CN204559428U - 智能功率模块电路、智能功率模块和空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能功率模块电路、智能功率模块和空调器，其中，智能功率模块电路，包括：三相上桥臂电路，所述三相上桥臂电路中的每一相上桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相上桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相高压区中对应相的输出端之间连接有滤波电路；三相下桥臂电路，所述三相下桥臂电路中的每一相下桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相下桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相低压区中对应相的输出端之间连接有所述滤波电路。本实用新型的技术方案能够准确控制功率开关管的上下沿速度，提高了功率开关管的抗干扰能力，并且提升了智能功率模块的稳定性。

Description

智能功率模块电路、智能功率模块和空调器

技术领域

本实用新型涉及智能功率模块技术领域，具体而言，涉及一种智能功率模块电路、一种智能功率模块和一种空调器。

背景技术

智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)是一种将电力电子分立器件和集成电路技术集成在一起的功率驱动器，智能功率模块包含功率开关器件和高压驱动电路，并带有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块的逻辑输入端接收主控制器的控制信号，输出端驱动压缩机或后续电路工作，同时将检测到的系统状态信号送回主控制器。相对于传统分立方案，智能功率模块具有高集成度、高可靠性、自检和保护电路等优势，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、变频家电的理想电力电子器件。

但是目前的智能功率模块电路中，由于驱动电路与智能功率模块的每一相中的功率开关管直接相连，导致功率开关管容易受到驱动电路输出的驱动信号的干扰，降低了智能功率模块的可靠性。

因此，如何能够避免功率开关管受到干扰而降低智能功率模块的可靠性成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出了一种能够准确控制功率开关管的上下沿速度，提高了功率开关管的抗干扰能力，并且提升了智能功率模块稳定性的智能功率模块电路。

本实用新型的另一个目的在于提出了一种智能功率模块和一种空调器。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例，提出了一种智能功率模块电路，包括：三相上桥臂电路，所述三相上桥臂电路中的每一相上桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相上桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相高压区中对应相的输出端之间连接有滤波电路；三相下桥臂电路，所述三相下桥臂电路中的每一相下桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相下桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相低压区中对应相的输出端之间连接有所述滤波电路。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块电路，由于每一相上桥臂电路中的功率开关管的基极与智能功率模块电路的三相高压区中对应相的输出端之间连接有滤波电路，且每一相下桥臂电路中的功率开关管的基极与智能功率模块电路的三相低压区中对应相的输出端之间也连接滤波电路，使得滤波电路能够吸收功率开关管基极的开关杂波，准确控制功率开关管的上下沿速度，有利于提高功率开关管的抗干扰能力，提升了智能功率模块的稳定性。

其中，智能功率模块电路包括U相上桥臂电路、U相下桥臂电路、V相上桥臂电路、V相下桥臂电路、W相上桥臂电路、W相下桥臂电路。功率开关管可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块电路，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述滤波电路包括：π型滤波器。当然，滤波电路也可以是低通滤波器等其他类型的滤波电路。

根据本实用新型的一个实施例，所述π型滤波器包括：电阻元件，所述电阻元件的第一端作为所述π型滤波器的第一输入端，所述电阻元件的第二端作为所述π型滤波器的第一输出端；第一电容，所述第一电容的第一端连接至所述电阻元件的第一端，所述第一电容的第二端作为所述π型滤波器的第二输入端；第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述电阻元件的第二端，所述第二电容的第二端与所述第一电容的第二端连接，并作为所述π型滤波器的第二输出端。

根据本实用新型的一个实施例，所述每一相上桥臂电路包括：第一功率开关管和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一功率开关管的发射极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接至所述智能功率模块电路的高电压输入端；

其中，与所述每一相上桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至所述三相高压区中对应相的输出端和所述三相高压区中对应相的电源负极，与所述每一相上桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输出端和第二输出端分别连接至所述每一相上桥臂电路中的所述第一功率开关管的基极和发射极。

根据本实用新型的一个实施例，所述每一相下桥臂电路包括：第二功率开关管和第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二功率开关管的集电极，所述第二功率开关管的集电极连接至与所述每一相上桥臂电路中的所述第一二极管的阳极；

与所述每一相下桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输入端连接至所述三相低压区中对应相的输出端，与所述每一相下桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输出端和第二输出端分别连接至所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的基极和发射极。

根据本实用新型的一个实施例，所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的发射极作为所述智能功率模块电路的对应相的低电压参考端。

根据本实用新型的一个实施例，所述智能功率模块电路的高电压输入端电压为300V。

根据本实用新型的一个实施例，所述电阻元件的阻值为(150±1.5)欧姆。

根据本实用新型第二方面的实施例，还提出了一种智能功率模块，包括：如上述任一项实施例中所述的智能功率模块电路。

根据本实用新型第三方面的实施例，还提出了一种空调器，包括：如上述任一项实施例中所述的智能功率模块。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块电路的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型提出了一种智能功率模块电路，包括：三相上桥臂电路，所述三相上桥臂电路中的每一相上桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相上桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相高压区中对应相的输出端之间连接有滤波电路；三相下桥臂电路，所述三相下桥臂电路中的每一相下桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相下桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相低压区中对应相的输出端之间连接有所述滤波电路。

由于每一相上桥臂电路中的功率开关管的基极与智能功率模块电路的三相高压区中对应相的输出端之间连接有滤波电路，且每一相下桥臂电路中的功率开关管的基极与智能功率模块电路的三相低压区中对应相的输出端之间也连接滤波电路，使得滤波电路能够吸收功率开关管基极的开关杂波，准确控制功率开关管的上下沿速度，有利于提高功率开关管的抗干扰能力，提升了智能功率模块的稳定性。

