CN108489047A - 智能功率模块组件、空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能功率模块组件、空调器及其控制方法。智能功率模块组件包括智能功率模块和加热体，所述加热体与所述智能功率模块连接，以向所述智能功率模块传热。本发明技术方案通过设置加热体，以用于为低温环境中的智能功率模块加热/保温，从而当智能功率模块在低温环境中启动时，由于其内部初始温度较低，而温升较快造成智能功率模块内部受到严重的热冲击。本发明技术方案可以根据外界环境温度的状况，以利用加热体在智能功率模块启动前对其进行加热，从而提高智能功率模块的内部温度，有效地降低了功率模块启动后所受到的冷热冲击强度，提高了智能功率模块的工作稳定性，以及延长了智能功率模块的使用寿命。

Description

智能功率模块组件、空调器及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调器领域，特别涉及一种智能功率模块组件、空调器及其控制方法。

背景技术

对于长期工作在寒冷地区(如-30℃)的智能功率模块，当智能功率模块启动运行时，智能功率模块内部发热，芯片内部的结温会在短时间内升至80℃以上，电气连接线也会因电流的升高而积聚热量，这就造成了智能功率模块的内部在短时间内会有较大的温差，由于智能功率模块内部各连接部件的热膨胀系数不同，短时间内的冷热冲击会在连接部位产生严重的热应力，如智能功率模块内部的晶圆与绑线、晶圆与基板、晶圆与塑封料之间等，长此以往，在连接部位极易发生电气性能失效。尽管现有的智能功率模块可以通过内部集成的热敏电阻对功其内部运行温度的监控，但却无法避免智能功率模块在低温环境中运行时受到的冷热冲击。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种智能功率模块组件、空调器及其控制方法，旨在提高智能功率模块在低温环境下运行的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出的一种智能功率模块组件，包括：

智能功率模块；

加热体，与所述智能功率模块连接，以向所述智能功率模块传热。

优选地，所述智能功率模块组件还包括控制器，所述控制器与加热体电连接，以控制所述加热体对所述智能功率模块加热/保温。

优选地，所述加热体的加热方式为电阻式加热和/或电磁式加热。

优选地，所述加热体设置于所述智能功率模块的外表面，且与所述智能功率模块的外表面贴合。

优选地，所述加热体呈条状，且呈螺旋形或蛇形排布于所述智能功率模块的外表面。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括主控板、压缩机、温度检测装置以及如所述的智能功率模块组件；

所述主控板与所述智能功率模块组件的加热体、智能功率模块、压缩机以及温度检测装置均电连接；所述智能功率模块的电能输出端与所述压缩机的供电端连接，所述温度检测装置用于检测室外环境温度，所述主控板根据所述温度检测装置的检测结果控制所述加热体工作。

本发明还提出一种空调器的控制方法，所述空调器的控制方法包括以下步骤：

获取空调器所处环境的环境温度值；

比对环境温度值与预设的环境温度值；

当环境温度值小于或等于预设的环境温度值时，启动智能功率模块组件的加热体。

优选地，所述获取环境温度值的步骤包括：

当接收到智能功率模块和/或压缩机的启动信号时，获取空调器所处环境的环境温度值；

所述当环境温度值小于或等于预设的环境温度值时，启动加热体的步骤之后还包括：

启动智能功率模块。

优选地，所述启动智能功率模块的步骤之后还包括：

控制智能功率模块的供电电压按照预设的电压曲线逐渐上升至额定电压值。

优选地，所述启动智能功率模块的步骤包括：

控制加热体以预设的温升速率升温；

获取加热体的当前温度值；

比对加热体的当前温度值和第一预设温度值；

当加热体的温度值大于或等于第一预设温度值时，控制加热体进入保温状态，且当所述加热体处于保温状态第一预设时长后，启动智能功率模块；

当加热体的温度值小于第一预设温度值时，控制加热体按照预设的温升速率升温。

本发明技术方案通过设置加热体，以用于为低温环境中的智能功率模块加热/保温，从而当智能功率模块启动时，由于其内部初始温度较低，而温升较快造成智能功率模块内部受到严重的热冲击。本发明技术方案可以根据外界环境温度的状况，以利用加热体在智能功率模块启动前对其进行加热，从而提高智能功率模块的内部温度，有效地降低了功率模块启动后所受到的冷热冲击强度，提高了智能功率模块的工作稳定性，以及延长了智能功率模块的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明智能功率模块组件一实施例的剖面结构示意图；

