CN114531018A - 智能功率模块及控制设备 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种智能功率模块及控制设备，其中，智能功率模块包括：MCU、至少一个HVIC和至少一个晶体管组件，MCU与所有的HVIC连接，每个HVIC与对应的晶体管组件连接；其中，晶体管组件包括至少两个晶体管，其中，晶体管为MOSFET或IGBT；HVIC包括LDO和二极管，且每个HVIC的上桥臂和下桥臂分别与对应的晶体管组件中的其中一个晶体管连接；MCU用于对晶体管的连接方式进行控制。由此，本申请提出的IPM为将HVIC、晶体管组件和MCU进行封装的集成体，可选地，可以将LDO和二极管集成于HVIC内，无需在外部增设其他器件，节省了硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管的晶体管组件，使得能够扩宽可承受的电压范围，提高了本申请提出的IPM对应的电机的安全性和可靠性。

Description

智能功率模块及控制设备

技术领域

本申请涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种智能功率模块、电机及控制设备。

背景技术

目前，在电机控制市场中，人们对于电机控制的智能化程度以及高集成化程度的追求日渐提升，随之而来，对于智能功率模块的设计要求也越来越高。其中，IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)，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。

然而，相关技术中，特别是针对较小功率等应用场景，尚未存在具有成本低廉、可靠性高以及开发难度低等优势的IPM。

由此，如何提出一种具有成本低廉、可靠性高以及开发难度低等优势的IPM，已经成为了亟需解决的问题。

发明内容

本申请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，本申请的第一个目的在于提出一种智能功率模块，可以降低IPM的成本及开发难度，并提高IPM的可靠性。

本申请的第二个目的在于提出一种控制设备。

本申请的第三个目的在于提出一种芯片。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种智能功率模块，包括：微控制单元MCU、至少一个高压集成电路HVIC和至少一个晶体管组件，所述MCU与所有的所述HVIC连接，每个所述HVIC与对应的所述晶体管组件连接；其中，所述晶体管组件包括至少两个晶体管，其中，所述晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT；所述HVIC包括低压差线性稳压器LDO和二极管，且每个所述HVIC的上桥臂和下桥臂分别与对应的所述晶体管组件中的其中一个所述晶体管连接；所述MCU用于对所述晶体管组件中的所述晶体管的连接方式进行控制。

根据本申请的一个实施例，所述MCU，还用于：获取电机的母线电压；根据所述母线电压，获取每个所述晶体管组件对应的目标晶体管，并对所述目标晶体管进行连接。

根据本申请的一个实施例，所述MCU，还用于：当所述母线电压小于母线电压阈值时，选取任一所述晶体管作为所述目标晶体管；或者，当所述母线电压大于或者等于所述母线电压阈值时，选取至少两个所述晶体管作为所述目标晶体管，并将所述目标晶体管串联连接。

根据本申请的一个实施例，所述MCU，还用于：获取传感器控制策略；根据所述传感器控制策略，连接所述电机与目标信号检测单元之间的检测通路。

根据本申请的一个实施例，所述MCU，还用于：当所述传感器控制策略为有传感器控制策略时，连接所述电机与反电势信号检测单元之间的检测通路，并对所述电机进行有传感器正弦波控制；或者，当所述传感器控制策略为无传感器控制策略时，断开所述电机与传感器之间的检测通路，并对所述电机进行无传感器方波控制或者无传感器正弦波控制。

根据本申请的一个实施例，还包括温度检测单元，用于：获取第一电流和第二电流；根据所述获取第一电流和所述第二电流，获取所述智能功率模块的温度。

根据本申请的一个实施例，所述温度检测单元，还用于：获取所述第一电流和所述第二电流的比例；根据所述比例，获取所述第一电流和所述第二电流之间的二极管的阀基电子VBE差值；根据所述VBE差值，获取所述温度。

根据本申请的一个实施例，所述二极管为快恢复二极管FRD。

本申请实施例的智能功率模块，为将HVIC、晶体管组件和MCU进行封装的集成体，可选地，可以将LDO和二极管集成于HVIC内，无需在外部增设其他器件，节省了硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管的晶体管组件，使得能够扩宽可承受的电压范围，提高了本申请提出的IPM对应的电机的安全性和可靠性。

为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种控制设备，包括：电机以及如本申请第一方面实施例所述的智能功率模块。

根据本申请的一个实施例，所述智能功率模块的安装位置为所述电机的内部或者所述电机的外部。

本申请实施例的控制设备，包括电机以及将HVIC、晶体管组件和MCU进行封装的智能功率模块，可选地，可以将LDO和二极管集成于HVIC内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管的晶体管组件，使得能够扩宽可承受的电压范围，进而适用于高电压、低电压等各种应用场合，同时提高了本申请提出的IPM对应的控制设备的安全性和可靠性。

