CN104821705B - 智能功率模块电路和空调器 - Google Patents

智能功率模块电路和空调器 Download PDF

Info

Publication number
CN104821705B
CN104821705B CN201510210360.9A CN201510210360A CN104821705B CN 104821705 B CN104821705 B CN 104821705B CN 201510210360 A CN201510210360 A CN 201510210360A CN 104821705 B CN104821705 B CN 104821705B
Authority
CN
China
Prior art keywords
input
circuit
output end
gate
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510210360.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104821705A (zh
Inventor
冯宇翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Midea Group Co Ltd
GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Original Assignee
Midea Group Co Ltd
Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Midea Group Co Ltd, Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd filed Critical Midea Group Co Ltd
Priority to CN201510210360.9A priority Critical patent/CN104821705B/zh
Publication of CN104821705A publication Critical patent/CN104821705A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104821705B publication Critical patent/CN104821705B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种智能功率模块电路和空调器，智能功率模块电路包括：三相高压电平转换电路，每一相高压电平转换电路的输入端连接至对应相的上桥臂信号输入端，输出端连接至对应相的高压区；每一相高压电平转换电路包括：脉宽自适应电路，其输入端作为每一相高压电平转换电路的输入端，脉宽自适应电路具有第一输出端和第二输出端，脉宽自适应电路可基于智能功率模块电路的温度变化输出脉宽不同的驱动信号；第一DMOS管，其栅极连接至所述第一输出端；第二DMOS管，其栅极连接至所述第二输出端，第一DMOS管和第二DMOS管的漏极相连作为每一相高压电平转换电路的输出端。本发明实现了在确保变频空调器能够正常运行的前提下，有效降低了智能功率模块的功耗。

Description

智能功率模块电路和空调器
技术领域
本发明涉及智能功率模块技术领域，具体而言，涉及一种智能功率模块电路和一种空调器。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)是一种将电力电子分立器件和集成电路技术集成在一起的功率驱动器，智能功率模块包含功率开关器件和高压驱动电路，并带有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块的逻辑输入端接收主控制器的控制信号，输出端驱动压缩机或后续电路工作，同时将检测到的系统状态信号送回主控制器。相对于传统分立方案，智能功率模块具有高集成度、高可靠性、自检和保护电路等优势，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、变频家电的理想电力电子器件。
智能功率模块在实际工作时，下桥臂信号输入端输入的0～5V的信号通过低压电平转换电路转换为0～15V的逻辑电压后从低压区信号输出端输出；上桥臂信号输入端的输入的0～5V的信号通过低压电平转换电路转换为0～15V的逻辑电压后，还需要经过高压电平转换电路转换之后，从高压区信号输出端输出。
