CN108092521A - 智能功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能功率模块，包括三相桥驱动单元、PFC模拟单元、PFC驱动单元、功能保护单元、三相桥电路、整流桥单元、降压稳压单元、逻辑驱动信号处理器和PFC开关单元。通过集成三相桥驱动单元、PFC模拟单元和PFC驱动单元，使智能功率模块具备功率因数校正功能，实现智能功率模块的高功率因数，减轻智能功率模块在驱动三相负载时电网的负担。

Description

智能功率模块
技术领域
本发明涉及功率校正技术领域，特别是涉及一种智能功率模块。
背景技术
智能功率模块是一种先进的功率开关器件，一般包括上桥臂驱动元件、下桥臂驱动元器件和HVIC(high voltage integrated circuit高压驱动控制)芯片，用于集成过流、过热等检测功能。通常地，连接智能功率模块的负载为非线性负载，其功率因数(PowerFactor)较低。智能功率模块无法对功率因数进行校正，若需提高整体系统的功率因数，则需要在智能功率模块的外围增加功率因数校正电路(Power Factor Correlation，PFC)，会导致整个电路复杂、系统规模和成本的增加。
发明内容
基于此，有必要针对传统的智能功率模块无法进行功率因数校正的缺陷，提供一种智能功率模块。
本发明所提供的技术方案如下：
一种智能功率模块，包括三相桥驱动单元、PFC模拟单元、PFC驱动单元和功能保护单元、三相桥电路、整流桥单元、降压稳压单元、逻辑驱动信号处理器和PFC开关单元。
三相桥驱动单元分别连接PFC模拟单元、PFC驱动单元、功能保护单元和三相桥电路。
整流桥单元用于接入AC交流电，并连接所述降压稳压单元。
降压稳压单元连接三相桥驱动单元、PFC驱动单元、三相桥电路和逻辑驱动信号处理器。
逻辑驱动信号处理器连接三相桥驱动单元、PFC驱动单元和功能保护单元。
PFC开关单元连接PFC驱动单元和整流桥单元。
本发明提供了一种智能功率模块，包括三相桥驱动单元、PFC模拟单元、PFC驱动单元、功能保护单元、三相桥电路、整流桥单元、降压稳压单元、逻辑驱动信号处理器和PFC开关单元。通过集成三相桥驱动单元、PFC模拟单元和PFC驱动单元，使智能功率模块具备功率因数校正功能，实现智能功率模块的高功率因数，减轻智能功率模块在驱动三相负载时电网的负担。
附图说明
图1为三相桥驱动电路功能模块结构图；
图2为三相桥驱动电路的电路模块结构图；
图3为智能功率模块的功能模块结构图；
图4为智能功率模块的电路模块结构图；
图5为IGBT开关管阵列的连接示意图；
图6为一实施例的智能功率模块的功能模块图；
图7为一实施例的智能功率模块的电路模块结构图；
图8为另一实施例的智能功率模块的功能模块图；
图9为另一实施例的智能功率模块的部分电路模块结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
在一实施例中，如图1所示，为三相桥驱动电路功能模块结构图，包括三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11、PFC驱动单元12和功能保护单元13。
三相桥驱动单元10分别连接PFC模拟单元11、PFC驱动单元12和功能保护单元13。
其中，三相桥驱动单元10用于接入上桥臂逻辑驱动信号HINU、HINV和HINW、用于接入下桥臂逻辑驱动信号LINU、LINV和LINW。
其中，三相桥驱动单元10还用于连接三相桥电路。
三相桥驱动单元10用于根据上桥臂逻辑驱动信号HINU、HINV和HINW获得三相桥电路的上桥臂三相驱动信号HOU、HOV和HOW，用于将上桥臂三相驱动信号HOU、HOV和HOW输出至三相桥电路；还用于根据下桥臂逻辑驱动信号LINU、LINV和LINW获得三相桥电路的下桥臂三相驱动信号LOU、LOV和LOW，用于将下桥臂三相驱动信号LOU、LOV和LOW输出至三相桥驱动电路。
其中，功能保护单元13具有PFC和三相桥双重保护作用，用于在检测到PFC模拟单元11、PFC驱动单元12或三相桥驱动单元10异常时，同时关闭PFC模拟单元11、PFC驱动单元12或三相桥驱动单元10。
本实施例提供的三相桥驱动电路，简化三相桥驱动电路和FPC功能电路，以较低成本实现三相桥驱动与PFC功率校正的一体化，以为三相桥驱动电路提供功率校正的功能。