为达上述目的，本申请第三方面实施例提出了一种芯片，包括：如本申请第一方面实施例所述的智能功率模块。

本申请实施例的芯片，包括电机以及将HVIC、晶体管组件和MCU进行封装的智能功率模块，可选地，可以将LDO和二极管集成于HVIC内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管的晶体管组件，使得能够扩宽可承受的电压范围，进而适用于高电压、低电压等各种应用场合，同时提高了本申请提出的IPM对应的芯片的安全性和可靠性。

附图说明

图1是根据本申请一个实施例的智能功率模块的结构示意图；

图2是根据本申请另一个实施例的智能功率模块的结构示意图；

图3是根据本申请另一个实施例的无传感器时的最小系统；

图4是根据本申请另一个实施例的有传感器时的最小系统；

图5是根据本申请另一个实施例的智能功率模块的结构示意图；

图6是根据本申请一个实施例的控制设备的结构示意图；

图7是根据本申请另一个实施例的控制设备的结构示意图；

图8是根据本申请一个实施例的芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面结合附图来描述本申请实施例的智能功率模块、电机及控制设备。

图1是根据本申请一个实施例的智能功率模块的示意图。

如图1所示，本申请实施例的IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)1000，包括：至少一个HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)100、至少一个晶体管组件200和MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)300。

可选地，MCU 300与所有的HVIC 100连接，且每个HVIC 100与对应的晶体管组件200连接。

其中，HVIC 100，包括：LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)11和二极管12。

其中，LDO 11，是一种集成电路稳压器，用于为MCU 300供电，即提供电能。

需要说明的是，本申请中对于二极管的具体类型不作限定，可以根据实际情况进行设定。

可选地，可以设定二极管为FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)。

其中，FRD，是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。

其中，晶体管组件200，包括：至少两个晶体管21，其中，晶体管21为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)(以下简称MOS管)，或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)(以下简称IGBT管)。

需要说明的是，本申请中对于晶体管组件200中的晶体管21的具体数量不作限定，仅限定晶体管组件200中的所有的晶体管21的类型一致即可。

例如，可以设定晶体管组件200包括1个MOS管，即MOS管21-1；或者，可以设定晶体管组件200包括2个MOS管，即MOS管21-1和MOS管21-2。

又例如，可以设定晶体管组件200包括1个IGBT管，即IGBT管21-3；或者，可以设定晶体管组件200包括2个IGBT管，即IGBT管21-3和IGBT管21-4。

也就是说，晶体管组件200中不会同时出现MOS管和IGBT管，即不会采用MOS管和IGBT管混搭的晶体管组件200。

需要说明的是，由于每个晶体管组件200包括至少两个晶体管21，此种情况下，每个HVIC 100的上桥臂和下桥臂分别与对应的晶体管组件200中的其中一个晶体管21连接。

举例而言，以晶体管均为MOS管为例，如图2所示，针对IPM甲，其包括一个MCU、均与MCU连接的三个HVIC，针对HVIC-1，其上桥臂1-1与晶体管组件1中的MOS管1-1连接，下桥臂1-2与晶体管组件1中的MOS管1-2连接；针对HVIC-2，其上桥臂2-1与晶体管组件2中的MOS管2-1连接，下桥臂2-2与晶体管组件2中的MOS管2-2连接；针对HVIC-3，其上桥臂3-1与晶体管组件3中的MOS管3-1连接，下桥臂3-2与晶体管组件3中的MOS管3-2连接。也就是说，此种情况下，IPM甲共包括一个MCU、三个HVIC以及六个MOS管。

进一步地，MCU 300用于对晶体管组件200中的晶体管21的连接方式进行控制。

需要说明的是，本申请中，对于晶体管组件200中的晶体管21的数量和连接方式不作限定，可根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可以获取投放区域对应的电压(市电电压)波动等级，并根据电压波动等级设定晶体管组件200中的晶体管21的数量和连接方式。

例如，获取到IPM 1000的投放区域为A，且投放区域为A对应的电压波动等级为平缓，即言投放区域A对应的电压较稳定。

此种情况下，可以采用单晶体管，即设定晶体管21的数量为1。

又例如，获取到IPM 1000的投放区域为B，且投放区域为B对应的电压波动等级为剧烈，即言投放区域B对应的电压不稳定，此种情况下，可以采用多晶体管，可选地，可以采用双晶体管，即设定晶体管21的数量为2。进一步地，可以设定两个晶体管21之间的连接方式为串联连接。

