CN109768727A - 功率器件及电器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种功率器件及电器。电器包括功率器件。功率器件包括控制输入端、上桥臂开关管、下桥臂开关管、与控制输入端相连且用于驱动上桥臂开关管的第一驱动电路、与控制输入端相连且用于驱动下桥臂开关管的第二驱动电路。控制输入端能够接入第一电平、第二电平或第三电平。控制输入端接入第一电平时,第一驱动电路及第二驱动电路输出第一电压范围的高低电平信号。控制输入端接入第二电平时,第一驱动电路及第二驱动电路输出第二电压范围的高低电平信号。控制输入端接入第三电平时,第一驱动电路及第二驱动电路输出第三电压范围的高低电平信号。第一电压范围、第二电压范围及第三电压范围不同。能够提高硅、氮化镓和碳化硅功率器件的适配性。

Description

功率器件及电器
技术领域
本申请涉及电器技术领域,更具体而言,涉及一种功率器件及电器。
背景技术
现有技术中,随着对系统能耗要求的不断提高,智能功率模块(IntelligentPower Module,IPM)的功耗成为变频空调的变频电控功耗主要来源,如何降低智能功率模块功耗成为了影响智能功率模块乃至变频空调进一步推广应用的重要课题。通过GaN器件或SiC器件替代Si器件是降低智能功率模块功耗的有效途径,但是随之也带来了新的问题。
GaN器件的阈值电压(3V)、SiC器件的阈值电压(20V)和Si器件的阈值电压(15V)不同。GaN器件的阈值电压低于Si器件的阈值电压,如果采用同一款高压集成电路管(HighVoltage Integrated Circuit,HVIC)进行驱动,容易造成GaN器件的栅极被击穿;SiC器件的阈值电压高于Si器件的阈值电压,如果采用同一款高压集成电路管进行驱动,容易造成SiC器件的开通过程不彻底,SiC器件的低功耗优势得不到发挥。但如果使用不同的高压集成电路管进行驱动,由造成生产过程中的物料组织的困难,有混料风险,也推高了智能功率模块的成本。并且,如果为了保证GaN器件不被击穿,驱动Si器件的高压集成电路管使用更低的电压进行供电,也容易造成整个Si器件智能功率模块的功耗提高,甚至造成Si器件不能正常工作。
发明内容
本申请实施方式提供一种功率器件及电器。
本申请的功率器件包括控制输入端、上桥臂开关管和下桥臂开关管、与所述控制输入端相连且用于驱动所述上桥臂开关管的第一驱动电路、与所述控制输入端相连且用于驱动所述下桥臂开关管的第二驱动电路。所述控制输入端能够接入第一电平、第二电平或第三电平。当所述控制输入端接入第一电平时,所述第一驱动电路及所述第二驱动电路输出第一电压范围的高低电平信号。当所述控制输入端接入第二电平时,所述第一驱动电路及所述第二驱动电路输出第二电压范围的高低电平信号。当所述控制输入端接入第三电平时,所述第一驱动电路及所述第二驱动电路输出第三电压范围的高低电平信号。所述第一电压范围、所述第二电压范围及所述第三电压范围不同。
在某些实施方式中,所述功率器件还包括GND端、VCC端与参考电压源,当所述控制输入端通过邦定线与所述GND端连接时,所述控制输入端接入所述第一电平;当所述控制输入端通过邦定线与所述VCC端连接时,所述控制输入端接入所述第二电平;当所述控制输入端通过邦定线与所述参考电压源连接时,所述控制输入端接入所述第三电平。
在某些实施方式中,所述功率器件包括控制器,所述控制输入端与所述控制器连接,所述控制器用于控制所述控制输入端输出所述第一电平、所述第二电平或所述第三电平。
在某些实施方式中,所述第一电平为0,所述第二电平为电源电平VCC,所述第三电平为二分之一所述电源电平VCC,所述第一电压范围为0~20V,所述第二电压范围为0~3V,所述第三电压范围为0~15V。
在某些实施方式中,所述第一驱动电路包括UH驱动电路、VH驱动电路与WH驱动电路;所述第二驱动电路包括UL/VL/WL驱动电路;所述上桥臂开关管包括第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管与第三上桥臂开关管;所述下桥臂开关包括第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管与第三下桥臂开关管;其中,所述控制输入端均与所述UH驱动电路、VH驱动电路和WH驱动电路相连,且所述UH驱动电路、VH驱动电路与WH驱动电路分别驱动所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管与所述第三上桥臂开关管;所述UH驱动电路与所述第一上桥臂开关管相连,所述VH驱动电路与所述第二上桥臂开关管相连,所述WH驱动电路与所述第三上桥臂开关相连;所述控制输入端与所述UL/VL/WL驱动电路相连,且所述UL/VL/WL驱动电路驱动所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管,所述UL/VL/WL驱动电路分别与所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管连接。
在某些实施方式中,当所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管、所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管均包括SiC器件时,向所述控制输入端输入的信号的电平为第一电平;当所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管、所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管均包括GaN器件时,向所述控制输入端输入的信号的电平为第二电平;当所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管、所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管均包括Si器件时,向所述控制输入端输入的信号的电平为第三电平。
在某些实施方式中,所述UH驱动电路、所述VH驱动电路或所述WH驱动电路包括:第一输入子电路、第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管、第一电压输出子电路、第二电压输出子电路与输出子电路。所述第一输入子电路与所述控制输入端相连,所述第一输入子电路包括第一输出端、第二输出端、第三输出端与第四输出端,其中,当所述控制输入端为第一电平时,所述第一输出端与所述第二输出端输出触发脉冲,所述第三输出端输出第一时间长度的触发脉冲;当所述控制输入端为第二电平时,所述第一输出端与所述第二输出端输出触发脉冲,所述第三输出端输出第二时间长度的触发脉冲,所述第一时间长度小于所述第二时间长度;当所述控制输入端为第三电平时,所述第一输出端与所述第二输出端输出触发脉冲,所述第四输出端输出第一时间长度的触发脉冲;所述第一开关管与所述第一输出端相连,在所述第一输出端输出所述触发脉冲时,所述第一开关管导通,所述第二开关管与所述第二输出端相连,在所述第二输出端输出所述触发脉冲时,所述第二开关管导通,所述第三开关管与所述第三输出端相连,在所述第三输出端输出触发脉冲时,所述第三开关导通,所述第四开关管与所述第四输出端相连,在所述第四输出端输出触发脉冲时,所述第四开关管导通;所述第一电压输出子电路分别与所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管相连;所述第二电压输出子电路与所述第四开关管相连;所述输出子电路分别与所述第一电压输出子电路及所述第二电压输出子电路连接。
在某些实施方式中,所述第一电压输出子电路包括与所述第一开关管及所述第二开关管相连的锁存及降压电路、第一切换模块、与所述第三开关管相连的第一锁存电路。所述第一切换模块分别与所述锁存及降压电路和电源相连;当所述第三开关管导通第一时间长度时,所述锁存电路用于控制所述第一切换模块动作以将所述电源的电压作为所述第一电压输出子电路的输出电压;当所述第三开关管导通第二时间长度时,所述锁存电路用于控制所述第一切换模块动作以将所述锁存及降压电路的输出电压作为所述第一电压输出子电路的输出电压。
在某些实施方式中,所述第二电压输出子电路包括第一降压电路、第二切换模块、与所述第四开关管相连的第二锁存电路。所述第二切换模块分别与所述第一电压输出子电路和所述第一降压电路相连,所述第二锁存电路对所述第二切换模块进行控制,当所述第四开关管未导通时,将所述输出子电路与所述第一电压输出子电路相连,当所述第四开关管导通第一时间长度时,将所述输出子电路与所述第一降压电路相连。
在某些实施方式中,所述UL/VL/WL驱动电路包括第二输入子电路、第一降压子电路、第二降压子电路、开关电路、及与所述第二输入子电路、所述开关电路、所述第一降压子电路及所述第二降压子电路相连的第三电压输出子电路。所述第二输入子电路包括第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端及第五输出端,其中,当所述控制输入端输入第一电平时,所述第四输出端输出第一触发脉冲;当所述控制输入端输入第二电平时,所述第四输出端输出第二触发脉冲,所述第一触发脉冲与所述第二触发脉冲反向;当所述控制输入端输出第三电平时,所述第五输出端输出触发脉冲;所述第一降压子电路将电源电压降压至所述第二电压范围;所述第二降压子电路将电源电压降压至所述第三电压范围;所述开关电路与所述第一降压子电路相连,所述开关电路由所述第五输出端控制;其中,当所述第四输出端输出第一触发脉冲时,所述第三电压输出子电路输出第一电压范围的高低电平信号;所述第四输出端输出第二触发脉冲时,所述第三电压输出子电路输出第二电压范围的高低电平信号;当所述第五输出端输出触发脉冲时,所述第三电压输出子电路输出第三电压范围的高低电平信号。
在某些实施方式中,所述第三电压输出子电路包括分别与所述第二输入子电路的所述第一输出端、所述第二输出端及所述第三输出端相连的UL输出模块、VL输出模块及WL输出模块,以及分别与所述UL输出模块、所述VL输出模块及WL输出模块相连的第三切换模块、第四切换模块及第五切换模块。其中,所述第三切换模块、所述第四切换模块及第五切换模块根据所述第二输入子电路的第四输出端,选择电源电压或所述第二降压子电路的输出电压作为所述第三电压输出子电路的输出电压。
本申请实施方式的电器包括上述任一项实施方式所述的功率器件和处理器,所述处理器连接所述功率器件。
在某些实施方式中,所述电器为空调。
本申请实施方式的功率器件及电器在不需要改变外部输入电压的前提下,能够输出多个不同电压范围的高低电平信号以适应不同类型的器件(如GaN器件、SiC器件及Si器件)的使用需求,不同类型的器件的导通过程都处于完全导通状态,且其性能得到充分的发挥。另外,由于采用同一个第一驱动电路及第二驱动电路就能实现输出不同电压范围的高低电平信号,在功率器件的生产过程中没有混料风险,便于物料组织,降低物料成本。
本申请的实施方式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,或通过本申请的实施方式的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本申请某些实施方式的功率器件的电路结构图;
图2为本申请某些实施方式的功率器件的通过邦定线将控制输入端与电源或地相连的示意图;
图3为本申请实施方式的功率器件的模块示意图;