如图2所示，为三相桥驱动电路的电路模块结构图，三相桥驱动单元10包括逻辑信号接收电路101、上桥臂电平转换器102、下桥臂电平转换器103和驱动控制器104。逻辑信号接收模块101、上桥臂电平转换器102、下桥臂电平转换器103和驱动控制器104依次连接。
其中，逻辑信号接收电路101用于接入上桥臂逻辑驱动信号HINU、HINV和HINW，上桥臂逻辑驱动信号HINU、HINV和HINW经上桥臂电平转换器102和驱动控制器104后，得到上桥臂三相驱动信号HOU、HOV和HOW驱动控制器104将上桥臂三相驱动信号HOU、HOV和HOW输出至三相桥电路的上桥臂栅极驱动电路。
逻辑信号接收电路101还用于接入下桥臂逻辑驱动信号LINU、LINV和LINW，下桥臂逻辑驱动信号LINU、LINV和LINW经下桥臂电平转换器103和驱动控制器104后，得到下桥臂三相驱动信号LOU、LOV和LOW，驱动控制器104将下桥臂三相驱动信号LOU、LOV和LOW输出至三相桥电路的下桥臂栅极驱动电路。
其中，逻辑信号接收电路101包括接地电阻R1和施密特触发器。
施密特触发器的输入端用于接入上桥臂逻辑驱动信号和下桥臂逻辑驱动信号。施密特触发器的输出端分别连接上桥臂电平转换器和下桥臂电平转换器。
施密特触发器的输入端通过所述接地电阻R1接地。
可选地，三相桥驱动单元10还包括延迟电路105，逻辑信号接收电路101通过延迟电路105连接下桥臂电平转换器103。
通过延迟电路105，为上桥臂三相驱动信号和下桥臂三相驱动信号提供短时差，避免上桥臂三相驱动信号和下桥臂三相驱动信号相互干扰。
可选地，三相桥驱动单元10还包括逻辑信号预处理电路106。
逻辑信号接收电路101通过逻辑信号预处理电路106分别连接上桥臂电平转换器102和下桥臂电平转换器103。
通过逻辑信号预处理电路106对上桥臂驱动信号和下桥臂驱动信号进行预处理，如信号输入噪音过滤、信号自适应死区保护和短路防护等。
可选地，三相桥驱动单元10还包括欠压保护电路107。
上桥臂电平转换器102通过欠压保护电路107连接驱动控制器104。
通过欠压保护电路107，为上桥臂三相驱动信号提供欠压保护。
如图2所示，PFC模拟单元11包括逻辑电路111、电流检测电路112、补偿电路113、RS触发器114、振荡器115和过压保护电路116和电压误差放大器117。
逻辑电路111、电流检测电路112、补偿电路113、RS触发器114、振荡器115和过压保护电路116和电压误差放大器117依次连接。
本实施例提供的PFC模拟单元11，通过PFC模拟单元11内部的各模块电路，使三相桥驱动电路的输出电压和输出电流的波形一致，提高三相桥驱动电路的输入功率因数，使功率因数大于0.9。
其中，补偿电路113包括电流环路补偿电路1131和电压环路补偿电路1132。
电流检测电路112通过电流环路补偿电路1131连接电压环路补偿电路1132，电压环路补偿电路1132连接RS触发器114。
通过电流环路补偿电路1131实现对电路环路的补偿，电压环路补偿电路1132，实现对电压环路的补偿。
如图2所示，PFC驱动单元12包括逻辑信号输入触发器121、与门逻辑电路122和栅极驱动电路123。
栅极驱动电路123分别连接逻辑信号输入触发器121和与门逻辑电路122。
本实施例提供的PFC驱动单元12，通过栅极驱动电路123向三相桥电路中的IGBT开关管的栅极输出驱动信号，以实现对整体驱动系统的功率校正。
如图2所示，功能保护单元13包括使能输入电路131、故障输出电路132、电流检测电路133、恢复时间设定电路134和逻辑比较电路135。
使能输入电路131、故障输出电路132、电流检测电路133、恢复时间设定电路134和逻辑比较电路135依次连接。
其中，电流检测电路133对各电路和各器件起到过流保护作用，包括逆变器过流保护和PFC过流保护。
本实施例提供的功能保护单元13，通过内部各模块在三相桥驱动电路出现异常时，关断三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11、PFC驱动单元12，实现对电路的保护。
在一实施例中，如图3所示，为智能功率模块的功能模块结构图，包括三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11、PFC驱动单元12和功能保护单元13和三相桥电路14。
三相桥驱动单元10连接三相桥电路14。
如图4所示，为智能功率模块的电路模块结构图，三相桥电路14包括IGBT开关管阵列141和自浮电路142
三相桥驱动单元10通过IGBT开关管阵列141连接自浮电路142，自浮电路142用于连接三相负载。