目前，高压电平转换电路一般使用高DMOS管对电压进行隔离，因为高压DMOS管需要承受600V以上的电压，所以高压DMOS管的面积一般较大，导致其开关速度一般较慢，为了降低功耗，对高压DMOS管的开通时间的控制不会直接使用输入信号的脉冲宽度进行控制，而会在输入信号的上升沿产生一个窄脉冲、在输入信号的下降沿产生另一个窄脉冲，以分别控制两个高压DMOS管的短时间导通，具体的波形图如图1(A)所示。但是，若窄脉冲的宽度过大，将增加智能功率模块的功耗；若窄脉冲的宽度过小，将导致高压DMOS管无法导通。一般来说，窄脉冲的宽度在300ns～500ns之间，这决定了智能功率模块的输入信号宽度必须大于300ns，否则在上升沿触发的脉冲信号还没有结束时下降沿触发的脉冲信号就已经到来，会导致意外情况的发生，具体的波形图如图1(B)所示。
上述的高压电平转换电路在早期的智能功率模块的使用场合是合适的，但随着智能功率模块在变频空调等领域的应用，超低频率运行对输入信号的宽度提出了新的需求，由于变频空调在高温运行时，输入信号的宽度一般较窄，若输入信号宽度只能限制在300ns以上，将限制变频空调高温运行的降频范围，造成安全事故，最终使应用厂家为了进一步降低功耗而放弃使用智能功率模块重新使用IGBT单管对变频压缩机进行控制，造成智能功率模块应用市场萎缩。
因此，如何能够实现DMOS管工作在更短的开关时间内，尤其是在高温运行的场景下，以在确保变频空调器能够正常运行的前提下，尽可能降低智能功率模块的功耗成为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新的智能功率模块电路，使得在变频空调器高温运行时，即输入信号的脉宽较窄时，能够适应性地调整输入至DMOS的驱动信号的脉宽，以实现在确保变频空调器能够正常运行的前提下，有效降低智能功率模块的功耗。
本发明的另一个目的在于提出了一种空调器。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种智能功率模块电路，包括：三相高压电平转换电路，所述三相高压电平转换电路中的每一相高压电平转换电路的输入端连接至所述智能功率模块电路中对应相的上桥臂信号输入端，所述每一相高压电平转换电路的输出端连接至所述智能功率模块电路中对应相的高压区；
所述每一相高压电平转换电路包括：脉宽自适应电路，所述脉宽自适应电路的输入端作为所述每一相高压电平转换电路的输入端，所述脉宽自适应电路具有第一输出端和第二输出端，其中，所述脉宽自适应电路可基于所述智能功率模块电路的温度变化输出脉宽不同的驱动信号；
第一DMOS管，所述第一DMOS管的栅极连接至所述第一输出端，所述第一DMOS管的衬底和源极相连并连接至所述智能功率模块电路的低压区供电电源负端；第二DMOS管，所述第二DMOS管的栅极连接至所述第二输出端，所述第二DMOS管的衬底和源极相连并连接至所述低压区供电电源负端，所述第一DMOS管和所述第二DMOS管的漏极相连作为所述每一相高压电平转换电路的输出端。
根据本发明的实施例的智能功率模块电路，由于每一相高压电平转换电路包括脉宽自适应电路，且脉宽自适应电路可以基于智能功率模块电路的温度变化输出脉宽不同的驱动信号，因此能够在变频空调高温运行时，即在输入信号的脉宽较窄时，适应性地调整输入至第一DMOS管和第二DMOS管的驱动信号的脉宽，以实现在确保变频空调器能够正常运行的前提下，有效降低智能功率模块的功耗。
根据本发明的上述实施例的智能功率模块电路，还可以具有以下技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述脉宽自适应电路输出的驱动信号的脉宽与所述智能功率模块电路的温度值成反相关关系。
具体地，由于变频空调器在高温运行时，输入信号的脉宽较窄，因此为了确保第一DMOS管和第二DMOS管的开关时间适应输入信号的脉宽，可以在智能功率模块电路的温度较高时，由脉宽自适应电路输出脉宽较窄的驱动信号。
根据本发明的一个实施例，所述脉宽自适应电路包括：
施密特触发器，所述施密特触发器的输入端作为所述脉宽自适应电路的输入端，所述施密特触发器的输出端连接至第一非门的输入端、第二非门的输入端和第一与非门的第一输入端；
所述第一非门的输出端连接至第二与非门的第一输入端，所述第二与非门的输出端连接至第三非门的输入端，所述第三非门的输出端作为所述脉宽自适应电路的第一输出端；
所述第二非门输出端连接至第四非门的输入端，所述第四非门的输出端连接至第五非门的输入端，所述第五非门的输出端连接至第六非门的输入端，所述第六非门的输出端连接至所述第二与非门的第二输入端；
所述第一与非门的第二输入端连接至所述第五非门的输出端与所述第六非门的输入端之间，所述第一与非门的输出端连接至第七非门的输入端，所述第七非门的输出端作为所述脉宽自适应电路的第二输出端；
所述脉宽自适应电路还包括：
