CN104158428A - 智能功率模块及其开关调整电路、变频家电 - Google Patents

Abstract

一种智能功率模块及其开关调整电路、变频家电，该开关调整电路连接于智能功率模块对应的控制芯片及该智能功率模块中任一IGBT管之间，用于检测该控制芯片输出的控制信号的占空比，在当该控制信号的占空比在预设范围内时，延长所述IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间，以消除所述智能功率模块所输出的激励信号上的振铃。在相脉冲宽度较窄时，本发明智能功率模块能保持快的开关速度确保输出正常波形，在脉冲宽度较宽时，开关速度较小输出波形的振铃，虽然IGBT管的上升沿、下降沿时间较长，但小的振铃可以得到更小的开关损耗，从而使模块在脉冲宽度发热量减小，同时减少对电网的干扰。

Description

智能功率模块及其开关调整电路、变频家电

技术领域

本发明属于开关控制领域，尤其涉及一种智能功率模块的开关调整电路、一种智能功率模块及一种变频家电。

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，并内设有过电压、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(Microprogrammed Control Unit，微程序控制器)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。

现行智能功率模块100的电路结构如图1(A)所示：

HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)管111的供电电源正端VCC作为IPM 100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V，HVIC管111的供电电源负端GND(地)作为IPM 100的低压区供电电源负端COM相连。

供电电源正端VCC端与UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103、UL驱动电路104、VL驱动电路105、WL驱动电路106的低压区供电电源正端相连。HVIC管111具有的六个输入端：第一输入端HIN1、第二输入端HIN2、第三输入端HIN3、第四输入端LIN1、第五输入端LIN2、第六输入端LIN3，HVIC管111的六个输入端分别作为IPM 100的U、V、W三相的六路输入端：U相上桥臂输入端UHIN、V相上桥臂输入端VHIN、W相上桥臂输入端WHIN、U相下桥臂输入端ULIN、V相下桥臂输入端VLIN、W相下桥臂输入端WLIN接收0V或5V的输入信号。

IPM 100的高电压输入端P一般接300V。IPM 100的U、V、W三相的六路输出端：U相高压区的输出端HO1、V相高压区的输出端HO2、为W相高压区的输出端HO3、LO1为U低压区的输出端、LO2为V相低压区的输出端、LO3为W相低压区的输出端。

VB1和VS1分别为U相高压区的电源的正极和负极，VB2和VS2分别为V相高压区的电源的正极和负极，VB3和VS3分别为U相高压区的电源的正极和负极。

将HIN1、HIN2、HIN3、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。

IPM 100实际工作时的如图1(B)所示，结合图1(A)、1(B)，以U相为例说明IPM 100的工作状态：

1、当MCU 200的Pin4发出高电平信号，这时所述MCU 200的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IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator，绝缘栅门极晶体管)管124导通而IGBT管121截止，VS1电压约为0V；VCC通过UH驱动电路101内置的自举电路向电容133及电容135充电，当时间足够长或使电容133及电容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MCU 200的Pin1发出高电平信号，这时MCU 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IGBT管124截止而IGBT管121导通，从而VS1电压约为300V，VB1电压被抬高到315V左右，通过电容133及电容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电容133及电容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。

实际应用中，特别是在变频空调应用中，IGBT管被频率固定为20kHz、占空比变化的周期性信号驱动，如图2是以U相为例的波形，可见，对于通常的变频空调的驱动算法，占空比的变化是一个渐变的过程。

为了确保UHIN的占空比非常低，即在UVS的脉冲宽度非常窄时仍能保持正常波形，所以目前的智能功率模块设计时，都会将开关速度设计得非常快，使UVS的上升、下降时间非常快；但如图2所示，当UVS的上升、下降时间非常快时，就会产生很大的振铃，因此UVS过快的上升、下降沿不但并未降低开关损耗，反而会造成开关损耗增大，造成智能功率模块工作时的发热量非常大，不但会影响到智能功率模块的长期使用寿命，而且会由于开关速度过快而引起的对电网的干扰非常严重。

为了降低智能功率模块的温度，不得不在智能功率模块的背面安装巨大的散热器，并且要选择工作结温很高的IGBT，而变频空调行业中，匹配智能功率模块的变频电控板开发，对于屏蔽对电网干扰的设计需要花费大量的时间和人力，这些无疑极大增加了智能功率模块的成本。

发明内容

基于此，有必要针对开关损耗大、对电网的干扰非常严重的问题，提供一种可降低开关损耗增长，使得IPM对电网干扰低的智能功率模块开关调整电路。

一种开关调整电路，连接于智能功率模块对应的控制芯片及该智能功率模块中任一IGBT管之间，用于检测该控制芯片输出的控制信号的占空比，在当该控制信号的占空比在预设范围内时，延长所述IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间，以消除所述智能功率模块所输出的激励信号上的振铃。

