CN115528912A - 智能功率模块及变频设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能功率模块及变频设备，其中智能功率模块包括集成设置的第一开关电源、第二开关电源、微控制器、高压驱动芯片和逆变电路，第一开关电源用于将直流母线电压降低转换成第一直流电压，以给第二开关电源和高压驱动芯片供电，第二开关电源用于将第一直流电压降低转换成第二直流电压，以给微控制器供电，微控制器用于根据电机目标转速输出控制信号给高压驱动芯片，高压驱动芯片用于根据控制信号输出驱动信号给逆变电路，以驱动逆变电路中的功率开关元件进行开通或关断。由此，能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并有助于降低成本。

Description

智能功率模块及变频设备
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种智能功率模块及变频设备。
背景技术
目前，通过智能功率模块设计来优化提高模块集成度以简化电控设计，是实现电控小型化的一个重要方向。相关技术中，智能功率模块虽然集成了HVIC(High VoltageIntegrated Circuit，高压集成电路)以及为HVIC供电的开关电源，但是该模块的外围电路仍较为复杂，并未最大限度地实现电控小型化。
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，本发明的第一个目的在于提出一种智能功率模块，能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并有助于降低成本。
本发明的第二个目的在于提出一种变频设备。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种智能功率模块，包括集成设置的第一开关电源、第二开关电源、微控制器、高压驱动芯片和逆变电路，第一开关电源用于将直流母线电压转换成第一直流电压，以给第二开关电源和高压驱动芯片供电，第二开关电源用于将第一直流电压转换成第二直流电压，以给微控制器供电，微控制器用于根据电机目标转速输出控制信号给高压驱动芯片，高压驱动芯片用于根据控制信号输出驱动信号给逆变电路，以驱动逆变电路中的功率开关元件进行开通或关断，其中，第一直流电压小于直流母线电压，第二直流电压小于第一直流电压。
根据本发明实施例的智能功率模块，通过第一开关电源将直流母线电压转换成第一直流电压，以给第二开关电源和高压驱动芯片供电，并通过第二开关电源将第一直流电压转换成第二直流电压，以给微控制器供电，以及通过微控制器根据电机目标转速输出控制信号给高压驱动芯片，并通过高压驱动芯片根据控制信号输出驱动信号给逆变电路，以驱动逆变电路中的功率开关元件进行开通或关断。由此，能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并有助于降低成本。
根据本发明的一个实施例，第一开关电源、第二开关电源、微控制器和高压驱动芯片集成设置在一起，以构成智能驱动芯片。
根据本发明的一个实施例，第一开关电源和第二开关电源的电路拓扑相同，且采用BUCK电路结构。
根据本发明的一个实施例，第一开关电源包括：第一开关管，第一开关管的第一端连接到直流母线正极，第一开关管的第二端连接到第一开关管脚；第一逻辑控制单元，第一逻辑控制单元分别与第一开关管的控制端、直流母线正极和第一开关管的第二端相连，第一逻辑控制单元的输出端连接到第一供电管脚，第一逻辑控制单元通过对第一开关管进行开关控制，以将直流母线电压转换成第一直流电压，并通过第一供电管脚进行输出；第一二极管，第一二极管的阴极与第一开关管的第二端相连，第一二极管的阳极连接到公共地管脚。
根据本发明的一个实施例，第二开关电源包括：第二开关管，第二开关管的第一端连接到第一逻辑控制单元的输出端，第二开关管的第二端连接到第二开关管脚；第二逻辑控制单元，第二逻辑控制单元分别与第二开关管的控制端、第一逻辑控制单元的输出端和第二开关管的第二端相连，第二逻辑控制单元的输出端连接到第二供电管脚，第二逻辑控制单元通过对第二开关管进行开关控制，以将第一直流电压转换成第二直流电压，并通过第二供电管脚进行输出；第二二极管，第二二极管的阴极与第二开关管的第二端相连，第二二极管的阳极连接到公共地管脚。