电流源，所述电流源的负极连接至所述脉宽自适应电路的低压区供电电源正端，所述电流源的正极连接至二极管的阳极，所述二极管的阴极连接至所述低压区供电电源负端；
比较器，所述比较器的负输入端连接至所述电流源的正极与所述二极管的阳极之间，所述比较器的正输入端连接至电压源的正极，所述电压源的负极连接至所述低压区供电电源负端；
触发器，所述触发器的S端连接至所述比较器的输出端，所述触发器的R端连接至所述第七非门的输出端，所述触发器的Q端连接至第八非门的输入端，所述第八非门的输出端连接至第九非门的输入端；
NMOS管，所述NMOS管的栅极连接至所述第九非门的输出端，所述NMOS管的衬底与源极相连并连接至所述低压区供电电源负端，所述NMOS管的漏极连接至所述第二非门的输出端与所述第四非门的输入端之间；
第一电容，所述第一电容的第一端连接至所述NMOS管的漏极，所述第一电容的第二端连接至所述低压区供电电源负端；
第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述第四非门的输出端与所述第五非门的输入端之间，所述第二电容的第二端连接至所述低压区供电电源负端。
根据本发明的一个实施例，还包括：三相上桥臂电路，所述三相上桥臂电路中的每一相上桥臂电路的输入端连接至所述智能功率模块电路的三相高压区中对应相的信号输出端；三相下桥臂电路，所述三相下桥臂电路中的每一相下桥臂电路的输入端连接至所述智能功率模块电路的三相低压区中对应相的信号输出端。
其中，三相上桥臂电路包括：U相上桥臂电路、V相上桥臂电路、W相上桥臂电路；三相下桥臂电路包括：U相下桥臂电路、V相下桥臂电路、W相下桥臂电路。
根据本发明的一个实施例，所述每一相上桥臂电路包括：第一功率开关管和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一功率开关管的发射极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接至所述智能功率模块电路的高电压输入端，所述第一功率开关管的基极作为所述每一相上桥臂电路的输入端。
其中，第一功率开关管可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
根据本发明的一个实施例，所述每一相下桥臂电路包括：第二功率开关管和第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二功率开关管的集电极，所述第二功率开关管的集电极连接至对应的上桥臂电路中的所述第一二极管的阳极，所述第二功率开关管的基极作为所述每一相下桥臂电路的输入端。
其中，第二功率开关管可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
根据本发明的一个实施例，所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的发射极作为所述智能功率模块电路的对应相的低电压参考端。
根据本发明的一个实施例，所述智能功率模块的高电压输入端的电压为300V。
根据本发明的一个实施例，所述智能功率模块电路中每一相的高压区供电电源正端和高压区供电电源负端之间连接有滤波电容。
根据本发明第二方面的实施例，还提出了一种智能功率模块，包括：如上述任一项实施例中所述的智能功率模块电路。
根据本发明第三方面的实施例，还提出了一种空调器，包括：如上述任一项实施例中所述的智能功率模块。
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输入信号与高压DMOS管的驱动信号的波形示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的智能功率模块电路的结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的智能功率模块与MCU的连接电路结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的脉宽自适应电路的结构示意图。
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受下面公开的具体实施例的限制。
图2示出了根据本发明的实施例的智能功率模块电路的结构示意图。
如图2所示，根据本发明的实施例的智能功率模块电路，包括：HVIC管4110，其中，HVIC管4110的VCC端作为智能功率模块4100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V；HVIC管4110的HIN1端作为智能功率模块4100的U相上桥臂输入端UHIN；HVIC管4110的HIN2端作为智能功率模块4100的V相上桥臂输入端VHIN；HVIC管4110的HIN3端作为智能功率模块4100的W相上桥臂输入端WHIN；HVIC管4110的LIN1端作为智能功率模块4100的U相下桥臂输入端ULIN；HVIC管4110的LIN2端作为智能功率模块4100的V相下桥臂输入端VLIN；HVIC管4110的LIN3端作为智能功率模块4100的W相下桥臂输入端WLIN。