图2为智能功率模块组件一实施例的俯视图；

图3为智能功率模块组件另一实施例的俯视图；

图4为空调器控制方法的控制流程图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	智能功率模块	50a	绝缘层
200	加热体	50b	焊料层
				10	基板	50c	走线
20	封装壳体	60	绑线
				30	集成电路裸片	70	引脚
40	热敏电阻

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种智能功率模块组件，应用于空调器、洗衣机、电冰箱等家电中。在此以所述智能功率模块组件应用于变频空调器中为例说明，变频空调器通过改变频率来控制压缩机电机的转速，所述智能功率模块组件串联于空调器的主电路中，以实现直流-交流的电能变换，通过改变交流电能的频率，以实现对压缩机转速的控制。

请参阅图1，本方案中，所述智能功率模块组件包括智能功率模块100以及加热体200，所述加热体200与所述智能功率模块100连接，以向所述智能功率模块100传热/保温，从而升高所述智能功率模块100的温度或对所述智能功率模块100进行保温。现有智能功率模块100根据内部功率电路配置的不同可分为四类：H型(内部封装一个IGBT)、D型(内部封装两个IGBT)、C型(内部封装六个IGBT)和R型(内部封装七个IGBT)，本方案中不限定所述智能功率模块100的类型。

所述加热体200可以是能够自行发热的物体，例如由多种材料构成，通过材料之间的化学反应从而产生热量；加热体200也可以是通过对其进行通电，从而产生热量，例如电阻片、电磁线圈等；所述加热体200还可以通过辐射，以将能量辐射至所述智能功率模块100，从而使得所述智能功率模块100的温度升高。

请参阅图1，本方案中所述加热体200可以集成于所述智能功率模块100的内部，也可以设置于所述智能功率模块100的外部。在一实施例中，所述智能功率模块100的封装结构包括基板10以及封装壳体20；所述基板10用于承载集成电路裸片30，所述集成电路裸片30是指所述智能功率模块100在封装之前的产品形式，其上集成有所述智能功率模块100的电路。所述封装壳体20用于包裹所述基板10和所述集成电路裸片30。关于所述基板10、所述集成电路、以及封装壳体20的连接关系以及加工工艺可以参照现有技术。所述基板10上用于承托所述集成电路裸片30的一侧具有绝缘层50a，所述集成电路裸片30通过焊接连接于所述绝缘层50a，因此在所述集成电路裸片30和所述绝缘层50a之间还具有焊料层50b，所述集成电路裸片30的走线50c分布于所述焊料层50b和所述绝缘层50a之间，同时所述集成电路裸片30上连接有绑线60，所述绑线60用于将集成电路裸片30上的相关电气节点引出，直接或间接延伸至所述封装壳体20的外部以形成该芯片/智能功率模块100的引脚70；所述智能功率模块100内部还集成有热敏电阻40，以检测所述智能功率模块100的内部温度。本方案中的封装壳体20作为所述智能功率模块100的最外层结构，可以理解的是，所述封装壳体20的外表面即为所述智能功率模块100的外表面。

于本方案中，所述加热体200可以埋设于所述封装壳体内(所述封装壳体具有一定厚度)，以避免加热体200与集成电路裸片、基板等接触，从而影响所述智能功率模块100的性能，同时所述加热体200能够更快速、直接的加热所述智能功率模块100的内部的连接结构、以及连接线等。所述加热体200也可以设于所述封装壳体的外部，所述加热体200可以通过直接与封装壳体外表面接触，通过直接传热，从而使智能功率模块100的温度升高；也可以与封装壳体分离设置，通过辐射能，例如远红外辐射加热所述智能功率模块100。

本发明技术方案通过设置加热体200，以用于为低温环境中的智能功率模块100加热/保温，从而当智能功率模块100在低温环境中启动时，由于其内部初始温度较低，而温升较快造成智能功率模块100内部受到严重的热冲击。本发明技术方案可以根据外界环境温度的状况，以利用加热体200在智能功率模块100启动前对其进行加热，从而提高智能功率模块100的内部温度，有效地降低了功率模块启动后所受到的冷热冲击强度，提高了智能功率模块100的工作稳定性，以及延长了智能功率模块100的使用寿命。

