CN110634855A - 智能功率模块及具有其的电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能功率模块及具有其的电器，智能功率模块包括：基板、压缩机模块和风机模块，压缩机模块设置在基板上，压缩机模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管以及压缩机控制器，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管分别与压缩机和压缩机控制器相连；风机模块设置在基板上，风机模块包括风机控制器，风机控制器与风机相连，压缩机模块与风机模块集成封装。该智能功率模块中压缩机模块省去原有的FRD功率器件，风机模块省去了原有使用的6枚IGBT和6枚FRD功率器件，并且压缩机模块与风机模块集成封装，从而可以在降低智能功率模块体积的同时降低封装成本。

Description

智能功率模块及具有其的电器

技术领域

本发明属于家用电器领域，具体涉及一种智能功率模块及具有其的电器。

背景技术

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，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，变频家电的一种理想电力电子器件。

实际应用中，压缩机模块和风机模块的工作原理相同，但是压缩机模块一般是电流能力是十几A到几十A，风机模块一般是几A，两种模块一般使用两种不同规格的逆变器模块，每个逆变器模块至少包含一个HVIC、6个IGBT、6个FRD，由于风机模块和压缩机模块的单个尺寸都比较大，并且封装技术在尺寸方面的限制，一般采用独立封装的模式，即风机逆变器模块和压缩机各位于一个逆变器模块，导致封装完成的智能功率模块体积较大且封装成本较高。

因此，现有的智能功率模块有待改进。

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智能功率模块及具有其的电器，该智能功率模块中压缩机模块省去原有的FRD功率器件，风机模块省去了原有使用的6枚IGBT和6枚FRD功率器件，并且压缩机模块与风机模块集成封装，从而可以在降低智能功率模块体积的同时降低封装成本。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种智能功率模块。根据本发明的实施例，所述智能功率模块包括：

基板；

压缩机模块，所述压缩机模块设置在所述基板上，并且所述压缩机模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管以及压缩机控制器，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第六晶体管分别与压缩机和所述压缩机控制器相连；

风机模块，所述风机模块设在所述基板上，并且所述风机模块包括风机控制器，所述风机控制器与风机相连，

其中，所述压缩机模块与所述风机模块集成封装。

根据本发明实施例的智能功率模块中的压缩机模块包括压缩机控制器以及第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管，省去原有的FRD功率器件，降低了压缩机模块面积，并且风机模块包括风机控制器，省去了原有使用的6枚IGBT和6枚FRD功率器件，同样降低了风机模块面积，并且压缩机模块和风机模块集成封装，较传统的压缩机模块和风机模块两种模块分别使用不同规格的逆变器模块以及采用独立封装相比，本申请的智能功率模块不仅降低了封装成本，而且该智能功率模块的体积降低50％以上，从而有利于智能功率模块在低端领域的普及。

另外，根据本发明上述实施例的智能功率模块还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述第一晶体管的第一栅极与所述压缩机控制器的HO1端相连，所述第二晶体管的第二栅极与所述压缩机控制器的HO2端相连，所述第三晶体管的第三栅极与所述压缩机控制器的HO3端相连，所述第四晶体管的第四栅极与所述压缩机控制器的LO1端相连，所述第五晶体管的第五栅极与所述压缩机控制器的LO2端相连，所述第六晶体管的第六栅极与所述压缩机控制器的LO3端相连，所述第一晶体管的第一集电极、所述第二晶体管的第二集电极和所述第三晶体管的第三集电极与压缩机的高电压输入端相连，所述第一晶体管的第一射极与所述第四晶体管的第四集电极相连且与所述压缩机控制器的VS1端以及压缩机的UVS端相连，所述第二晶体管的第二射极与所述第五晶体管的第五集电极相连且与所述压缩机控制器的VS2端以及压缩机的VVS端相连，所述第三晶体管的第三射极与所述第六晶体管的第六集电极相连且与所述压缩机控制器的VS3端以及压缩机的WVS端相连，所述第四晶体管的第四射极与所述压缩机的UN端相连，所述第五晶体管的第五射极与所述压缩机的VN端相连，所述第六晶体管的第六射极与所述压缩机的WN端相连。