其中，IGBT开关管阵列141包括三个上桥臂IGBT开关管和三个下桥臂IGBT开关管。如图5所示，为IGBT开关管阵列的连接示意图，上桥臂IGBT开关管的发射极连接下桥臂IGBT开关管的集电极，同时上桥臂IGBT开关管的发射极用于连接三相负载，即三相负载的U、V和W端。同时，上桥臂IGBT开关管的栅极分别用于接入上桥臂三相驱动信号HOU、HOV和HOW。下桥臂IGBT开关管的栅极分别用于接入下桥臂三相驱动信号LOU、LOV和LOW。
本实施例所提供的智能功率模块，通过集成三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11和PFC驱动单元12，使智能功率模块具备功率因数校正功能，实现智能功率模块的高功率因数，使智能功率模块在驱动三相负载时减轻电网的负担。
在一实施例中，如图6所示，为一实施例的智能功率模块的功能模块图，包括三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11、PFC驱动单元12和功能保护单元13、三相桥电路14、整流桥单元15、降压稳压单元16、逻辑驱动信号处理器17和PFC开关单元18。
整流桥单元15用于接入AC交流电，并连接降压稳压单元16。
降压稳压单元16连接三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12、三相桥电路14和逻辑驱动信号处理器17。
逻辑驱动信号处理器17连接三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12和功能保护单元13。
PFC开关单元18连接PFC驱动单元12和整流桥单元15。
如图7所示，为一实施例的智能功率模块的电路模块结构图，整流桥单元15接入AC交流电，整流桥单元15将AC交流电整流为DC直流电。整流桥单元15输出端连接降压稳压单元16，降压稳压单元16为三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12、三相桥电路14和逻辑驱动信号处理器17提供电源输出。逻辑驱动信号处理器17的输出端分别连接三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12和功能保护单元13。
本实施例所提供的智能功率模块，通过集成三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11和PFC驱动单元12，使智能功率模块具备功率因数校正功能，实现智能功率模块的高功率因数，使智能功率模块在驱动三相负载时减轻电网的负担。
在一实施例中，如图8所示，为另一实施例的智能功率模块的功能模块图，包括三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11、PFC驱动单元12和功能保护单元13、三相桥电路14、整流桥单元15、降压稳压单元16、逻辑驱动信号处理器17、PFC开关单元18和交流电压检测单元19。
整流桥单元15用于接入AC交流电，并连接降压稳压单元16。
降压稳压单元16连接三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12、三相桥电路14和逻辑驱动信号处理器17。
逻辑驱动信号处理器17连接三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12和功能保护单元13。
PFC开关单元18连接PFC驱动单元12和整流桥单元15。
交流电压检测单元19连接整流桥单元15和逻辑驱动信号处理器17，并用于接入AC交流电。
可选地，本实施例中PFC采用主动式升压电路，以实现较高的功率因数。
如图9所示，为另一实施例的智能功率模块的部分电路模块结构图，整流桥单元15接入AC交流电，整流桥单元15将AC交流电整流为DC直流电。整流桥单元15输出端连接降压稳压单元16，降压稳压单元16为三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12、三相桥电路14和逻辑驱动信号处理器17提供电源输出。逻辑驱动信号处理器17的输出端分别连接三相桥驱动单元10、PFC驱动单元12和功能保护单元13。
其中，PFC驱动单元12可配合PFC模拟单元11工作，也可以配合外部驱动信号单独使用。