智能功率模块4100的U、V、W三相的六路输入接收0V或5V的输入信号。
HVIC管4110的GND端作为智能功率模块4100的低压区供电电源负端COM。
HVIC管4110的各管脚说明如下：
VCC为HVIC管4110的供电电源正端，GND为HVIC管4110的供电电源负端，VCC-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。
HVIC管4110的内部电路结构如下所述：
VCC端与U相脉宽自适应电路4101、V相脉宽自适应电路4201、W相脉宽自适应电路4301的供电电源正端相连；COM端与U相脉宽自适应电路4101、V相脉宽自适应电路4201、W相脉宽自适应电路4301的供电电源负端相连；HIN1端与U相脉宽自适应电路4101的信号输入端相连，HIN2端与V相脉宽自适应电路4201的信号输入端相连，HIN3端与W相脉宽自适应电路4301的信号输入端相连。
U相脉宽自适应电路4101的第一输出端与高压DMOS管4102的栅极相连，U相脉宽自适应电路4101的第二输出端与高压DMOS管4103的栅极相连；V相脉宽自适应电路4201的第一输出端与高压DMOS管4202的栅极相连，V相脉宽自适应电路4201的第二输出端与高压DMOS管4203的栅极相连；W相脉宽自适应电路4301的第一输出端与高压DMOS管4302的栅极相连，W相脉宽自适应电路4301的第二输出端与高压DMOS管4303的栅极相连。
高压DMOS管4102的衬底和源极相连并接COM，高压DMOS管4102的漏极进入U相高压区；高压DMOS管4103的衬底和源极相连并接COM，高压DMOS管4103的漏极进入U相高压区；高压DMOS管4202的衬底和源极相连并接COM，高压DMOS管4202的漏极进入V相高压区，高压DMOS管4203的衬底和源极相连并接COM，高压DMOS管4203的漏极进入V相高压区；高压DMOS管4302的衬底和源极相连并接COM，高压DMOS管4302的漏极进入W相高压区，高压DMOS管4303的衬底和源极相连并接COM，高压DMOS管4303的漏极进入W相高压区。
HVIC管4110的外部电路结构如下所述：
HVIC管4110的VB1端连接电容4131的一端，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4110的HO1端与U相上桥臂IGBT管4121的栅极相连；HVIC管4110的VS1端与IGBT管4121的射极、FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)管4111的阳极、U相下桥臂IGBT管4124的集电极、FRD管4114的阴极、电容4131的另一端相连，并作为智能功率模块100的U相高压区供电电源负端UVS。
HVIC管4110的VB2端连接电容4132的一端，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4110的HO2端与V相上桥臂IGBT管4122的栅极相连；HVIC管4110的VS2端与IGBT管4122的射极、FRD管4112的阳极、V相下桥臂IGBT管4125的集电极、FRD管4115的阴极、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。
HVIC管4110的VB3端连接电容4133的一端，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4110的HO3端与W相上桥臂IGBT管4123的栅极相连；HVIC管4110的VS3端与IGBT管4123的射极、FRD管4113的阳极、W相下桥臂IGBT管4126的集电极、FRD管4116的阴极、电容4133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。
HVIC管4110的LO1端与IGBT管4124的栅极相连；HVIC管4110的LO2端与IGBT管4125的栅极相连；HVIC管4110的LO3端与IGBT管4126的栅极相连；IGBT管4124的射极与FRD管4114的阳极相连，并作为智能功率模块4100的U相低电压参考端UN；IGBT管4125的射极与FRD管4115的阳极相连，并作为智能功率模块4100的V相低电压参考端VN；IGBT管4126的射极与FRD管4116的阳极相连，并作为智能功率模块4100的W相低电压参考端WN。