本发明还提供了一种智能功率模块，包括驱动电路和上述的开关调整电路，该开关调整电路通过所述驱动电路连接所述智能功率模块对应的控制芯片。

本发明还提供了一种变频家电，包括上述的智能功率模块。

上述开关调整电路和智能功率模块在相脉冲宽度较窄时，本发明智能功率模块能保持快的开关速度确保输出正常波形，在脉冲宽度较宽时，开关速度较小输出波形的振铃，虽然IGBT管的上升沿、下降沿时间较长，但小的振铃可以得到更小的开关损耗，从而使模块在脉冲宽度发热量减小，同时减少对电网的干扰。

附图说明

图1(A)是现有技术提供的智能功率模块电路原理图；

图1(B)是现有技术提供的智能功率模块应用原理图；

图2是现有技术的智能功率模块的控制信号和激励信号的波形图；

图3是本发明的较佳实施例提供的智能功率模块电路原理图；

图4是图3中的智能功率模块的开关调节电路的连接示意图；

图5是图4中的开关调节电路的模块图；

图6是图5中的开关调节电路的原理图；

图7是另一实施例提供的第一、二脉冲发生电路的原理图；

图8是本发明的智能功率模块的控制信号和激励信号的波形图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3所示，一种智能功率模块4100，包括HVIC管4400、以HVIC管4400驱动通断的6个IGBT管。

HVIC管4400具有6个输入端，该6个输入端分别与作为智能功率模块4100的六个桥臂输入端，HVIC管4400包括6个电路结构相同的驱动电路，6个驱动电路分别与6个桥臂输入端连接，用于接收6个桥臂输入端的输入信号输出驱动信号驱动6个IGBT管通断，6个驱动电路的输出端分别作为HVIC管4400的6个输出端。

HVIC管4400的6个输入端包括：第一输入端HIN1、第二输入端HIN2、第三输入端HIN3、第四输入端LIN1、第五输入端LIN2、第六输入端LIN3，智能功率模块4100的6个桥臂输入端包括：U相上桥臂输入端UHIN、V相上桥臂输入端VHIN、W相上桥臂输入端WHIN、U相下桥臂输入端ULIN、V相下桥臂输入端VLIN、W相下桥臂输入端WLIN，其中，

HVIC管4400的电源正端VCC作为智能功率模块4100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V；

HVIC管4400的第一输入端HIN1作为智能功率模块4100的U相上桥臂输入端UHIN；HVIC管4400的第二输入端HIN2作为智能功率模块4100的V相上桥臂输入端VHIN；HVIC管4400的第三输入端HIN3作为智能功率模块4100的W相上桥臂输入端WHIN；HVIC管4400的第四输入端LIN1作为智能功率模块4100的U相下桥臂输入端ULIN；HVIC管4400的第五输入端LIN2作为智能功率模块4100的V相下桥臂输入端VLIN；HVIC管4400的第六输入端LIN3作为智能功率模块4100的W相下桥臂输入端WLIN；HVIC管4400的电源负端(地)GND作为智能功率模块4100的低压区供电电源负端COM。

6个驱动电路包括：UH驱动电路14、VH驱动电路24、WH驱动电路34、UL驱动电路44、VL驱动电路54、WL驱动电路64。

进一步地，智能功率模块4100还包括第八电容4133、第九电容4132、第十电容4131：

第八电容4133的一端与HVIC管4400的U相高压区供电电源正端VB1(即UH驱动电路14的高压区供电电源正端)相连，并作为智能功率模块4100的U相高压区供电电源正端UVB，HVIC管4400的U相高压区供电电源负端VS1(即UH驱动电路14的高压区供电电源负端)与第八电容4133的另一端相连，并作为智能功率模块4100的U相高压区供电电源负端UVS；

第九电容4132的一端与HVIC管4400的V相高压区供电电源正端VB2(即VH驱动电路24的高压区供电电源正端)相连，并作为智能功率模块4100的V相高压区供电电源正端VVB，HVIC管4400的V相高压区供电电源负端VS2(即UH驱动电路24的高压区供电电源负端)与第九电容4132的另一端相连，并作为智能功率模块4100的V相高压区供电电源负端VVS；

第十电容4131的一端与HVIC管4400的W相高压区供电电源正端VB3(即WH驱动电路34的高压区供电电源正端)相连，并作为智能功率模块4100的W相高压区供电电源正端WVB，HVIC管4400的W相高压区供电电源负端VS3(即WH驱动电路34的高压区供电电源负端)与第十电容4131的另一端相连，并作为智能功率模块4100的W相高压区供电电源负端WVS；

上述的6个IGBT管包括：第一IGBT管4121、第二IGBT管4122、第三IGBT管4123、第四IGBT管4124、第五IGBT管4125和第六IGBT管4126。HVIC管4400的6输出端包括：第一输出端HO1、第二输出端HO2、第三输出端HO3、第四输出端LO1、第五输出端LO2和第六输出端LO3。

