CN105356786B - 智能功率模块和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能功率模块和空调器，智能功率模块包括：三相上桥臂信号输入端、三相下桥臂信号输入端、电流检测端和PFC控制输入端；HVIC管上设置有对应于电流检测端的第一端口和对应于PFC控制输入端的第二端口；自适应电路的第一至第三输入端分别连接至三相上桥臂信号输入端，自适应电路的第四至第六输入端分别连接至三相下桥臂信号输入端，自适应电路的第七输入端连接至第二端口，自适应电路的第八输入端连接至第一端口，自适应电路的输出端作为HVIC管的使能端；自适应电路在第一至第七输入端的输入信号处于上升沿时，对第八输入端的输入信号的滤波时间与温度成正相关关系；否则，对第八输入端的输入信号的滤波时间为固定值。

Description

智能功率模块和空调器

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。

现有的智能功率模块电路的结构示意图如图1所示，MTRIP端口作为电流检测端，以根据检测到的电流大小对智能功率模块100进行保护。PFCIN端口作为智能功率模块的PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)控制输入端。

在智能功率模块工作过程中，PFCINP端按一定的频率在高低电平间频繁切换，使IGBT管127持续处于开关状态而FRD管131持续处于续流状态，该频率一般为LIN1～LIN3、HIN1～HIN3开关频率的2～4倍，并且与LIN1～LIN3、HIN1～HIN3的开关频率没有直接联系。

ITRIP是电流检测端，一般通过毫欧电阻接地，通过检测毫欧电阻的压降测算电流，当电流过大时，使智能功率模块100停止工作，避免因过流产生过热后，对智能功率模块100产生永久性损坏。

-VP、COM、UN、VN、WN在实际使用中有电连接关系。因此，IGBT管121～IGBT管127开关时的电压噪声以及FRD管111～FRD管116、FRD管131续流时的电流噪声都会相互耦合，对各低电压区的输入引脚造成影响。

在各输入引脚中，HIN1～HIN3、LIN1～LIN3、PFCINP的阈值一般在2.3V左右，而ITRIP的阈值电压一般只有0.5V一下，因此，ITRIP是最容易受到干扰的引脚。当ITRIP受到触发，智能功率模块100就会停止工作，而因为此时并未真正发生过流，所以ITRIP此时的触发属于误触发。

一般来说，FRD管111～116、FRD管131在反向恢复时的反向恢复电流尖峰耦合到地线上的电压噪声最容易引起此种误触发。

如图2所示，在HIN1～HIN3、LIN1～LIN3、PFCINP为高电平时，分别使FRD管114～116、FRD管111～113、FRD管131产生反向恢复电流尖峰，MTRIP端随之产生电压噪声，一般来说，尖峰的持续时间越长，及反向恢复时间越长，MTRIP的噪声持续时间越长，尖峰的峰值越大，即反向恢复电流越大，MTRIP的噪声幅值越大。并且，因为FRD管的反向恢复时间及反向恢复电流对着温度的升高而增大。

设使MTRIP触发的条件为：电压>Vth，且持续时间>Tth；在图2中，设Ta<Tth<Tb，则在25℃时，FRD管的反向恢复电流不足以使MTRIP产生误触发，在75℃时，FRD管的前三个周期的高电压持续时间太短不足以使MTRIP产生误触发，到第四个周期，MTRIP将产生误触发。

FRD管的反向恢复时间的长短与温度有关，温度越高，反向恢复时间越长，因此随着系统的持续工作，智能功率模块100的温度持续上升，MTRIP被触发的几率越来越大，在一些恶劣的应用场合，最终会产生误触发，使系统停止工作。虽然这种误触发在一段时间后会恢复而不会对系统形成破坏，但无疑会对用户造成困扰。如对于变频空调器的应用场合，环境温度越高正是用户越需要空调系统持续工作的时候，但高的环境温度会使FRD管的反向恢复时间增长，MTRIP受误触发的几率提高，一旦MTRIP被误触发，空调系统会因误认为发生过流而停止工作3～5分钟，使用户在这段时间内无法获得冷风，这是造成空调系统因制冷能力不足受客户投诉的主要原因之一。