IGBT管4121的集电极、FRD管4111的阴极、IGBT管4122的集电极、FRD管4112的阴极、IGBT管4123的集电极、FRD管4113的阴极相连，并作为智能功率模块4100的高电压输入端P，P一般接300V。
其中，电容4131、电容4132和电容4133主要起滤波作用。
HVIC管4110的作用是：
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。
U相脉宽自适应电路4101的作用是：
温度较低时，且信号输入端的输入信号处于上升沿时，在第一信号输出端产生一个脉冲宽度较宽的脉冲信号，驱动高压DMOS管4102导通，在第二信号输出端产生一个脉冲宽度较宽的脉冲信号，驱动高压DMOS管4103导通；
温度较高时，且信号输入端的输入信号处于上升沿时，在第一信号输出端产生一个脉冲宽度较窄的脉冲信号，驱动高压DMOS管4102导通，在第二信号输出端产生一个脉冲宽度较窄的脉冲信号，驱动高压DMOS管4103导通。
V相脉宽自适应电路4201的作用是：
温度较低时，且信号输入端的输入信号处于上升沿时，在第一信号输出端产生一个脉冲宽度较宽的脉冲信号，驱动高压DMOS管4202导通，在第二信号输出端产生一个脉冲宽度较宽的脉冲信号，驱动高压DMOS管4203导通；
温度较高时，且信号输入端的输入信号处于上升沿时，在第一信号输出端产生一个脉冲宽度较窄的脉冲信号，驱动高压DMOS管4202导通，在第二信号输出端产生一个脉冲宽度较窄的脉冲信号，驱动高压DMOS管4203导通。
W相脉宽自适应电路4301的作用是：
温度较低时，且信号输入端的输入信号处于上升沿时，在第一信号输出端产生一个脉冲宽度较宽的脉冲信号，驱动高压DMOS管4302导通，在第二信号输出端产生一个脉冲宽度较宽的脉冲信号，驱动高压DMOS管4303导通；
温度较高时，且信号输入端的输入信号处于上升沿时，在第一信号输出端产生一个脉冲宽度较窄的脉冲信号，驱动高压DMOS管4302导通，在第二信号输出端产生一个脉冲宽度较窄的脉冲信号，驱动高压DMOS管4303导通。
基于上述的电路结构，当智能功率模块温度较高时，算法上一般会控制输入端的信号宽度变窄，使智能功率模块停止升温并保持工作状态，而高压DMOS的导通阈值是负温度特性，在温度较高的场合，驱动高压DMOS管导通需要的时间也会相应较短，使通过窄脉冲驱动高压DMOS管导通成为可能。
从以上分析可以看出本发明的有益效果：
在不改变智能功率模块的功率器件(即DMOS管)的情况下，使功率器件可以工作在更短的开关时间的场合，使智能功率模块的功耗更低乃至使用智能功率模块的应用环境的能耗更低；此外，因为本发明的智能功率模块与现行智能功率模块完全兼容，不需要改变外围电控即可平行替换，只要修改驱动算法即可使本发明的功率模块工作在更窄的驱动信号下，对于变频电器，尤其是变频空调更进一步被市场认可并在市场普及有重要意义。
本发明提出的智能功率模块在工作时与MCU的连接电路结构如图3所示。
UVB与UVS间外接电容4135，VVB与VVS间外接电容4136，WVB与WVS间外接电容4137。电容4135、电容4136和电容4137主要起存储电量作用；UN、VN、WN相连并接电阻4138的一端，电阻4138的另一端接COM。
由于U相脉宽自适应电路4101、V相脉宽自适应电路4201、W相脉宽自适应电路4301的电路结构及器件参数完全相同，因此，以下结合图4详细说明U相脉宽自适应电路4101具体电路结构，而V相脉宽自适应电路4201和W相脉宽自适应电路4301的电路结构与之相同。
如图4所示，U相脉宽自适应电路4101的信号输入端与施密特触发器5001的输入端相连，施密特触发器5001的输出端与非门5002的输入端、非门5003的输入端、与非门5012的其中一个输入端相连；非门5002的输出端与与非门5013的其中一个输入端相连；非门5003的输出端与NMOS管5007的漏极、电容5008的其中一端、非门5004的输入端相连；NMOS管5007的衬底与源极相连并接U相脉宽自适应电路4101的供电电源负端；电容5008的另一端接U相脉宽自适应电路4101的供电电源负端；非门5004的输出端与电容5009的一端、非门5005的输入端相连；电容5009的另一端接U相脉宽自适应电路4101的供电电源负端；非门5005的输出端与与非门5012的另一输入端、非门5006的输入端相连；非门5006的输出端与与非门5013的另一输入端相连；与非门5012的输出端与非门5020的输入端相连，所述非门5020的输出端与RS触发器5014的R端相连并作为U相脉宽自适应电路4101的第一输出端；与非门5013的输出端与非门5019的输入端相连，非门5019的输出端作为U相脉宽自适应电路4101的第二输出端；