第一IGBT管4121的栅极与HVIC管4400的第一输出端HO1(即UH驱动电路14的输出端)相连，第一IGBT管4121的集电极与第一FRD管4111的阴极相连并接智能功率模块4100的高电压输入端P，第一IGBT管4121的射极与第二FRD管4111的阳极相连并接智能功率模块4100的U相高压区供电电源负端UVS；

第二IGBT管4122的栅极与HVIC管4400的第二输出端HO2(即VH驱动电路24的输出端)相连，第二IGBT管4122的集电极与第二FRD管4112的阴极相连并接智能功率模块4100的高电压输入端P，第二IGBT管4122的射极与第二FRD管4112的阳极相连并接智能功率模块4100的V相高压区供电电源负端VVS；

第三IGBT管4123的栅极与HVIC管4400的第三输出端HO3(即WH驱动电路34的输出端)相连，第三IGBT管4123的集电极与第三FRD管4113的阴极相连并接智能功率模块4100的高电压输入端P，第三IGBT管4123的射极与第三FRD管4113的阳极相连并接智能功率模块4100的W相高压区供电电源负端WVS；

第四IGBT管4124的栅极与HVIC管4400的第四输出端LO1(即UL驱动电路44的输出端)相连，第四IGBT管4124的集电极与第四FRD管4114的阴极相连并接智能功率模块4100的U相高压区供电电源负端UVS，第四IGBT管4124的射极与第四FRD管4114的阳极相连并接智能功率模块4100的U相低电压参考端UN；

第五IGBT管4125的栅极与HVIC管4400的第五输出端LO2(即VL驱动电路54的输出端)相连，第五IGBT管4125的集电极与第五FRD管4115的阴极相连并接智能功率模块4100的V相高压区供电电源负端VVS，第五IGBT管4125的射极与第五FRD管4115的阳极相连并接智能功率模块4100的V相低电压参考端VN；

第六IGBT管4126的栅极与HVIC管4400的第六输出端LO3(即WL驱动电路64的输出端)相连，第六IGBT管4126的集电极与第六FRD管4116的阴极相连并接智能功率模块4100的W相高压区供电电源负端WVS，第六IGBT管4126的射极与第六FRD管4116的阳极相连并接智能功率模块4100的W相低电压参考端WN。

请参照图3、图4，作为本发明较佳实施例中的智能功率模块4100还设置有开关调整电路10，开关调整电路10通过驱动电路连接智能功率模块对应的控制芯片(图2中的200)。

作为本发明较佳实施例中的开关调整电路10连接于智能功率模块4100对应的控制芯片及该智能功率模块4100中任一IGBT管4121之间(以U相为例)，用于检测该控制芯片输出的控制信号HIN1的占空比，在当该控制信号HIN1的占空比在预设范围内时，延长所述IGBT管4121的上升沿、下降沿的时序时间，以消除智能功率模块所输出的激励信号UVS上的振铃。

进一步地，开关调整电路10还用于在当该控制信号HIN1的占空比在预设范围外时，缩短所述IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间。

本实施了中，所述占空比的所述预设范围为40％～60％，优选地占空比的所述预设范围为50％；而，假设控制信号HIN1的频率为f，则占空比的时长范围为：在以下说明中，以频率为f＝20kHz为例，对本技术方案进行举例说明，占空比的时长为本实施例中，假设所述激励信号UVS的高电平在控制信号HIN1一个周期的时序时间t₁～t₂的区间内，其中：

$t_1=(\frac{1}{f}\×40\%~\frac{1}{f}\×60\%)\×30\%,t_2=(\frac{1}{f}\×40\%~\frac{1}{f}\×60\%)\×70\%;$

当f＝20kHz，t₁～t₂为：7.5μs～17.5μs。

参考图5，开关调整电路10包括：偶数个第一非门(本实施例中为两个5012、5013)、输出电阻5014、第一模拟开关5015、开关控制电路11。

偶数个第一非门串接在开关调整电路10的输入端IN和开关调整电路10的输出端OUT之间；输出电阻5014串接于最后一个所述第一非门的输出端与所述开关调整电路10的输出端OUT之间；第一模拟开关5015的输入端、输出端分别接所述输出电阻5014两端；开关控制电路11的输入端与所述开关调整电路10的输入端IN连接，开关控制电路11的输出端与所述第一模拟开关5015的控制端连接。

在控制信号HIN1的一个脉冲周期内，当所述控制信号HIN1的高电平持续时间在t₁～t₂的区间外，无激励信号UVS，所述开关控制电路11控制所述第一模拟开关5015接通，降低输出阻抗，缩短所述IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间。当所述控制信号HIN1的高电平持续时间在t₁～t₂的区间内，所述开关控制电路11控制所述第一模拟开关5015断开，增加输出阻抗，使得延长所述IGBT管4121的上升沿、下降沿的时序时间，以消除智能功率模块所输出的激励信号UVS上的振铃。