因此，如何能够在确保智能功率模块具有高可靠性和高适应性的前提下，有效降低智能功率模块在全温度范围内被误触发的几率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，可以在确保智能功率模块具有高可靠性和高适应性的前提下，有效降低智能功率模块在全温度范围内被误触发的几率。

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，包括：三相上桥臂信号输入端、三相下桥臂信号输入端、三相低电压参考端、电流检测端和PFC控制输入端；HVIC管，所述HVIC管上设置有分别连接至所述三相上桥臂信号输入端和所述三相下桥臂信号输入端的接线端，以及对应于所述电流检测端的第一端口和对应于所述PFC控制输入端的第二端口，所述第一端口通过连接线与所述电流检测端相连，所述第二端口通过连接线与所述PFC控制输入端相连；

采样电阻，所述三相低电压参考端和所述电流检测端均连接至所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端连接至所述智能功率模块的低压区供电电源负端；

自适应电路，所述自适应电路的供电电源正极和负极分别连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端和负端，所述自适应电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至所述三相上桥臂信号输入端中的对应端，所述自适应电路的第四输入端、第五输入端和第六输入端分别连接至所述三相下桥臂信号输入端中的对应端，所述自适应电路的第七输入端连接至所述第二端口，所述自适应电路的第八输入端连接至所述第一端口，所述自适应电路的输出端作为所述HVIC管的使能端；

其中，所述自适应电路在所述第一输入端至所述第七输入端的输入信号处于上升沿时，对所述第八输入端的输入信号的滤波时间与温度成正相关关系；所述自适应电路在所述第一输入端至所述第七输入端的输入信号未处于上升沿时，对所述第八输入端的输入信号的滤波时间为固定值；

所述自适应电路在所述第八输入端的输入信号的电压值高于预定值且持续时长超过所述滤波时间时，输出第一电平的使能信号，以禁止所述HVIC管工作；否则，输出第二电平的使能信号，以允许所述HVIC管工作。

根据本发明的实施例的智能功率模块，通过设置自适应电路，以使自适应电路在三相上桥臂信号输入端、三相下桥臂信号输入端和PFC控制输入端的输入信号处于上升沿时，对电流检测端的输入信号的滤波时间与温度成正相关关系；使得在智能功率模块的温度处在最容易产生误触发的时间点时，能够对电流检测端的输入信号的滤波时间进行调整，从而大幅降低电流检测端在高温下被误触发的几率；而通过在三相上桥臂信号输入端、三相下桥臂信号输入端和PFC控制输入端的输入信号未处于上升沿时，对电流检测端的输入信号的滤波时间为固定值，使得在其他不易产生误触发的时间点，能够保证温度检测端的灵敏度，即确保在电流检测端的输入信号的电压值高于预定值且持续时长超过滤波时间时，输出禁止HVIC管工作的第一电平的使能信号；否则，输出允许HVIC管工作的第二电平的使能信号，实现了智能功率模块在全温度范围内的可靠工作。

其中，第一电平的使能信号可以是低电平信号，第二电平的使能信号可以是高电平信号。

根据本发明的上述实施例的智能功率模块，还可以具有以下技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述自适应电路包括：

七个脉冲发生电路，所述七个脉冲发生电路的输入端分别作为所述自适应电路的第一输入端至第七输入端，连接至所述三相上桥臂信号输入端的三个脉冲发生电路的输出端分别连接至第一或门的三个输入端，连接至所述三相下桥臂信号输入端的三个脉冲发生电路的输出端分别连接至第二或门的三个输入端；

第三或门，所述第一或门的输出端、所述第二或门的输出端，以及连接至所述第二端口的脉冲发生电路的输出端分别连接至所述第三或门的三个输入端，所述第三或门的输出端连接至模拟开关的控制端；

电压比较器，所述电压比较器的正输入端作为所述自适应电路的第八输入端，所述电压比较器的负输入端连接至第一电压源的正极，所述第一电压源的负极作为所述自适应电路的供电电源负极，所述电压比较器的输出端连接至所述模拟开关的固定端；

