本发明的一个实施例，所述整波电路包括：第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端连接至所述电压比较器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至所述第一反相器的输出端，所述第二反相器的输出端连接至所述开关电路。

根据本发明的实施例的断电保护装置，通过两个串联连接的反相器进行整波处理，在不影响输出电压波形的情况下，使输出电压的更加理想化，更加准确的控制第一开关器件和第二开关器件的控制端。

根据本发明的一个实施例，还包括：采样电阻，连接在所述自适应放电组件的第一输出端与地之间，用于在所述智能功率模块停止工作时，与所述自适应放电组件组成所述放电回路。

根据本发明的实施例的断电保护装置，通过在自适应放电组件的第一输出端与地之间连接采样电阻，可以在智能功率模块停止工作时，外接电容通过上桥臂和下桥臂的自适应放电组件、采样电阻与地之间形成放电回路，迅速将外接电容的电荷释放通过采样电阻释放掉，避免外接电容储能可能造成的安全隐患。

根据本发明第二方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括如上述技术方案中任一项所述的断电保护装置。

根据本发明第三方面的实施例，提出了一种变频家电，包括如上述技术方案所述的智能功率模块，比如变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等。

通过以上技术方案，能够变频家电停止工作时，迅速将外接电容的电荷释放掉，避免外接电容储能可能造成的安全隐患。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了相关技术中的智能功率模块的结构示意图；

图2示出了相关技术中的对智能功率模块进行时序控制时的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的断电保护装置的结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的智能功率模块进行时序控制的结构示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的自适应放电组件的电路结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图3示出了根据本发明的实施例的断电保护装置的结构示意图。

如图3所示，根据本发明的一个实施例的断电保护装置，包括：自适应放电组件302，并联至智能功率模块（比如图1所示的智能功率模块100）中任一IGBT（图1所示为IGBT管121）管，用于在所述智能功率模块正常工作时，切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流，以及在所述智能功率模块停止工作时，切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路。

通过与任一IGBT管并联的自适应放电组件302，使得在智能功率模块正常工作时，自适应放电组件302为其他IGBT管续流，防止IGBT管被关断电流击穿，保证智能功率模块的正常工作；在智能功率模块停止工作时，自适应放电组件302与智能功率模块中的外接电容形成放电回路，迅速使外接电容的电荷得到释放，避免了现有技术中因外接电容储能可能造成的安全隐患。

具体来说，以U相为例，在智能功率模块正常工作时，U相上桥臂和下桥臂的IGBT管交替工作，当上桥臂IGBT管由开启状态转为关断状态时，与下桥臂并联的自适应放电组件302为上桥臂的IGBT管起到续流作用，防止上桥臂IGBT管被关断电流击穿；当下桥臂IGBT管由开启状态转为关断状态时，与上桥臂并联的自适应放电组件302为下桥臂的IGBT管起到续流作用，防止下桥臂IGBT管被关断电流击穿。当智能功率比模块处于停止工作的状态时，与上桥臂和下桥臂并联的自适应组件302均作为导电元件，与外接电容形成放电回路，迅速使外接电容的电荷得到释放。当然，本领域技术人员应当理解的是，V相和W相的工作原理与U相相同。

另外，根据本发明上述实施例的断电保护装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述自适应放电组件302，包括：电压输出电路（图中未示出），连接至所述智能功率模块，用于在所述智能功率模块正常工作时，输出第一电压，以及在所述智能功率模块停止工作时，输出第二电压；开关电路（图中未示出），连接至所述电压输出电路，用于在所述第一电压处于第一数值范围的情况下，开关电路切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流；以及在所述第二电压处于第二数值范围内的情况下，开关电路切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路；其中，所述第一数值范围是指大于第一预设电压值，所述第二数值范围是指大于第二预设电压值且小于或等于所述第一预设电压值。