参考图6，在一个实施例中，所述开关控制电路11包括第二非门5001、第一脉冲发生模块111、第二脉冲发生模块112、第一选择模块113、第二选择模块114、第三选择模块115、异或门5016、或门5018及RS触发器5017。

所述第二非门5001的输入端、所述第一脉冲发生模块111的输入端接所述开关调整电路10的输入端IN；所述第一脉冲发生模块111的输出端接所述第一选择模块113的控制端、所述第二选择模块114的控制端；所述第二脉冲发生模块112的输入端、输出端分别接所述第二非门5001的输出端、所述第三选择模块115的控制端。

所述第一选择模块113的输出端接所述异或门5016的第一输入端，所述第二选择模块114的输出端接所述异或门5016的第二输入端及所述或门5018的第一输入端，所述第三选择模块115的输出端接或门5018的第二输入端，所述异或门5016的输出端、所述或门5018的输出端分别接所述RS触发器5017的R端、S端，所述RS触发器5017的Q端接所述第一模拟开关5015的控制端。

所述控制信号HIN1从高电平变成低电平瞬间，所述第一脉冲发生模块111输出一个纳秒级别的高电平；所述控制信号HIN1从低电平变成高电平瞬间，所述第二脉冲发生模块112输出一个纳秒级别的高电平，

在控制信号HIN1的一个脉冲周期内，若所述控制信号HIN1输出的高电平持续时间在t₁～t₂的区间内，所述第一选择模块113接收所述第一脉冲发生模块111输出的高电平从而输出高电平，所述第二选择模块114接收所述第一脉冲发生模块111输出的高电平从而输出低电平，所述第三选择模块115接收所述第二脉冲发生模块112输出的高电平从而输出低电平，使RS触发器5017的Q端输出端低电平，第一模拟开关5015断开，输出阻抗约为输出电阻5014。

在控制信号HIN1的一个脉冲周期内，若所述控制信号HIN1输出的高电平持续时间在小于t₁，则：所述第一选择模块113接收所述第一脉冲发生模块111输出的高电平从而输出低电平，所述第二选择模块114接收所述第一脉冲发生模块111输出的高电平从而输出低电平，所述第三选择模块115接收所述第二脉冲发生模块112输出的高电平从而输出高电平。使RS触发器5017的Q端输出端高电平，第一模拟开关5015接通，输出阻抗约为很小。

在控制信号HIN1的一个脉冲周期内，若所述控制信号HIN1输出的高电平持续时间在小于t₂，则：所述第一选择模块113接收所述第一脉冲发生模块111输出的高电平从而输出高电平，所述第二选择模块114接收所述第一脉冲发生模块111输出的高电平从而输出高电平，所述第三选择模块115接收所述第二脉冲发生模块112输出的高电平从而输出低电平。使RS触发器5017的Q端输出端高电平，第一模拟开关5015接通，输出阻抗约为很小。

在一个实施例中，所述开关控制电路11还包括第一电流源5009、第二电流源5019、第三电流源5010、第二模拟开关5008、第三模拟开关5020以及第四模拟开关5011，所述第一电流源5009、第二电流源5019、第三电流源5010分别通过第二模拟开关5008、第三模拟开关5020、第四模拟开关5011为所述第一选择模块113、第二选择模块114、第三选择模块115供电；所述第二模拟开关5008、第三模拟开关5020的控制端与所述开关调整电路10的输入端IN连接，所述第三模拟开关5020的控制端与所述第二非门5001的输出端连接。在其他实施例中，可以利用同一个电源分别为第一选择模块113、第二选择模块114、第三选择模块115供电。

在一个实施例中，所述第一脉冲发生模块111包括第三非门5002、第四非门5003、第五非门5004、第六非门5007、第一与非门5006以及第一电容5005。

所述第三非门5002的输入端、第四非门5003的输入端共接作为第一脉冲发生模块111的所述输入端，所述第三非门5002的输出端接所述第一与非门5006的第一输入端，第四非门5003的输出端、第五非门5004的输入端及所述第一电容5005的第一端共接，所述第一电容5005的第二端接地，所述第五非门5004的输出端接所述第一与非门5006的第二输入端，所述第一与非门5006的输出端接所述第六非门5007的输入端，所述第六非门5007的输出端作为第一脉冲发生模块111的所述输出端。本实施例中，第二脉冲发生模块112与第一脉冲发生模块111的结构相同，图6示出的只是两者的标号不同，这里就不在赘述。

参考图7，在另一个实施例中，所述第一脉冲发生模块111包括第三非门1002、第四非门1003、第五非门1004、第六非门5007、第七非门5009、第一与非门5006以及第一电容1005。

所述第三非门5002的输入端、第四非门5003的输入端共接作为第一脉冲发生模块111的所述输入端，所述第五非门5004的输入端接所述第三非门5002的输出端，所述第五非门5004的输出端接所述第一与非门5006的第一输入端；所述第四非门5003的输出端接所述第六非门5007的输入端，所述第六非门5007的输出端、所述第七非门的输入端及所述第一电容5005的第一端共接，所述第一电容5005的第二端接地，所述第七非门的输出端接所述第一与非门5006的第二输入端，所述第一与非门5006的输出端作为第一脉冲发生模块111的所述输出端。本实施例中，第二脉冲发生模块112与第一脉冲发生模块111的结构相同，这里就不在赘述。