此种情况下，两个晶体管21将分摊陡然提升的较高电压。

进一步地，当晶体管组件200中的晶体管21的数量为至少两个时，MCU 300可以利用内部的数字设计和模拟设计配合，对晶体管21进行控制。

由此，本申请提出的IPM 1000为将HVIC 100、晶体管组件200和MCU 300进行封装的集成体，可选地，可以将LDO 11和二极管12集成于HVIC 100内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管21的晶体管组件200，使得能够扩宽可承受的电压范围，提高了本申请提出的IPM1000对应的电机的安全性和可靠性。

需要说明的是，区别于相关技术中通常采用的普通二极管，即采用非FRD，此种情况下，通常需要在外部增设其他器件，这样一来，极可能造成设计难度、开发难度、后期维护难度的显著提升。进一步地，还可能会显著提升智能功率模块IPM 1000的硬件成本以及维护成本。

由此，区别于普通的二极管，本申请实施例采用FRD，并将LDO 11和FRD集成于HVIC100内，以降低设计难度和开发难度。

在一些实施例中，本申请提出的IPM 1000，MCU 300，还用于：获取传感器控制策略，并根据传感器控制策略，连接电机与目标信号检测单元之间的检测通路。

其中，电机，指的是本申请提出的IPM 1000对应的电机，例如，指的是置有IPM1000的电机A。

其中，目标信号，指的是传感器信号(例如霍尔传感器对应的霍尔信号)以及反电势信号中的一个。

需要说明的是，本申请中，可以基于MCU 300，实现同一款IPM 1000同时支持有传感器或者无传感器得到直流无刷的传感器控制方式。

例如，如图3所示的无传感器时的最小系统，可以支持无传感器控制方式。

可选地，此种情况下，可以通过对外围电路进行识别，以获取电压和电流。进一步地，可以基于获取到的电压和电流信号来检测物体位置，从而实现无传感器的控制方式。

又例如，如图4所示的有传感器时的最小系统，可以支持有传感器控制方式。

可选地，可以安装霍尔传感器(Hall sensor)，此种情况下，可以检测霍尔位置，从而实现有传感器的控制方式。

也就是说，本申请中，可以通过IPM 1000中的MCU 300，获取传感器控制策略，并根据传感器控制策略，连接电机与目标信号检测单元之间的检测通路。

针对有传感器控制策略，可选地，当传感器控制策略为有传感器控制策略时，可以导通电机与反电势信号检测单元之间的检测通路，以将电机的控制模式切换至有传感器控制，进而可以对电机进行有传感器正弦波控制。

需要说明的是，本申请中对于获取传感器控制策略的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可选地，可以获取运行状态存在异常的霍尔传感器的数量，并将数量与预设数量阈值进行比较。

可选地，当数量未到预设数量阈值时，说明未存在异常的可用的霍尔传感器的数量大于或者等于需求数量，此种情况下，可以选取有传感器策略。

其中，预设数量阈值，可以根据实际及情况进行设定。例如，可以设定预设数量阈值为与电机连接的传感器总数的1/2，也就是说，若与电机连接的传感器共4个，此种情况下，可以将2个作为预设数量阈值。

需要说明的是，若与电机连接的传感器的总数为奇数，此种情况下，可以在获取与电机连接的传感器总数的1/2之后对运算结果进行上位或者下位的取整处理，也就是说，若与电机连接的传感器共5个，此种情况下，可以将2个或者3个作为预设数量阈值。

进一步地，在确定数量未达到预设数量阈值时，则可以断开电机与运行状态异常的霍尔传感器之间的检测通路，并保持电机与运行状态不存在异常的霍尔传感器之间的检测通路连通。

也就是说，本申请提出的智能功率模块IPM 1000，在确定数量未达到预设数量阈值时，在确定数量未达到预设数量阈值时，支持断开部分电机与霍尔信号之间的检测通路，以及支持保持剩余部分电机与霍尔信号之间的检测通路连通。

针对无传感器控制策略，可选地，当传感器控制策略为无传感器控制策略时，可以断开电机与传感器之间的检测通路，以将电机的控制模式切换至无传感器控制，进而可以对电机进行无传感器方波控制或者无传感器正弦波控制。

可选地，当数量达到预设数量阈值时，说明未存在异常的可用的霍尔传感器的数量少于需求数量，此种情况下，可以选取无传感器策略。

举例而言，获取到预设数量阈值为2，此种情况下，若获取到运行状态存在异常的霍尔传感器的数量为3，说明运行良好的霍尔传感器的数量小于实际可支持电机稳定运行的霍尔传感器数量(预设数量阈值)，即说明数量达到预设数量阈值，则可以对电机进行无传感器控制。即言，可以断开电机与霍尔信号之间的检测通路。