通过将智能功率模块正常工作或停止工作转换为第一电压或第二电压，由第一电压或第二电压的数值范围确定自适应放电组件302的工作状态，从而更加准确的控制自适应放电组件302的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述开关电路，包括：第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件的第一控制端和所述第二开关器件的第二控制端分别连接至所述电压输出电路的输出端；二极管，所述二极管连接在所述第一控制端和所述第二控制端之间，其中，所述二极管的正极连接至所述第一控制端，所述二极管的负极连接至所述第二控制端；所述第一开关器件的第一被控端和所述第二开关器件的第二被控端的公共端连接至所述自适应放电组件302的第二输出端，所述第一开关器件的第三被控端和所述第二开关器件的第四被控端的公共端连接至所述自适应放电组件302的第一输出端，在接收到第一电压时，所述第一开关器件的所述第一控制端连接至所述第三被控端，所述第二开关器件的所述第二控制端连接至所述第二被控端，在接收到第二电压时，所述第一开关器件的所述第一控制端连接至所述第一被控端，所述第二开关器件的所述第二控制端连接至所述第四被控端。

在开关电路接收到第一电压时，第一开关器件的第一控制端连接至第三被控端，第二开关器件的第二控制端连接至第二被控端，使得开关电路中的二极管反并联在IGBT管的两端，在其他IGBT管关断时起到续流作用，保证智能功率模块的正常工作；在开关电路接收到第二电压时，第一开关器件的第一控制端连接至第一被控端，第二开关器件的第二控制端连接至第四被控端，使得开关电路中的二极管正向导通，形成放电回路，迅速将外接电容中的电荷释放掉，避免了现有技术中因外接电容储能可能造成的安全隐患。

根据本发明的一个实施例，所述开关器件为单刀双掷开关。

第一开关器件和第二开关器件均为单刀双掷开关，单刀双掷开关的动端为控制端，连接至电压输出电路，单刀双掷开关的不动端为受控端，动端（控制端）在电压输出电路输出的第一电压或第二电压的控制下，灵活的选择不动端（被控端），从而切换自适应放电组件302的工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述电压输出电路，包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接在所述自适应放电组件302的第三输出端和第一输出端之间；电压比较器，所述电压比较器的第一输入端连接至所述第一电阻和所述第二电阻的公共端，所述电压比较器的第二输入端输入所述第一预设电压值。

通过连接在第三输入端与第一输入端之间的第一电阻和第二电阻形成分压电路，一方面可以避免第三输入端接收到的过高电压输入至电压比较器致使电压比较器被烧坏；另一方面可以降低电压比较器另一端输入电压值的大小，提高自适应放电组件302内部电路的安全性。

根据本发明的一个实施例，所述电压输出电路还包括：整波电路，连接在所述电压比较器和所述开关电路之间，用于对所述电压比较器输出的信号进行整波。

在电压输出电路和开关电路之间加入整波电路，在不影响输出电压波形的情况下，使输出电压的更加理想化，更加准确的控制第一开关器件和第二开关器件的控制端。

根据本发明的一个实施例，所述整波电路包括：第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端连接至所述电压比较器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至所述第一反相器的输出端，所述第二反相器的输出端连接至所述开关电路。

通过两个串联连接的反相器进行整波处理，在不影响输出电压波形的情况下，使输出电压的更加理想化，更加准确的控制第一开关器件和第二开关器件的控制端。

根据本发明的一个实施例，还包括：采样电阻，连接在所述自适应放电组件302的第一输出端与地之间，用于在所述智能功率模块停止工作时，与所述自适应放电组件302组成所述放电回路。

通过在自适应放电组件302的第一输出端与地之间连接采样电阻，可以在智能功率模块停止工作时，外接电容通过上桥臂和下桥臂的自适应放电组件302、采样电阻与地之间形成放电回路，迅速将外接电容的电荷释放通过采样电阻释放掉，避免外接电容储能可能造成的安全隐患。

根据本发明第二方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括如上述技术方案中任一项所述的断电保护装置。