请继续参考图6，所述第一选择模块113包括第五模拟开关6001、第二电容6002、第四电流源6003及电压比较器6004。

所述第五模拟开关6001的控制端作为第一选择模块113的所述控制端，输入端与所述电压比较器6004的正输入端连接，输出端接地；所述第二电容6002的第一端作为第一选择模块113的供电端接收相应的电流源供电，第二端接地；所述电流源的正极接所述电压比较器6004的负输入端、负极接地；所述电压比较器6004的输出端作为第一选择模块113的所述输出端。本实施例中，第二选择模块114、第三选择模块115及第一选择模块113的结构相同，这里就不在赘述。

本实施例中中，第一选择模块113上的所述第二电容6002的容量设为C₁；所述第二选择模块114和第三选择模块115上的所述第二电容6002的容量相等，设为C₂，且满足

结合图6，说明开关调整电路10的工作原理：

智能功率模块4410上桥臂的UH驱动电路U相、V相、W相的电路结构和功能完全相同，所述智能功率模块4410下桥臂的U相、V相、W相的电路结构和功能完全相同，且可设计成与现行技术一致，因此，只说明所述UH调整电路14A、所述VH调整电路24A、所述WH调整电路34A、所述UL调整电路44A、所述VL调整电路54A、所述WL调整电路64A的结构，又，UH开关调整电路10A、VH开关调整电路10B、WH开关调整电路10C、UL开关调整电路10D、VL开关调整电路10E、WL开关调整电路10F的结构和功能完全相同，因此，以UH开关调整电路10A为例说明，如图6所示：

IN端作为所述UH开关调整电路10A的输入端，在所述UH开关调整电路10A内部与非门5001的输入端、非门5002的输入端、非门5003的输入端、模拟开关5008的控制端、模拟开关5020的控制端、非门5012的输入端相连。

所述模拟开关5008的活动端与电流源5009的正端相连；所述电流源5009的负端接P；所述模拟开关5020的活动端与电流源5019的正端相连；所述电流源5019的负端接P；所述非门5001的输出端和非门5102的输入端、非门5103的输入端、模拟开关5011的控制端相连；所述模拟开关5011活动端与电流源5010的正端相连；所述电流源5010的负端接P。

所述非门5002的输出端和与非门5006的其中一个输入端相连；所述非门5003的输出端与电容5005的一端、非门5004的输入端相连；所述非门5004的输出端与所述与非门5006的另一输入端相连；所述与非门5006的输出端与非门5007的输入端相连，所述非门5007的输出端与模拟开关6001的控制端、模拟开关6011的控制端相连；所述电容5005的另一端接GND。

所述非门5102的输出端与与非门5106的其中一个输入端相连；所述非门5103的输出端与电容5105的一端、非门5104的输入端相连；所述非门5104的输出端与所述与非门5106的另一输入端相连；所述与非门5106的输出端与非门5107的输入端相连，所述非门5107的输出端与模拟开关6021的控制端相连；所述模拟开关6001的固定端接地GND；所述模拟开关6001的活动端接电容6002的一端、电压比较器6004的正端、所述模拟开关5008的固定端；所述模拟开关6011的固定端接GND；所述模拟开关6011的活动端接电容6012的一端、电压比较器6014的正端、所述模拟开关5020的固定端；所述电压比较器6004的负端接电压源6003的正端；所述电压源6003的负端接GND；所述电压比较器6014的负端接电压源6013的正端；所述电压源6013的负端接GND；所述模拟开关5011的固定端接所述模拟开关6021的活动端、电容6022的一端、电压比较器6024的正端；所述模拟开关6021的活动端接GND；所述电容6022的另一端接GND；所述电压比较器6024的负端接电压源6023的正端；所述电压源6023的负端接GND；所述电压比较器6004的输出端接异或门5016的其中一个输入端；所述电压比较器6014的输出端接所述异或门5016的另一输入端、或门5018的其中一个输入端；所述电压比较器6024的输出端接所述或门5018的另一输入端。所述异或门5016的输出端接RS触发器5017的R端；所述或门5018的输出端接所述RS触发器5017的S端；所述RS触发器5017的Q端接模拟开关5015的控制端；

所述非门5012的输出端接非门5013的输入端；所述非门5013的输出端接所述模拟开关5015的固定端、电阻5014的一端；所述电阻5014的另一端接所述模拟开关5015的活动端并作为OUT。

以下说明本实施例的关键参数设置：

所述电容5005与所述电容5015设计成12pF，所述非门5002、所述非门5003、所述非门5004、所述非门5102、所述非门5103、所述非门5104设计成工艺允许的最小尺寸，则：

