CN111769731A - 一种具有多模式配置功能的智能功率模块 - Google Patents

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王迎发
李庆华
刘侨林
陈扬
那晶晶
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Abstract

本发明提供了一种具有多模式配置功能的智能功率模块，属于智能功率模块技术领域。其包括三相桥及驱动电路，还包括多模式配置电路，所述多模式配置电路包括信号分路电路、第一数据选择电路、第二数据选择电路以及死区延迟电路，第一数据选择电路具有第一控制引脚，第二数据选择电路具有第二控制引脚。本发明可根据需要将智能功率模块灵活配置成互补模式、双极性模式和通用模式三种工作模式，降低了电路设计和调制策略的复杂性，节省了微处理器的外设资源。同时，还保留了传统智能功率模块的工作模式，提高了应用的兼容性。

Description

一种具有多模式配置功能的智能功率模块
技术领域
本发明属于智能功率模块技术领域，具体涉及到一种具有多模式配置功能的智能功率模块。
背景技术
智能功率模块（Intelligent Power Module，IPM）是一种先进的功率开关器件，具有高电流密度、耐高压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且智能功率模块内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便,不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性，适应了当今功率器件的发展方向，在电力电子领域得到了越来越广泛的应用。
随着电力电子技术的不断发展，对智能功率模块的模块化、复合化和集成化需求日益提升，而传统智能功率模块设计愈发难以满足这些要求。例如，当前智能功率模块应用较多的电路配置类型为C型（内部封装6个开关管），该电路配置的智能功率模块主要应用方式为作为H桥或三相桥，通常采用脉宽调制（Pulse width modulation，PWM）的方式进行控制。对于传统的智能功率模块的控制，在H桥模式下，需要输入4路PWM信号；在三相桥模式下，需要输入6路信号。同时，为了保证强弱电分离和降低干扰，各路PWM信号需要通过光电隔离芯片或光纤等器件来实现微处理器与智能功率模块的连接。但是，在实际应用中，根据应用需求和选用的调制策略，所需要输入的有效PWM信号数量是可以减少的，其中，对于采用双极性PWM控制策略的H桥，则理论上只需要1路PWM信号；对于单极性PWM 控制策略的H桥，理论上只需要2路PWM信号；对于采用SVPWM/SPWM控制的三相桥，理论上只需要3路PWM信号。显然，传统智能功率模块在实际应用中需要更多的外围电路设计，这不仅增加了电路设计和调制策略的复杂性，而且需要占用更多的微处理器外设资源。
发明内容
针对上述所提及的传统智能功率模块的不足，本发明提供了一种具有多模式配置功能的智能功率模块，可以根据应用的需求，对PWM输入进行灵活配置，减少了智能功率模块外围电路设计和调制策略的复杂度，节约了设计和控制成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有多模式配置功能的智能功率模块，包括三相桥及驱动电路；此外，还包括多模式配置电路，所述多模式配置电路包括信号分路电路、第一数据选择电路、第二数据选择电路以及死区延迟电路，第一数据选择电路具有第一控制引脚，第二数据选择电路具有第二控制引脚；所述信号分路电路一方面将外部输入的6路开关管控制信号Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wn直接传给第一数据选择电路，另一方面将Up、Vp传给死区延迟电路，此外还将Wp以及经过非门取反的Vp传给第二数据选择电路；第二数据选择电路根据第二控制引脚的电平对信号分路电路送来的两路信号进行选择，并将选择后的信号Wps输出给死区延迟电路；死区延迟电路将Up、Vp和Wps分别进行延迟和取反，输出三组包含死区的互补信号Upp和Upn、Vpp和Vpn、Wpsp和Wpsn给第一数据选择电路；第一数据选择电路根据第一控制引脚的电平在信号分路电路送来的信号和死区延迟电路送来的信号之间进行选择，并将选择后的信号输出给三相桥及驱动电路。
进一步的，所述第一数据选择电路包括六个数据选择模块，这六个数据选择模块分别对Up和Upp、Un和Upn、Vp和Vpp、Vn和Vpn、Wp和Wpsp、Wn和Wpsn进行信号选择，并分别输出驱动控制信号Upd、Und、Vpd、Vnd、Wpd、Wnd，每个数据选择模块均由第一控制引脚进行控制。
进一步的，所述第二数据选择电路包括1个数据选择模块，该数据选择模块对Wp和经过非门取反的Vp进行信号选择，并由第二控制引脚进行控制。