第一非门，所述第一非门的输入端连接至所述模拟开关的第一选择端，所述第一非门的输出端连接至第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的衬底与源极相连后连接至所述自适应电路的供电电源负极，所述第一NMOS管的漏极连接至第二电压源的正极，所述第二电压源的负极连接至所述自适应电路的供电电源正极；

第二非门，所述第二非门的输入端连接至所述第二电压源的正极，所述第二非门的输出端通过第一热敏电阻连接至第三非门的输入端，所述第三非门的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一或非门的第一输入端；

第一电容，连接在所述第三非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第五非门，所述第五非门的输入端连接至所述第一非门的输出端，所述第五非门的输出端连接至第二NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的衬底与源极相连后连接至所述自适应电路的供电电源负极，所述第二NMOS管的漏极连接至第三电压源的正极，所述第三电压源的负极连接至所述自适应电路的供电电源正极；

第六非门，所述第六非门的输入端连接至所述第三电压源的正极，所述第六非门的输出端通过第二热敏电阻连接至第七非门的输入端，所述第七非门的输出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二或非门的第一输入端；

第二电容，连接在所述第七非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第三或非门，所述第三或非门的第一输入端连接至所述第一或非门的第二输入端和所述第二或非门的输出端，所述第一或非门的输出端连接至所述第二或非门的第二输入端，所述第三或非门的输出端连接至第九非门的输入端，所述第九非门的输出端作为所述自适应电路的输出端；

串联连接的第十非门、第十一非门、第十二非门和第十三非门，所述第十非门的输入端连接至所述模拟开关的第二选择端，所述第十三非门的输出端连接至所述第三或非门的第二输入端；

第三电容，连接在所述第十一非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第四电容，连接在所述第十二非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第五电容，连接在所述第十三非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间。

根据本发明的一个实施例，任一所述脉冲发生电路包括：串联连接的第十四非门和第十五非门，所述第十四非门的输入端作为所述脉冲发生电路的输入端，所述第十五非门的输出端连接至与非门的第一输入端；串联连接的第十六非门、第十七非门和第十八非门，所述第十六非门的输入端连接至所述第十四非门的输入端，所述第十八非门的输出端连接至所述与非门的第二输入端，所述与非门的输出端连接至第十九非门的输入端，所述第十九非门的输出端作为所述脉冲发生电路的输出端；第六电容，连接在所述第十七非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；第七电容，连接在所述第十八非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间。

根据本发明的一个实施例，所述HVIC管上还设置有PFC驱动电路的信号输出端，所述智能功率模块还包括：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第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接至所述智能功率模块的高电压输入端，所述第一功率开关管的基极连接至所述PFC驱动电路的信号输出端，所述第一功率开关管的发射极作为所述智能功率模块的PFC低电压参考端，所述第一功率开关管的集电极作为所述智能功率模块的PFC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，还包括：自举电路，所述自举电路包括：第一自举二极管，所述第一自举二极管的阳极连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述第一自举二极管的阴极连接至所述智能功率模块的U相高压区供电电源正端；第二自举二极管，所述第二自举二极管的阳极连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述第二自举二极管的阴极连接至所述智能功率模块的V相高压区供电电源正端；第三自举二极管，所述第三自举二极管的阳极连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述第三自举二极管的阴极连接至所述智能功率模块的W相高压区供电电源正端。

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HVIC管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HVIC管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：第二功率开关管和第三二极管，所述第三二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第三二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所述智能功率模块的高电压输入端，所述第二功率开关管的基极作为所述每一相上桥臂电路的输入端，所述第二功率开关管的发射极连接至所述智能功率模块对应相的高压区供电电源负端。其中，第二功率开关管可以是IGBT。

根据本发明的一个实施例，所述每一相下桥臂电路包括：第三功率开关管和第四二极管，所述第四二极管的阳极连接至所述第三功率开关管的发射极，所述第四二极管的阴极连接至所述第三功率开关管的集电极，所述第三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三二极管的阳极，所述第三功率开关管的基极作为所述每一相下桥臂电路的输入端，所述第三功率开关管的发射极作为所述智能功率模块的对应相的低电压参考端。其中，第三功率开关管可以是IGBT。