基于上述实施例，为了根据外界环境温度，灵活控制加热体200对智能功率模块100的加热，所述智能功率模块组件还包括控制器，所述控制器与加热体200电连接，以控制所述加热体200对所述智能功率模块100加热。在一实施例中，所述控制器可以通过自动检测外界环境温度，从而启动加热体200或关闭加热体200，从而灵活控制所述智能功率模块100的温度状态，所述控制器也可以通过人工控制，实现对加热体200工作状态的控制。

进一步地，所述加热体200的加热方式为电阻式加热和/或电磁式加热。在一实施例中，当加热体200的加热方式为电阻式加热时，所述加热体200可以为电阻丝、热敏电阻400(PTC)、电热膜等。电磁式加热方式具有节能、加热效率高等优点，当所述加热体200的加热方式为电磁式加热时，所述加热体200包括电磁线圈，以及与该电磁线圈耦合的金属导体。具体地，通过使加热体200首先发热，然后利用加热体200产生的热量以热传导、热对流或热辐射等方式间接加热所述智能功率器件。

优选地，为了提高所述智能功率模块组件的工作安全性，防止加热体200工作异常影响智能功率模块100的工作，同时当加热体200损坏，或工作性能降低时，方便工作人员更换加热体200，本方案中，设置所述加热体200设置于所述智能功率模块100的外侧，且与所述智能功率模块100的外表面可拆卸连接。优选地，所述加热体200贴合于智能功率模块100的外表面，以增大所述加热体200与所述智能功率模块100的外表面的接触面积，从而提高传热效率。所述加热体200与所述智能功率模块100的外表面可拆卸方式可以根据具体加热体200的形状以及类型而有所不同，例如可以为粘接、螺接、或通过设置卡接件实现卡扣连接等。

请参阅图2和图3，为了提高所述加热体200加热所述智能功率模块100的均匀性，防止所述智能功率模块100局部温升过快/过慢，因此本方案中，设置所述加热体200呈条状，且所述加热体200呈螺旋状或蛇形排布于所述智能功率模块100的外表面，这样设置不仅可以起到对智能功率模块100均匀加热的效果，还能够通过设置所述加热体200排布的稀疏程度，以控制所述加热体200的加热速度或加热温度。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括主控板、压缩机、温度检测装置以及所述智能功率模块组件；其中所述主控板与所述智能功率模块组件的加热体200、智能功率模块100、温度检测装置以及压缩机均电连接；所述温度检测装置用于检测室外环境温度，所述主控板根据所述温度检测装置的检测结果控制所述加热体200工作。所述智能功率模块100的输出端与所述压缩机的供电端连接，以为所述压缩机供电，以及调节所述压缩机的工作频率。所述，该智能功率模块组件的具体结构参照上述实施例，由于本空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。需要说明的是，所述智能功率模块组件的控制器可以为所述空调器的主控板。

本发明还提出一种空调器的控制方法，用于控制上述空调器的工作，请参阅图4，所述空调器的控制方法包括以下步骤：

S1：获取空调器所处环境的环境温度值；

S2：比对环境温度值与预设的环境温度值；

S3：当环境温度值小于预设的环境温度值时，启动智能功率模块组件的加热体200。

由于所述智能功率模块组件通常装设于空调室外机中，因此本方案中，可以通过所述温度检测装置以检测所述空调器室外机所在的室外环境温度，以判断是否需要启动加热体200，从而使所述加热体200对所述智能功率模块100进行加热。于本实施例中，无论是否需要智能功率模块100/压缩机启动，当空调器开启后，通过对环境温度的检测，并在当环境温度值小于或等于预设的环境温度值时，控制所述加热体200启动，以加热所述智能功率模块100；这样设置可以在需要智能功率模块100启动时，由于所述智能功率模块100内的温度已得到提高，因此智能功率模块100即使立即投入运行，其内部各结点、连接结构以及电线也不会由于冷热冲击而造成损伤，进而保证了智能功率模块100的运行稳定性，以及延长了所述智能功率模块100的使用寿命。