需要说明的是，针对前述获取传感器控制策略过程中涉及到的获取运行状态存在异常的霍尔传感器的数量的具体方式，本申请不作限定，可以根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可以获取至少一个霍尔传感器检测到的针对电机转子的霍尔信号。可选地，可以对霍尔传感器的每一相霍尔信号进行检测，以获取到每个霍尔传感器的三相霍尔信号。

进一步地，可以针对每个霍尔传感器，对霍尔信号进行模数转换，以获取霍尔信号对应的数字信号。

需要说明的是，本申请中提出的霍尔信号为模拟信号，无法直观地体现霍尔传感器的运行状态。由此，本申请中，在获取到霍尔信号后，可以对霍尔信号进行数字化处理，以获取霍尔信号对应的数字信号。

需要说明的是，本申请对于对霍尔信号进行模数转换，以获取霍尔信号对应的数字信号的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可以基于模数转换器，又称A/D转换器，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。

进一步地，可以根据数字信号，判断对应的霍尔传感器的运行状态是否存在异常。

进一步地，可以在确定存在运行状态存在异常的霍尔传感器时，断开电机与霍尔信号之间的检测通路。

进一步地，可以在确定不存在运行状态存在异常的霍尔传感器时，保持电机与霍尔信号之间的检测通路连通。

需要说明的是，本申请对于根据数字信号，判断对应的霍尔传感器的运行状态是否存在异常的具体方式不作限定，可以根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可以在预设时长内对数字信号的跳变情况进行监控，以获取数字信号的跳变轨迹。

其中，预设时长，可以根据实际情况进行设定。

举例而言，若预设时长为30s，此种情况下，若数字信号为101，则说明预设时长内数字信号发生了改变；若数字信号恒为111，则说明预设时长内数字信号未发生跳变。

需要说明的是，由于当电机正常旋转(正常运行)时，检测到的霍尔信号会按照特定的顺序进行变化。也就是说，当霍尔传感器的任一相发生损坏时，预设时长内数字信号仍可能发生了改变，但其变化顺序与特定的顺序不一致。

由此，本申请中，在确定预设时长内数字信号发生跳变之后，可以进一步对数字信号的变化顺序进行识别。

本申请实施例中，在试图识别数字信号的变化顺序时，可以获取数字信号的跳变轨迹。

其中，跳变轨迹，指的是高、低电平之间的跳变。

举例而言，在预设时长内，数字信号对应的模拟信号先由高电平跳变至低电平，之后由低电平跳变至高电平，此种情况下，数字信号的跳变轨迹则为101。

需要说明的是，本申请中，在获取数字信号的跳变轨迹之前，可以对预设时长内数字信号是否发生跳变进行判断。可选地，在确定预设时长内数字信号发生跳变时，可以获取数字信号的跳变轨迹，以判断跳变轨迹与预设跳变轨迹是否一致。

进一步地，可以在确定跳变轨迹与预设跳变轨迹一致时，确定霍尔传感器的运行状态未存在异常跳变轨迹。

举例而言，若特定的顺序为101，此种情况下，若获取到预设时长内数字信号的跳变轨迹则为101，说明跳变轨迹与预设跳变轨迹一致，则可以确定霍尔传感器的运行状态未存在异常。

进一步地，可以在确定预设时长内数字信号未发生跳变时，确定霍尔传感器的运行状态异常。

举例而言，若获取到预设时长内数字信号恒为111，说明跳变轨迹未发生跳变，则可以直接确定霍尔传感器的运行状态存在异常。

进一步地，可以在确定跳变轨迹与预设跳变轨迹不一致时，确定霍尔传感器的运行状态异常。

举例而言，若特定的顺序为101，此种情况下，若获取到预设时长内数字信号的跳变轨迹则为110，说明跳变轨迹与预设跳变轨迹不一致，则可以确定霍尔传感器的运行状态存在异常。

由此，本申请提出的IPM 1000中，MCU 300还用于获取传感器控制策略，并根据传感器控制策略，连接电机与目标信号检测单元之间的检测通路，使得能够通过对MCU 300的定义和系统设计，实现同一款芯片同时实现针对电机的三种直流无刷的传感器控制方式。

需要说明的是，本申请中，为了提升智能功率模块IPM 1000的适应性，即言，为了使智能功率模块IPM 1000能够适用于多种具有不同运行环境的应用场景下，本申请提出的IPM 1000中的MCU 300，还用于以电机的母线电压为依据，对目标晶体管进行连接。

需要说明的是，一般情况下，晶体管组件200中设置的晶体管21的数量与电机的母线电压大小和/或母线电压波动情况呈正相关。

也就是说，电机的母线电压较高和/或母线电压波动较大时，晶体管组件200中设置的晶体管21的数量往往较大；电机的母线电压较低和/或母线电压波动较小时，晶体管组件200中设置的晶体管21的数量往往较小。