PFC驱动单元12可配合PFC模拟单元11工作，是由三相桥电路内置的PFC驱动单元和PFC模拟单元实现电路内部自带的模拟控制。
PFC驱动单元12与内部PFC模拟单元11配合使用时，只需将PFC驱动单元12外部驱动信号端口悬空即可，PFC驱动单元12外部驱动信号输入端口内置接地电阻，悬空时无信号输出，实现PFC的模拟控制。
PFC驱动单元12配合外部驱动信号单独使用，是由三相桥电路内置的PFC驱动单元12响应外部提供的数字信号实现数字控制。
与外部驱动信号配合使用时,只需将PFC模拟单元11外部功能脚悬空即可，所有PFC模拟单元11功能脚都内置接地电阻配合内部的与门，功能脚悬空的时候PFC模拟单元11无信号号输出，实现PFC的数字控制。
本实施例所提供的智能功率模块，通过集成三相桥驱动单元10、PFC模拟单元11和PFC驱动单元12，使智能功率模块具备功率因数校正功能，实现智能功率模块的高功率因数，使智能功率模块在驱动三相负载时减轻电网的负担。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括三相桥驱动单元、PFC模拟单元、PFC驱动单元和功能保护单元、三相桥电路、整流桥单元、降压稳压单元、逻辑驱动信号处理器和PFC开关单元；
所述三相桥驱动单元分别连接所述PFC模拟单元、所述PFC驱动单元、所述功能保护单元和所述三相桥电路；
所述整流桥单元用于接入AC交流电，并连接所述降压稳压单元；
所述降压稳压单元连接所述三相桥驱动单元、所述PFC驱动单元、所述三相桥电路和所述逻辑驱动信号处理器；
所述逻辑驱动信号处理器连接所述三相桥驱动单元、所述PFC驱动单元和所述功能保护单元；
所述PFC开关单元连接所述PFC驱动单元和所述整流桥单元。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述三相桥驱动单元包括逻辑信号接收电路、上桥臂电平转换器、下桥臂电平转换器和驱动控制器；
所述逻辑信号接收模块、所述上桥臂电平转换器、所述下桥臂电平转换器和所述驱动控制器依次连接。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述逻辑信号接收电路包括接地电阻和施密特触发器；
所述施密特触发器的输入端通过所述接地电阻接地。
4.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述三相桥驱动单元还包括延迟电路；
所述逻辑信号接收电路通过所述延迟电路连接所述下桥臂电平转换器。
5.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述三相桥驱动单元还包括逻辑信号预处理电路；
所述逻辑信号接收电路通过逻辑信号预处理电路分别连接上桥臂电平转换器和下桥臂电平转换器。
6.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述三相桥驱动单元还包括欠压保护电路；
所述上桥臂电平转换器通过欠压保护电路连接驱动控制器。
7.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述PFC模拟单元包括逻辑电路、电流检测电路、补偿电路、RS触发器、振荡器和过压保护电路和电压误差放大器；
所述逻辑电路、所述电流检测电路、所述补偿电路、所述RS触发器、所述振荡器和所述过压保护电路和所述电压误差放大器依次连接。
8.根据权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述补偿电路包括电流环路补偿电路和电压环路补偿电路；
所述电流检测电路通过所述电流环路补偿电路连接所述电压环路补偿电路，所述电压环路补偿电路连接所述RS触发器。
9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述PFC驱动单元包括逻辑信号输入触发器、与门逻辑电路和栅极驱动电路；
所述栅极驱动电路分别连接逻辑信号输入触发器和与门逻辑电路。
10.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述功能保护单元包括使能输入电路、故障输出电路、电流检测电路、恢复时间设定电路和逻辑比较电路；
所述使能输入电路、所述故障输出电路、所述电流检测电路、所述恢复时间设定电路和所述逻辑比较电路依次连接。
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