根据本发明的一个实施例，第一供电管脚与第一开关管脚之间连接有第一电感，第二供电管脚与第二开关管脚之间连接有第二电感，其中，第一电感和第二电感独立于智能功率模块设置。
根据本发明的一个实施例，逆变电路包括第一功率开关元件至第六功率开关元件，第一功率开关元件至第六功率开关元件构成三相桥臂，三相桥臂连接在直流母线正极与直流母线负极之间。
根据本发明的一个实施例，三相桥臂中每相桥臂包括上桥和下桥，每相桥臂的上桥的一端分别连接到直流母线正极，每相桥臂的上桥的另一端与每相桥臂的下桥的一端相连且具有节点，每相桥臂的下桥的另一端分别通过采样电阻连接到直流母线负极。
根据本发明的一个实施例，每相桥臂的节点分别通过自举电容连接到高压驱动芯片的对应高压供电管脚。
根据本发明的一个实施例，采样电阻和自举电容采用贴片元件。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种变频设备，包括上述的智能功率模块。
根据本发明实施例的变频设备，通过包括上述的智能功率模块，能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并有助于降低成本。
根据本发明的一个实施例，变频设备为空调室内机、空调室外机、冰箱或者冰柜。
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为根据本发明一个实施例的智能功率模块的结构框图；
图2为根据本发明一个实施例的智能功率模块的结构示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的智能功率模块的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的第一开关电源的结构示意图；
图5为根据本发明一个实施例的第二开关电源的结构示意图；
图6为根据本发明一个实施例的变频设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例，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。
下面参考附图描述本发明实施例提供的智能功率模块及变频设备。
图1为根据本发明一个实施例的智能功率模块的结构框图，参考图1所示，该智能功率模块100可包括：集成设置的第一开关电源110、第二开关电源120、微控制器130、高压驱动芯片140和逆变电路150。
其中，第一开关电源110将直流母线电压转换为第一直流电压，以给高压驱动芯片140和第二开关电源120供电；第二开关电源120将第一直流电压转换为第二直流电压，以给微控制器130供电；微控制器130用于根据电机目标转速向高压驱动芯片140输出控制信号；高压驱动芯片140用于根据控制信号输出驱动信号给逆变电路150，以驱动逆变电路150中的功率开关元件进行开通或关断。并且，第一直流电压小于直流母线电压，第二直流电压小于第一直流电压。
具体来说，智能功率模块100简称IPM(Intelligent Power Module)，可以用于变频电控，以使市电转变为所需频率的电能，实现对电机转速的无极调速。IPM是一种模块化封装的电路组件，能够耐受高电压和大电流，是变频电控的核心关键部件，在本申请中，IPM中集成设置有第一开关电源110、第二开关电源120、微控制器130、高压驱动芯片140以及逆变电路150。
微控制器130简称MCU(Microcontroller Unit)，是一种将中央处理器、内存、计数器、输入/输出接口等集成在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，又称单片微型计算机或单片机，如在本申请中，MCU可根据电机目标转速输出控制信号给高压驱动芯片140。
高压驱动芯片140简称HVIC(High Voltage Integrated Circuit)，是一种集成栅极驱动电路的驱动芯片，用于根据控制信号输出驱动信号给逆变电路150，以驱动逆变电路150中的功率开关元件进行开通或关断，可以具有过流保护、欠压保护和过温保护等功能，需要耐受高电压。