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，所述智能功率模块的每一相高压区供电电源的正端和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智能功率模块的结构示意图；

图2示出了相关技术中的智能功率模块产生的噪声的波形示意图；

图3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4示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的外部电路示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的自适应电路的内部结构示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的脉冲发生电路的内容结构示意图。

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3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3所示，根据本发明的实施例的智能功率模块，包括：HVIC管1101和自适应电路1105。

HVIC管1101的VCC端作为智能功率模块1100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V；

在HVIC管1101内部：

HIN1端连接自适应电路1105的第一输入端；HIN2端连接自适应电路1105的第二输入端；HIN3端连接自适应电路1105的第三输入端；LIN1端连接自适应电路1105的第四输入端；LIN2端连接自适应电路1105的第五输入端；LIN3端连接自适应电路1105的第六输入端；PFCINP端连接自适应电路1105的第七输入端；ITRIP端连接自适应电路1105的第七输入端；VCC端连接自适应电路1105的供电电源正端；GND端连接自适应电路1105的供电电源负端；自适应电路1105的输出端记为ICON，用于控制HIN1～HIN3、LIN1～LIN3、PFCINP信号的有效性。

HVIC管1101内部还有自举电路结构如下：

VCC端与自举二极管1102、自举二极管1103、自举二极管1104的阳极相连；自举二极管1102的阴极与HVIC管1101的VB1相连；自举二极管1103的阴极与HVIC管1101的VB2相连；自举二极管1104的阴极与HVIC管1101的VB3相连。

HVIC管1101的HIN1端为智能功率模块1100的U相上桥臂信号输入端UHIN；HVIC管1101的HIN2端为智能功率模块1100的V相上桥臂信号输入端VHIN；HVIC管1101的HIN3端为智能功率模块1100的W相上桥臂信号输入端WHIN；HVIC管1101的LIN1端为智能功率模块1100的U相下桥臂信号输入端ULIN；HVIC管1101的LIN2端为智能功率模块1100的V相下桥臂信号输入端VLIN；HVIC管1101的LIN3端为智能功率模块1100的W相下桥臂信号输入端WLIN；HVIC管1101的ITRIP端为智能功率模块1100的MTRIP端；HVIC管1101的PFCINP端作为智能功率模块100的PFC控制输入端PFCIN；HVIC管1101的GND端作为智能功率模块1100的低压区供电电源负端COM。其中，智能功率模块1100的UHIN、VHIN、WHIN、ULIN、VLIN、WLIN六路输入和PFCIN端接收0V或5V的输入信号。

HVIC管1101的VB1端连接电容1131的一端，并作为智能功率模块1100的U相高压区供电电源正端UVB；HVIC管1101的HO1端与U相上桥臂IGBT管1121的栅极相连；HVIC管1101的VS1端与IGBT管1121的射极、FRD管1111的阳极、U相下桥臂IGBT管1124的集电极、FRD管1114的阴极、电容1131的另一端相连，并作为智能功率模块1100的U相高压区供电电源负端UVS。

HVIC管1101的VB2端连接电容1132的一端，并作为智能功率模块1100的V相高压区供电电源正端VVB；HVIC管1101的HO2端与V相上桥臂IGBT管1123的栅极相连；HVIC管1101的VS2端与IGBT管1122的射极、FRD管1112的阳极、V相下桥臂IGBT管1125的集电极、FRD管1115的阴极、电容1132的另一端相连，并作为智能功率模块1100的V相高压区供电电源负端VVS。

HVIC管1101的VB3端连接电容1133的一端，作为智能功率模块1100的W相高压区供电电源正端WVB；HVIC管1101的HO3端与W相上桥臂IGBT管1123的栅极相连；HVIC管1101的VS3端与IGBT管1123的射极、FRD管1113的阳极、W相下桥臂IGBT管1126的集电极、FRD管1116的阴极、电容1133的另一端相连，并作为智能功率模块1100的W相高压区供电电源负端WVS。