根据本发明第三方面的实施例，提出了一种变频家电，包括如上述技术方案所述的智能功率模块，比如变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等。

通过以上技术方案，能够变频家电停止工作时，迅速将外接电容的电荷释放掉，避免外接电容储能可能造成的安全隐患。

下面结合图4至图6详细说明根据本发明的智能功率模块。

图4示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的结构示意图。

如图4所示，根据本发明的另一个实施例的智能功率模块10。

HVIC管40的VCC端作为所述智能功率模块10的低压区供电电源正端VDD，并且与自适应放电组件14、自适应放电组件15、自适应放电组件16的第三输入输出端相连，VDD一般为15V，在所述HVIC管40内部有自举电路。

所述HVIC管40的HIN1端作为所述智能功率模块10的U相上桥臂输入端UHIN；所述HVIC管40的HIN2端作为所述智能功率模块10的V相上桥臂输入端VHIN；所述HVIC管40的HIN3端作为所述智能功率模块10的W相上桥臂输入端WHIN；所述HVIC管40的LIN1端作为所述智能功率模块10的U相下桥臂输入端ULIN；所述HVIC管40的LIN2端作为所述智能功率模块10的V相下桥臂输入端VLIN；所述HVIC管40的LIN3端作为所述智能功率模块10的W相下桥臂输入端WLIN；在此，所述智能功率模块10的U、V、W三相的六路输入接收0V或5V的输入信号；所述HVIC管40的GND端作为所述智能功率模块10的低压区供电电源负端COM。

所述HVIC管40的VB1端在所述HVIC管40外部连接电容33的一端、自适应放电组件11的第三输入输出端，并作为所述智能功率模块10的U相高压区供电电源正端UVB；所述HVIC管40的HO1端在所述HVIC管40外部与U相上桥臂IGBT管21的栅极相连；所述HVIC管40的VS1端在所述HVIC管40外部与所述IGBT管21的射极、自适应放电组件11的第一输入输出端、U相下桥臂IGBT管24的集电极、自适应放电组件14的第二输入输出端、所述电容33的另一端相连，并作为所述智能功率模块10的U相高压区供电电源负端UVS。

所述HVIC管40的VB2端在所述HVIC管40外部连接电容32的一端、自适应放电组件12的第三输入输出端，作为所述智能功率模块10的V相高压区供电电源正端VVB；所述HVIC管40的HO2端在所述HVIC管40外部与V相上桥臂IGBT管23的栅极相连；所述HVIC管40的VS2端在所述HVIC管40外部与所述IGBT管22的射极、自适应放电组件12的第一输入输出端、V相下桥臂IGBT管25的集电极、自适应放电组件15的第二输入输出端、所述电容32的另一端相连，并作为所述智能功率模块10的W相高压区供电电源负端VVS。

所述HVIC管40的VB3端在所述HVIC管40外部连接电容31的一端、自适应放电组件13的第三输入输出端，作为所述智能功率模块10的W相高压区供电电源正端WVB；所述HVIC管40的HO3端在所述HVIC管40外部与W相上桥臂IGBT管23的栅极相连；所述HVIC管40的VS3端在所述HVIC管40外部与所述IGBT管23的射极、自适应放电组件13的第一输入输出端、W相下桥臂IGBT管26的集电极、自适应放电组件16的第二输入输出端、所述电容33的另一端相连，并作为所述智能功率模块10的W相高压区供电电源负端WVS。

所述HVIC管40的LO1端与所述IGBT管24的栅极相连；所述HVIC管40的LO2端与所述IGBT管25的栅极相连；所述HVIC管40的LO3端与所述IGBT管26的栅极相连。