与HVIC相比较，MCU属于低压集成电路，HVIC属于高压集成电路，因此，对MCU和HVIC的供电，需要分别配置不同的开关电源，如在本申请中，可由第一开关电源110将电压较高的直流母线电压转换为电压较低的第一直流电压Va(如大小为15V)给HVIC供电，同时由第二开关电源120将第一开关电源110输出的电压较低的第一直流电压Va转换为电压更低的第二直流电压Vb(如大小为5V或3.3V)，给MCU供电。
在IPM工作时，第一开关电源110给HVIC供电，第二开关电源120给MCU供电，MCU内部烧录有电机控制程序，在对电机控制时，根据电机目标转速，通过电机控制程序输出控制信号给HVIC，由HVIC输出相应的驱动信号给逆变电路150，以驱动逆变电路150中的功率开关元件开通或关断。
本发明实施例的智能功率模块，通过高度集成第一开关电源、第二开关电源、MCU、HVIC以及逆变电路，具有以下明显的有益效果：通过将给HVIC供电的开关电源以及将给MCU供电的电源均集成在模块内部，从而能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并且有助于降低成本；同时，由于电控的核心器件都集成在模块内部，被封装保护，避免了环境污染物及昆虫等造成这些核心器件之间短路，提高了电控整体的可靠性；同时，高度集成减少了电控制造组装所需要安装的器件数量，有利于提高电控的生产效率。
在一个实施例中，参考图2和图3所示，集成第一开关电源110、第二开关电源120、MCU和HVIC以构成智能驱动芯片200。
应当理解，第一开关电源110、第二开关电源120、MCU以及HVIC这四个功能单元可以集成在一个芯片上，也可以按照任意组合的形式或者单个独立地设在多个芯片上，如可以是分别设于4个独立的芯片，也可以是HVIC和第一开关电源110集成在一个芯片，而MCU和第二开关电源120集成在另一个芯片，等等。优选的，第一开关电源110、第二开关电源120、MCU以及HVIC这四个功能单元集成在一个芯片上，该芯片可称为智能驱动芯片200，这样通过内部集成封装，可进一步减小模块体积，同时减少模块内部元器件的安装数量，有利于提高模块的生产效率以及可靠性。
在一个实施例中，第一开关电源110和第二开关电源120的电路拓扑相同，且采用BUCK电路结构。
也就是说，两个开关电源可以设置为DC-DC转换电路，且输出电压低于输入电压，以实现降压供电。可以理解，具有BUCK电路结构的第一开关电源110和第二开关电源120为非隔离型开关电源，与相关技术中的隔离型开关电源相比，无需搭配体积较大的隔离变压器，只需要搭配体积较小的电感，从而能够使得电控的体积得到进一步减小，有效节省了电控所占空间。
需要说明的是，IPM可以应用于变频家电，具体应用于空调室内风机驱动、空调室外风机驱动、冰箱压缩机驱动等。需要注意的是，考虑到应用的安全性和信号的稳定性，有的变频家电上的弱电功能模块不适用上述非隔离型开关电源，如，如果变频家用空调的室内机面板上需要安装遥控接收器或WiFi(WIreless FIdelity，无线保真)等弱电功能模块，那么这些弱电模块不能由本申请中的智能功率模块的开关电源直接供电，而需要采用隔离型开关电源向这些弱电功能模块供电。
可选地，图4为根据本发明一个实施例的智能功率模块的第一开关电源的结构示意图，参考图4所示，对于第一开关电源110来说，可包括：第一开关管111、第一逻辑控制单元112和第一二极管113。其中，第一开关管111的第一端连接直流母线正极P，第一开关管111的第二端连接第一开关管脚SW1；第一逻辑控制单元112分别与第一开关管111的控制端、直流母线正极P和第一开关管111的第二端相连，第一逻辑控制单元112的输出端连接第一供电管脚VCC；第一二极管113的阴极与第一开关管111的第二端相连，第一二极管113的阳极连接到公共地管脚VSS。
具体来说，参考图2-图4所示，第一开关电源110的输入端电连接直流母线，其中直流母线正极可以表示为P，直流母线负极可以表示N，第一开关电源110能够将直流母线电压降压为第一直流电压Va，其中，直流母线电压可以是大小为380V的高压，第一直流电压Va用于给HVIC和第二开关电源120供电，该第一直流电压Va可以是大小为15V的低压，以满足HVIC的供电需求。