基于上述实施例，为了实现节能效果，避免不需要智能功率模块100工作时，频繁使加热体200启动，从而造成能源浪费，因此本方案中设置所述获取环境温度值的步骤包括：

当接收到智能功率模块100和/或压缩机的启动信号时，获取空调器所处环境的环境温度值；

所述当环境温度值低于或等于预设的环境温度值时，启动加热体200的步骤之后还包括：

启动智能功率模块100。

于本实施例中，当主控板接收到智能功率模块100和/或压缩机的启动信号时，才通过温度检测装置获取外界环境温度值，进而判断是否需要加热体200启动；当未检测到智能功率模块100和/或压缩机的启动信号时，由于不需要智能功率模块100工作，因此不需要启动加热体200，以对智能功率模块100加热。

在一实施例中，当接收到智能功率模块100和/或压缩机的启动信号时，所述智能功率模块100立即开始启动，但是由于加热体200也处于刚启动的状态，因此智能功率模块100的温度还处于较低值，因此本实施例中设置所述启动智能功率模块100的步骤之后还包括：

控制智能功率模块100的供电电压按照预设的电压曲线逐渐上升至额定电压值。

本方案中，所述预设的电压曲线可以呈逐渐上升的弧形，也可以呈逐渐上升的波浪形、还可以呈逐渐上升的阶梯波形等，目的是为了使智能功率模块100的供电电压逐渐上升至额定电压值，从而使得流经智能功率模块100的电流逐渐上升，避免智能功率模块100的电流上升速度过快，从而造成智能功率模块100内部发热严重，从而其内部受到剧烈的冷热冲击。本方案中，当智能功率模块100的供电电压逐渐上升时，所述加热体200的温度也在逐渐上升，并向智能功率模块100进行传热，这样设置不仅可以避免智能功率模块100在启动时受到冷热冲击，还能够使智能功率模块100的内部温度得到快速上升。

具体的，智能功率模块100安装于空调器后，当用户在低温环境中(如-20℃)启动空调器时，空调器通过自身室外温度检测器探测到室外温度小于预设的环境温度值(如-10℃)，为避免智能功率模块100在启动时，其内部受到冷热冲击，空调器通过控制输入电压大小对智能功率模块100的输入电流进行调控，使通过功率模块的电流缓慢升高至额定电流，避免功率模块电流骤增对其内部结构造成的冷热冲击。

在另一实施例中，启动加热体200之后，智能功率模块100不会立刻启动。即在启动智能功率模块100之前，通过控制加热体200的温升速率，以使智能功率模块100内部的温度缓慢上升，从而实现避免智能功率模块100受到加热体200的热冲击；具体地：

所述启动智能功率模块100的步骤包括：

控制加热体200以预设的温升速率升温；

获取加热体200的当前温度值；

比对加热体200的当前温度值和第一预设温度值；

当加热体200的温度值大于或等于第一预设温度值时，控制加热体200进入保温状态，且当所述加热体200处于保温状态第一预设时长后，启动智能功率模块100；

当加热体200的温度值小于第一预设温度值时，控制加热体200按照预设的温升速率升温。

当加热体200的温升速率较高时，会造成加热体200的温度上升过快，从而容易引起智能功率模块100局部过热，当加热体200的温升速率较慢时，会造成智能功率模块100的温升也对应较慢，从而需要等待较长的时间，才能够启动智能功率模块100。因此本方案中，所述预设的温升速率优选为10℃/min～15℃/min，当然，根据空调器具体使用环境温度的不同，可以设置不同的温升速率，例如，当空调器工作于-20℃的环境中时，设置预设的温升速率优选为10℃/min；当空调器工作于-40℃的环境中时，设置预设的温升速率优选为20℃/min。

所述加热体200温升速率的设置可以在启动加热体200之前，也可以在启动加热体200之后。对加热体200当前温度的检测可以以预设的时间间隔进行离散检测，也可以持续对加热体200的当前温度进行监测，当加热体200的温度值大于或等于第一预设温度值时，则表示加热体200的温度已经达到适宜的温度，因此控制加热体200进入保温状态(维持当前温度值)，优选地，所述第一预设温度值优选在20℃～25℃的范围内。本方案还设置所述加热体200处于保温状态第一预设时长后，再启动智能功率模块100。这里是为了保证加热体200与智能功率模块100之间有充分的时间进行热传导。所述第一预设时长可以为2min～5min，当然也可以为0。当智能功率模块100启动后，控制所述发热体关闭。而当加热体200的温度值小于第一预设温度值时，此时加热体200还需要继续升温，当然此时智能功率模块100不启动。