在本发明的一些实施例中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管均为碳化硅晶体管。

在本发明的一些实施例中，所述风机控制器为硅绝缘的智能功率控制器。由此，可以显著降低风机模块面积。

在本发明的一些实施例中，上述智能功率模块包括：功率因数校正器，所述功率因数校正器设置在所述基板上，并且所述功率因数校正器、所述压缩机模块和所述风机模块集成封装。由此，可以降低智能功率模块的封装成本。

在本发明的一些实施例中，所述功率因数校正器包括高电子迁移率晶体管HEMT。由此，可以实现低压驱动，省去FRD，进一步降低智能功率模块体积。

在本发明的一些实施例中，所述高电子迁移率晶体管HEMT为GaN材质。

在本发明的一些实施例中，所述压缩机控制器包括自举电路。

在本发明的一些实施例中，所述自举电路包括第一自举二极管、第二自举二极管和第三自举二极管，其中，所述第一自举二极管的阳极、所述第二自举二极管的阳极和所述第三自举二极管的阳极分别与所述压缩机控制器的VCC端相连，所述第一自举二极管的阴极与所述压缩机控制器的管脚VB1相连，所述第二自举二极管的阴极与所述压缩机控制器的管脚VB2相连，所述第三自举二极管的阴极与所述压缩机控制器的管脚VB3相连发明。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种电器。根据本发明的实施例，所述电器包括上述的智能功率模块。由此，通过在电器上使用上述体积小且封装成本低的智能功率模块，可以显著降低电器内部电路基板体积，提高电器的可靠性，降低生产成本。

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是根据本发明一个实施例的智能功率模块的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的智能功率模块的部分电路图。

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。

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。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种智能功率模块。根据本发明的实施例，参考图1，该智能功率模块包括基板100、压缩机模块200和风机模块300。

根据本发明的实施例，基板100采用本领域的常规材质，此处不再赘述。

根据本发明的实施例，参考图1，压缩机模块200设置在基板100上，并且压缩机模块200包括第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23、第四晶体管24、第五晶体管25和第六晶体管26以及压缩机控制器27，该第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23、第四晶体管24、第五晶体管25和第六晶体管26与压缩机(未示出)相连，优选的，该第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23、第四晶体管24、第五晶体管25和第六晶体管26均为碳化硅晶体管，并且压缩机控制器27与第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23、第四晶体管24、第五晶体管25和第六晶体管26相连，用于驱动第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23、第四晶体管24、第五晶体管25和第六晶体管26，即压缩机模块200仅包括1个压缩机控制器、6个晶体管以及部分电容(未示出)，同时由于晶体管自带栅极电阻，因此该压缩机模块不需要额外布置栅极电阻，并且该压缩机模块省去原有的FRD功率器件，从而降低了压缩机模块面积。

具体的，参考图2，压缩机控制器27的VCC端作为智能功率模块的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V，压缩机控制器27的HIN1端作为智能功率模块的压缩机U相上桥臂输入端UHIN；压缩机控制器27的HIN2端作为智能功率模块的压缩机V相上桥臂输入端VHIN；压缩机控制器27的HIN3端作为智能功率模块的压缩机W相上桥臂输入端WHIN；压缩机控制器27的LIN1端作为智能功率模块的压缩机U相下桥臂输入端ULIN；压缩机控制器27的LIN2端作为智能功率模块的压缩机V相下桥臂输入端VLIN；压缩机控制器27的LIN3端作为智能功率模块的压缩机W相下桥臂输入端WLIN；其中，智能功率模块的UHIN、VHIN、WHIN、ULIN、VLIN、WLIN六路输入接收0V或5V的输入信号；压缩机控制器27的GND端作为智能功率模块的低压区供电电源负端COM；压缩机控制器27的VB1端连接第一电容1131的一端，并作为智能功率模块的压缩机U相高压区供电电源正端UVB；压缩机控制器27的HO1端与压缩机U相上桥臂第一晶体管21的第一栅极211相连；压缩机控制器27的HO2端与压缩机U相上桥臂第二晶体管22的第二栅极221相连；压缩机控制器27的VS1端与压缩机U相上桥臂第一晶体管21的第一射极213、压缩机U相下桥臂第四晶体管24的第四集电极242、第一电容1131的另一端相连，并作为智能功率模块的压缩机U相高压区供电电源负端UVS；压缩机控制器27的VB2端连接第二电容1132的一端，作为智能功率模块的压缩机U相高压区供电电源正端VVB；压缩机控制器27的HO3端与压缩机W相上桥臂第三晶体管23的第三栅极231相连；压缩机控制器27的VS2端与第二晶体管22的第二射极223、压缩机V相下桥臂第五晶体管25的第五集电极252、第二电容1132的另一端相连，并作为智能功率模块的压缩机V相高压区供电电源负端VVS；压缩机控制器27的VB3端连接第三电容1133的一端，作为智能功率模块的压缩机W相高压区供电电源正端WVB；压缩机控制器27的HO3端与压缩机W相上桥臂第三晶体管23的第三栅极231相连；压缩机控制器27的VS3端与第三晶体管23的第三射极233、压缩机W相下桥臂第六晶体管26的第六集电极262、第三电容1133的另一端相连，并作为智能功率模块的压缩机W相高压区供电电源负端WVS；压缩机控制器27的LO1端与第四晶体管24的第四栅极241相连；压缩机控制器27的LO2端与第五晶体管25的第五栅极251相连；压缩机控制器27的LO3端与第六晶体管26的第六栅极261相连；第四晶体管24的第四射极243为智能功率模块的压缩机U相低电压参考端UN；第五晶体管25的第五射极253作为智能功率模块的压缩机V相低电压参考端VN；第六晶体管26的第六射极263为智能功率模块的压缩机W相低电压参考端WN；第一晶体管21的第一集电极212、第二晶体管22的第二集电极222、第三晶体管23的第三集电极232与压缩机高电压输入端，并作为智能功率模块的高电压输入端P，P一般接300V。