所述IGBT管24的射极与所述自适应放电组件14的第一输入输出端相连，并作为所述智能功率模块10的U相低电压参考端UN；所述IGBT管25的射极与所述自适应放电组件15的第一输入输出端相连，并作为所述智能功率模块10的V相低电压参考端VN；所述IGBT管26的射极与所述自适应放电组件16的第一输入输出端相连，并作为所述智能功率模块10的W相低电压参考端WN。所述IGBT管21的集电极、所述自适应放电组件11的第二输入输出端、所述IGBT管22的集电极、所述自适应放电组件12的第二输入输出端、所述IGBT管23的集电极、所述自适应放电组件13的第二输入输出端相连，并作为所述智能功率模块10的高电压输入端P，P一般接300V。所述HVIC管40的作用与现有技术完全相同。

所述自适应放电组件11、自适应放电组件12、自适应放电组件13、自适应放电组件14、自适应放电组件15、自适应放电组件16的电路结构和作用完全相同。

1、当自适应放电组件的第三输入输出端与第二输入输出端的电压差高于某一特定值，该特定值小于15V：

自适应放电组件的第二输入输出端与第一输入输出端呈高阻高耐压特性，在适应放电回路的第二输入输出端与第一输入输出端的压差为300V时，漏电流为微安级别；自适应放电组件的第一输入输出端与第二输入输出端呈二极管特性，在适应放电回路的第一输入输出端与第二输入输出端的压差为0.7V时，可承受安培级别的正向电流。

2、当自适应放电组件的第三输入输出端与第二输入输出端的电压差低于某一特定值，该特定值大于9V。

自适应放电组件的第一输入输出端与第二输入输出端呈高阻高耐压特性；自适应放电组件的第二输入输出端与第一输入输出端呈二极管特性，在适应放电回路的第一输入输出端与第二输入输出端的压差为0.7V时，可持续流过安培级别的正向电流。

所述智能功率模块10工作时的外部电路接法与现有技术完全相同，如图5所示。

UVB与UVS间外接电容35；VVB与VVS间外接电容36；WVB与WVS间外接电容37；VCC与COM间外接电容40；P与COM间外接电容39；UN、VN、WN相连并接采样电阻38的一端，和MCU管20的Pin7；所述采样电阻38的另一端接COM。

所述MCU管20的的Pin1与所述智能功率模块10的UHIN端相连；所述MCU管20的的Pin2与所述智能功率模块10的VHIN端相连；所述MCU管20的的Pin3与所述智能功率模块10的WHIN端相连；所述MCU管20的的Pin4与所述智能功率模块10的ULIN端相连；所述MCU管20的的Pin5与所述智能功率模块10的VLIN端相连；所述MCU管20的的Pin6与所述智能功率模块10的WLIN端相连。

则在所述智能功率模块10上电工作时，VDD一般为15V，这时，VDD与UN间、VDD与VN间、VDD与WN间、VB1与VS1间、VB2与VS2间、VB3与VS3间的电压都为15V左右，即自适应放电组件的第三输入输出端与第二输入输出端的电压差高于某一特定值，因此自适应放电组件呈现反并联二极管特性，用于IGBT管关断时反向放电，其功能与现有技术中FRD管的作用完全相同。

而在所述智能功率模块10断电停止时，由于电容的作用，VDD从15V开始放电直至0V，这时，VDD与UN间、VDD与VN间、VDD与WN间、VB1与VS1间、VB2与VS2间、VB3与VS3间的电压都会从15V开始下降，直到满足自适应放电组件的第三输入输出端与第二输入输出端的电压差低于某一特定值的条件，这时自适应放电组件呈现正向二极管特性，可形成以下三条回路。

智能功率模块的高压输入端P、所述自适应放电组件11的第二输入输出端、所述自适应放电组件11的第一输入输出端、所述自适应放电组件14的第二输入输出端、所述自适应放电组件14的第一输入输出端、U相低电压参考端UN、所述采样电阻38。

智能功率模块的高压输入端P、所述自适应放电组件12的第二输入输出端、所述自适应放电组件12的第一输入输出端、所述自适应放电组件15的第二输入输出端、所述自适应放电组件15的第一输入输出端、V相低电压参考端VN、所述采样电阻38。