图4至图11为本申请某些实施方式的上桥臂开关管、下桥臂开关管的结构示意图;
图12为本申请某些实施方式的UH驱动电路的示意图;
图13为本申请某些实施方式的VH驱动电路的示意图;
图14为本申请某些实施方式的WH驱动电路的示意图;
图15为本申请某些实施方式的UL/VL/WL驱动电路的示意图;
图16为本申请某些实施方式的电器的模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
另外,下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的,仅用于解释本申请的实施方式,而不能理解为对本申请的限制。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1,本申请实施方式提供一种功率器件100,本申请的功率器件100包括控制输入端SS、上桥臂开关管127和下桥臂开关管128、与控制输入端SS相连且用于驱动上桥臂开关管127的第一驱动电路129、与控制输入端SS相连且用于驱动下桥臂开关管128的第二驱动电路120。控制输入端SS能够接入第一电平、第二电平或第三电平。当控制输入端SS接入第一电平时,第一驱动电路129及第二驱动电路120输出第一电压范围的高低电平信号。当控制输入端SS接入第二电平时,第一驱动电路129及第二驱动电路120输出第二电压范围的高低电平信号。当控制输入端SS接入第三电平时,第一驱动电路129及第二驱动电路120输出第三电压范围的高低电平信号。第一电压范围、第二电压范围及第三电压范围不同。
本申请的功率器件100的在不需要改变外部输入电压的前提下,能够输出不同电压范围的高低电平信号以适应不同类型的器件(如GaN器件、SiC器件及Si器件)的使用需求,不同类型的器件的导通过程都处于完全导通状态,且其性能得到充分的发挥。另外,由于采用同一个第一驱动电路及第二驱动电路就能实现输出不同电压范围的高低电平信号,在功率器件的生产过程中没有混料风险,便于物料组织,降低物料成本。
请参阅图1,在某些实施方式中,第一驱动电路129包括UH驱动电路101、VH驱动电路102与WH驱动电路103;第二驱动电路120包括UL/VL/WL驱动电路104;上桥臂开关管127包括第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122与第三上桥臂开关管123;下桥臂开关管128包括第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126;其中,控制输入端SS与UH驱动电路101、VH驱动电路102和WH驱动电路103均相连,且UH驱动电路101、VH驱动电路102与WH驱动电路103分别驱动第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122与第三上桥臂开关管123;UH驱动电路101与第一上桥臂开关管121相连,VH驱动电路102与第二上桥臂开关管122相连,WH驱动电路103与第三上桥臂开关123相连;控制输入端SS与UL/VL/WL驱动电路104相连,且UL/VL/WL驱动电路104驱动第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126,UL/VL/WL驱动电路104分别与第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126连接。本实施方式中,UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103和UL/VL/WL驱动电路104可为电器1000,例如空调的压缩机的三相驱动电路,其中,UH驱动电路101与UL驱动电路104连接,VH驱动电路102与VL驱动电路104连接,WH驱动电路103与WL驱动电路104连接。
其中,第一电平为0,第二电平为电源电平VCC,第三电平为二分之一电源电平VCC;第一电压范围为0~20V,第二电压范围为0~3V,第三电压范围为0~15V。
更多地,功率器件100还包括GND端、VCC端与参考电压源Vreg,当控制输入端SS通过邦定线115(bonding wire)与GND端连接时,控制输入端SS接入第一电平;当控制输入端SS通过邦定线115与VCC端连接时,控制输入端SS接入第二电平;当控制输入端SS通过邦定线115与参考电压源Vreg连接时,控制输入端SS接入第三电平。
具体地,请参阅图1,将UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103和UL/VL/WL驱动电路104集成在高压集成电路管111内部,高压集成电路管111的VCC端作为功率器件100的低压区供电电源正端VDD,VDD一般为15V;在高压集成电路管111内部,VCC端与UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103、UL/VL/WL驱动电路104的供电电源正端相连、参考电压源Vreg的供电电源正端相连;在此,参考电压源Vreg是在高压集成电路管111内部生成的一个电压值为VCC/2的电压源。
高压集成电路管111的HIN1端作为功率器件100的U相上桥臂输入端UHIN,在高压集成电路管111内部与UH驱动电路101的输入端相连;高压集成电路管111的HIN2端作为功率器件100的V相上桥臂输入端VHIN,在高压集成电路管111内部与VH驱动电路102的输入端相连;高压集成电路管111的HIN3端作为功率器件100的W相上桥臂输入端WHIN,在高压集成电路管111内部与WH驱动电路103的输入端相连;高压集成电路管111的LIN1端作为功率器件100的U相下桥臂输入端ULIN,在高压集成电路管111内部与UL/VL/WL驱动电路104的第一输入端相连;高压集成电路管111的LIN2端作为功率器件100的V相下桥臂输入端VLIN,在高压集成电路管111内部与UL/VL/WL驱动电路104的第二输入端相连;高压集成电路管111的LIN3端作为功率器件100的W相下桥臂输入端WLIN,在高压集成电路管111内部与UL/VL/WL驱动电路104的第三输入端相连。在此,功率器件100的U、V、W三相的六路输入接收0V或5V的输入信号。
高压集成电路管111的GND端作为功率器件100的低压区供电电源负端COM,并与UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103、UL/VL/WL驱动电路104供电电源负端相连;高压集成电路管111的VB1端在高压集成电路管111内部与UH驱动电路101的高压区供电电源正端相连;在高压集成电路管111外部连接电容131的一端,并作为功率器件100的U相高压区供电电源正端UVB;高压集成电路管111的HO1端在高压集成电路管111内部与UH驱动电路101的输出端相连,在高压集成电路管111外部与第一上桥臂开关管121的控制极相连;高压集成电路管111的VS1端在高压集成电路管111内部与UH驱动电路101的高压区供电电源负端相连,在高压集成电路管111外部与第一上桥臂开关管121的输出负极、第一下桥臂开关管124的输出输出正极、电容131的另一端相连,并作为功率器件100的U相高压区供电电源负端UVS。
高压集成电路管111的VB2端在高压集成电路管111内部与VH驱动电路102的高压区供电电源正端相连,在高压集成电路管111外部连接电容132的一端,作为功率器件100的U相高压区供电电源正端VVB;高压集成电路管111的HO2端在高压集成电路管111内部与VH驱动电路102的输出端相连,在高压集成电路管111外部与第二上桥臂开关管122的控制极相连;高压集成电路管111的VS2端在高压集成电路管111内部与VH驱动电路102的高压区供电电源负端相连,在高压集成电路管111外部与上桥臂功率管122的输出负极、第二下桥臂开关管125的输出正极、电容132的另一端相连,并作为功率器件100的W相高压区供电电源负端VVS。
高压集成电路管111的VB3端在高压集成电路管111内部与WH驱动电路103的高压区供电电源正端相连,在高压集成电路管111外部连接电容133的一端,作为功率器件100的W相高压区供电电源正端WVB;高压集成电路管111的HO3端在高压集成电路管111内部与WH驱动电路101的输出端相连,在高压集成电路管111外部与第三上桥臂开关管123的控制极相连;高压集成电路管111的VS3端在高压集成电路管111内部与WH驱动电路103的高压区供电电源负端相连,在高压集成电路管111外部与功率管123的输出负极、第三下桥臂开关管126的输出正极、电容133的另一端相连,并作为功率器件100的W相高压区供电电源负端WVS。
高压集成电路管111的LO1端与第一下桥臂开关管124的控制极相连;高压集成电路管111的LO2端与第二下桥臂开关管125的控制极相连;高压集成电路管111的LO3端与第三下桥臂开关管126的控制极相连;第一下桥臂开关管124的输出负极作为功率器件100的U相低电压参考端UN;第二下桥臂开关管125的输出负极作为功率器件100的V相低电压参考端VN;第三下桥臂开关管126的输出负极作为功率器件100的W相低电压参考端WN;第一上桥臂开关管121的输出正极、第二上桥臂开关管122的输出正极、第三上桥臂开关管123的输出正极相连,并作为功率器件100的高电压输入端P,P一般接300V。在此,VDD的供电电压为20V。
在此,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125和第三下桥臂开关管126可以是Si IGBT管(即Si器件)和FRD管并联的组合,也可以是IGBT管和GaN SBD(Schottky Barrier Diode,肖特基二极管)管的组合,也可以是GaN MOS管(Metal Oxide Semiconductor,金属-氧化物-半导体)(即GaN器件),也可以是GaN MOS管和FRD管的组合,也可以是GaN MOS管和GaN SBD管的组合;也可以是IGBT管和SiC SBD管的组合,也可以是SiC MOS管(即SiC器件),也可以是SiCMOS管和FRD管的组合,也可以是SiC MOS管和SiC SBD管的组合。
在功率器件100中,高压集成电路管111的作用是:当控制输入端SS为0电平时,HO1~HO3、LO1~LO3输出0~20V的高低电平信号,也即是说,当控制输入端SS为第一电平时,UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103和UL/VL/WL驱动电路104输出第一电压范围的高低电平信号;当控制输入端SS为VCC电平时,HO1~HO3、LO1~LO3输出0~3V的高低电平信号,也即是说,当控制输入端SS为第二电平时,UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103和UL/VL/WL驱动电路104输出第二电压范围的高低电平信号;当控制输入端SS为VCC/2电平时,HO1~HO3、LO1~LO3输出0~15V的高低电平信号,也即是说,当控制输入端SS为第三电平时,UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103和UL/VL/WL驱动电路104输出第三电压范围的高低电平信号。