参考图4所示，在第一开关电源110中，第一开关管111可以是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半导体场效应晶体管)，其漏极D与直流母线正极P电连接，源极S与第一开关管脚SW1电连接，栅极G电连接至第一逻辑控制单元112。对于第一逻辑控制单元112来说，可以包括四个端，其中第一端与第一开关管111的控制端即栅极G电连接，第二端与直流母线正极P电连接，第三端与第一开关管111的源极S电连接，第四端即第一逻辑控制单元112的输出端与第一供电管脚VCC电连接。该第一逻辑控制单元112通过对第一开关管111进行开关控制，以将直流母线电压转换成第一直流电压Va，并通过第一供电管脚VCC进行输出。
进一步地，参考图2所示，第一供电管脚VCC与第一开关管脚SW1之间还连接有第一电感L1，该第一电感L1独立于IPM设置。参考图4所示，第一开关电源110中的第一二极管113为续流二极管，其阴极与第一开关管111的源极S电连接，阳极与公共地管脚VSS(需要说明的是，该公共地管脚VSS还与直流母线负极N相连)电连接，用于防止第一电感L1中的感应电动势损坏电路元件。可以理解，由于第一开关电源110设置为非隔离型开关电源，只需要搭配体积较小的电感，无需搭配体积较大的隔离变压器，能够使得电控的体积得到进一步减小，从而有效节省了电控所占空间。
同样可选地，图5为根据本发明一个实施例的智能功率模块的第二开关电源的结构示意图，参考图5所示，第二开关电源120包括：第二开关管121、第二逻辑控制单元122和第二二极管123。其中，第二开关管121的第一端连接第一逻辑控制单元112的输出端，第二开关管121的第二端连接第二开关管脚SW2；第二逻辑控制单元122分别连接第二开关管121的控制端、第一逻辑控制单元112的输出端和第二开关管121的第二端，第二逻辑控制单元122的输出端连接第二供电管脚VDD；第二二极管123的阴极连接第二开关管121的第二端，第二二极管123的阳极连接到公共地管脚VSS。
具体来说，参考图2-3以及图5所示，第二开关电源120的输入端连接第一开关电源110的输出端，第二开关电源120的输出端连接MCU的电源供电端，第二开关电源120用于将第一开关电源110输出的第一直流电压Va降压为第二直流电压Vb，给MCU供电，该第二直流电压Vb可以是电压为5V或3.3V的低压，以满足MCU的供电需求。
参考图5所示，在第二开关电源120中，第二开关管121可以是MOSFET，其漏极D连接第一逻辑控制单元112的输出端即第四端，源极S连接第二开关管脚SW2，栅极G连接第二逻辑控制单元122。第二逻辑控制单元122包括四个端：第一端连接第二开关管121的控制端即栅极G，第二端连接第一逻辑控制单元112的输出端，第三端连接第二开关管121的源极S，第四端即其输出端连接第二供电管脚VDD。以此能够使第二逻辑控制单元122控制第二开关管121，转换第一开关电源110输出的第一直流电压Va为第二直流电压Vb，并经第二供电管脚VDD输出。
进一步地，参考图2所示，第二开关管脚SW2与第二供电管脚VDD之间还连接有第二电感L2，该第二电感L2独立于IPM设置。参考图5所示，第二开关电源120中的第二二极管123为续流二极管，其阴极与第二开关管121的源极S电连接，阳极与公共地管脚VSS电连接，用于防止第二电感L2中的感应电动势损坏电路元件。可以理解，由于第二开关电源120设置为非隔离型开关电源，只需要搭配体积较小的电感，无需搭配体积较大的隔离变压器，能够使得电控的体积得到进一步减小，从而有效节省了电控所占空间。
在一些实施例中，参考图2所示，逆变电路150可以包括第一功率开关元件至第六功率开关元件，该六个功率开关元件构成三相桥臂，三相桥臂连接在直流母线正极P与直流母线负极N之间。
也就是说，逆变电路150可以是设于直流母线正负极间的三相桥逆变电路。然而应当理解，该逆变电路不仅可以是上述三相桥逆变电路，还可以是半桥逆变电路、全桥逆变电路等，本申请对此不作具体限制。
进一步地，三相桥臂中的每相桥臂均由上桥和下桥构成。对于每相桥臂来说，上桥的一端均与直流母线正极P电性连接，桥臂上桥的另一端与对应桥臂的下桥的一端电性连接，并且具有节点，桥臂的下桥的另一端分别通过采样电阻Rs电连接至直流母线负极N。可选地，采样电阻Rs采用贴片元件。