HVIC管1101的LO1端与IGBT管1124的栅极相连；HVIC管1101的LO2端与IGBT管1125的栅极相连；HVIC管1101的LO3端与IGBT管1126的栅极相连；IGBT管1124的射极与FRD管1114的阳极相连，并作为智能功率模块1100的U相低电压参考端UN；IGBT管1125的射极与FRD管1115的阳极相连，并作为智能功率模块1100的V相低电压参考端VN；IGBT管1126的射极与FRD管1116的阳极相连，并作为智能功率模块1100的W相低电压参考端WN。

VDD为HVIC管1101供电电源正端，GND为HVIC管1101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。

HVIC管1101的PFCO端与IGBT管1127的栅极相连；IGBT管1127的射极与FRD管1117的阳极相连，并作为智能功率模块1100的PFC低电压参考端-VP；IGBT管1127的集电极与FRD管1117的阴极、FRD管1131的阳极相连，并作为智能功率模块1100的PFC端；

IGBT管1121的集电极、FRD管1111的阴极、IGBT管1122的集电极、FRD管1112的阴极、IGBT管1123的集电极、FRD管1113的阴极、FRD管1131的阴极相连，并作为智能功率模块1100的高电压输入端P，P一般接300V。

在智能功率模块1100的外部，如图4所示，智能功率模块1100的UN(U相低电压参考端)、VN(V相低电压参考端)、WN(W相低电压参考端)相连接智能功率模块1100的MTRIP端和采样电阻1138的一端，采样电阻1138的另一端接地。

HVIC管1101的作用是：

当ICON为高电平时，将输入端HIN1、HIN2、HIN3的0或5V的逻辑输入信号分别传到输出端HO1、HO2、HO3，将LIN1、LIN2、LIN3的信号分别传到输出端LO1、LO2、LO3，将PFCINP的信号传到输出端PFCO，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、PFCO是0或15V的逻辑输出信号；

当ICON为低电平时，HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3、PFCO全部置为低电平。

自适应电路1105的作用是：

在HVIC管1101的HIN1～3、LIN1～LIN3、PFCINP的上升沿，自适应电路1105的对ITRIP的滤波时间与温度相关：温度越低，滤波时间越短；温度越高，滤波时间越长。

在HVIC管1101的HIN1～3、LIN1～LIN3、PFCINP的上升沿过后，自适应电路1105的对ITRIP的滤波时间与温度无关。

当ITRIP的电压超过自适应电路1105内部设定的阈值电压，并且超过阈值电压的时间超过滤波时间，ICON低电平；否则，ICON保持高电平不变。

ICON作为HIN1～HIN3、LIN1～LIN3、PFCINP合共7路输入的使能信号，当ICON为高电平时，7路输入信号可正常传输，当ICON为低电平时，7路输入信号被屏蔽，输入信号不会传输到输出端。

在本发明的一个实施例中，自适应电路1105的具体电路结构示意图如图5所示，具体为：

HIN1接脉冲发生电路2034的输入端，脉冲发生电路2034的输出端接或门2001的其中一个输入端；HIN2接脉冲发生电路2035的输入端，脉冲发生电路2035的输出端接或门2001的其中一个输入端；HIN3接脉冲发生电路2036的输入端，脉冲发生电路2036的输出端接或门2001的其中一个输入端；

LIN1接脉冲发生电路2037的输入端，脉冲发生电路2037的输出端接或门2002的其中一个输入端；LIN2接脉冲发生电路2038的输入端，脉冲发生电路2038的输出端接或门2002的其中一个输入端；LIN3接脉冲发生电路2039的输入端，脉冲发生电路2039的输出端接或门2002的其中一个输入端；

PFCINP接脉冲发生电路2040的输入端，脉冲发生电路2040的输出端、或门2001的输出端、或门2002的输出端接或门2003的三个输入端；或门2003的输出端接模拟开关2004的控制端；

ITRIP接电压比较器2033的正输入端；电压源2032的正端接电压比较器2033的负输入端；电压源2032的负端接GND；电压比较器2033的输出端接模拟开关2004的固定端；