而在实际应用中,请结合图1与图2,功率器件100包括第一连接部116、第二连接部117与SSS端,第一连接部116用于连接VCC端与VDD端,第二连接部117用于连接GND端与COM端,SSS端用于连接SS端与参考电压源Vreg。第一连接部116与第二连接部117可以为具备导电传输功能的导线、电极等。
具体地,当第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均包括SiC器件时(SiC器件为图9至图11所示的SiC MOS管1211。例如,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图9所示的SiC MOS管1211的方式;或,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图10所示的SiC MOS管1211和Si FRD管1212的组合方式;或,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图11所示的SiC MOS管1211和SiC SBD管1212或GaN SBD管1212的组合方式),在功率器件100内部,控制输入端SS通过邦定线115与GND端相连,控制输入端SS接入第一电平,第一驱动电路129及第二驱动电路120输出第一电压范围的高低电平信号;
当第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均包括GaN器件时(GaN器件为图6至图8所示的GaN MOS管1211。例如,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图6所示的GaN MOS管1211的方式;或,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图7所示的GaN MOS管1211和Si FRD管1212的组合方式;或,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图8所示的GaN MOS管1211和GaN SBD管1212或SiCSBD管1212的组合方式),在功率器件100内部,SSS端通过邦定线115与VCC端相连,控制输入端SS接入第二电平,第一驱动电路129及第二驱动电路120输出第二电压范围的高低电平信号;
当第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均包括Si器件时(Si器件为图4至图5所示的Si IGBT管1211。例如,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图4所示的Si IGBT管1211和Si FRD管1212的组合方式;或,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126均为图5所示的Si IGBT管1211和GaN SBD管1212或SiC SBD管1212的组合方式),在功率器件100内部,SSS端通过邦定线115与参考电压源Vreg相连,控制输入端SS接入第三电平,第一驱动电路129及第二驱动电路120输出第三电压范围的高低电平信号。
综上可知,本申请实施方式的功率器件100的供电电压为20V不变,高压集成电路管111的功耗没有发生本质增加;驱动GaN器件、SiC器件和驱动Si器件为同一高压集成电路管111,生产过程中没有混料风险,便于物料组织,降低物料成本;驱动GaN器件使用3V的电压,驱动SiC器件使用20V的电压,驱动Si器件使用15V的电压,使GaN器件、SiC器件和Si器件的导通过程都处于完全导通状态的同时也不会对其造成击穿,使各自性能得到发挥。
请参阅图1与图3,在某些实施方式中,功率器件100包括控制器130,控制输入端SS与控制器130连接,控制器130用于控制控制输入端SS接入第一电平、第二电平或第三电平。
控制器130可以是包括用于输出第一电平、第二电平或第三电平的数字电路,也可以包括触发器等,但不限于此。控制器130可安装在高压集成电路管111的内部,例如安装在控制输入端SS与SSS端之间或其它地方。控制器130还可安装在高压集成电路管111的外部,例如安装在靠近控制输入端SS的地方或其它地方。或者控制器130安装在电器的微处理器上。
图4至图11是上桥臂开关管127与下桥臂开关管128的组合方式,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126的结构一致,以第一上桥臂开关管121为例进行说明:
图4所示的是Si IGBT管1211和Si FRD管1212的组合方式:(1)Si IGBT管1211的集电极与Si FRD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;(2)Si IGBT管1211的发射极与Si FRD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)Si IGBT管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图5所示的是Si IGBT管1211和GaN SBD管1212或SiC SBD管1212的组合方式:(1)Si IGBT管1211和GaN SBD管1212的组合方式,其中,Si IGBT管1211的集电极与GaN SBD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;Si IGBT管1211的发射极与GaNSBD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(2)Si IGBT管1211和SiCSBD管1212的组合方式,其中,Si IGBT管1211和SiC SBD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;Si IGBT管1211的发射极与Si SBD管的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)Si IGBT管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图6所示的是GaN MOS管1211的方式:(1)GaN MOS管1211的漏极作为第一上桥臂开关管121的输出正极;(2)GaN MOS管1211的源极作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)GaN MOS管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图7所示的是GaN MOS管1211和Si FRD管1212的组合方式:(1)GaN MOS管1211的漏极与Si FRD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;(2)GaN MOS管1211的源极与Si FRD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)GaNMOS管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图8所示的是GaN MOS管1211和GaN SBD管1212或SiC SBD管1212的组合方式:(1)GaN MOS管1211和GaN SBD管1212的组合方式,其中,GaN MOS管1211的漏极与GaN SBD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;GaN MOS管1211的源极与GaNSBD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(2)GaN MOS管1211和SiCSBD管1212的组合方式,其中,GaN MOS管1211的漏极与SiC SBD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;GaN MOS管1211的源极与SiC SBD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)Si IGBT管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图9所示的是SiC MOS管1211的方式:(1)SiC MOS管1211的漏极作为第一上桥臂开关管121的输出正极;(2)SiC MOS管1211的源极作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)SiC MOS管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图10所示的是SiC MOS管1211和Si FRD管1212的组合方式:(1)SiC MOS管1211的漏极与Si FRD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;(2)SiC MOS管1211的源极与Si FRD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)SiCMOS管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极;
图11所示的是SiC MOS管1211和SiC SBD管1212或GaN SBD管1212的组合方式:(1)SiC MOS管1211和SiC SBD管1212的组合方式,其中,SiC MOS管1211的漏极与SiC SBD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;SiC MOS管1211的源极与SiCSBD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(2)SiC MOS管1211和GaNSBD管1212的组合方式,其中,SiC MOS管1211的漏极与GaN SBD管1212的阴极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出正极;SiC MOS管1211的源极与GaN SBD管1212的阳极相连,并作为第一上桥臂开关管121的输出负极;(3)Si IGBT管1211的栅极作为第一上桥臂开关管121的控制极。
可以理解,第二上桥臂开关管122可以为图4至图11所示的任意一种组合方式的开关管;第三上桥臂开关管123可以为图4至图11所示的任意一种组合方式的开关管;第一下桥臂开关管124可以为图4至图11所示的任意一种组合方式的开关管;第二下桥臂开关管125可以为图4至图11所示的任意一种组合方式的开关管;第三下桥臂开关管126可以为图4至图11所示的任意一种组合方式的开关管。