作为一个具体的示例，参考图2-图3所示，逆变电路150为三相桥逆变电路，其包括六个功率开关元件，即第一功率开关元件至第六功率开关元件(依次表示为T1、T2、T3、T4、T5、T6)，这些功率开关元件是指能够可控地对电路进行开通或关断的半导体器件，其需要耐受高电压、大电流，可以是IGBT、MOSFET等。具体来说，第一功率开关元件T1的发射极与第四功率开关元件T4的集电极电连接，以形成第一桥臂，且第一功率开关元件T1作为第一桥臂的上桥，第四功率开关元件T4作为第一桥臂的下桥；第二功率开关元件T2的发射极与第五功率开关元件T5的集电极电连接，以形成第二桥臂，且第二功率开关元件T2作为第二桥臂的上桥，第五功率开关元件T5作为第二桥臂的下桥；第三功率开关元件T3的发射极与第六功率开关元件T6的集电极电连接，以形成第三桥臂，且第三功率开关元件T3作为第三桥臂的上桥，第六功率开关元件T6作为第三桥臂的下桥。并且，每相桥臂的上桥的一端均与直流母线正极P电连接，每相桥臂的下桥的一端均与直流母线负极N电连接，且第一桥臂的上桥与下桥的节点电连接至三相桥逆变电路的U相端口U，第二桥臂的上桥与下桥的节点电连接至三相桥逆变电路的V相端口V，第三桥臂的上桥与下桥的节点电连接至三相桥逆变电路的W相端口W，以此使三相桥臂的上下桥间的节点分别连接电机的三相绕组的引出端。
在该示例中，继续参考图2和图3所示，对于MCU来说，其输入端可以包括数据发送端口TXD(Transmit Data)、数据接收端口RXD(Receive Data)、串行调试时钟端口SWCLK(Serial Wire Debug Clock)、串行调试数据端口SWDIO(Serial Wire Debug Data I/O)、显示端口LED(Light-emitting Diode)、转速控制端口SPEED、以及采样端口OPN和OPP。工作时，相关数据通过相应输入端输入至MCU，MCU通过相应控制程序，输出UH、VH、WH、UL、VL和WL控制信号至HVIC。如，在对电机控制时，MCU内部烧录有电机控制程序，当通过转速控制端口SPEED输入电机目标转速时，MCU可根据电机目标转速向HVIC输出控制信号，并由HVIC向逆变电路150输出相应的驱动信号，以驱动功率开关元件开通或关断，并且在此过中，MCU还通过采样端口OPN和OPP采集采样电阻Rs两端的电压，并基于该电压计算得到逆变电路150的工作电流，进而根据逆变电路150的工作电流和电机目标转速生成控制信号给HVIC。其中，可通过由电阻R1、电阻R2和电容Cs构成的采样电路采集采样电阻Rs两端的电压，在该电路中，电阻R1连接在MCU的采样端口OPN与采样电阻Rs的一端，电阻R2连接在MCU的采样端口OPP与采样电阻Rs的另一端，电容Cs与采样电阻Rs并联连接。此外，参考图2所示，MCU还可以包括使能端口FO，且该使能端口FO通过上拉电阻连接至第二供电管脚VDD，通过该使能端口FO可控制HVIC的工作与否。
对于HVIC来说，参考图2和图3所示，HVIC的UH输入信号控制第一栅极驱动输出端口HO1的电压，通过HO1端口与第一功率开关元件T1的栅极电连接，来控制U相上桥的开关状态；HVIC的VH输入信号控制第二栅极驱动输出端口HO2的电压，通过HO2端口与第二功率开关元件T2的栅极电连接，来控制V相上桥的开关状态；HVIC的WH输入信号控制第三栅极驱动输出端口HO3的电压，通过HO3端口与第三功率开关元件T3的栅极电连接，来控制W相上桥的开关状态；HVIC的UL输入信号控制第四栅极驱动输出端口LO1的电压，通过LO1端口与第四功率开关元件T4的栅极电连接，来控制U相下桥的开关状态；HVIC的VL输入信号控制第五栅极驱动输出端口LO2的电压，通过LO2端口与第五功率开关元件T5的栅极电连接，来控制V相下桥的开关状态；HVIC的WL输入信号控制第六栅极驱动输出端口LO3的电压，通过LO3端口与第六功率开关元件T6的栅极电连接，来控制W相下桥的第六功率开关元件T6的开关状态。