UH开关调整电路10A的输入端UH开关调整电路10A的输入端IN从高电平变成低电平瞬间，所述非门5007输出一个纳秒级别的高电平；在UH开关调整电路10A的输入端IN从低电平变成高电平瞬间，所述非门5107输出一个纳秒级别的高电平。

假设控制信号的频率为20kHz，即占空比为50％时的时长为1/20kHz×50％＝25μs。

设在激励信号的高电平在25μs×30％～25μs×70％的区间，即7.5μs～17.5μs时，所述UH开关调整电路10A降低驱动能力，RS触发器5017的Q端始值设计为高电平，则：所述电流源5009、电流源5010、电流源5019设计为5μA，所述电容6002设计成7.5pF，所述电压源6003、所述电压源6013、所述电压源6023设计成5V，所述电容6012、所述电容6022设计成17.5pF；

从而，当UH开关调整电路10A的输入端IN从低电平转到高电平瞬间，所述模拟开关5008、所述模拟开关5020接通，所述模拟开关5011断开，所述非门5107产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6021接通，所述电容6022的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5107的高电平消失而所述模拟开关6021断开，所述电流源5009向所述电容6002充电，所述电流源5019向所述电容6012充电，若：

1、UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间小于7.5μs。

当UH开关调整电路10A的输入端IN信号从低电平转到高电平瞬间，所述非门5107产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6021接通，所述电容6022的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5107的高电平消失而所述模拟开关6021断开，在此，将所述电容6022的电荷泄放是为了在下次充电时，所述电容6022没有电荷残留；所述电容6002与所述电容6012的被充电电压都不能超过0.5V，所述电压比较器6004与所述电压比较器6014都保持输出低电平，所述异或门5016保持输出低电平；

当UH开关调整电路10A的输入端IN信号从高电平转到低电平瞬间，所述模拟开关5008、所述模拟开关5020断开，所述模拟开关5011接通，所述非门5007产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6001、所述模拟开关6011接通，所述电容6002、所述电容6012的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5007的高电平消失而所述模拟开关6001、所述模拟开关6011断开，在此，将所述电容6002、所述电容6012的电荷泄放是为了在下次充电时，所述电容6002、所述电容6012没有电荷残留；

因为UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间小于7.5μs，所以所述非门5001的高电平时间必然超过17.5μs，所述电容6022的被充电电压超过0.5V，所述电压比较器6024输出高电平，所述或门5018输出高电平，使所述RS触发器5017的Q端输出置位成高电平，

这使所述模拟开关5015接通，即此时所述UH开关调整电路10A的输出阻抗很小；

2、UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间在7.5μs～17.5μs。

当UH开关调整电路10A的输入端IN信号从低电平转到高电平瞬间，所述非门5107产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6021接通，所述电容6022的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5107的高电平消失而所述模拟开关6021断开，在此，将所述电容6022的电荷泄放是为了在下次充电时，所述电容6022没有电荷残留；

在充电时间到7.5μs后，所述电容6002的被充电电压首先超过0.5V，使所述电压比较器6004输出高电平，而所述电容6012的被充电电压不会被充电超过0.5V，使所述电压比较器6014输出低电平，而使所述异或门5016输出高电平，所述RS触发器5017的Q端被复位为低电平；

当UH开关调整电路10A的输入端IN信号从高电平转到低电平瞬间，所述模拟开关5008、所述模拟开关5020断开，所述模拟开关5011接通，所述非门5007产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6001、所述模拟开关6011接通，所述电容6002、所述电容6012的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5007的高电平消失而所述模拟开关6001、所述模拟开关6011断开，在此，将所述电容6002、所述电容6012的电荷泄放是为了在下次充电时，所述电容6002、所述电容6012没有电荷残留；

因为UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间7.5μs～17.5μs，所以所述非门5001的高电平时间必然在7.5μs～17.5μs，所述电容6022的被充电电压不会超过0.5V，所述电压比较器6024输出低电平，所述或门5018输出低电平。这使所述模拟开关5015断开，即此时所述UH开关调整电路10A的输出阻抗为所述输出电阻5014的阻值；

3、UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间在大于17.5μs。

当UH开关调整电路10A的输入端IN信号从低电平转到高电平瞬间，所述非门5107产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6021接通，所述电容6022的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5107的高电平消失而所述模拟开关6021断开，在此，将所述电容6022的电荷泄放是为了在下次充电时，所述电容6022没有电荷残留。

在充电时间到7.5μs后，所述电容6002的被充电电压首先超过0.5V使所述电压比较器6004输出高电平，而在充电时间到17.5μs后，所述电容6012的被充电电压也会被充电超过0.5V，而使所述异或门5016输出低电平，而所述或门5018输出高电平。