另外,上述的第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126的结构一致是指:在实际的功率器件100中,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图4所示的Si IGBT和Si FRD的组合方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图5所示的Si IGBT和GaN SBD管或SiC SBD管的组合方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图6所示的GaN MOS的方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图7所示的GaNMOS和Si FRD的组合方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图8所示的GaN MOS和GaN SBD管或SiC SBD管的组合方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图9所示的SiC MOS的方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图10所示的SiC MOS和Si FRD的组合方式的开关管;或者,第一上桥臂开关管121、第二上桥臂开关管122、第三上桥臂开关管123、第一下桥臂开关管124、第二下桥臂开关管125与第三下桥臂开关管126全部为图11所示的SiC MOS和SiC SBD管或GaN SBD管的组合方式的开关管。
请参阅图12至图14,UH驱动电路101、VH驱动电路102、WH驱动电路103的结构相同,图12、图13以及图14分别为UH驱动电路101、VH驱动电路102与WH驱动电路103的实施例。以下说明书将分别对应介绍UH驱动电路101、VH电路102以及WH电路103的结构。
请参阅图12,在某些实施方式中,UH驱动电路101包括:第一输入子电路1011、第一开关管1012、第二开关管1013、第三开关管1014、第四开关管1021、输出子电路1017、第一电压输出子电路1023、第二电压输出子电路1024。第一输入子电路1011与控制输入端SS相连。第一输入子电路1011包括第一输出端、第二输出端、第三输出端与第四输出端。其中,当控制输入端SS为第一电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第三输出端输出第一时间长度的触发脉冲;当控制输入端SS为第二电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第三输出端输出第二时间长度的触发脉冲,第一时间长度小于第二时间长度;当控制输入端SS为第三电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第四输出端输出第一时间长度的触发脉冲。
第一开关管1012与第一输出端相连,在第一输出端输出触发脉冲时,第一开关管1012导通;第二开关管1013与第二输出端相连,在第二输出端输出触发脉冲时,第二开关管1013导通;第三开关管1014与第三输出端相连,在第三输出端输出触发脉冲时,第三开关1014导通;第四开关管1021与第四输出端相连,在第四输出端输出触发脉冲时,第四开关管1021导通。
第一电压输出子电路1023分别与第一开关管1012、第二开关管1013及第三开关管1014相连;第二电压输出子电路1024与第四开关管1021相连;输出子电路1017分别与第一电压输出子电路1023及第二电压输出子电路1024连接。
请参阅图12,在某些实施方式中,第一电压输出子电路1023包括与第一开关管1012及第二开关管1013相连的锁存及降压电路1016、第一切换模块1018、与第三开关管1014相连的第一锁存电路1015。第一切换模块1018分别与锁存及降压电路1016和电源相连;当第三开关管1014导通第一时间长度时,第一锁存电路1015用于控制第一切换模块1018动作以将电源的电压作为第一电压输出子电路1023的输出电压;当第三开关管1014导通第二时间长度时,第一锁存电路1015用于控制第一切换模块1018动作以将锁存及降压电路1016的输出电压作为第一电压输出子电路1023的输出电压。
请参阅图12,在某些实施方式中,第二电压输出子电路1024包括第一降压电路1022、第二切换模块1019、与第四开关管1021相连的第二锁存电路1020。第二切换模块1019分别与第一电压输出子电路1023和第一降压电路1022相连,第二锁存电路1020对第二切换模块1019进行控制,当第四开关管1021未导通时,将输出子电路1017与第一电压输出子电路1023相连,当第四开关管1021导通第一时间长度时,将输出子电路1017与第一降压电路1022相连。
请参阅图1与图12,在UH驱动电路101内部,VCC端与第一输入子电路1011的供电电源正端相连,HIN1与第一输入子电路1011的输入端相连,控制输入端SS与第一输入子电路1011的控制端相连。第一输入子电路1011的第一输出端与第一开关管1012的栅极相连,第一输入子电路1011的第二输出端与第二开关管1013的栅极相连,第一输入子电路1011的第三输出端与高压第三开关管1014的栅极相连,第一输入子电路1011的第四输出端与第四开关管1021的栅极相连。GND端与第一输入子电路1011的供电电源负端、第一开关管1012的衬底和源极、第二开关管1013的衬底和源极、第三开关管1014的衬底和源极相连、第四开关管1021的衬底和源极相连。
第一开关管1012的漏极进入高压区与锁存及降压电路1016的第一输入端相连;第二开关管1013的漏极进入高压区与锁存及降压电路1016的第二输入端相连;第三开关管1014的漏极进入高压区与第一锁存电路1015的使能端端相连;第四开关管1021的漏极进入高压区与锁存电路1020的使能端端相连。锁存及降压电路1016的第一输出端与模拟开关1018的1选择端相连;锁存及降压电路1016的第二输出端与输出电路1017的输入端相连;锁存电路1015的输出端与模拟开关1018的控制端相连;模拟开关1018的固定端与输出电路1017的供电电源正端相连;降压电路1022的输出端与第二切换模块1019的活动端相连;第二锁存电路1020的输出端与第二切换模块1019的控制端相连。VB1与第一锁存电路1015的供电电源正端、第二锁存电路1020的供电电源正端、锁存与降压电路1016的供电电源正端、第一降压电路1022的供电电源正端、模拟开关1018的0选择端相连。VS1与第一锁存电路1015的供电电源负端、第二锁存电路1020的供电电源负端、锁存与降压电路1016的供电电源负端、第一降压电路1022的供电电源负端、输出子电路1017的供电电源负端相连。HO1与输出子电路1017的输出端相连。
第一输入子电路1011的作用是:在第一输入子电路1011输入端信号的上升沿,在第一输入子电路1011的第一输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;在第一输入子电路1011输入端信号的下降沿,在第一输入子电路1011的第二输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1011的控制输入端为VCC电平时,在第一输入子电路1011的第三输出端输出一个脉冲宽度为600ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1011的控制输入端为0电平时,在第一输入子电路1011的第三输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1011的控制输入端为VCC/2电平时,在第一输入子电路1011的第四输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号。
第一锁存电路1015的作用是:当第一锁存电路1015输入端信号出现600ns的低电平时,第一锁存电路1015的输出端输出高电平,当第一锁存电路1015输入端信号出现300ns的低电平时,第一锁存电路1015的输出端输出低电平,当第一锁存电路1015输入端信号从未出现低电平时,第一锁存电路1015的输出端输出VCC/2电压。
锁存及降压电路1016的作用是:在锁存及降压电路1016的第一输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1016的第二输出端输出持续高电平;在锁存及降压电路1016的第二输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1016的第二输出端输出持续低电平,即将HIN1的信号在第一输入子电路1011两个输出端分解出的两个脉冲信号重新整合成完整的信号。并且,锁存及降压电路1016内部有降压电路,在锁存及降压电路1016的第二输出端输出对VS1为3V的电压。
第二锁存电路1020的作用是:在锁存及降压电路1016的第一输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1016的第二输出端输出持续高电平,否则输出低电平。输出子电路1017的作用是:输出一个高电平时电压值与其供电电源正端一致、低电平时电压值与其供电电源负端一致的相位与HIN1一致的信号。在此,使用300ns或600ns的窄脉冲信号控制第一开关管1012、第二开关管1013、第三开关管1014与第四开关管1021,是为了通过缩短第一开关管1012、第二开关管1013、第三开关管1014与第四开关管1021的导通时间降低其功耗。
上述通过缩短第一开关管1012、第二开关管1013、第三开关管1014与第四开关管1021的导通时间降低其功耗的工作原理是:
HIN1的信号经过第一输入子电路1011后,分别在信号的上升沿和下降沿在第一输入子电路1011的第一输出端和第二输出端输出一个300ns的窄脉冲,该窄脉冲分别控制第一开关管1012和第二开关管1013导通300ns,使锁存及降压电路1016的第一输入端和第二输入端分别产生300ns的低电平,锁存及降压电路1016内部具有RS触发器等装置,使两个低电平信号被重新组合成完整的与HIN1同相的信号;
1、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含SiC MOS管时,控制输入端SS为0电平,从而第一输入子电路1011的第四输出端不会出现高电平,第四开关管1021不会开通,第二锁存电路1020的输入端不会出现低电平,则第二锁存电路1020的输出端保持低电平,模拟开关1019处于断开状态。并且第一输入子电路1011的第三输出端出现300ns(第一时间长度)高电平脉冲,第三开关管1014出现300ns的导通,第一锁存电路1015的输入端出现300ns低电平,则第一锁存电路1015的输出端输出从高到低电平,输出子电路1017的供电电源正端与VB1相连,即输出子电路1017输出0~20V的高低电平。
2、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含GaN MOS管,控制输入端SS为VCC电平,从而第一输入子电路1011的第四输出端不会出现高电平,第四开关管1021不会开通,第二锁存电路1020的输入端不会出现低电平,则第二锁存电路1020的输出端保持低电平,第二切换模块1019处于断开状态。并且第一输入子电路1011的第三输出端出现600ns(第二时间长度)高电平脉冲,第三开关管1014出现600ns的导通,第一锁存电路1015的输入端出现600ns低电平,则第一锁存电路1015的输出端输出从低到高电平,输出子电路1017的供电电源正端与锁存及降压电路1016的输出端相连,即输出子电路1017输出0~3V的高低电平。