电流源5018的负端接U相脉宽自适应电路4101的供电电源正端；电流源5018的正端接二极管5017的阳极、电压比较器5015的负输入端；二极管5017的阴极接U相脉宽自适应电路4101的供电电源负端；电压比较器5015的正输入端接电压源5016的正端；电压源5016的负端接U相脉宽自适应电路4101的供电电源负端；电压比较器5015的输出端接RS触发器5014的S端；RS触发器5014的Q端接非门5011的输入端；非门5011的输出端接非门5010的输入端；非门5010的输出端接所述NMOS管5007的栅极。
以下说明本实施例的关键器件取值及工作原理：
对于一般的600V BCD工艺，电压源5016的电压值可考虑设定为0.55V；电流源5018的电流值可考虑设定为0.1μA。
则在25℃下，二极管5017流过0.1μA电流时的电压约为0.7V，从而电压比较器输出低电平，RS触发器5014的Q端输出低电平，NMOS管5007的栅极电压为0，NMOS管5007截止；输入信号经过电容5008延时T1和电容5009延时T2后，在输入信号的上升沿，在第一输出端输出一个脉冲宽度为延时T1+T2的脉冲，再输入信号的下降沿，在第二输出端输出一个脉冲宽度为延时T1+T2的脉冲；
在100℃下，二极管5017流过0.1μA电流时的电压将降至0.55V以下，从而电压比较器输出高电平，RS触发器5014的Q端输出高电平，NMOS管5007的栅极电压为高电平，NMOS管5007导通；NMOS管5007的尺寸设计得很小，如将宽敞比设计为1μm/0.5μm，输入信号经过电容5009延时T2后，在输入信号的上升沿，在第一输出端输出一个脉冲宽度为延时T2的脉冲，再输入信号的下降沿，在第二输出端输出一个脉冲宽度为延时T2的脉冲。
若电容5008设计为10pF，电容5009设计为10pF，非门5003和非门5004设计为工艺允许的最小尺寸，则T1＝T2＝150ns左右，也可根据需要自行取值以调节延时时间。
由于第一输出端的高电平信号，因此在输入信号的每一个上升沿都会对所述RS触发器5014进行一次复位，从而当温度较低时，脉冲宽度为300ns，当温度较高时，脉冲宽度为150ns。
因为输入信号输入宽度较窄的波形一般出现在温度较高的场合，根据上述设计，允许输入宽度在150ns以上的波形而不会发生异常，如果需要接纳宽度更窄的输入信号，可增加电容5008的电容值而减小电容5009的电容值，但电容5009的电容值不能无限减小，因为高压DMOS管虽然在高温时导通阈值下降，但是仍需要一定的脉冲宽度才能保证其饱和导通，一般来说，驱动高压DMOS管导通的脉冲宽度不能小于100ns。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种新的新的智能功率模块电路，使得在变频空调器高温运行时，即输入信号的脉宽较窄时，能够适应性地调整输入至DMOS的驱动信号的脉宽，以实现在确保变频空调器能够正常运行的前提下，有效降低智能功率模块的功耗。
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 (9)

1.一种智能功率模块电路，其特征在于，包括：HVIC管；三相高压电平转换电路，所述三相高压电平转换电路中的每一相高压电平转换电路的输入端连接至所述智能功率模块电路中对应相的上桥臂信号输入端，所述每一相高压电平转换电路的输出端连接至所述智能功率模块电路中对应相的高压区；
所述每一相高压电平转换电路包括：
脉宽自适应电路，所述脉宽自适应电路的输入端作为所述每一相高压电平转换电路的输入端，所述脉宽自适应电路具有第一输出端和第二输出端，其中，所述脉宽自适应电路可基于所述智能功率模块电路的温度变化输出脉宽不同的驱动信号；
第一DMOS管，所述第一DMOS管的栅极连接至所述第一输出端，所述第一DMOS管的衬底和源极相连并连接至所述智能功率模块电路的低压区供电电源负端；
第二DMOS管，所述第二DMOS管的栅极连接至所述第二输出端，所述第二DMOS管的衬底和源极相连并连接至所述低压区供电电源负端，所述第一DMOS管和所述第二DMOS管的漏极相连作为所述每一相高压电平转换电路的输出端；
其中，所述脉宽自适应电路输出的驱动信号的脉宽与所述智能功率模块电路的温度值成反相关关系；
所述HVIC管的VCC端作为所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述HVIC管的GND端作为所述智能功率模块的低压区供电电源负端。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述脉宽自适应电路包括：