进一步地，为了进一步提高加热体200温度调控的灵活性，本方案中还可以设置所述加热体200具有可变的温升速率，即从加热体200启动后，随着时间的延长，控制加热体200的温升速率呈下降趋势。例如，在启动时，设置所述加热体200的温升速率为15℃/min，然后每隔1分钟，使加热体200的温升速率为降低5℃/min，直至加热体200的温升速率降低至0或加热体200的当前温度大于或等于第一预设温度值，此时所述加热体200进入保温状态(维持当前温度值)。这样设置是考虑到在加热体200刚启动时，加大加热体200和智能功率模块100之间的温差，可以提高两者之间的热传导速率，从而加快智能功率模块100的温升速率，当然，加热体200初始温升应设置合理，避免使智能功率模块100受到冷热冲击。

基于上述实施例，还可以利用智能功率模块100自身内部的热敏电阻400，以在加热体200启动，对所述智能功率模块100进行加热/保温时，所述热敏电阻400检测智能功率模块100的内部温度，当智能功率模块100的内部温度达到第二预设温度值时，控制所述加热体200关闭。这样设置可以更加明确智能功率模块100是否还需要被加热，有效地实现对智能功率模块100的温度控制以及对加热体200工作时间的控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能功率模块组件，其特征在于，包括：

智能功率模块；

加热体，与所述智能功率模块连接，以向所述智能功率模块传热。

2.如权利要求1所述的智能功率模块组件，其特征在于，所述智能功率模块组件还包括控制器，所述控制器与加热体电连接，以控制所述加热体对所述智能功率模块加热/保温。

3.如权利要求2所述的智能功率模块组件，其特征在于，所述加热体的加热方式为电阻式加热和/或电磁式加热。

4.如权利要求1至3任意一项所述的智能功率模块组件，其特征在于，所述加热体设置于所述智能功率模块的外表面，且与所述智能功率模块的外表面贴合。

5.如权利要求4所述的智能功率模块组件，其特征在于，所述加热体呈条状，且呈螺旋形或蛇形排布于所述智能功率模块的外表面。

6.一种空调器，其特征在于，包括主控板、压缩机、温度检测装置以及如权利要求1至5任意一项所述的智能功率模块组件；

所述主控板与所述智能功率模块组件的加热体、智能功率模块、压缩机以及温度检测装置均电连接；所述智能功率模块的电能输出端与所述压缩机的供电端连接，所述温度检测装置用于检测室外环境温度，所述主控板根据所述温度检测装置的检测结果控制所述加热体工作。

7.一种空调器的控制方法，其特征在于，所述空调器为如权利要求6所述的空调器，所述空调器的控制方法包括以下步骤：

获取空调器所处环境的环境温度值；

比对环境温度值与预设的环境温度值；

当环境温度值小于或等于预设的环境温度值时，启动智能功率模块组件的加热体。

8.如权利要求7所述的空调器控制方法，其特征在于，所述获取环境温度值的步骤包括：

当接收到智能功率模块和/或压缩机的启动信号时，获取空调器所处环境的环境温度值；

所述当环境温度值小于或等于预设的环境温度值时，启动加热体的步骤之后还包括：

启动智能功率模块。

9.如权利要求8所述的空调器控制方法，其特征在于，所述启动智能功率模块的步骤之后还包括：

控制智能功率模块的供电电压按照预设的电压曲线逐渐上升至额定电压值。

10.如权利要求8所述的空调器控制方法，其特征在于，所述启动智能功率模块的步骤包括：

控制加热体以预设的温升速率升温；

获取加热体的当前温度值；

比对加热体的当前温度值和第一预设温度值；

当加热体的温度值大于或等于第一预设温度值时，控制加热体进入保温状态，且当所述加热体处于保温状态第一预设时长后，启动智能功率模块；

当加热体的温度值小于第一预设温度值时，控制加热体按照预设的温升速率升温。