当UH开关调整电路10A的输入端IN信号从高电平转到低电平瞬间，所述模拟开关5008、所述模拟开关5020断开，所述模拟开关5011接通。

所述非门5007产生一个纳秒级别的高电平使所述模拟开关6001、所述模拟开关6011接通，所述电容6002、所述电容6012的电荷被瞬间泄放，经过若干纳秒，所述非门5007的高电平消失而所述模拟开关6001、所述模拟开关6011断开，在此，将所述电容6002、所述电容6012的电荷泄放是为了在下次充电时，所述电容6002、所述电容6012没有电荷残留。

因为UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间大于17.5μs，所以所述非门5001的高电平时间必然小于7.5μs，所述电容6022的被充电电压不会超过0.5V，所述电压比较器6024输出低电平。所述RS触发器5017的Q端输出高电平，这使所述模拟开关5015接通，即此时所述UH开关调整电路10A的输出阻抗很小。

即当UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间在7.5μs～17.5μs时，所述UH开关调整电路10A的输出阻抗为所述电阻5014的阻值，否则所述UH开关调整电路10A的输出阻抗很小；

阻抗的设计：

所述非门5013的PMOS管可考虑设计成500μm/5μm，NMOS管可考虑设计成250μm/5μm，所述非门5012的尺寸减半，则在UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间小于7.5μs或大于17.5μs时，所述UH开关调整电路10A具有很强的驱动能力，使后续的IGBT管的上升、下降速度非常快；

所述输出电阻5014可考虑设计成1～1.5kΩ，则在UH开关调整电路10A的输入端IN的高电平持续时间在7.5μs～17.5μs，由于所述输出电阻5014的存在，所述UH开关调整电路10A的驱动能力减弱，后续的IGBT管的上升沿、下降沿的速度放缓，增加IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间。智能功率模块增加开关调整电路前后，控制信号与激励信号的波形图，参照图3和图8所示对比，激励信号UVS的上升沿、下降沿拐角A处的振铃明显被削弱。

上述开关调整电路和智能功率模块在相脉冲宽度较窄时，本发明智能功率模块能保持快的开关速度确保输出正常波形，在脉冲宽度较宽时，开关速度较小输出波形的振铃，虽然IGBT管的上升沿、下降沿时间较长，但小的振铃可以得到更小的开关损耗，从而使模块在脉冲宽度发热量减小，同时减少对电网的干扰。

事实上，智能功率模块中，当上桥臂的高电平持续时间较长、同时也是下桥臂的高电平持续时间较短时，是智能功率模块处于最大功率运行的时候，当上桥臂的高电平持续时间较短、同时也是下桥臂的高电平持续时间较长时，是智能功率模块于最小功率运行的时候，在智能功率模块的生命周期里，这两种工况出现的时间都很短，出现最多的工况，是当上桥臂的高电平持续时间与下桥臂的高电平持续时间基本相同时，亦即上桥臂与下桥臂的高电平持续时间在周期的一半附近时，较小这种情况下的振铃，可以降低智能功率模块的发热量，提高智能功率模块的可靠性，并可以降低智能功率模块生命周期功耗25％～35％，并且本发明的智能功率模块在大部分的工况下可降低对电网的干扰，加上本发明的智能功率模块与现行智能功率模块完全兼容，从而极大节省了设计人员的设计成本，后续应用电路开发简单，便于智能功率模块的应用推广。

此外，本发明还提供了包括上述智能功率模块的变频家电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种开关调整电路，其特征在于，连接于智能功率模块对应的控制芯片及该智能功率模块中任一IGBT管之间，用于检测该控制芯片输出的控制信号的占空比，在当该控制信号的占空比在预设范围内时，延长所述IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间，以消除所述智能功率模块所输出的激励信号上的振铃。 

2.根据权利要求1所述的开关调整电路，其特征在于，还用于在当该控制信号的占空比在预设范围外时，缩短所述IGBT管的上升沿、下降沿的时序时间 。

3.根据权利要求1或2所述的开关调整电路，其特征在于，所述占空比的所述预设范围为40％～60％； 

假设控制信号的频率为f，则占空比的时长范围为：

所述激励信号的高电平在一个周期的时序时间t₁～t₂的区间内，其中： 

4.根据权利要求3所述的开关调整电路，其特征在于，包括： 

偶数个第一非门，串接在所述开关调整电路的输入端和输出端之间； 

输出电阻，串接于最后一个所述第一非门的输出端与所述开关调整电路的输出端之间； 

第一模拟开关，输入端、输出端分别接所述输出电阻两端； 

开关控制电路，输入端与所述开关调整电路的输入端连接，输出端与所述第一模拟开关的控制端连接； 

在一个脉冲周期内，当所述控制信号的高电平持续时间在t₁～t₂的区间外，所述开关控制电路控制所述第一模拟开关接通，降低输出阻抗；当所述控制信号的高电平持续时间在t₁～t₂的区间内，所述开关控制电路控制所述第一模拟开 关断开，增加输出阻抗。 

5.根据权利要求4所述的开关调整电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第二非门第一脉冲发生模块、第二脉冲发生模块、第一选择模块、第二选择模块、第三选择模块、异或门、或门及RS触发器，其中： 