3、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含Si IGBT管,控制输入端SS为VCC/2电平,从而第一输入子电路1011的第三输出端不会出现高电平,第三开关管1014不会开通,第一锁存电路1015的输入端不会出现低电平,则第一锁存电路1015的输出端一直在低电平,第一切换模块1018处于悬空状态。并且第一输入子电路1011的第四输出端出现300ns(第一时间长度)高电平脉冲,第四开关管1021出现300ns的导通,第二锁存电路1020的输入端出现300ns低电平,则第二锁存电路1020的输出端输出高电平,输出子电路1017的供电电源正端与第二降压电路1022的输出端相连,即输出子电路1017输出0~15V的高低电平。
请参阅图13,在某些实施方式中,VH驱动电路102包括:第一输入子电路1211、输出子电路1217、第一开关管1212、第二开关管1213、第三开关管1214、第四开关管1221、第一电压输出子电路1223、第二电压输出子电路1224。第一输入子电路1211与控制输入端SS相连,第一输入子电路1211包括第一输出端、第二输出端、第三输出端与第四输出端,其中,当控制输入端SS为第一电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第三输出端输出第一时间长度的触发脉冲;当控制输入端SS为第二电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第三输出端输出第二时间长度的触发脉冲,第一时间长度小于第二时间长度;当控制输入端SS为第三电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第四输出端输出第一时间长度的触发脉冲。
第一开关管1212与第一输出端相连,在第一输出端输出触发脉冲时,第一开关管1212导通;第二开关管1213与第二输出端相连,在第二输出端输出触发脉冲时,第二开关管1213导通;第三开关管1214与第三输出端相连,在第三输出端输出触发脉冲时,第三开关1214导通;第四开关管1221与第四输出端相连,在第四输出端输出触发脉冲时,第四开关管1221导通。
第一电压输出子电路1223分别与第一开关管1212、第二开关管1213及第三开关管1214相连。第二电压输出子电路1224与第四开关管1221相连。输出子电路1217分别与第一电压输出子电路1223及第二电压输出子电路1224连接。
请参阅图13,在某些实施方式中,第一电压输出子电路1223包括与第一开关管1212及第二开关管1213相连的锁存及降压电路1216、第一切换模块1218、与第三开关管1214相连的第一锁存电路1215。第一切换模块1218分别与锁存及降压电路1216和电源相连;当第三开关管1214导通第一时间长度时,第一锁存电路1215用于控制第一切换模块1218动作以将电源的电压作为第一电压输出子电路1223的输出电压;当第三开关管1214导通第二时间长度时,第一锁存电路1215用于控制第一切换模块1218动作以将锁存及降压电路1216的输出电压作为第一电压输出子电路1223的输出电压。
请参阅图13,在某些实施方式中,第二电压输出子电路1224包括第一降压电路1222、第二切换模块1219、与第四开关管1221相连的第二锁存电路1220。第二切换模块1219分别与第一电压输出子电路1223和第一降压电路1222相连,第二锁存电路1220对第二切换模块1219进行控制,当第四开关管1221未导通时,将输出子电路1217与第一电压输出子电路1223相连,当第四开关管1221导通第一时间长度时,将输出子电路1217与第一降压电路1222相连。
请参阅图1与图13,在VH驱动电路102内部,VCC端与第一输入子电路1211的供电电源正端相连,HIN1与第一输入子电路1211的输入端相连,控制输入端SS与第一输入子电路1211的控制端相连。第一输入子电路1211的第一输出端与第一开关管1212的栅极相连,第一输入子电路1211的第二输出端与第二开关管1213的栅极相连,第一输入子电路1211的第三输出端与高压第三开关管1214的栅极相连,第一输入子电路1211的第四输出端与第四开关管1221的栅极相连。
GND端与第一输入子电路1211的供电电源负端、第一开关管1212的衬底和源极、第二开关管1213的衬底和源极、第三开关管1214的衬底和源极相连、第四开关管1221的衬底和源极相连。第一开关管1212的漏极进入高压区与锁存及降压电路1216的第一输入端相连;第二开关管1213的漏极进入高压区与锁存及降压电路1216的第二输入端相连;第三开关管1214的漏极进入高压区与第一锁存电路1215的使能端端相连;第四开关管1221的漏极进入高压区与锁存电路1220的使能端端相连。
锁存及降压电路1216的第一输出端与模拟开关1218的1选择端相连;锁存及降压电路1216的第二输出端与输出电路1217的输入端相连;锁存电路1215的输出端与模拟开关1218的控制端相连;模拟开关1218的固定端与输出电路1217的供电电源正端相连;降压电路1222的输出端与第二切换模块1219的活动端相连;第二锁存电路1220的输出端与第二切换模块1219的控制端相连。VB1与第一锁存电路1215的供电电源正端、第二锁存电路1220的供电电源正端、锁存与降压电路1216的供电电源正端、第一降压电路1222的供电电源正端、模拟开关1218的0选择端相连。VS1与第一锁存电路1215的供电电源负端、第二锁存电路1220的供电电源负端、锁存与降压电路1216的供电电源负端、第一降压电路1222的供电电源负端、输出子电路1217的供电电源负端相连。HO1与输出子电路1217的输出端相连。
第一输入子电路1211的作用是:在第一输入子电路1211输入端信号的上升沿,在第一输入子电路1211的第一输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;在第一输入子电路1211输入端信号的下降沿,在第一输入子电路1211的第二输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1211的控制输入端为VCC电平时,在第一输入子电路1211的第三输出端输出一个脉冲宽度为600ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1211的控制输入端为0电平时,在第一输入子电路1211的第三输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1211的控制输入端为VCC/2电平时,在第一输入子电路1211的第四输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号。
第一锁存电路1215的作用是:当第一锁存电路1215输入端信号出现600ns的低电平时,第一锁存电路1215的输出端输出高电平,当第一锁存电路1215输入端信号出现300ns的低电平时,第一锁存电路1215的输出端输出低电平,当第一锁存电路1215输入端信号从未出现低电平时,第一锁存电路1215的输出端输出VCC/2电压。
锁存及降压电路1216的作用是:在锁存及降压电路1216的第一输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1216的第二输出端输出持续高电平;在锁存及降压电路1216的第二输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1216的第二输出端输出持续低电平,即将HIN1的信号在第一输入子电路1211两个输出端分解出的两个脉冲信号重新整合成完整的信号。并且,锁存及降压电路1216内部有降压电路,在锁存及降压电路1216的第二输出端输出对VS1为3V的电压。
第二锁存电路1220的作用是:在锁存及降压电路1216的第一输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1216的第二输出端输出持续高电平,否则输出低电平。输出子电路1217的作用是:输出一个高电平时电压值与其供电电源正端一致、低电平时电压值与其供电电源负端一致的相位与HIN1一致的信号。在此,使用300ns或600ns的窄脉冲信号控制第一开关管1212、第二开关管1213、第三开关管1214与第四开关管1221,是为了通过缩短第一开关管1212、第二开关管1213、第三开关管1214与第四开关管1221的导通时间降低其功耗。
上述通过缩短第一开关管1212、第二开关管1213、第三开关管1214与第四开关管1221的导通时间降低其功耗的工作原理是:
HIN1的信号经过第一输入子电路1211后,分别在信号的上升沿和下降沿在第一输入子电路1211的第一输出端和第二输出端输出一个300ns的窄脉冲,该窄脉冲分别控制第一开关管1212和第二开关管1213导通300ns,使锁存及降压电路1216的第一输入端和第二输入端分别产生300ns的低电平,锁存及降压电路1216内部具有RS触发器等装置,使两个低电平信号被重新组合成完整的与HIN1同相的信号;
1、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含SiC MOS管时,控制输入端SS为0电平,从而第一输入子电路1211的第四输出端不会出现高电平,第四开关管1221不会开通,第二锁存电路1220的输入端不会出现低电平,则第二锁存电路1220的输出端保持低电平,模拟开关1219处于断开状态。并且第一输入子电路1211的第三输出端出现300ns(第一时间长度)高电平脉冲,第三开关管1214出现300ns的导通,第一锁存电路1215的输入端出现300ns低电平,则第一锁存电路1215的输出端输出从高到低电平,输出子电路1217的供电电源正端与VB1相连,即输出子电路1217输出0~20V的高低电平。
2、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含GaN MOS管,控制输入端SS为VCC电平,从而第一输入子电路1211的第四输出端不会出现高电平,第四开关管1221不会开通,第二锁存电路1220的输入端不会出现低电平,则第二锁存电路1220的输出端保持低电平,第二切换模块1219处于断开状态。并且第一输入子电路1211的第三输出端出现600ns(第二时间长度)高电平脉冲,第三开关管1214出现600ns的导通,第一锁存电路1215的输入端出现600ns低电平,则第一锁存电路1215的输出端输出从低到高电平,输出子电路1217的供电电源正端与锁存及降压电路1216的输出端相连,即输出子电路1217输出0~3V的高低电平。
3、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含Si IGBT管,控制输入端SS为VCC/2电平,从而第一输入子电路1211的第三输出端不会出现高电平,第三开关管1214不会开通,第一锁存电路1215的输入端不会出现低电平,则第一锁存电路1215的输出端一直在低电平,第一切换模块1218处于悬空状态。并且第一输入子电路1211的第四输出端出现300ns(第一时间长度)高电平脉冲,第四开关管1221出现300ns的导通,第二锁存电路1220的输入端出现300ns低电平,则第二锁存电路1220的输出端输出高电平,输出子电路1217的供电电源正端与第二降压电路1222的输出端相连,即输出子电路1217输出0~15V的高低电平。