例如，若母线电压为a1，对应的晶体管组件200中设置的MOS管21的数量为a2；母线电压为b1，对应的晶体管组件200中设置的MOS管21的数量为b2，此种情况下，若a1大于b1，则a2往往大于b2；反之，若a1小于或者等于b1，则a2往往小于或者等于b2。

又例如，若母线电压为a1，对应的晶体管组件200中设置的MOS管21的数量为a2；母线电压为b1，对应的晶体管组件200中设置的MOS管21的数量为b2，此种情况下，若a1对应电压波动大于b1，则a2往往大于b2；反之，若a1对应电压波动小于或者等于b1，则a2往往小于或者等于b2。

需要说明的是，本申请中，对于根据母线电压，获取针对晶体管的选取策略的具体方式不作限定，可根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可以获取电机的母线电压以及预先设定的母线电压阈值，并将母线电压和母线电压阈值进行比较。进一步地，可以根据比较结果，获取针对晶体管的选取策略。

也就是说，MCU 300，还用于：当母线电压小于母线电压阈值时，选取任一晶体管作为目标晶体管；或者，当母线电压大于或者等于母线电压阈值时，选取至少两个晶体管作为目标晶体管，并将目标晶体管串联连接。

可选地，当母线电压小于母线电压阈值时，说明母线电压较小，仅使用较少数量的晶体管即可承担母线电压，则可以将第一选取策略作为选取策略。

进一步地，可以根据第一选取策略，选取任一晶体管作为目标晶体管。

例如，若晶体管组件200中设置有2个MOS管21(21-1和21-2)，此种情况下，可以选择MOS管21-1或者MOS管21-2作为目标晶体管。

可选地，当母线电压大于或者等于母线电压阈值时，说明母线电压较大，仅使用较少数量的晶体管无法承担母线电压，则可以将第二选取策略作为选取策略。

进一步地，可以根据第二选取策略，选取至少两个晶体管作为目标晶体管，并将目标晶体管串联连接。

例如，若晶体管组件200中设置有2个MOS管21(21-1和21-2)，此种情况下，可以选择MOS管21-1和MOS管21-2作为目标晶体管。

需要说明的是，本申请实施例中，选取策略中至少包括目标晶体管以及目标晶体管对应的目标连接方式。

进一步地，可以从选取策略中提取目标晶体管对应的目标连接方式，并根据目标连接方式对目标晶体管进行连接。

例如，当选择MOS管21-1和MOS管21-2作为目标MOS管时，可以将MOS管21-1和MOS管21-2串联连接。

其中，母线电压阈值，可以根据实际情况进行设定。例如，可以设定母线电压阈值为任意高于市电电压平均值的数值。

由此，本申请提出的IPM 1000中MCU 300还用于获取传感器控制策略，并根据传感器控制策略，连接电机与目标信号检测单元之间的检测通路。可选地，当传感器控制策略为有传感器控制策略时，连接电机与反电势信号之间的检测通路，并对电机进行有传感器正弦波控制；或者，当传感器控制策略为无传感器控制策略时，断开电机与传感器之间的检测通路，并对电机进行无传感器方波控制或者无传感器正弦波控制，使得能够通过对MCU 300的定义和系统设

计，实现同一款芯片同时实现针对电机的三种直流无刷的传感器控制方式。

在一些实施例中，如图5所示，本申请提出的IPM 1000，还包括：温度检测单元600。

其中，温度检测单元600，用于获取第一电流和第二电流，并根据获取第一电流和第二电流，获取智能功率模块IPM 1000的温度。

需要说明的是，高精度的温度检测能够为IPM以及设置有IPM的电机的稳定运行奠定良好的基础。

例如，越来越多的变频空调器的变频器中设置有IPM，这样一来，在空调器运行的过程中，IPM工作产生的热量使得IPM的温度升高。此种情况下，若IPM的温度过高，可能会损坏IPM，进而导致电机以及对应的空调器无法工作。

由此，本申请提出一种精度更高的温度检测单元600，能够更加准确地获取IPM1000的温度，从而确保IPM、电机以及对应的空调器的稳定运行。

本申请实施例中，温度检测单元600，可以通过获取偏置在不同电流下的二极管的VBE(Valve Base Electronic，阀基电子)差值来确定IPM 1000内部的温度。

可选地，可以获取第一电流和第二电流的比例N，并基于比例N，按照以下公式获取第一电流和第二电流之间的二极管的VBE差值：

VBE差值＝KT/q×ln(N)