模拟开关2004的1选择端接非门2005的输入端；模拟开关2004的0选择端接非门2025的输入端；

非门2005的输出端分别连接NMOS管2007的栅极和非门2008的输入端；NMOS管2007的衬底与源极相连并接GND；NMOS管2007的漏极与电流源2006的正端、非门2011的输入端相连；电流源2006的负端接VCC；非门2011的输出端接PTC电阻2013的一端；PTC电阻2013的另一端接电容2015的一端和非门2017的输入端；电容2015的另一端接GND；非门2017的输出端接非门2019的输入端；非门2019的输出端接或非门2021的其中一个输入端；

非门2008的输出端接NMOS管2010的栅极；NMOS管2010的衬底与源极相连并接GND；NMOS管2010的漏极与电流源2009的正端、非门2012的输入端相连；电流源2009的负端接VCC；非门2012的输出端接PTC电阻2014的一端；PTC电阻2014的另一端接电容2016的一端和非门2018的输入端；电容2016的另一端接GND；非门2018的输出端接非门2020的输入端；非门2020的输出端接或非门2022的其中一个输入端；

或非门2021的输出端接或非门2020的另一个输入端；或非门2020的输出端接或非门2021的另一个输入端和或非门2023的其中一个输入端；

非门2025的输出端接电容2026的一端及非门2027的输入端；电容2026的另一端接GND；非门2027的输出端接电容2030的一端和非门2028的输入端；电容2030的另一端接GND；非门2028的输出端接电容2031的一端和非门2029的输入端；电容2031的另一端接GND；非门2029的输出端接或非门2023的另一输入端；

或非门2023的输出端接非门2024的输入端；非门2024的输出端作为ICON端。

在上述实施例中，脉冲发生电路2034～脉冲发生电路2040的结构和功能完全相同，以下结合图6，以脉冲发生电路2034为例对其内部电路结构进行介绍：

脉冲发生电路2034的输入端接非门3001和非门3003的输入端；非门3001的输出端接非门3002的输入端；非门3002的输出端接与非门3006的其中一个输入端；

非门3003的输出端接电容3008的一端和非门3004的输入端；电容3008的另一端接GND；非门3004的输出端接电容3009的一端和非门3005的输入端；电容3009的另一端接GND；非门3005的输出端接与非门3006的另一个输入端；

与非门3006的输出端接非门3007的输入端；非门3007的输出端作为脉冲发生电路2034的输出端。

脉冲发生电路2034的作用是在输入信号的上升沿产生一个脉冲，脉冲的宽度由电容大小、非门尺寸共同决定，这个时间需大于FRD管1111～FRD管1116、FRD管1131的反向恢复时间。一般地，非门3001～非门3005取工艺允许的最小尺寸，电容3008和电容3009设计为10～15pF，则脉冲宽度为400ns左右。

以下说明图5所示的电路结构的工作原理及关键参数取值：

电压源2032根据需要进行设置，此电压源的电压值即为ITRIP的阈值，对于15A～30A的智能功率模块应用，一般设置为0.5V：

当ITRIP>0.5V时，在电压比较器2033的输出端输出高电平；

当ITRIP<0.5V时，在电压比较器2033的输出端输出低电平。

在HIN1～HIN3、LIN1～LIN3、PFCINP的上升沿产生400ns左右的脉冲，这些脉冲经过或门2001～或门2003的叠加后，在或门2003的输出端输出，每一个高电平脉冲都是母线噪声最大的时刻，在这些时刻，模拟开关2004被选择为1选择端，在其他时刻，模拟开关被选择为0选择端。

非门2011与非门2012的尺寸完全相同；

非门2017与非门2018的尺寸完全相同；

非门2019与非门2020的尺寸完全相同；

非门2011、非门2008去工艺允许的最小尺寸；

非门2017的尺寸是非门2011尺寸的1.5倍，非门2019的尺寸是非门2011尺寸的2倍，以便驱动能力放大；

电流源2006和电流源2009的取值相同，为了降低动态功耗，可设置为μA级别，为了提高反应速度可设置为10μA级别；

PTC电阻2013和PFC电阻2014完全相同，随着温度的上升，组织增大，分别对电容2015、电容2016充电的时间增长，电容2015和电容2016的取值完全相同，为3～5pF的级别；

或非门2021和或非门2022组成RS触发器确保在噪声较大的瞬间电平输出的稳定性；

从A到B产生的信号延时随温度的升高而增大，而如果这个延时，正是从A到B的滤波时间；取上述设计参数，滤波时间在25℃～125℃变化时，滤波时间在250ns～400ns间变化。