请参阅图14,在某些实施方式中,WH驱动电路103包括:第一输入子电路1311、输出子电路1317、第一开关管1312、第二开关管1313、第三开关管1314、第四开关管1321、第一电压输出子电路1323、第二电压输出子电路1324。第一输入子电路1311与控制输入端SS相连,第一输入子电路1311包括第一输出端、第二输出端、第三输出端与第四输出端,其中,当控制输入端SS为第一电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第三输出端输出第一时间长度的触发脉冲;当控制输入端SS为第二电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第三输出端输出第二时间长度的触发脉冲,第一时间长度小于第二时间长度;当控制输入端SS为第三电平时,第一输出端与第二输出端输出触发脉冲,第四输出端输出第一时间长度的触发脉冲。
第一开关管1312与第一输出端相连,在第一输出端输出触发脉冲时,第一开关管1312导通;第二开关管1313与第二输出端相连,在第二输出端输出触发脉冲时,第二开关管1313导通;第三开关管1314与第三输出端相连,在第三输出端输出触发脉冲时,第三开关1314导通;第四开关管1321与第四输出端相连,在第四输出端输出触发脉冲时,第四开关管1321导通。
第一电压输出子电路1323分别与第一开关管1312、第二开关管1313及第三开关管1314相连;第二电压输出子电路1324与第四开关管1321相连;输出子电路1317分别与第一电压输出子电路1323及第二电压输出子电路1324连接。
请继续参阅图14,在某些实施方式中,第一电压输出子电路1323包括与第一开关管1312及第二开关管1313相连的锁存及降压电路1316、第一切换模块1318、与第三开关管1314相连的第一锁存电路1315。第一切换模块1318分别与锁存及降压电路1316和电源相连;当第三开关管1314导通第一时间长度时,第一锁存电路1315用于控制第一切换模块1318动作以将电源的电压作为第一电压输出子电路1323的输出电压;当第三开关管1314导通第二时间长度时,第一锁存电路1315用于控制第一切换模块1318动作以将锁存及降压电路1316的输出电压作为第一电压输出子电路1323的输出电压。
请参阅图14,在某些实施方式中,第二电压输出子电路1324包括第一降压电路1322、第二切换模块1319、与第四开关管1321相连的第二锁存电路1320。第二切换模块1319分别与第一电压输出子电路1323和第一降压电路1322相连,第二锁存电路1320对第二切换模块1319进行控制,当第四开关管1321未导通时,将输出子电路1317与第一电压输出子电路1323相连,当第四开关管1321导通第一时间长度时,将输出子电路1317与第一降压电路1322相连。
请参阅图1与图14,在WH驱动电路103内部,VCC端与第一输入子电路1311的供电电源正端相连,HIN1与第一输入子电路1311的输入端相连,控制输入端SS与第一输入子电路1311的控制端相连。第一输入子电路1311的第一输出端与第一开关管1312的栅极相连,第一输入子电路1311的第二输出端与第二开关管1313的栅极相连,第一输入子电路1311的第三输出端与高压第三开关管1314的栅极相连,第一输入子电路1311的第四输出端与第四开关管1321的栅极相连。
GND端与第一输入子电路1311的供电电源负端、第一开关管1312的衬底和源极、第二开关管1313的衬底和源极、第三开关管1314的衬底和源极相连、第四开关管1321的衬底和源极相连。第一开关管1312的漏极进入高压区与锁存及降压电路1316的第一输入端相连;第二开关管1313的漏极进入高压区与锁存及降压电路1316的第二输入端相连;第三开关管1314的漏极进入高压区与第一锁存电路1315的使能端端相连;第四开关管1321的漏极进入高压区与锁存电路1320的使能端端相连。
锁存及降压电路1316的第一输出端与模拟开关1318的1选择端相连;锁存及降压电路1316的第二输出端与输出电路1317的输入端相连;锁存电路1315的输出端与模拟开关1318的控制端相连;模拟开关1318的固定端与输出电路1317的供电电源正端相连;降压电路1322的输出端与第二切换模块1319的活动端相连;第二锁存电路1320的输出端与第二切换模块1319的控制端相连。VB1与第一锁存电路1315的供电电源正端、第二锁存电路1320的供电电源正端、锁存与降压电路1316的供电电源正端、第一降压电路1322的供电电源正端、模拟开关1318的0选择端相连。VS1与第一锁存电路1315的供电电源负端、第二锁存电路1320的供电电源负端、锁存与降压电路1316的供电电源负端、第一降压电路1322的供电电源负端、输出子电路1317的供电电源负端相连。HO1与输出子电路1317的输出端相连。
第一输入子电路1311的作用是:在第一输入子电路1311输入端信号的上升沿,在第一输入子电路1311的第一输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;在第一输入子电路1311输入端信号的下降沿,在第一输入子电路1311的第二输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1311的控制输入端为VCC电平时,在第一输入子电路1311的第三输出端输出一个脉冲宽度为600ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1311的控制输入端为0电平时,在第一输入子电路1311的第三输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号;当第一输入子电路1311的控制输入端为VCC/2电平时,在第一输入子电路1311的第四输出端输出一个脉冲宽度为300ns左右的脉冲信号。
第一锁存电路1315的作用是:当第一锁存电路1315输入端信号出现600ns的低电平时,第一锁存电路1315的输出端输出高电平,当第一锁存电路1315输入端信号出现300ns的低电平时,第一锁存电路1315的输出端输出低电平,当第一锁存电路1315输入端信号从未出现低电平时,第一锁存电路1315的输出端输出VCC/2电压。
锁存及降压电路1316的作用是:在锁存及降压电路1316的第一输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1316的第二输出端输出持续高电平;在锁存及降压电路1316的第二输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1316的第二输出端输出持续低电平,即将HIN1的信号在第一输入子电路1311两个输出端分解出的两个脉冲信号重新整合成完整的信号。并且,锁存及降压电路1316内部有降压电路,在锁存及降压电路1316的第二输出端输出对VS1为3V的电压。
第二锁存电路1320的作用是:在锁存及降压电路1316的第一输入端出现300ns低电平时,在锁存及降压电路1316的第二输出端输出持续高电平,否则输出低电平。输出子电路1317的作用是:输出一个高电平时电压值与其供电电源正端一致、低电平时电压值与其供电电源负端一致的相位与HIN1一致的信号。在此,使用300ns或600ns的窄脉冲信号控制第一开关管1312、第二开关管1313、第三开关管1314与第四开关管1321,是为了通过缩短第一开关管1312、第二开关管1313、第三开关管1314与第四开关管1321的导通时间降低其功耗。
上述通过缩短第一开关管1312、第二开关管1313、第三开关管1314与第四开关管1321的导通时间降低其功耗的工作原理是:
HIN1的信号经过第一输入子电路1311后,分别在信号的上升沿和下降沿在第一输入子电路1311的第一输出端和第二输出端输出一个300ns的窄脉冲,该窄脉冲分别控制第一开关管1312和第二开关管1313导通300ns,使锁存及降压电路1316的第一输入端和第二输入端分别产生300ns的低电平,锁存及降压电路1316内部具有RS触发器等装置,使两个低电平信号被重新组合成完整的与HIN1同相的信号;
1、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含SiC MOS管时,控制输入端SS为0电平,从而第一输入子电路1311的第四输出端不会出现高电平,第四开关管1321不会开通,第二锁存电路1320的输入端不会出现低电平,则第二锁存电路1320的输出端保持低电平,模拟开关1319处于断开状态。并且第一输入子电路1311的第三输出端出现300ns(第一时间长度)高电平脉冲,第三开关管1314出现300ns的导通,第一锁存电路1315的输入端出现300ns低电平,则第一锁存电路1315的输出端输出从高到低电平,输出子电路1317的供电电源正端与VB1相连,即输出子电路1317输出0~20V的高低电平。
2、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含GaN MOS管,控制输入端SS为VCC电平,从而第一输入子电路1311的第四输出端不会出现高电平,第四开关管1321不会开通,第二锁存电路1320的输入端不会出现低电平,则第二锁存电路1320的输出端保持低电平,第二切换模块1319处于断开状态。并且第一输入子电路1311的第三输出端出现600ns(第二时间长度)高电平脉冲,第三开关管1314出现600ns的导通,第一锁存电路1315的输入端出现600ns低电平,则第一锁存电路1315的输出端输出从低到高电平,输出子电路1317的供电电源正端与锁存及降压电路1316的输出端相连,即输出子电路1317输出0~3V的高低电平。
3、当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包含Si IGBT管,控制输入端SS为VCC/2电平,从而第一输入子电路1311的第三输出端不会出现高电平,第三开关管1314不会开通,第一锁存电路1315的输入端不会出现低电平,则第一锁存电路1315的输出端一直在低电平,第一切换模块1318处于悬空状态。并且第一输入子电路1311的第四输出端出现300ns(第一时间长度)高电平脉冲,第四开关管1321出现300ns的导通,第二锁存电路1320的输入端出现300ns低电平,则第二锁存电路1320的输出端输出高电平,输出子电路1317的供电电源正端与第二降压电路1322的输出端相连,即输出子电路1317输出0~15V的高低电平。
请参阅图15,UL/VL/WL驱动电路104包括第二输入子电路1041、第一降压子电路1048、第二降压子电路1050、开关电路1049、及与第二输入子电路1041、开关电路1049、第一降压子电路1048及第二降压子电路1050相连的第三电压输出子电路1051。第二输入子电路1041包括第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端及第五输出端,其中,当控制输入端SS输入第一电平时,第四输出端输出第一触发脉冲;当控制输入端SS输入第二电平时,第四输出端输出第二触发脉冲,第一触发脉冲与第二触发脉冲反向;当控制输入端SS输出第三电平时,第五输出端输出触发脉冲;第一降压子电路1048将电源电压降压至第二电压范围;第二降压子电路1050将电源电压降压至第三电压范围;开关电路1049与第一降压子电路1048相连,开关电路1049由第五输出端控制;其中,当第四输出端输出第一触发脉冲时,第三电压输出子电路1051输出第一电压范围的高低电平信号;第四输出端输出第二触发脉冲时,第三电压输出子电路1051输出第二电压范围的高低电平信号;当第五输出端输出触发脉冲时,第三电压输出子电路1051输出第三电压范围的高低电平信号。