其中，K为波尔兹曼常数、q为电子电量、T为开尔文温度、N为第一电流和第二电流的比例。

进一步地，在获取到VBE差之后，可以根据VBE差值，获取温度。

需要说明的是，本申请中，第一电流和第二电流均为偏置电流(bias current)。

其中，偏置电流，指的是第一级放大器输入晶体管的基极直流电流。

需要说明的是，本申请中对于温度检测单元的具体选型不作限定，可以根据实际情况进行设定。

作为一种可能的实现方式，可以设定温度检测单元600由非NTC(NegativeTemperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻且非PTC(Positive TemperatureCoefficient thermistor，正温度系数)热敏电阻的电阻构成，且其精度约为1％。

进一步地，在获取温度之后，可以在确定温度达到第一温度阈值时，及时进行温度保护。进一步地，在待温度降低至第二温度阈值以下时，即在确定温度未达到第二温度阈值时，说明温度故障消除，则可以解除温度保护。

由此，本申请提出的IPM 1000中还包括能够基于偏置在不同电流下的二极管的VBE差值来确定IPM 1000内部温度的温度检测单元600，能够实现IPM 1000内部的温度的高精度检测，特别地，可以将检测精度控制在约1度之内，其精度远超相关技术中的IPM内部的温度检测单元。

需要说明的是，本公开提出的智能功率模块IPM 1000，可以应用于多种场景中。

针对空调器应用场景，需要说明的是，空调器应用场景并非仅限定为具有制冷和/或制热功能的空调器的应用，还包括具有净化功能的空气净化器等设备的应用。

下面以空调器室内机包括带有霍尔传感器的电机为例对本申请提出的智能功率模块IPM 1000的应用进行解释说明。

作为一种可能的实现方式，通过将LDO 11和二极管12集成于HVIC 100内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本，进而缩小了智能功率模块IPM 1000的所占空间，提高了智能功率模块IPM 1000以及空调器室内机的经济性。

此外，通过提供包括至少两个晶体管21的晶体管组件200，使得能够扩宽可承受的电压范围，提高了本申请提出的IPM 1000对应的电机的安全性和可靠性，进而确保了空调器室内机以及空调器整机的稳定运行。

由此，在空调器室内机等空调器应用场景下，能够基于小巧的智能功率模块IPM1000，使空调器室内机兼具经济性以及运行的稳定性。也就是说，采用智能功率模块IPM1000，能够在确定霍尔传感器的运行状态存在异常时，主动将电机的控制方式切换至无传感器控制，使得在霍尔传感器的运行状态存在异常时，仍可以维持电机的正常、稳定运行，避免了霍尔元件的损坏导致的空调器室内机整机失效的问题。此外，增加了电机以及电机对应的电气的使用寿命，解决了霍尔传感器等传感器的损坏给电机造成的寿命降低以及失效的问题。

针对电气设备应用场景，其中，电气设备(Electrical Equipment)，指的是在电力系统中对发电机、变压器、电力线路、断路器等设备的统称。也就是说，电气设备应用场景，指的是以下至少一种设备的应用场景：电力系统发电机、变压器、电力线路等。

下面以变压器包括带有霍尔传感器的电机为例对本申请提出的智能功率模块IPM1000进行解释说明。

作为一种可能的实现方式，可以通过将LDO 11和二极管12集成于HVIC 100内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本，进而缩小了智能功率模块IPM 1000的所占空间，提高了智能功率模块IPM 1000以及变压器的经济性。

此外，通过提供包括至少两个晶体管21的晶体管组件200，使得能够扩宽可承受的电压范围，提高了本申请提出的IPM 1000对应的电机的安全性和可靠性，进而确保了变压器的稳定运行。

由此，在变压器等电器设备应用场景下，能够基于小巧的智能功率模块IPM 1000，使变压器兼具经济性以及运行的稳定性。也就是说，采用智能功率模块IPM 1000，能够在确定霍尔传感器的运行状态存在异常时，主动将电机的控制方式切换至无传感器控制，使得在霍尔传感器的运行状态存在异常时，仍可以维持电机的正常、稳定运行，避免了霍尔元件的损坏导致的变压器整机失效的问题。此外，增加了电机以及电机对应的电气的使用寿命，解决了霍尔传感器等传感器的损坏给电机造成的寿命降低和失效的问题。

针对芯片应用场景，其中，芯片(microchip)，又称微电路，指的是半导体元件产品的统称。也就是说，电气设备应用场景，指的是以下至少一种半导体元件产品的应用场景。