所述第二非门的输入端、所述第一脉冲发生模块的输入端接所述开关调整电路的输入端；所述第一脉冲发生模块的输出端接所述第一选择模块的控制端、所述第二选择模块的控制端；所述第二脉冲发生模块的输入端、输出端分别接所述第二非门的输出端、所述第三选择模块的控制端； 

所述第一选择模块的输出端接所述异或门的第一输入端，所述第二选择模块的输出端接所述异或门的第二输入端及所述或门的第一输入端，所述第三选择模块的输出端接或门的第二输入端，所述异或门的输出端、所述或门的输出端分别接所述RS触发器的R端、S端，所述RS触发器的Q端接所述第一模拟开关的控制端； 

所述控制信号从高电平变成低电平瞬间，所述第一脉冲发生模块输出一个纳秒级别的高电平；所述控制信号从低电平变成高电平瞬间，所述第二脉冲发生模块输出一个纳秒级别的高电平； 

在一个脉冲周期内，若所述控制信号输出的高电平持续时间在t₁～t₂的区间内，所述第一选择模块接收所述第一脉冲发生模块输出的高电平从而输出高电平，所述第二选择模块接收所述第一脉冲发生模块输出的高电平从而输出低电平，所述第三选择模块接收所述第二脉冲发生模块输出的高电平从而输出低电平； 

若所述控制信号输出的高电平持续时间在小于t₁，则：所述第一选择模块接收所述第一脉冲发生模块输出的高电平从而输出低电平，所述第二选择模块接收所述第一脉冲发生模块输出的高电平从而输出低电平，所述第三选择模块接收所述第二脉冲发生模块输出的高电平从而输出高电平； 

若所述控制信号输出的高电平持续时间在小于t₂，则：所述第一选择模块 接收所述第一脉冲发生模块输出的高电平从而输出高电平，所述第二选择模块接收所述第一脉冲发生模块输出的高电平从而输出高电平，所述第三选择模块接收所述第二脉冲发生模块输出的高电平从而输出低电平。 

6.根据权利要求5所述的开关调整电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、第二模拟开关、第三模拟开关以及第四模拟开关，所述第一电流源、第二电流源、第三电流源分别通过第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关为所述第一选择模块、第二选择模块、第三选择模块供电；所述第二模拟开关、第三模拟开关的控制端与所述开关调整电路的输入端连接，所述第三模拟开关的控制端与所述第二非门的输出端连接。 

7.根据权利要求5或6所述的开关调整电路，其特征在于，所述第一脉冲发生模块111和第二脉冲发生模块包括第三非门、第四非门、第五非门、第六非门、第一与非门以及第一电容，其中： 

所述第三非门的输入端、第四非门的输入端共接作为模块的所述输入端，所述第三非门的输出端接所述第一与非门的第一输入端，第四非门的输出端、第五非门的输入端及所述第一电容的第一端共接，所述第一电容的第二端接地，所述第五非门的输出端接所述第一与非门的第二输入端，所述第一与非门的输出端接所述第六非门的输入端，所述第六非门的输出端作为模块的所述输出端。 

8.根据权利要求5或6所述的开关调整电路，其特征在于，所述第一脉冲发生模块111和第二脉冲发生模块包括第三非门、第四非门、第五非门、第六非门、第七非门、第一与非门以及第一电容，其中： 

所述第三非门的输入端、第四非门的输入端共接作为模块的所述输入端，所述第五非门的输入端接所述第三非门的输出端，所述第五非门的输出端接所述第一与非门的第一输入端；所述第四非门的输出端接所述第六非门的输入端，所述第六非门的输出端、所述第七非门的输入端及所述第一电容的第一端共接，所述第一电容的第二端接地，所述第七非门的输出端接所述第一与非门的第二 输入端，所述第一与非门的输出端作为模块的所述输出端。 

9.根据权利要求6所述的开关调整电路，其特征在于，所述第一选择模块、第二选择模块、第三选择模块包括第五模拟开关、第二电容、第四电流源及电压比较器，其中： 

所述第五模拟开关的控制端作为模块的所述控制端，输入端与所述电压比较器的正输入端连接，输出端接地；所述第二电容的第一端作为模块的供电端接收相应的电流源供电，第二端接地；所述电流源的正极接所述电压比较器的负输入端、负极接地；所述电压比较器的输出端作为模块的所述输出端。 

10.根据权利要求9所述的开关调整电路，其特征在于，所述第一选择模块上的所述第二电容的容量设为C₁；所述第二选择模块和第三选择模块上的所述第二电容的容量相等，设为C₂，且满足

11.一种智能功率模块，包括驱动电路，其特征在于，还包括权利要求1至10任一项所述的开关调整电路，该开关调整电路通过所述驱动电路连接所述智能功率模块对应的控制芯片。 

12.一种变频家电，其特征在于，包括权利要求11所述的智能功率模块。