施密特触发器，所述施密特触发器的输入端作为所述脉宽自适应电路的输入端，所述施密特触发器的输出端连接至第一非门的输入端、第二非门的输入端和第一与非门的第一输入端；
所述第一非门的输出端连接至第二与非门的第一输入端，所述第二与非门的输出端连接至第三非门的输入端，所述第三非门的输出端作为所述脉宽自适应电路的第一输出端；
所述第二非门输出端连接至第四非门的输入端，所述第四非门的输出端连接至第五非门的输入端，所述第五非门的输出端连接至第六非门的输入端，所述第六非门的输出端连接至所述第二与非门的第二输入端；
所述第一与非门的第二输入端连接至所述第五非门的输出端与所述第六非门的输入端之间，所述第一与非门的输出端连接至第七非门的输入端，所述第七非门的输出端作为所述脉宽自适应电路的第二输出端；
所述脉宽自适应电路还包括：
电流源，所述电流源的负极连接至所述脉宽自适应电路的低压区供电电源正端，所述电流源的正极连接至二极管的阳极，所述二极管的阴极连接至所述低压区供电电源负端；
比较器，所述比较器的负输入端连接至所述电流源的正极与所述二极管的阳极之间，所述比较器的正输入端连接至电压源的正极，所述电压源的负极连接至所述低压区供电电源负端；
触发器，所述触发器的S端连接至所述比较器的输出端，所述触发器的R端连接至所述第七非门的输出端，所述触发器的Q端连接至第八非门的输入端，所述第八非门的输出端连接至第九非门的输入端；
NMOS管，所述NMOS管的栅极连接至所述第九非门的输出端，所述NMOS管的衬底与源极相连并连接至所述低压区供电电源负端，所述NMOS管的漏极连接至所述第二非门的输出端与所述第四非门的输入端之间；
第一电容，所述第一电容的第一端连接至所述NMOS管的漏极，所述第一电容的第二端连接至所述低压区供电电源负端；
第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述第四非门的输出端与所述第五非门的输入端之间，所述第二电容的第二端连接至所述低压区供电电源负端。
3.根据权利要求1所述的智能功率模块电路，其特征在于，还包括：
三相上桥臂电路，所述三相上桥臂电路中的每一相上桥臂电路的输入端连接至所述智能功率模块电路的三相高压区中对应相的信号输出端；
三相下桥臂电路，所述三相下桥臂电路中的每一相下桥臂电路的输入端连接至所述智能功率模块电路的三相低压区中对应相的信号输出端。
4.根据权利要求3所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述每一相上桥臂电路包括：
第一功率开关管和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一功率开关管的发射极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接至所述智能功率模块电路的高电压输入端，所述第一功率开关管的基极作为所述每一相上桥臂电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述每一相下桥臂电路包括：
第二功率开关管和第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二功率开关管的集电极，所述第二功率开关管的集电极连接至对应的上桥臂电路中的所述第一二极管的阳极，所述第二功率开关管的基极作为所述每一相下桥臂电路的输入端。
6.根据权利要求5所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的发射极作为所述智能功率模块电路的对应相的低电压参考端。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述智能功率模块的高电压输入端的电压为300V。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述智能功率模块电路中每一相的高压区供电电源正端和高压区供电电源负端之间连接有滤波电容。
9.一种空调器，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的智能功率模块电路。