需要说明的是，在实际应用中，芯片往往设置于设备(例如电子设备)的内部，此种情况下，芯片应用场景，通常指的是设置有该芯片的设备的应用场景。

下面以设置有该芯片的设备包括带有霍尔传感器的电机为例对本申请提出的智能功率模块IPM 1000进行解释说明。

作为一种可能的实现方式，可以通过将LDO 11和二极管12集成于HVIC 100内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本，进而缩小了智能功率模块IPM 1000的所占空间，提高了智能功率模块IPM 1000以及芯片及设置有该芯片的设备的经济性。

此外，通过提供包括至少两个晶体管21的晶体管组件200，使得能够扩宽可承受的电压范围，提高了本申请提出的IPM 1000对应的电机的安全性和可靠性，进而确保了芯片以及设置有该芯片的设备的稳定运行。

由此，在设置有该芯片的设备等芯片应用场景下，能够基于小巧的智能功率模块IPM1000，使芯片以及设置有该芯片的设备兼具经济性以及运行的稳定性。也就是说，采用智能功率模块IPM 1000，能够在确定霍尔传感器的运行状态存在异常时，主动将电机的控制方式切换至无传感器控制，使得在霍尔传感器的运行状态存在异常时，仍可以维持电机的正常、稳定运行，避免了霍尔元件的损坏导致的芯片以及设置有该芯片的设备失效的问题。此外，增加了电机以及电机对应的电气的使用寿命，解决了霍尔传感器等传感器的损坏给电机造成的寿命降低和失效的问题。

进一步地，在上述示例的基础上，空调器、电气设备、芯片等设备在实际应用中，往往处于系统中的某一环节，甚至是重要的衔接环节。此种情况下，基于本申请提出的智能功率模块IPM 1000，在确保了空调器、电气设备、芯片等控制设备的稳定运行的同时，还能够避免因一处设备损坏导致的系统瘫痪的问题。

此外，采用本申请提出的智能功率模块IPM 1000，区别于设置冗余控制电路、控制设别等方法，还能够在有效确保运行稳定性的同时，降低硬件成本及后期维护成本，提高了电机控制过程中的经济性。

进一步地，由于带有霍尔传感器的电机可能设置于不同地域，这样一来，电机所处的运行环境也可能是不同的。此种情况下，本申请实施例的智能功率模块IPM 1000，针对不同地域的不同运行环境，还能够带来更多的效果。

举例而言，带有霍尔传感器的电机甲运行于市电波动极大的区域A，此种情况下，市电的频繁、明显的激增、锐减情况极可能导致电机甲的霍尔传感器更易发生异常。由此，基于本申请实施例的智能功率模块IPM 1000，能够在即使霍尔传感器存在异常仍可以维持电机的正常、稳定运行的基础上，削弱了因市电波动大而缩短霍尔传感器寿命对电机造成的影响，进一步增加了电机以及电机对应的电气的使用寿命，解决了霍尔传感器等传感器的损坏给电机造成的寿命降低和失效的问题。

综上所述，本申请提出一种集成多种算法的三合一智能功率模块IPM 1000，包括封装模块，例如双列贴片模式的封装模块；提供有多种选择的硬件连接；支持自动兼容的多种，例如三种电机控制算法；带有短时过电压保护功能；带有高精度温度检测功能。

其中，封装了带有LDO 11(为MCU 300供电)、FRD等二极管12的HVIC 100，高性能的MOS管/IGBT管以及智能功率模块IPM 1000的专用的定制化的MCU 300。

进一步地，根据应用场景可以使用同一款智能功率模块IPM 1000，实现不同的控制方式。

举例而言，当智能功率模块IPM 1000安装于电机内部的时候，可以安装霍尔传感器，这时候可以检测霍尔位置实现无传感器控制；当智能功率模块IPM 1000安装与电机外部的控制板也可以在里面，可以通过电压和电流信号来检测位置，实现无传感器的控制方式。

进一步地，利用MCU 300内部的数字设计和模拟设计配合，实现在微秒级别的时间之内实现将过高的母线电压从一个晶体管21到两个晶体管21-1和21-2串联连接，从而实现系统的高可靠性，特别对于东南亚等电压波动比较剧烈的地区，稳定性提升的效果更佳显著。

进一步地，通过测量偏置在不同电流下二极管的VBE阀基电子差值，可以实现温度的测量。

可选地，可以根据以下公式获取VBE阀基电子差值：

VBE＝KT/q×ln(N)

其中，K是波尔兹曼常数、q是电子电量、T是开尔文温度、N是两个偏置电流的比例。

由此，通过上述方式可以实现温度的高精度控制1°之内，其精度远超相关技术中的功率模块内部的温度检测精度。

综上所述，本申请提出一种将HVIC 100、晶体管组件200和MCU 300进行封装的IPM1000，能够通过MCU 300的定义和系统设计，实现同一款芯片同时支持三种直流无刷的控制方式，可选地，可以同时支持以下任一控制方式：无传感器方波控制、有传感器正弦波控制和无传感器正弦波控制。