对于逆变电路150来说，参考图2所示，六个功率开关元件T1、T2、T3、T4、T5、T6分别反并联六个续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6。具体地，第一续流二极管D1的阴极电连接第一功率开关元件T1的集电极，第二续流二极管D2的阴极电连接第二功率开关元件T2的集电极，第三续流二极管D3的阴极电连接第三功率开关元件T3的集电极，第一功率开关元件T1的集电极、第二功率开关元件T2的集电极和第三功率开关元件T3的集电极电连接直流母线正极P。相应地，第四续流二极管D4的阳极电连接第四功率开关元件T4的发射极，第五续流二极管D5的阳极电连接第五功率开关元件T5的发射极，第六续流二极管D6的阳极电连接第六功率开关元件T6的发射极，第四功率开关元件T4的发射极、第五功率开关元件T5的发射极、第六功率开关元件T6的发射极共同串联采样电阻Rs后电连接直流母线负极N。同时，第一功率开关元件T1的发射极、第一续流二极管D1的阳极、第四功率开关元件T4的集电极、第四续流二极管D4的阴极电连接至IPM的U相输出端口U(也即逆变电路150的U相端口U)；相应地，第二功率开关元件T2的发射极、第二续流二极管D2的阳极、第五功率开关元件T5的集电极、第五续流二极管D5的阴极电连接至IPM的V相输出端口V(也即逆变电路150的V相端口V)；相应地，第三功率开关元件T3的发射极、第三续流二极管D3的阳极、第六功率开关元件T6的集电极、第六续流二极管D6的阴极电连接至IPM的W相输出端口W(也即逆变电路150的W相端口W)。同时，第一功率开关元件T1的栅极与HO1端口相连，第二功率开关元件T2的栅极与HO2端口相连，第三功率开关元件T3的栅极与HO3端口相连，第四功率开关元件T4的栅极与LO1端口相连，第五功率开关元件T5的栅极与LO2端口相连，第六功率开关元件T6的栅极与LO3端口相连。
在逆变电路的工作过程中，MCU内烧录有电机控制程序，根据转速控制端口SPEED输入的电机目标转速，输出控制信号UL、VL、WL、UH、VH、WH至HVIC，由HVIC根据UH、VH、WH、UL、VL、WL控制信号产生驱动逆变电路功率开关元件T1、T2、T3、T4、T5、T6所需的栅极驱动电压。
可选地，每相桥臂的上下桥节点均通过对应的自举电容连接到HVIC的对应高压供电管脚。具体来说，参考图2和图3所示，逆变电路150可以包括三个自举电容(分别表示为C1、C2、C3)。相应地，HVIC中包括第一上桥自举参考管脚VS1、第二上桥自举参考管脚VS2、第三上桥自举参考管脚VS3、第一高压供电管脚VB1、第二高压供电管脚VB2和第三高压供电管脚VB3。其中，第一自举电容C1电连接在VS1管脚和VB1管脚之间，且VS1管脚与逆变电路150的第一桥臂的上下桥节点相连；第二自举电容C2电连接在VS2管脚和VB2管脚之间，且VS2管脚与逆变电路150的第二桥臂的上下桥节点相连；第三自举电容C3电连接在VS3管脚和VB3管脚之间，且VS3管脚与逆变电路150的第三桥臂的上下桥节点相连。可选地，上述三个自举电容具体可以采用贴片元件。
综上所述，根据本发明实施例的智能功率模块，将直流母线电压通过第一开关电源转换成第一直流电压，来给HVIC和第二开关电源供电，并将第一直流电压通过第二开关电源转换成第二直流电压，来给MCU供电，以及通过MCU根据电机目标转速输出控制信号给HVIC，并通过HVIC根据控制信号输出驱动信号给逆变电路，以驱动逆变电路中的功率开关元件进行开通或关断。由此，能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并有助于降低成本。
图6为根据本发明一个实施例的变频设备的结构框图。参考图6所示，该变频设备1000包括上述的智能功率模块100，其具体可以为冰箱、冰柜、空调室内机或室外机等。
根据本发明实施例的变频设备，通过包括上述的智能功率模块，能够有效简化模块外围电路的设计，使得电控的体积得到大幅减小，从而节省了电控所占空间，并有助于降低成本。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)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。