智能功率模块的高压输入端P、所述自适应放电组件13的第二输入输出端、所述自适应放电组件13的第一输入输出端、所述自适应放电组件16的第二输入输出端、所述自适应放电组件16的第一输入输出端、W相低电压参考端WN、所述采样电阻38。

从而使所述电容39储存的电荷得以迅速释放，使所述电容39两端的电压从300V迅速降低，可在在1秒内降为36V以下的对人体无害的电压。

下面结合具体的实施例对本发明的自适应放电组件进行详细说明。

图6示出了根据本发明的实施例的自适应放电组件的电路结构示意图。

因为所述自适应放电组件11、所述自适应放电组件12、所述自适应放电组件13、所述自适应放电组件14、所述自适应放电组件15、所述自适应放电组件16的电路结构和功能完全相同，图6只将自适应放电组件14具体化后进行说明。

如图6所示，所述第一输入输出端记为IO1、所述第二输入输出端记为IO2、所述第三输入输出端记为IO3。

IO3在所述自适应放电组件14内部与电阻401的一端相连，所述电阻401的另一端接电阻402的一端和电压比较器408的正输入端，所述电阻402的另一端接电压源407的负端、模拟选通开关404的高电平选通端、模拟选通开关405的低电平选通端，并作为所述自适应放电组件14的IO1。

所述电压源407的正端与所述电压比较器408的负端相连，所述电压比较器408的输出端与非门409的输入端相连，所述非门409的输出端与非门403的输入端相连，所述非门403的输出端作为所述模拟选通开关404和所述模拟选通开关405的控制信号。

所述模拟选通开关404的低电平选通端和所述模拟选通开关405的高电平选通端相连并作为IO2，所述模拟选通开关404的固定端接高压FRD管406的阳极，所述模拟选通开关405的固定端接所述高压FRD管406的阴极。

该具体实施例的工作原理及关键参数设计如下：

所述电压比较器408、所述非门409、所述非门403、所述模拟选通开关404、所述模拟选通开关405设计为3.3V或5V供电电源即可工作的电路单元。

所述电压源407的电压可设计为5V，所述电阻401和所述电阻402的阻值设计为100kΩ。

1、当所述智能功率模块10开始上电工作时，由于电容的作用，IO3与IO1间的电压从0经过一定的时间上升至15V，当IO3和IO1的电压差超过10V时，所述电压比较器408的负端的电压将大于5V，使所述电压比较器408输出高电平，经过所述非门409和所述非门403两级波形调节后，得到高电平控制所述高压FRD管的阳极与IO1相连、所述高压FRD管的阴极与IO2相连；所述FRD管406在电路中形成反并联二极管接法，为IGBT管关断时提供续流通路。

2、当所述智能功率模块10断电停止工作时，由于电容的作用，IO3与IO1间的电压从15经过一定的时间下降至0V，当IO3和IO1的电压差低于10V时，所述电压比较器408的负端的电压将小于5V，使所述电压比较器408输出低电平，经过所述非门409和所述非门403两级波形调节后，得到低电平控制所述高压FRD管的阳极与IO2相连、所述高压FRD管的阴极与IO1相连；所述FRD管406在电路中形成正向二极管接法，提供了从IO2到IO1的低电阻通路，由于6个自适应放电组件的结构和功能完全相同，因此可形成3条从P经过两个正向导通FRD管和采样电阻再到COM的通路，使P和COM间的大电容所存电荷能够迅速得到释放。

所述FRD管406的选型：对于30A的智能功率模块，可选用Infineon公司的SIDC08D60、Rohm公司的WH-189等型号；对于15A的智能功率模块，可选用Vishay公司的VSFD150、Rohm公司的WH-187等型号。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种自适应放电组件、一种智能功率模块和一种变频家电，可以实现以下技术效果：