CN201510210360.9A 2015-04-28 2015-04-28 智能功率模块电路和空调器 Expired - Fee Related CN104821705B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510210360.9A CN104821705B (zh) 2015-04-28 2015-04-28 智能功率模块电路和空调器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510210360.9A CN104821705B (zh) 2015-04-28 2015-04-28 智能功率模块电路和空调器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104821705A CN104821705A (zh) 2015-08-05
CN104821705B true CN104821705B (zh) 2018-03-27

Family

ID=53731908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510210360.9A Expired - Fee Related CN104821705B (zh) 2015-04-28 2015-04-28 智能功率模块电路和空调器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104821705B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105356785B (zh) * 2015-11-30 2017-12-12 重庆美的制冷设备有限公司 智能功率模块和空调器
CN113938009B (zh) * 2021-09-23 2023-10-13 南京工业大学 一种自适应高带宽包络线跟踪电源及其控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202014403U (zh) * 2011-03-24 2011-10-19 江苏苏能光电科技有限责任公司 基于数字式交流直驱led光源的温度自适应控制系统
CN104113191B (zh) * 2013-06-05 2017-06-23 广东美的制冷设备有限公司 一种智能功率模块
CN104111689B (zh) * 2013-08-22 2015-10-21 广东美的制冷设备有限公司 一种智能功率模块
CN104061654B (zh) * 2014-06-16 2016-10-19 邯郸美的制冷设备有限公司 变频空调的散热控制装置和控制方法
CN204615626U (zh) * 2015-04-28 2015-09-02 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块电路和空调器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104821705A (zh) 2015-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105322822B (zh) 智能功率模块和空调器
CN106357145B (zh) 智能功率模块和空调器
CN207884513U (zh) 智能功率模块及空调器
CN105356785B (zh) 智能功率模块和空调器
CN105207512B (zh) 智能功率模块和空调器
CN104113191A (zh) 一种智能功率模块
CN104811078B (zh) 智能功率模块和空调器
CN103795248B (zh) 功耗控制电路和智能功率模块、变频家电
CN104821705B (zh) 智能功率模块电路和空调器
CN206041852U (zh) 智能功率模块和空调器
CN105577017B (zh) 智能功率模块和空调器
CN105577016B (zh) 智能功率模块和空调器
CN204615626U (zh) 智能功率模块电路和空调器
CN105207513B (zh) 智能功率模块和空调器
CN105515429B (zh) 智能功率模块和空调器
CN204559428U (zh) 智能功率模块电路、智能功率模块和空调器
CN204886739U (zh) 智能功率模块电路
WO2017206385A1 (zh) 智能功率模块和空调器
CN105763090B (zh) 智能功率模块和空调器
CN105006989B (zh) 智能功率模块电路
CN113794357A (zh) 一种故障处理电路、芯片、智能功率模块和家用电器
CN105871182B (zh) 智能功率模块和空调器
CN105790627B (zh) 智能功率模块和空调器
CN204947928U (zh) 智能功率模块和空调器
CN105703657B (zh) 智能功率模块和空调器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180327