从C到D组成另一个滤波电路，在电路噪声小的时间点使用，该电路并没有温度依存性强的元件，温度稳定性好，非门2025和非门2027取工艺允许的最小尺寸，非门2028取非门2025尺寸的1.5倍，非门2029取非门2025尺寸的2倍；电容取1～2pF，则从C到D的滤波时间稳定在250ns～270ns。经过或非门2023和非门2024对B和D的信号进行组合放大后，在ICON输出。

由上述实施例的技术方案可知，本发明提出的智能功率模块与现行智能功率模块完全兼容，可以直接与现行智能功率模块进行替换，并且通过自动判断智能功率模块的温度在最容易产生误触发的时间点对ITRIP的滤波时间进行调整，从而大幅降低ITRIP在高温下被误触发的几率，并且保证了ITRIP在其他时间点下的灵敏度。使本发明的智能功率模块能全温度范围内可靠工作。

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智能功率模块，可以在确保智能功率模块具有高可靠性和高适应性的前提下，有效降低智能功率模块在全温度范围内被误触发的几率。

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)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：

三相上桥臂信号输入端、三相下桥臂信号输入端、三相低电压参考端、电流检测端和PFC控制输入端；

HVIC管，所述HVIC管上设置有分别连接至所述三相上桥臂信号输入端和所述三相下桥臂信号输入端的接线端，以及对应于所述电流检测端的第一端口和对应于所述PFC控制输入端的第二端口，所述第一端口通过连接线与所述电流检测端相连，所述第二端口通过连接线与所述PFC控制输入端相连；

采样电阻，所述三相低电压参考端和所述电流检测端均连接至所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端连接至所述智能功率模块的低压区供电电源负端；

自适应电路，所述自适应电路的供电电源正极和负极分别连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端和负端，所述自适应电路的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别连接至所述三相上桥臂信号输入端中的对应端，所述自适应电路的第四输入端、第五输入端和第六输入端分别连接至所述三相下桥臂信号输入端中的对应端，所述自适应电路的第七输入端连接至所述第二端口，所述自适应电路的第八输入端连接至所述第一端口，所述自适应电路的输出端作为所述HVIC管的使能端；

其中，所述自适应电路在所述第一输入端至所述第七输入端的输入信号处于上升沿时，对所述第八输入端的输入信号的滤波时间与温度成正相关关系；所述自适应电路在所述第一输入端至所述第七输入端的输入信号未处于上升沿时，对所述第八输入端的输入信号的滤波时间为固定值；

所述自适应电路在所述第八输入端的输入信号的电压值高于预定值且持续时长超过所述滤波时间时，输出第一电平的使能信号，以禁止所述HVIC管工作；否则，输出第二电平的使能信号，以允许所述HVIC管工作。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述自适应电路包括：

七个脉冲发生电路，所述七个脉冲发生电路的输入端分别作为所述自适应电路的第一输入端至第七输入端，连接至所述三相上桥臂信号输入端的三个脉冲发生电路的输出端分别连接至第一或门的三个输入端，连接至所述三相下桥臂信号输入端的三个脉冲发生电路的输出端分别连接至第二或门的三个输入端；

第三或门，所述第一或门的输出端、所述第二或门的输出端，以及连接至所述第二端口的脉冲发生电路的输出端分别连接至所述第三或门的三个输入端，所述第三或门的输出端连接至模拟开关的控制端；

电压比较器，所述电压比较器的正输入端作为所述自适应电路的第八输入端，所述电压比较器的负输入端连接至第一电压源的正极，所述第一电压源的负极作为所述自适应电路的供电电源负极，所述电压比较器的输出端连接至所述模拟开关的固定端；

第一非门，所述第一非门的输入端连接至所述模拟开关的第一选择端，所述第一非门的输出端连接至第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的衬底与源极相连后连接至所述自适应电路的供电电源负极，所述第一NMOS管的漏极连接至第二电压源的正极，所述第二电压源的负极连接至所述自适应电路的供电电源正极；