当智能功率模块正常工作时，自适应放电组件起反并联二极管的作用，保证所述智能功率模块的正常工作，而当智能功率模块断电停止工作时，自适应放电组件能自动形成使大电容迅速放电的通路，使大电容的电量迅速释放，电压迅速降低，使大电容的放电不会通过电路上其他不可预知的回路进行，极大降低了电容放电对电路元件造成损坏的风险，并且因为放电速度极快，即使有人员在断电后立即接触电路，也不会对人体造成伤害，保护了智能功率模块实际使用时的安全性，此外，本发明并不需要改变智能功率模块的外围电路，无需重新开发就可以连接使用本发明的智能功率模块，降低了提高电路安全性上的开发成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种断电保护装置，其特征在于，包括：

自适应放电组件，并联至智能功率模块中任一IGBT管，用于在所述智能功率模块正常工作时，切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流，以及在所述智能功率模块停止工作时，切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路。

2.根据权利要求1所述的断电保护装置，其特征在于，所述自适应放电组件，包括：

电压输出电路，连接至所述智能功率模块，用于在所述智能功率模块正常工作时，输出第一电压，以及在所述智能功率模块停止工作时，输出第二电压；

开关电路，连接至所述电压输出电路，用于在所述第一电压处于第一数值范围的情况下，开关电路切换至第一状态，以为所述智能功率模块中的其他IGBT管续流；以及

在所述第二电压处于第二数值范围内的情况下，开关电路切换至第二状态，以为所述智能功率模块中的电容提供放电回路；

其中，所述第一数值范围是指大于第一预设电压值，所述第二数值范围是指大于第二预设电压值且小于或等于所述第一预设电压值。

3.根据权利要求2所述的断电保护装置，其特征在于，所述开关电路，包括：

第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件的第一控制端和所述第二开关器件的第二控制端分别连接至所述电压输出电路的输出端；

二极管，所述二极管连接在所述第一控制端和所述第二控制端之间，其中，所述二极管的正极连接至所述第一控制端，所述二极管的负极连接至所述第二控制端；

所述第一开关器件的第一被控端和所述第二开关器件的第二被控端的公共端连接至所述自适应放电组件的第二输出端，所述第一开关器件的第三被控端和所述第二开关器件的第四被控端的公共端连接至所述自适应放电组件的第一输出端，在接收到第一电压时，所述第一开关器件的所述第一控制端连接至所述第三被控端，所述第二开关器件的所述第二控制端连接至所述第二被控端，在接收到第二电压时，所述第一开关器件的所述第一控制端连接至所述第一被控端，所述第二开关器件的所述第二控制端连接至所述第四被控端。

4.根据权利要求3所述的断电保护装置，其特征在于，所述开关器件为单刀双掷开关。

5.根据权利要求2所述的断电保护装置，其特征在于，所述电压输出电路，包括：

第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接在所述自适应放电组件的第三输出端和第一输出端之间；

电压比较器，所述电压比较器的第一输入端连接至所述第一电阻和所述第二电阻的公共端，所述电压比较器的第二输入端输入所述第一预设电压值。

6.根据权利要求2所述的断电保护装置，其特征在于，所述电压输出电路还包括：

整波电路，连接在所述电压比较器和所述开关电路之间，用于对所述电压比较器输出的信号进行整波。

7.根据权利要求6所述的断电保护装置，其特征在于，所述整波电路包括：

第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的输入端连接至所述电压比较器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至所述第一反相器的输出端，所述第二反相器的输出端连接至所述开关电路。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的断电保护装置，其特征在于，还包括：

采样电阻，连接在所述自适应放电组件的第一输出端与地之间，用于在所述智能功率模块停止工作时，与所述自适应放电组件组成所述放电回路。

9.一种智能功率模块，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至8中任一项所述的断电保护装置。

10.一种变频家电，其特征在于，包括如权利要求9所述的智能功率模块。