CN109995261A - 智能功率模块和空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能功率模块和空调器，所述智能功率模块，包括：IGBT逆变桥和用于驱动IGBT逆变桥工作的HVIC管，HVIC管上设置有分别连接至IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、IGBT逆变桥下桥臂信号输入端和IGBT逆变桥控制端的接线端，HVIC管的供电端和接地端分别连接至智能功率模块的低压区供电电源正端和负端，其中，HVIC管内具有供电电路，供电电路具有电源输出端；集成有MOS逆变桥和用于驱动逆变桥的驱动器的智能功率芯片，智能功率芯片的供电端和接地端分别连接至电源输出端和智能功率模块的低压区供电电源负端，其中，供电电路用于产生供智能功率芯片工作的电压。该智能功率模块，体积小，封装成本低。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种智能功率模块和空调器。
背景技术
IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)，是一种结合电力电子技术和集成电路技术的功率驱动类产品。IPM把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内置有过电压、过电流和过热等故障检测电路，其可对电机进行驱动控制。
实际应用中，空调器的压机模块和风机模块的工作原理相同，但压机模块的电流能力一般是十几安到几十安，风机模块的电流能力一般是几安，也就是说，压机模块和风机模块一般使用两种不同规格的逆变器模块，由此使得电控模块整体尺寸增大。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以降低模块体积、减少模块封装成本的智能功率模块。
本发明的第二个目的在于提出一种空调器。
为达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种智能功率模块，包括：IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、IGBT逆变桥下桥臂信号输入端、MOS逆变桥上桥臂信号输入端、MOS逆变桥下桥臂信号输入端；IGBT逆变桥和用于驱动所述IGBT逆变桥工作的HVIC管，所述HVIC管上设置有分别连接至所述IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、所述IGBT逆变桥下桥臂信号输入端和所述IGBT逆变桥控制端的接线端，所述HVIC管的供电端和接地端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，其中，所述HVIC管内具有供电电路，所述供电电路具有电源输出端；智能功率芯片，所述智能功率芯片内集成有MOS逆变桥和用于驱动所述逆变桥的驱动器，所述智能功率芯片上设置有分别连接至所述MOS逆变桥上桥臂信号输入端、所述MOS逆变桥下桥臂信号输入端的接线端，且该接线端与所述驱动器的输入端相连，所述驱动器的输出端与所述MOS逆变桥控制端相连，所述智能功率芯片的供电端和接地端分别连接至所述电源输出端和所述智能功率模块的低压区供电电源负端，其中，所述供电电路用于产生供所述智能功率芯片工作的电压。
根据本发明实施例的智能功率模块，将MOS逆变器和用于驱动MOS逆变器的驱动器集成设置，使得智能功率模块的体积小，能够减少模块封装成本。
另外，根据本发明上述实施例提出的智能功率模块还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述HVIC管内集成有：第一驱动电路，所述第一驱动电路的输入端作为所述连接至与所述IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、所述IGBT逆变桥下桥臂信号输入端的接线端，输出端作为所述连接至IGBT逆变桥控制端的接线端；第一自举电路，所述第一自举电路包括至少一个第一自举二极管，每个第一自举二极管的阳极与所述HVIC管的供电端相连，阴极作为所述智能功率模块的一个第一高压区供电正端。
在本发明的一个实施例中，所述智能功率芯片内还集成有：第二自举电路，所述第二自举电路包括至少一个第二自举二极管，每个第二自举二极管的阳极与所述智能功率芯片的供电端相连，阴极作为所述智能功率模块的一个第二高压区供电正端。
在本发明的一个实施例中，智能功率模块还包括：与所述至少一个第一自举二极管一一对应的第一自举电容，每个第一自举电容的一端与对应的第一自举二极管的阴极相连，另一端与对应的所述智能功率模块的一个第一高压区供电负端相连。
在本发明的一个实施例中，所述智能功率芯片内还集成有：与所述至少一个第二自举二极管一一对应的第二自举电容，每个第二自举电容的一端与对应的第二自举二极管的阴极相连，另一端与对应的所述智能功率模块的一个第二高压区供电负端相连。
在本发明的一个实施例中，第一自举二极管和第二自举二极管的数量均为三个。
在本发明的一个实施例中，所述IGBT逆变桥包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管、第五IGBT管、第六IGBT管，所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管组成U相上桥臂、V相上桥臂、W相上桥臂，所述第四IGBT管、所述第五IGBT管、所述第六IGBT管组成U相下桥臂、V相下桥臂、W相下桥臂；所述第一驱动电路包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元、第四驱动单元、第五驱动单元和第六驱动单元，所述第一驱动单元、所述第二驱动单元、所述第三驱动单元、所述第四驱动单元、所述第五驱动单元和所述第六驱动单元的输入端分别作为所述U相上桥臂、所述V相上桥臂、所述W相上桥臂、所述U相下桥臂、所述V相下桥臂和所述W相下桥臂的输入端，输出端分别与所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管、所述第四IGBT管、所述第五IGBT管和所述第六IGBT管的栅极相连。