请参阅图15,在某些实施方式中,第三电压输出子电路1051包括分别与第二输入子电路1041的第一输出端、第二输出端及第三输出端相连的UL输出模块1042、VL输出模块1043及WL输出模块1044,以及分别与UL输出模块1042、VL输出模块1043及WL输出模块1044相连的第三切换模块1045、第四切换模块1046及第五切换模块1047。其中,第三切换模块1045、第四切换模块1046及第五切换模块1047根据第二输入子电路1041的第四输出端,选择电源电压或第二降压子电路1050的输出电压作为第三电压输出子电路1051的输出电压。
如图15所示,在UL/VL/WL驱动电路104内部,VCC端与第二输入子电路1041的供电电源正端、第二降压子电路1050的供电电源正端、第一降压子电路1048的供电电源正端、第三切换模块1045的0选择端、第四切换模块1046的0选择端、第五切换模块1047的0选择端相连。LIN1与第二输入子电路1041的第一输入端相连。LIN2与第二输入子电路1041的第二输入端相连。LIN3与第二输入子电路1041的第三输入端相连。
控制输入端SS与第二输入子电路1041的控制端相连,第二输入子电路1041的第一输出端与UL输出电路1042的输入端相连;第二输入子电路1041的第二输出端与VL输出电路1042的输入端相连;第二输入子电路1041的第三输出端与VL输出电路1043的输入端相连;第一输入子电路1011的第三输出端分别与第三切换模块1045的控制端、第四切换模块1046的控制端、第五切换模块1047的控制端相连。
GND端与第二输入子电路1041的供电电源负端、第二降压子电路1048的供电电源负端、UL输出电路1042的供电电源负端、VL输出电路1043的供电电源负端、WL输出电路1044的供电电源负端相连;第二降压子电路1048的输出端分别于与第三切换模块1045的1选择端、第四切换模块1046的1选择端、第五切换模块1047的1选择端相连;LO1与UL输出电路1042的输出端相连、LO2与VL输出电路1043的输出端相连、LO3与WL输出电路1043的输出端相连。
第二输入子电路1041的作用是:在第二输入子电路1041第一输出端输出与第二输入子电路1041第一输入端同相的信号;在第二输入子电路1041第二输出端输出与第二输入子电路1041第二输入端同相的信号;在第二输入子电路1041第三输出端输出与第二输入子电路1041第三输入端同相的信号。
当第二输入子电路1041的控制输入端SS为VCC电平时,在第二输入子电路1041的第五输出端输出高电平,当第二输入子电路1041的控制输入端SS为0电平时,在第二输入子电路1041的第四输出端输出低电平,当第二输入子电路1041的控制输入端SS为VCC/2电平时,在第二输入子电路1041的第四输出端输出高电平。第一降压子电路1048的作用是:在第一降压子电路1048的输出端输出对GND端为3V的电压。第二降压子电路1050的作用是:在第二降压子电路1050的输出端输出对GND端为15V的电压。
UL输出电路1042的作用是输出一个高电平时电压值与其供电电源正端一致、低电平时电压值与其供电电源负端一致的相位与LIN1一致的信号;VL输出电路1043的作用是输出一个高电平时电压值与其供电电源正端一致、低电平时电压值与其供电电源负端一致的相位与LIN2一致的信号;WL输出电路1044的作用是输出一个高电平时电压值与其供电电源正端一致、低电平时电压值与其供电电源负端一致的相位与LIN3一致的信号。
得到与LIN1一致的信号、得到与LIN2一致的信号、得到与LIN3一致的信号的工作原理是:LIN1、LIN2、LIN3经过第二输入子电路1041后,分别在第二输入子电路1041的第一、第二、第三输出端输出相位分别与LIN1、LIN2、LIN3相同,信号经过整形的方波;
当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包括SiC MOS管,控制输入端SS为0电平,从而UL/VL/WL驱动电路104的第四输出端输出从高到低的电平(第一脉冲),第三切换模块1045的固定端与第三切换模块1045的0选择端相连、第四切换模块1046的固定端与第四切换模块1046的0选择端相连、第五切换模块1047的固定端与第五切换模块1047的0选择端相连,使LO1输出0~20V的与UL输出电路1042输入端同相的信号、使LO2输出0~20V的与VL输出电路1043输入端同相的信号、使LO3输出0~20V的与WL输出电路1044输入端同相的信号;
当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包括GaN MOS管,控制输入端SS为VCC电平,从而UL/VL/WL驱动电路104的第四输出端输出从低到高的电平(第二脉冲),第三切换模块1045的固定端与第三切换模块1045的1选择端相连、第四切换模块1046的固定端与第四切换模块1046的1选择端相连、第五切换模块1047的固定端与第五切换模块1047的1选择端相连,使LO1输出0~3V的与UL输出电路1042输入端同相的信号、使LO2输出0~3V的与VL输出电路1043输入端同相的信号、使LO3输出0~3V的与WL输出电路1044输入端同相的信号;
当上桥臂开关管127与下桥臂开关管128均包括Si IGBT管,控制输入端SS为VCC/2电平,从而UL/VL/WL驱动电路104的第四输出端输出保持低电平,第三切换模块1045悬空状态、第四切换模块1046悬空状态、第五切换模块1047悬空状态,UL/VL/WL驱动电路104的第五输出端输出高电平,开关电路1049的固定端与第一降压子电路1050的输出端相连,使LO1输出0~15V的与UL输出电路1042输入端同相的信号、使LO2输出0~15V的与VL输出电路1043输入端同相的信号、使LO3输出0~15V的与WL输出电路1044输入端同相的信号。
请参阅图16,本申请实施方式的电器1000包括上述任一项实施方式的功率器件100和处理器200,处理器200连接功率器件100。
本申请实施方式的电器1000及功率器件100中,通过上述的功率器件100,能够提高Si IGBT管、GaN MOS管以及SiC MOS管的适配性,使Si IGBT管、GaN MOS管以及SiC MOS管的技术优势都能得到发挥。处理器200连接功率器件100的控制器10,当用户操作电器1000时,处理器200向功率器件100的控制器130发出信号,控制器130控制控制输入端SS接入第一电平、第二电平或第三电平,使电器1000切换想要的功能。
上述电器1000可以为空调、洗衣机、冰箱或电磁炉等,并且其中的功率器件100可以实现前述部分中描述的功率器件100的功能。
在本说明书的描述中,参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示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所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个,除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种功率器件,其特征在于,包括:
控制输入端;
上桥臂开关管和下桥臂开关管;
与所述控制输入端相连且用于驱动所述上桥臂开关管的第一驱动电路;和
与所述控制输入端相连且用于驱动所述下桥臂开关管的第二驱动电路,所述控制输入端能够接入第一电平、第二电平或第三电平,当所述控制输入端接入第一电平时,所述第一驱动电路及所述第二驱动电路输出第一电压范围的高低电平信号;当所述控制输入端接入第二电平时,所述第一驱动电路及所述第二驱动电路输出第二电压范围的高低电平信号;当所述控制输入端接入第三电平时,所述第一驱动电路及所述第二驱动电路输出第三电压范围的高低电平信号,所述第一电压范围、所述第二电压范围及所述第三电压范围不同。
2.根据权利要求1所述的功率器件,其特征在于,所述功率器件还包括GND端、VCC端与参考电压源,当所述控制输入端通过邦定线与所述GND端连接时,所述控制输入端接入所述第一电平;
当所述控制输入端通过邦定线与所述VCC端连接时,所述控制输入端接入所述第二电平;
当所述控制输入端通过邦定线与所述参考电压源连接时,所述控制输入端接入所述第三电平。
3.根据权利要求1所述的功率器件,其特征在于,所述功率器件包括控制器,所述控制输入端与所述控制器连接,所述控制器用于控制所述控制输入端接入所述第一电平、所述第二电平或所述第三电平。
4.根据权利要求2所述的功率器件,其特征在于,所述第一电平为0,所述第二电平为电源电平VCC,所述第三电平为二分之一所述电源电平VCC,所述第一电压范围为0~20V,所述第二电压范围为0~3V,所述第三电压范围为0~15V。
5.根据权利要求1至4任一项所述的功率器件,其特征在于,所述第一驱动电路包括UH驱动电路、VH驱动电路与WH驱动电路,所述第二驱动电路包括UL/VL/WL驱动电路,所述上桥臂开关管包括第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管与第三上桥臂开关管,所述下桥臂开关包括第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管与第三下桥臂开关管;其中
所述控制输入端均与所述UH驱动电路、VH驱动电路和WH驱动电路相连,且所述UH驱动电路、VH驱动电路与WH驱动电路分别驱动所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管与所述第三上桥臂开关管;所述UH驱动电路与所述第一上桥臂开关管相连,所述VH驱动电路与所述第二上桥臂开关管相连,所述WH驱动电路与所述第三上桥臂开关相连;
所述控制输入端与所述UL/VL/WL驱动电路相连,且所述UL/VL/WL驱动电路驱动所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管,所述UL/VL/WL驱动电路分别与所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管连接。
6.根据权利要求5所述的功率器件,其特征在于,当所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管、所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管均包括SiC器件时,向所述控制输入端输入的信号的电平为第一电平;
当所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管、所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管均包括GaN器件时,向所述控制输入端输入的信号的电平为第二电平;