第二非门，所述第二非门的输入端连接至所述第二电压源的正极，所述第二非门的输出端通过第一热敏电阻连接至第三非门的输入端，所述第三非门的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一或非门的第一输入端；

第一电容，连接在所述第三非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第五非门，所述第五非门的输入端连接至所述第一非门的输出端，所述第五非门的输出端连接至第二NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的衬底与源极相连后连接至所述自适应电路的供电电源负极，所述第二NMOS管的漏极连接至第三电压源的正极，所述第三电压源的负极连接至所述自适应电路的供电电源正极；

第六非门，所述第六非门的输入端连接至所述第三电压源的正极，所述第六非门的输出端通过第二热敏电阻连接至第七非门的输入端，所述第七非门的输出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二或非门的第一输入端；

第二电容，连接在所述第七非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第三或非门，所述第三或非门的第一输入端连接至所述第一或非门的第二输入端和所述第二或非门的输出端，所述第一或非门的输出端连接至所述第二或非门的第二输入端，所述第三或非门的输出端连接至第九非门的输入端，所述第九非门的输出端作为所述自适应电路的输出端；

串联连接的第十非门、第十一非门、第十二非门和第十三非门，所述第十非门的输入端连接至所述模拟开关的第二选择端，所述第十三非门的输出端连接至所述第三或非门的第二输入端；

第三电容，连接在所述第十一非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第四电容，连接在所述第十二非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第五电容，连接在所述第十三非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，任一所述脉冲发生电路包括：

串联连接的第十四非门和第十五非门，所述第十四非门的输入端作为所述脉冲发生电路的输入端，所述第十五非门的输出端连接至与非门的第一输入端；

串联连接的第十六非门、第十七非门和第十八非门，所述第十六非门的输入端连接至所述第十四非门的输入端，所述第十八非门的输出端连接至所述与非门的第二输入端，所述与非门的输出端连接至第十九非门的输入端，所述第十九非门的输出端作为所述脉冲发生电路的输出端；

第六电容，连接在所述第十七非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间；

第七电容，连接在所述第十八非门的输入端和所述自适应电路的供电电源负极之间。

4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述HVIC管上还设置有PFC驱动电路的信号输出端，所述智能功率模块还包括：

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第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接至所述智能功率模块的高电压输入端，所述第一功率开关管的基极连接至所述PFC驱动电路的信号输出端，所述第一功率开关管的发射极作为所述智能功率模块的PFC低电压参考端，所述第一功率开关管的集电极作为所述智能功率模块的PFC端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的智能功率模块，其特征在于，还包括：自举电路，所述自举电路包括：

第一自举二极管，所述第一自举二极管的阳极连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述第一自举二极管的阴极连接至所述智能功率模块的U相高压区供电电源正端；

第二自举二极管，所述第二自举二极管的阳极连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述第二自举二极管的阴极连接至所述智能功率模块的V相高压区供电电源正端；

第三自举二极管，所述第三自举二极管的阳极连接至所述智能功率模块的低压区供电电源正端，所述第三自举二极管的阴极连接至所述智能功率模块的W相高压区供电电源正端。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的智能功率模块，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HVIC管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HVIC管的三相低压区中对应相的信号输出端。

7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述每一相上桥臂电路包括：

第二功率开关管和第三二极管，所述第三二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第三二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所述智能功率模块的高电压输入端，所述第二功率开关管的基极作为所述每一相上桥臂电路的输入端，所述第二功率开关管的发射极连接至所述智能功率模块对应相的高压区供电电源负端。

8.根据权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述每一相下桥臂电路包括：

第三功率开关管和第四二极管，所述第四二极管的阳极连接至所述第三功率开关管的发射极，所述第四二极管的阴极连接至所述第三功率开关管的集电极，所述第三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三二极管的阳极，所述第三功率开关管的基极作为所述每一相下桥臂电路的输入端，所述第三功率开关管的发射极作为所述智能功率模块的对应相的低电压参考端。

9.根据权利要求7或8所述的智能功率模块，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，所述智能功率模块的每一相高压区供电电源的正端和负端之间连接有滤波电容。

10.一种空调器，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的智能功率模块。