进一步的，参考图2，压缩机控制器27包括自举电路271。具体的，在压缩机控制器27内部的自举电路271包括第一自举二极管2711、第二自举二极管2712和第三自举二极管2713，压缩机控制器27的VCC端与第一自举二极管2711的阳极、第二自举二极管2712的阳极和第三自举二极管2713的阳极相连，第一自举二极管2711的阴极与压缩机控制器27的管脚VB1相连，第二自举二极管2712的阴极与压缩机控制器27的管脚VB2相连，第三自举二极管2713的阴极与压缩机控制器27的管脚VB3相连。

根据本发明的实施例，参考图1，风机模块300设置在基板100上，并且风机模块300包括风机控制器31，该风机控制器31与风机(未示出)相连，即本申请的风机模块300仅采用了风机控制器31，省去了原有使用的6枚IGBT和6枚FRD，从而降低了风机模块面积，增大了布线面积，从而提高了元器件间产生连接的绑线的可靠性。优选的，风机控制器31为硅绝缘的智能功率控制器。具体的，参考图2，风机控制器31的VCC端连接压缩机控制器27的参考电压端VREF；风机控制器31内部集成自举电路、HVIC、MOS；在此，智能功率模块的FUHIN、FVHIN、FWHIN、FULIN、FVLIN、FWLIN六路输入接收0V或5V的输入信号；风机控制器31的GND端作为智能功率模块的低压区供电电源负端COM；风机控制器31与高电压输入端P相连。

根据本发明的实施例，压缩机模块200和风机模块300集成封装。由此，相对于原有技术中风机模块和压缩机模块电流差异而两者需要使用不同规格的逆变器模块，使得现有技术中风机模块和压缩机模块单个尺寸均较大，因此现有技术中的风机模块和压缩机模块只能采用独立封装的模式，而本申请中创新性的对风机模块和压缩机模块进行大胆探索研究，最终发现了压缩机模块可以省去原有的FRD功率器件，风机模块可以省去原有的6枚IGBT和6枚FRD功率器件，从而分别降低了压缩机模块和风机模块尺寸，使得压缩机模块和风机模块的集成封装成为可能，进而通过将压缩机模块与风机模块集成封装，可以显著降低封装成本。

根据本发明实施例的智能功率模块中的压缩机模块包括压缩机控制器和第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管，省去原有的FRD功率器件，降低了压缩机模块面积，并且风机模块包括风机控制器，省去了原有使用的6枚IGBT和6枚FRD功率器件，同样降低了风机模块面积，并且压缩机模块和风机模块集成封装，较传统的压缩机模块和风机模块两种模块分别使用不同规格的逆变器模块以及采用独立封装相比，本申请的智能功率模块不仅降低了封装成本，而且该智能功率模块的体积降低50％以上，从而有利于智能功率模块在低端领域的普及。