进一步的，所述死区延迟电路包括三个死区延迟模块，这三个死区延迟模块分别对Up、Vp和Wps进行延迟和取反，并输出三组包含死区的互补信号Upp和Upn、Vpp和Vpn、Wpsp和Wpsn。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1、本发明可以根据实际需求灵活地配置智能功率模块的工作模式。对于采用双极性PWM控制策略的H桥，只需要1路PWM信号；对于单极性PWM 控制策略的H桥，只需要2路PWM信号；对于采用SVPWM/SPWM控制的三相桥，只需要3路PWM信号。
2、本发明降低了电路设计和调制策略的复杂性，节省了微处理器的外设资源。
3、本发明保留了传统智能功率模块的工作模式，提高了应用的兼容性。
附图说明
图1为本发明实施例中智能功率模块的整体结构示意图。
图2为图1中多模式配置电路的结构示意图。
图3为第一和第二数据选择电路中单个数据选择模块的结构示意图。
图4为死区延迟电路中单个死区延迟模块的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种具有多模式配置功能的智能功率模块，包括三相桥及驱动电路；此外，还包括多模式配置电路，所述多模式配置电路包括信号分路电路、第一数据选择电路、第二数据选择电路以及死区延迟电路，第一数据选择电路具有第一控制引脚A0，第二数据选择电路具有第二控制引脚A1；所述信号分路电路一方面将外部输入的6路开关管控制信号Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wn直接传给第一数据选择电路，另一方面将Up、Vp传给死区延迟电路，此外还将Wp以及经过非门取反的Vp传给第二数据选择电路；第二数据选择电路根据第二控制引脚A1的电平对信号分路电路送来的两路信号进行选择，并将选择后的信号Wps输出给死区延迟电路；死区延迟电路将Up、Vp和Wps分别进行延迟和取反，输出三组包含死区的互补信号Upp和Upn、Vpp和Vpn、Wpsp和Wpsn给第一数据选择电路；第一数据选择电路根据第一控制引脚A0的电平在信号分路电路送来的信号和死区延迟电路送来的信号之间进行选择，并将选择后的信号输出给三相桥及驱动电路。
该智能功率模块在现有智能功率模块的内部增加了多模式配置电路部分，该部分根据模式设定引脚A1和A0电平状态对智能功率模块的6路开关管控制信号Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wn进行处理，然后利用输出处理后的信号对功率开关管进行控制，从而实现不同工作模式的设置。
如图2所示，第一数据选择电路1包含6个数据选择模块，第二数据选择电路2包含1个数据选择模块，死区延迟电路包含3个死区延迟模块，单个数据选择模块的电路图如图3所示，单个死区延迟模块的电路图如图4所示。当控制引脚A0为高电平时，数据选择电路1使控制信号Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wn通过，从而实现通用模式的配置。当控制引脚A0为低电平时，第一数据选择电路1使控制信号Upp、Upn、Vpp、Vpn、Wpsp、Wpsn通过，此时智能功率模块为非通用模式状态，具体需要根据引脚A1进行配置，当A1引脚为高电平时，Wps=Wp，死区延迟电路Up、Vp、Wps三路信号进行延迟、取反，分别生成Upp和Upn、Vpp和Vpn、Wpsp和Wpsn的互补信号，此时为互补模式；当引脚A1为低电平时，Wps为Vp的取反信号，此时通过控制信号Vp，即可实现对由V、W桥臂所组成H桥的双极性PWM控制，故此时为双极性模式。
上述具有多模式配置功能的智能功率模块，通过对模式设定引脚进行配置，可以获得满足多种应用需求的工作模式。具体来说，工作模式包括互补模式、双极性模式和通用模式等三种工作模式。其中，互补模式是指每个桥臂的上、下两个功率管采用互补的PWM控制，在该模式下，死区控制在智能功率模块内部通过硬件电路实现，从而每个桥臂只需要一路PWM信号，即可实现对上、下管的控制；双极性模式是指基于智能功率模块实现H桥双极性控制，该模式只需要一路PWM信号输入，即可控制H桥实现正、负调制电压输出；通用模式是指所有的功率管可以独立进行控制，该种模式的应用方法和传统的智能功率模块是相同的。
模式设定引脚数量为两个，分别为A1和A0，通过配置引脚A1和A0的电平，可以实现智能功率模块不同工作模式的设置。定义1表示高电平，0表示低电平，则当（A1 A0）=（1 0）时，对应互补模式；当（A1 A0）=（0 0）时，对应双极性模式；当（A1 A0）=（0 1）或（1 1）时，对应通用模式。默认模式为通用模式。
总之，本发明可根据需要将智能功率模块灵活配置成互补模式、双极性模式和通用模式三种工作模式。在互补模式下，对于单极性PWM 控制策略的H桥，只需要2路PWM信号；对于采用SVPWM/SPWM控制的三相桥，只需要3路PWM信号。在双极性模式下，对于采用双极性PWM控制策略的H桥，则只需要1路PWM信号。本发明降低了电路设计和调制策略的复杂性，节省了微处理器的外设资源。同时，还保留了传统智能功率模块的工作模式，即通用模式，提高了应用的兼容性。