在本发明的一个实施例中，所述IGBT逆变桥还包括对应所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管、所述第四IGBT管、所述第五IGBT管、所述第六IGBT管的第一反并联二级管、第二反并联二级管、第三反并联二级管、第四反并联二级管、第五反并联二级管、第六反并联二级管。
在本发明的一个实施例中，所述智能功率模块用于空调器，所述IGBT逆变桥与所述空调器的压机模块相连，用于控制所述空调器的压机模块工作，所述MOS逆变桥与所述空调器的风机模块相连，用于控制所述空调器的风机模块工作。
本发明附加的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
图1是本发明一个实施例的智能功率模块的结构框图；
图2是本发明一个具体实施例的智能功率模块的结构框图；
图3是本发明实施例的空调器的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的智能功率模块和空调器。
图1是本发明一个实施例的智能功率模块的结构框图。
如图1所示，该智能功率模块1100包括：IGBT逆变桥上桥臂信号输入端UHIN、VHIN、WHIN，IGBT逆变桥下桥臂信号输入端ULIN、VLIN、WLIN，MOS逆变桥上桥臂信号输入端FUHIN、FVHIN、FWHIN，MOS逆变桥下桥臂信号输入端FULIN、FVLIN、FWLIN，IGBT逆变桥1110和用于驱动IGBT逆变桥1105工作的HVIC管1101，以及智能功率芯片1102。
参见图1，HVIC管,101上设置有分别连接至IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、IGBT逆变桥下桥臂信号输入端和IGBT逆变桥1110控制端的接线端HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3、HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3。HVIC管1101的供电端VCC和接地端GND分别连接至智能功率模块的低压区供电电源正端VDD和负端COM，其中，HVIC管1101内具有供电电路1105，供电电路1105具有电源输出端VREF；智能功率芯片1201内集成有MOS逆变桥1203和用于驱动逆变桥的驱动器1202，智能功率芯片1201上设置有分别连接至MOS逆变桥上桥臂信号输入端、MOS逆变桥下桥臂信号输入端的接线端HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3，且该接线端HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3与驱动器1202的输入端相连，驱动器1202的输出端与MOS逆变桥1203控制端相连，智能功率芯片1201的供电端VCC和接地端GND分别连接至电源输出端VREF和智能功率模块1100的低压区供电电源负端COM，其中，供电电路1105用于产生供智能功率芯片1201工作的电压。
可选地，智能功率模块1100的UHIN、VHIN、WHIN、ULIN、VLIN、WLIN六路输入可接收0V或5V的输入信号。
该智能功率模块，将MOS逆变器和用于驱动MOS逆变器的驱动器集成设置，使得智能功率模块的体积小，进而能够减少模块封装成本。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，IGBT逆变桥1110包括第一IGBT管1121、第二IGBT管1122、第三IGBT管1123、第四IGBT管1124、第五IGBT管1125、第六IGBT管1126，第一IGBT管1121、第二IGBT管1122、第三IGBT管1123组成U相上桥臂、V相上桥臂、W相上桥臂，第四IGBT管1124、第五IGBT管1125、第六IGBT管1126组成U相下桥臂、V相下桥臂、W相下桥臂。
进一步地，参见图2，IGBT逆变桥1110还可包括对应第一IGBT管1121、第二IGBT管1122、第三IGBT管1123、第四IGBT管1124、第五IGBT管1125、第六IGBT管1126的第一反并联二级管1111、第二反并联二级管1112、第三反并联二级管1113、第四反并联二级管1114、第五反并联二级管1115、第六反并联二级管1116。
需要说明的是，MOS逆变桥1203的结构与IGBT逆变桥1110的结构相似，为减少冗余，此处不做赘述。
在本发明的一个实施例中，HVIC管1101内集成有：第一驱动电路和第一自举电路。其中，第一驱动电路的输入端作为连接至与IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、IGBT逆变桥下桥臂信号输入端的接线端HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3，输出端作为连接至IGBT逆变桥控制端的接线端HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3；第一自举电路包括至少一个第一自举二极管，每个第一自举二极管的阳极与HVIC管1101的供电端VCC相连，阴极作为智能功率模块1100的一个第一高压区供电正端。