与此同时，能够利用内置的比较器，实现对系统的过压保护。特别地，适用于市电电压不稳定的区域。

进一步地，能够利用内置的高精度的温度检测单元600，实现对系统的温度限定和保护，以降低IPM的成本及开发难度，并提高IPM的可靠性。

图6是根据本申请一个实施例的控制设备的示意图。

如图6所示，本申请实施例的控制设备3000，包括：电机2000和IPM 1000。

需要说明的是，本申请中对于电机2000和IPM 1000之间的相对位置不作限定，可以根据实际情况进行设定。

可选地，如图6所示，IPM 1000安装于电机2000的外部；可选地，如图7所示，IPM1000安装于电机2000的内部。

举例而言，当IPM 1000安装于电机2000的内部时，可以实现有传感器的SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，高性能正弦波空间矢量脉宽调制)控制；当IPM1000安装于电机2000的外部时，可以通过外围电路的调整实现无传感器的控制方式(方波和正弦波)，并且可以自动识别外围器件的情况。

需要说明的是，包括本申请提出的IPM 1000和电机2000的其他功率小于预设功率(例如60W)的电器，例如新风机、净化器、风扇等电器。

由此，本申请提出的控制设备3000，包括电机以及将HVIC、晶体管组件和MCU进行封装的智能功率模块，可选地，可以将LDO和二极管集成于HVIC内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管的晶体管组件，使得能够扩宽可承受的电压范围，进而适用于高电压、低电压等各种应用场合，同时提高了本申请提出的IPM对应的控制设备的安全性和可靠性。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种芯片4000，如图8所示，包括本申请提出的智能功率模块IPM 1000。

由此，本申请提出的芯片4000，包括电机以及将HVIC、晶体管组件和MCU进行封装的智能功率模块，可选地，可以将LDO和二极管集成于HVIC内，无需在外部增设其他器件，以在降低设计难度和开发难度的基础上，节省硬件成本。此外，通过提供包括至少两个晶体管的晶体管组件，使得能够扩宽可承受的电压范围，进而适用于高电压、低电压等各种应用场合，同时提高了本申请提出的IPM对应的芯片的安全性和可靠性。

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申请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。

Claims (11)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：微控制单元MCU、至少一个高压集成电路HVIC和至少一个晶体管组件，所述MCU与所有的所述HVIC连接，每个所述HVIC与对应的所述晶体管组件连接；其中，

所述晶体管组件包括至少两个晶体管，其中，所述晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT；

所述HVIC包括低压差线性稳压器LDO和二极管，且每个所述HVIC的上桥臂和下桥臂分别与对应的所述晶体管组件中的其中一个所述晶体管连接；

所述MCU用于对所述晶体管组件中的所述晶体管的连接方式进行控制。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述MCU，还用于：

获取电机的母线电压；

根据所述母线电压，获取每个所述晶体管组件对应的目标晶体管，并对所述目标晶体管进行连接。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述MCU，还用于：

当所述母线电压小于母线电压阈值时，选取任一所述晶体管作为所述目标晶体管；或者，

当所述母线电压大于或者等于所述母线电压阈值时，选取至少两个所述晶体管作为所述目标晶体管，并将所述目标晶体管串联连接。

4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述MCU，还用于：

获取传感器控制策略；

根据所述传感器控制策略，连接所述电机与目标信号检测单元之间的检测通路。

5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述MCU，还用于：

当所述传感器控制策略为有传感器控制策略时，连接所述电机与反电势信号检测单元之间的检测通路，并对所述电机进行有传感器正弦波控制；或者，

当所述传感器控制策略为无传感器控制策略时，断开所述电机与传感器之间的检测通路，并对所述电机进行无传感器方波控制或者无传感器正弦波控制。

6.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，还包括温度检测单元，用于：

获取第一电流和第二电流；

根据所述获取第一电流和所述第二电流，获取所述智能功率模块的温度。

7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述温度检测单元，还用于：

获取所述第一电流和所述第二电流的比例；

根据所述比例，获取所述第一电流和所述第二电流之间的二极管的阀基电子VBE差值；

根据所述VBE差值，获取所述温度。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述二极管为快恢复二极管FRD。

9.一种控制设备，其特征在于，包括：电机以及如权利要求1-8中任一项所述的智能功率模块。

10.根据权利要求9所述的控制设备，其特征在于，所述智能功率模块的安装位置为所述电机的内部或者所述电机的外部。

11.一种芯片，其特征在于，包括：如权利要求1-8中任一项所述的智能功率模块。

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