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 (12)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括集成设置的第一开关电源、第二开关电源、微控制器、高压驱动芯片和逆变电路，所述第一开关电源用于将直流母线电压转换成第一直流电压，以给所述第二开关电源和所述高压驱动芯片供电，所述第二开关电源用于将所述第一直流电压转换成第二直流电压，以给所述微控制器供电，所述微控制器用于根据电机目标转速输出控制信号给所述高压驱动芯片，所述高压驱动芯片用于根据所述控制信号输出驱动信号给所述逆变电路，以驱动所述逆变电路中的功率开关元件进行开通或关断，其中，所述第一直流电压小于所述直流母线电压，所述第二直流电压小于所述第一直流电压。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一开关电源、所述第二开关电源、所述微控制器和所述高压驱动芯片集成设置在一起，以构成智能驱动芯片。
3.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一开关电源和所述第二开关电源的电路拓扑相同，且采用BUCK电路结构。
4.根据权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一开关电源包括：
第一开关管，所述第一开关管的第一端连接到直流母线正极，所述第一开关管的第二端连接到第一开关管脚；
第一逻辑控制单元，所述第一逻辑控制单元分别与所述第一开关管的控制端、所述直流母线正极和所述第一开关管的第二端相连，所述第一逻辑控制单元的输出端连接到第一供电管脚，所述第一逻辑控制单元通过对所述第一开关管进行开关控制，以将所述直流母线电压转换成所述第一直流电压，并通过所述第一供电管脚进行输出；
第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的第二端相连，所述第一二极管的阳极连接到公共地管脚。
5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述第二开关电源包括：
第二开关管，所述第二开关管的第一端连接到所述第一逻辑控制单元的输出端，所述第二开关管的第二端连接到第二开关管脚；
第二逻辑控制单元，所述第二逻辑控制单元分别与所述第二开关管的控制端、所述第一逻辑控制单元的输出端和所述第二开关管的第二端相连，所述第二逻辑控制单元的输出端连接到第二供电管脚，所述第二逻辑控制单元通过对所述第二开关管进行开关控制，以将所述第一直流电压转换成所述第二直流电压，并通过所述第二供电管脚进行输出；
第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第二开关管的第二端相连，所述第二二极管的阳极连接到公共地管脚。
6.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一供电管脚与所述第一开关管脚之间连接有第一电感，所述第二供电管脚与所述第二开关管脚之间连接有第二电感，其中，所述第一电感和所述第二电感独立于所述智能功率模块设置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述逆变电路包括第一功率开关元件至第六功率开关元件，所述第一功率开关元件至第六功率开关元件构成三相桥臂，所述三相桥臂连接在直流母线正极与直流母线负极之间。
8.根据权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述三相桥臂中每相桥臂包括上桥和下桥，所述每相桥臂的上桥的一端分别连接到所述直流母线正极，所述每相桥臂的上桥的另一端与所述每相桥臂的下桥的一端相连且具有节点，所述每相桥臂的下桥的另一端分别通过采样电阻连接到所述直流母线负极。
9.根据权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，所述每相桥臂的节点分别通过自举电容连接到所述高压驱动芯片的对应高压供电管脚。
10.根据权利要求9所述的智能功率模块，其特征在于，所述采样电阻和所述自举电容采用贴片元件。
11.一种变频设备，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的智能功率模块。
12.根据权利要求11所述的变频设备，其特征在于，所述变频设备为空调室内机、空调室外机、冰箱或者冰柜。
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