例如，如图2所示，第一自举二极管的数量为三个，分别记为自举二极管1102、自举二极管1103、自举二极管1104。其中，HVIC管1101的供电端VCC分别与自举二极管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端相连，并连接至高压区供电正端UVB；自举二极管1103的阴极与HVIC管1101的VB2端相连，并连接至高压区供电正端VVB；自举二极管1104的阴极与所述HVIC管1101的VB3相连，并连接至高压区供电正端WVB。
在本发明的一个实施例中，智能功率芯片1201内还可集成有：第二自举电路，第二自举电路包括至少一个第二自举二极管，每个第二自举二极管的阳极与智能功率芯片1201的供电端VCC相连，阴极作为智能功率模块的一个第二高压区供电正端。
可选地，第二自举二极管的数量为三个，智能功率芯片1201的供电端VCC分别与这三个第二自举二极管的阳极相连，这三个第二自举二极管的阴极分别连接至智能功率模块1100的高压区供电正端FUVB、FVVB和FWVB，如图2所示。
在本发明的一个实施例中，智能功率模块1100还可包括与至少一个第一自举二极管一一对应的第一自举电容，每个第一自举电容的一端与对应的第一自举二极管的阴极相连，另一端与对应的智能功率模块1100的一个第一高压区供电负端相连。
例如，参见图2，第一自举电容的数量为三个，分别记为自举电容1131、自举电容1132、自举电容1133。
在本发明的一个实施例中，智能功率芯片1201内还可集成有与至少一个第二自举二极管一一对应的第二自举电容，每个第二自举电容的一端与对应的第二自举二极管的阴极相连，另一端与对应的智能功率模块1100的一个第二高压区供电负端相连。
本发明实施例的智能功率模块1100可用于空调器，其中，IGBT逆变桥1110与空调器的压机模块相连，用于控制空调器的压机模块工作，MOS逆变桥与空调器的风机模块相连，用于控制空调器的风机模块工作。
下面结合图2，对本发明实施例的智能功率模块1100进行详细说明：
参见图2，HVIC管1101的VB1端连接自举电容1131的一端，并作为智能功率模块1100的压机U相高压区供电电源正端UVB。HVIC管1101的HO1端与压机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、RRD管1111的阳极、压机U相下桥臂IGBT管1124的集电极、FRD管1114的阴极、自举电容1131的另一端相连，并作为智能功率模块1100的压机U相高压区供电电源负端UVS。
HVIC管1101的VB2端连接自举电容132的一端，作为智能功率模块1100的压机U相高压区供电电源正端VVB；HVIC管1101的HO3端与压机V相上桥臂IGBT管123的栅极相连；HVIC管1101的VS2端与IGBT管1122的射极、FRD管1112的阳极、压机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的压机V相高压区供电电源负端VV。
HVIC管1101的VB3端连接电容1133的一端，智能功率模块1100的压机W相高压区供电电源正端WVB。HVIC管1101的HO3端与压机W相上桥臂IGBT管1123的栅极相连；HVIC管1101的VS3端与IGBT管123的射极、FRD管1113的阳极、压机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的压机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的压机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的压机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的压机W相低电压参考端WN。
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。
智能功率芯片1201的VCC端连接HVIC管1101的参考电压端VREF，在智能功率芯片1201内部集成自举电路、驱动器1202和MOS逆变器1203。智能功率模块1100的FUHIN、FVHIN、FWHIN、FULIN、FVLIN、FWLIN六路输入接收0V或5V的输入信号；智能功率芯片1201的GND端作为智能功率模块1100的低压区供电电源负端COM；智能功率芯片1201的高电压输入端P，P一般接300V。
在该示例中，HVIC管1101的VCC-GND电压一般为15V，VBl和VS1分别为压机U相高压区的电源的正极和负极，HO1为压机U相高压区的输出端；VB2和VS2分别为压机V相高压区的电源的正极和负极，H02为压机V相高压区的输出端；VB3和VS3分别为压机U相高压区的电源的正极和负极，H03为压机W相高压区的输出端；LO1、L02、L03分别为压机U相、V相、W相低压区的输出端。HVIC管1101的作用是将输入端HIN1、HIN2、HIN3的0或5V的逻辑输入信号分别传到输出端HOl、H02、H03、LINl、LIN2、LIN3的信号分别传到输出端LO1、L02、L03，其中，HOl是VSl或VS1+15V的逻辑输出信号，H02是VS2或VS2+15V的逻辑输出信号，H03是VS3或VS3+15V的逻辑输出信号，LOl、L02、L03是0或15V的逻辑输出信号。