根据本发明的实施例，上述智能功率模块进一步包括功率因数校正器(未示出)，该功率因数校正器设在基板100上方，其中，功率因数校正器与压缩机模块200和风机模块300集成封装，从而可以显著降低封装成本。进一步的，功率因数校正器包括高电子迁移率晶体管HEMT(未示出)，该高电子迁移率晶体管HEMT具有低压驱动特性，使得功率因数校正器可以由MCU信号直接进行驱动，省去了原有的FRD功率器件，并且不需并联续流二极管，从而进一步降低智能功率模块体积。优选的，该高电子迁移率晶体管HEMT为GaN材质。

发明在本发明的另一方面，本发明提供了一种电器。根据本发明的实施例，所述电器具有前面所述的智能功率模块。由此，通过在电器上使用上述体积小且封装成本低的智能功率模块，可以显著降低电器内部电路基板体积，提高电器的可靠性，降低生产成本。需要说明的是，上述针对智能功率模块所描述的特征和优点同样适用于该电器，此处不再赘述。

根据本发明的实施例，上述电器可以为空调和冰箱等。根据本发明的一个具体实施例，以空调为例，空调除了包括前面所述的智能功率模块之外还可以包括风机、压缩机、换热器、节流组件、导风部件、底盘、面板等常规空调所必备的结构或部件，在此不再过多赘述。根据本发明的实施例，空调的种类可以为挂式、柜式等。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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：

基板；

压缩机模块，所述压缩机模块设置在所述基板上，并且所述压缩机模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管以及压缩机控制器，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第六晶体管分别与压缩机和所述压缩机控制器相连；

风机模块，所述风机模块设置在所述基板上，并且所述风机模块包括风机控制器，所述风机控制器与风机相连，

其中，所述压缩机模块与所述风机模块集成封装。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一晶体管的第一栅极与所述压缩机控制器的HO1端相连，所述第二晶体管的第二栅极与所述压缩机控制器的HO2端相连，所述第三晶体管的第三栅极与所述压缩机控制器的HO3端相连，所述第四晶体管的第四栅极与所述压缩机控制器的LO1端相连，所述第五晶体管的第五栅极与所述压缩机控制器的LO2端相连，所述第六晶体管的第六栅极与所述压缩机控制器的LO3端相连，所述第一晶体管的第一集电极、所述第二晶体管的第二集电极和所述第三晶体管的第三集电极与压缩机的高电压输入端相连，所述第一晶体管的第一射极与所述第四晶体管的第四集电极相连且与所述压缩机控制器的VS1端以及压缩机的UVS端相连，所述第二晶体管的第二射极与所述第五晶体管的第五集电极相连且与所述压缩机控制器的VS2端以及压缩机的VVS端相连，所述第三晶体管的第三射极与所述第六晶体管的第六集电极相连且与所述压缩机控制器的VS3端以及压缩机的WVS端相连，所述第四晶体管的第四射极与所述压缩机的UN端相连，所述第五晶体管的第五射极与所述压缩机的VN端相连，所述第六晶体管的第六射极与所述压缩机的WN端相连。

3.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管均为碳化硅晶体管。

4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述风机控制器为硅绝缘的智能功率控制器。

5.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，包括：

功率因数校正器，所述功率因数校正器设置在所述基板上，并且所述功率因数校正器、所述压缩机模块和所述风机模块集成封装。

6.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率因数校正器包括高电子迁移率晶体管HEMT。

7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述高电子迁移率晶体管HEMT为GaN材质。

8.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述压缩机控制器包括自举电路。

9.根据权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，所述自举电路包括第一自举二极管、第二自举二极管和第三自举二极管，

其中，所述第一自举二极管的阳极、所述第二自举二极管的阳极和所述第三自举二极管的阳极分别与所述压缩机控制器的VCC端相连，所述第一自举二极管的阴极与所述压缩机控制器的管脚VB1相连，所述第二自举二极管的阴极与所述压缩机控制器的管脚VB2相连，所述第三自举二极管的阴极与所述压缩机控制器的管脚VB3相连。

10.一种电器，其特征在于，所述电器包括权利要求1-9中任一项所述的智能功率模块。

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