当所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管、所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管与所述第三下桥臂开关管均包括Si器件时,向所述控制输入端输入的信号的电平为第三电平。
7.根据权利要求6所述的功率器件,其特征在于,所述UH驱动电路、所述VH驱动电路或所述WH驱动电路包括:
第一输入子电路,所述第一输入子电路与所述控制输入端相连,所述第一输入子电路包括第一输出端、第二输出端、第三输出端与第四输出端,其中,当所述控制输入端为第一电平时,所述第一输出端与所述第二输出端输出触发脉冲,所述第三输出端输出第一时间长度的触发脉冲;当所述控制输入端为第二电平时,所述第一输出端与所述第二输出端输出触发脉冲,所述第三输出端输出第二时间长度的触发脉冲,所述第一时间长度小于所述第二时间长度;当所述控制输入端为第三电平时,所述第一输出端与所述第二输出端输出触发脉冲,所述第四输出端输出第一时间长度的触发脉冲;
第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管,所述第一开关管与所述第一输出端相连,在所述第一输出端输出所述触发脉冲时,所述第一开关管导通;所述第二开关管与所述第二输出端相连,在所述第二输出端输出所述触发脉冲时,所述第二开关管导通;所述第三开关管与所述第三输出端相连,在所述第三输出端输出触发脉冲时,所述第三开关导通;所述第四开关管与所述第四输出端相连,在所述第四输出端输出触发脉冲时,所述第四开关管导通;
第一电压输出子电路,所述第一电压输出子电路分别与所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管相连;
第二电压输出子电路,所述第二电压输出子电路与所述第四开关管相连;和
输出子电路,所述输出子电路分别与所述第一电压输出子电路及所述第二电压输出子电路连接。
8.根据权利要求7所述的功率器件,其特征在于,所述第一电压输出子电路包括:
与所述第一开关管及所述第二开关管相连的锁存及降压电路;
第一切换模块,所述第一切换模块分别与所述锁存及降压电路和电源相连;和
与所述第三开关管相连的第一锁存电路,当所述第三开关管导通第一时间长度时,所述锁存电路用于控制所述第一切换模块动作以将所述电源的电压作为所述第一电压输出子电路的输出电压;当所述第三开关管导通第二时间长度时,所述锁存电路用于控制所述第一切换模块动作以将所述锁存及降压电路的输出电压作为所述第一电压输出子电路的输出电压。
9.根据权利要求7所述的功率器件,其特征在于,所述第二电压输出子电路包括:
第一降压电路;
第二切换模块,所述第二切换模块分别与所述第一电压输出子电路和所述第一降压电路相连;和
与所述第四开关管相连的第二锁存电路,所述第二锁存电路对所述第二切换模块进行控制,当所述第四开关管未导通时,将所述输出子电路与所述第一电压输出子电路相连;当所述第四开关管导通第一时间长度时,将所述输出子电路与所述第一降压电路相连。
10.根据权利要求5所述的功率器件,其特征在于,所述UL/VL/WL驱动电路包括:
第二输入子电路,所述第二输入子电路包括第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端及第五输出端,其中,当所述控制输入端输入第一电平时,所述第四输出端输出第一触发脉冲;当所述控制输入端输入第二电平时,所述第四输出端输出第二触发脉冲,所述第一触发脉冲与所述第二触发脉冲反向;当所述控制输入端输出第三电平时,所述第五输出端输出触发脉冲;
第一降压子电路,所述第一降压子电路将电源电压降压至所述第二电压范围;
第二降压子电路,所述第二降压子电路将电源电压降压至所述第三电压范围;
开关电路,所述开关电路与所述第一降压子电路相连,所述开关电路由所述第五输出端控制;和
与所述第二输入子电路、所述开关电路、所述第一降压子电路及所述第二降压子电路相连的第三电压输出子电路,其中,当所述第四输出端输出第一触发脉冲时,所述第三电压输出子电路输出第一电压范围的高低电平信号;所述第四输出端输出第二触发脉冲时,所述第三电压输出子电路输出第二电压范围的高低电平信号;当所述第五输出端输出触发脉冲时,所述第三电压输出子电路输出第三电压范围的高低电平信号。
11.根据权利要求10所述的功率器件,其特征在于,所述第三电压输出子电路包括:
分别与所述第二输入子电路的所述第一输出端、所述第二输出端及所述第三输出端相连的UL输出模块、VL输出模块及WL输出模块;和
分别与所述UL输出模块、所述VL输出模块及WL输出模块相连的第三切换模块、第四切换模块及第五切换模块,其中,所述第三切换模块、所述第四切换模块及第五切换模块根据所述第二输入子电路的第四输出端,选择电源电压或所述第二降压子电路的输出电压作为所述第三电压输出子电路的输出电压。
12.一种电器,其特征在于,包括:
权利要求1-11任一项所述的功率器件;和
处理器,所述处理器连接所述功率器件。
13.根据权利要求12所述的电器,其特征在于,所述电器为空调。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110323954A (zh) * 2019-08-08 2019-10-11 中车青岛四方车辆研究所有限公司 基于SiC功率器件的三电平牵引功率模块及逆变电路
WO2020186733A1 (zh) * 2019-03-20 2020-09-24 广东美的制冷设备有限公司 功率器件及电器
WO2020186736A1 (zh) * 2019-03-19 2020-09-24 广东美的制冷设备有限公司 功率器件及电器
WO2020186737A1 (zh) * 2019-03-19 2020-09-24 广东美的制冷设备有限公司 功率器件和电器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101127484A (zh) * 2007-05-23 2008-02-20 中国科学院电工研究所 一种数字化高压直流电源
CN102208865A (zh) * 2011-05-31 2011-10-05 日银Imp微电子有限公司 一种用于三相电机桥式驱动的智能功率模块电路
JP2014230307A (ja) * 2013-05-17 2014-12-08 富士電機株式会社 電力変換装置
CN104578719A (zh) * 2013-10-24 2015-04-29 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体模块
CN206461515U (zh) * 2016-12-27 2017-09-01 西安许继电力电子技术有限公司 一种通用紧凑型功率管驱动电源模块
WO2018091145A1 (de) * 2016-11-16 2018-05-24 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Ansteuerschaltung
CN108281940A (zh) * 2018-01-18 2018-07-13 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及空调器
CN109617383A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 广东美的制冷设备有限公司 功率器件和电器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013013044A (ja) * 2011-05-31 2013-01-17 Sanken Electric Co Ltd ゲートドライブ回路
CN106026721B (zh) * 2016-07-19 2019-06-18 东南大学 一种采用SiC功率管的ZCS全桥变换器的栅驱动电路
CN106357145B (zh) * 2016-09-28 2018-11-13 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块和空调器
CN109378963B (zh) * 2018-11-26 2020-01-21 广州金升阳科技有限公司 一种谐振驱动电路
CN109768727B (zh) * 2019-03-19 2020-10-30 广东美的制冷设备有限公司 功率器件及电器
CN109889026B (zh) * 2019-03-20 2020-10-30 广东美的制冷设备有限公司 功率器件及电器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101127484A (zh) * 2007-05-23 2008-02-20 中国科学院电工研究所 一种数字化高压直流电源
CN102208865A (zh) * 2011-05-31 2011-10-05 日银Imp微电子有限公司 一种用于三相电机桥式驱动的智能功率模块电路
JP2014230307A (ja) * 2013-05-17 2014-12-08 富士電機株式会社 電力変換装置
CN104578719A (zh) * 2013-10-24 2015-04-29 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体模块
WO2018091145A1 (de) * 2016-11-16 2018-05-24 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Ansteuerschaltung
CN206461515U (zh) * 2016-12-27 2017-09-01 西安许继电力电子技术有限公司 一种通用紧凑型功率管驱动电源模块
CN108281940A (zh) * 2018-01-18 2018-07-13 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及空调器
CN109617383A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 广东美的制冷设备有限公司 功率器件和电器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020186736A1 (zh) * 2019-03-19 2020-09-24 广东美的制冷设备有限公司 功率器件及电器
WO2020186737A1 (zh) * 2019-03-19 2020-09-24 广东美的制冷设备有限公司 功率器件和电器
US11888469B2 (en) 2019-03-19 2024-01-30 Gd Midea Air-Conditioning Equipment Co., Ltd. Power device and electrical appliance
WO2020186733A1 (zh) * 2019-03-20 2020-09-24 广东美的制冷设备有限公司 功率器件及电器
CN110323954A (zh) * 2019-08-08 2019-10-11 中车青岛四方车辆研究所有限公司 基于SiC功率器件的三电平牵引功率模块及逆变电路

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