其中，VREF端是HVIC管1101内部的供电电路1105的电源输出端，电压小于15V，电流能力为毫安级别，用于对智能功率芯片1201供电。由于VREF生成的电压低于15V，所以智能功率芯片1201的功耗低，由于VREF的电压由HVIC管1101内部产生，所以不需要应用方增加电源，同时在HVIC管1101发生异常停止工作时，智能功率芯片1201也会同时失去供电电源而停止工作，确保智能功率模块1100完全停止工作，避免了对系统的进一步破坏。
综上所述，本发明实施例的智能功率模块，将用于控制风机模块的MOS逆变器与自举电路和用于驱动MOS逆变器的驱动器集成设置，能够降低模块体积、减少模块封装成本。
图3是本发明实施例的空调器的结构框图。
如图3所示，该空调器2000包括上述实施例的智能功率模块1100。
本发明实施例的空调器，采用上述体积小、封装成本低的智能功率模块，有利于空调器的结构设计。
另外，根据本发明实施例的空调器的其他构成以及作用对于本领域技术人员而言都是已知的，为了减少冗余。此处不作赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：
IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、IGBT逆变桥下桥臂信号输入端、MOS逆变桥上桥臂信号输入端、MOS逆变桥下桥臂信号输入端；
IGBT逆变桥和用于驱动所述IGBT逆变桥工作的HVIC管，所述HVIC管上设置有分别连接至所述IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、所述IGBT逆变桥下桥臂信号输入端和所述IGBT逆变桥控制端的接线端，所述HVIC管的供电端和接地端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，其中，所述HVIC管内具有供电电路，所述供电电路具有电源输出端；
智能功率芯片，所述智能功率芯片内集成有MOS逆变桥和用于驱动所述逆变桥的驱动器，所述智能功率芯片上设置有分别连接至所述MOS逆变桥上桥臂信号输入端、所述MOS逆变桥下桥臂信号输入端的接线端，且该接线端与所述驱动器的输入端相连，所述驱动器的输出端与所述MOS逆变桥控制端相连，所述智能功率芯片的供电端和接地端分别连接至所述电源输出端和所述智能功率模块的低压区供电电源负端，其中，所述供电电路用于产生供所述智能功率芯片工作的电压。
2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述HVIC管内集成有：
第一驱动电路，所述第一驱动电路的输入端作为所述连接至与所述IGBT逆变桥上桥臂信号输入端、所述IGBT逆变桥下桥臂信号输入端的接线端，输出端作为所述连接至IGBT逆变桥控制端的接线端；
第一自举电路，所述第一自举电路包括至少一个第一自举二极管，每个第一自举二极管的阳极与所述HVIC管的供电端相连，阴极作为所述智能功率模块的一个第一高压区供电正端。
3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率芯片内还集成有：
第二自举电路，所述第二自举电路包括至少一个第二自举二极管，每个第二自举二极管的阳极与所述智能功率芯片的供电端相连，阴极作为所述智能功率模块的一个第二高压区供电正端。
4.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，还包括：
与所述至少一个第一自举二极管一一对应的第一自举电容，每个第一自举电容的一端与对应的第一自举二极管的阴极相连，另一端与对应的所述智能功率模块的一个第一高压区供电负端相连。
5.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率芯片内还集成有：
与所述至少一个第二自举二极管一一对应的第二自举电容，每个第二自举电容的一端与对应的第二自举二极管的阴极相连，另一端与对应的所述智能功率模块的一个第二高压区供电负端相连。
6.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，第一自举二极管和第二自举二极管的数量均为三个。
7.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述IGBT逆变桥包括第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管、第五IGBT管、第六IGBT管，所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管组成U相上桥臂、V相上桥臂、W相上桥臂，所述第四IGBT管、所述第五IGBT管、所述第六IGBT管组成U相下桥臂、V相下桥臂、W相下桥臂。
8.如权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述IGBT逆变桥还包括对应所述第一IGBT管、所述第二IGBT管、所述第三IGBT管、所述第四IGBT管、所述第五IGBT管、所述第六IGBT管的第一反并联二级管、第二反并联二级管、第三反并联二级管、第四反并联二级管、第五反并联二级管、第六反并联二级管。
9.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块用于空调器，所述IGBT逆变桥与所述空调器的压机模块相连，用于控制所述空调器的压机模块工作，所述MOS逆变桥与所述空调器的风机模块相连，用于控制所述空调器的风机模块工作。
10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的智能功率模块。
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