Claims (4)

1.一种具有多模式配置功能的智能功率模块，包括三相桥及驱动电路；其特征在于，还包括多模式配置电路，所述多模式配置电路包括信号分路电路、第一数据选择电路、第二数据选择电路以及死区延迟电路，第一数据选择电路具有第一控制引脚，第二数据选择电路具有第二控制引脚；所述信号分路电路一方面将外部输入的6路开关管控制信号Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wn直接传给第一数据选择电路，另一方面将Up、Vp传给死区延迟电路，此外还将Wp以及经过非门取反的Vp传给第二数据选择电路；第二数据选择电路根据第二控制引脚的电平对信号分路电路送来的两路信号进行选择，并将选择后的信号Wps输出给死区延迟电路；死区延迟电路将Up、Vp和Wps分别进行延迟和取反，输出三组包含死区的互补信号Upp和Upn、Vpp和Vpn、Wpsp和Wpsn给第一数据选择电路；第一数据选择电路根据第一控制引脚的电平在信号分路电路送来的信号和死区延迟电路送来的信号之间进行选择，并将选择后的信号输出给三相桥及驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种具有多模式配置功能的智能功率模块，其特征在于，所述第一数据选择电路包括六个数据选择模块，这六个数据选择模块分别对Up和Upp、Un和Upn、Vp和Vpp、Vn和Vpn、Wp和Wpsp、Wn和Wpsn进行信号选择，并分别输出驱动控制信号Upd、Und、Vpd、Vnd、Wpd、Wnd，每个数据选择模块均由第一控制引脚进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种具有多模式配置功能的智能功率模块，其特征在于，所述第二数据选择电路包括1个数据选择模块，该数据选择模块对Wp和经过非门取反的Vp进行信号选择，并由第二控制引脚进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种具有多模式配置功能的智能功率模块，其特征在于，所述死区延迟电路包括三个死区延迟模块，这三个死区延迟模块分别对Up、Vp和Wps进行延迟和取反，并输出三组包含死区的互补信号Upp和Upn、Vpp和Vpn、Wpsp和Wpsn。
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