其中，智能功率模块电路包括U相上桥臂电路、U相下桥臂电路、V相上桥臂电路、V相下桥臂电路、W相上桥臂电路、W相下桥臂电路。功率开关管可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。

具体地，如图1所示，智能功率模块电路包括由功率开关管Q1和二极管D1组成的U相上桥臂电路，由功率开关管Q2和二极管D2组成的V相上桥臂电路，由功率开关管Q3和二极管D3组成的W相上桥臂电路，由功率开关管Q4和二极管D4组成的U相下桥臂电路，由功率开关管Q5和二极管D5组成的V相下桥臂电路，由功率开关管Q6和二极管D6组成的W相下桥臂电路。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块电路，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述滤波电路包括：π型滤波器。当然，滤波电路也可以是低通滤波器等其他类型的滤波电路。

根据本实用新型的一个实施例，所述π型滤波器包括：电阻元件，所述电阻元件的第一端作为所述π型滤波器的第一输入端，所述电阻元件的第二端作为所述π型滤波器的第一输出端；第一电容，所述第一电容的第一端连接至所述电阻元件的第一端，所述第一电容的第二端作为所述π型滤波器的第二输入端；第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述电阻元件的第二端，所述第二电容的第二端与所述第一电容的第二端连接，并作为所述π型滤波器的第二输出端。

具体地，如图1所示，与U相上桥臂电路相连的π型滤波器包括：电阻21、电容31(即第一电容)和电容32(即第二电容)。

根据本实用新型的一个实施例，所述每一相上桥臂电路包括：第一功率开关管和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一功率开关管的发射极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接至所述智能功率模块电路的高电压输入端；

其中，与所述每一相上桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至所述三相高压区中对应相的输出端和所述三相高压区中对应相的电源负极，与所述每一相上桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输出端和第二输出端分别连接至所述每一相上桥臂电路中的所述第一功率开关管的基极和发射极。

根据本实用新型的一个实施例，所述每一相下桥臂电路包括：第二功率开关管和第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二功率开关管的集电极，所述第二功率开关管的集电极连接至与所述每一相上桥臂电路中的所述第一二极管的阳极；

与所述每一相下桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输入端连接至所述三相低压区中对应相的输出端，与所述每一相下桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输出端和第二输出端分别连接至所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的基极和发射极。

根据本实用新型的一个实施例，所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的发射极作为所述智能功率模块电路的对应相的低电压参考端。

以下结合图1详细说明本实用新型提出的智能功率模块电路。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的智能功率模块电路，包括：驱动IC芯片100，其中，驱动IC芯片的VDD端作为智能功率模块的低电压输入端，即低压区供电电源正端，VDD连接至直流电源VCC，VCC通常为15V。驱动IC芯片100的VSS端作为所述智能功率模块的低压区供电电源负端。

驱动IC芯片100的HIN1端作为智能功率模块的U相上桥臂输入端UHIN；驱动IC芯片100的HIN2端作为智能功率模块的V相上桥臂输入端VHIN；驱动IC芯片100的HIN3端作为智能功率模块的W相上桥臂输入端WHIN；驱动IC芯片100的LIN1端作为智能功率模块的U相下桥臂输入端ULIN；驱动IC芯片100的LIN2端作为智能功率模块的V相下桥臂输入端VLIN；驱动IC芯片100的LIN3端作为智能功率模块的W相下桥臂输入端WLIN。

在本实用新型的一个优选实施例中，智能功率模块的U、V、W三相的六路输入接收0～5V的输入信号。

驱动IC芯片100的VB1端作为智能功率模块的U相高压区供电电源正端；驱动IC芯片100的HO1端为智能功率模块的U相高压区的输出端，HO1端通过电阻21连接至Q1管的基极；驱动IC芯片100的VS1端与Q1管的发射极、D1管的阳极、U相下桥臂Q4管的集电极和D4管的阴极相连，并作为智能功率模块的U相高压区供电电源负端；电阻21、电容31和电容32组成滤波电路。

驱动IC芯片100的VB2端作为智能功率模块的V相高压区供电电源正端；驱动IC芯片100的HO2端为智能功率模块的V相高压区的输出端，HO2端通过电阻22连接至Q2管的基极；驱动IC芯片100的VS2端与Q2管的发射极、D2管的阳极、V相下桥臂Q5管的集电极和D5管的阴极相连，并作为智能功率模块的V相高压区供电电源负端；电阻22、电容41和电容42组成滤波电路。

驱动IC芯片100的VB3端作为智能功率模块的W相高压区供电电源正端；驱动IC芯片100的HO3端为智能功率模块的W相高压区的输出端，HO3端通过电阻23连接至Q3管的基极；驱动IC芯片100的VS3端与Q3管的发射极、D3管的阳极、W相下桥臂Q6管的集电极和D6管的阴极相连，并作为智能功率模块的W相高压区供电电源负端；电阻23、电容51和电容52组成滤波电路。

驱动IC芯片100的LO1端为U相低压区的输出端，LO1端通过电阻24与U相下桥臂Q4管的基极相连；Q4管的发射极与D4管的阳极相连，并作为智能功率模块的U相低电压参考端；电阻24、电容61和电容62组成滤波电路。

驱动IC芯片100的LO2端为V相低压区的输出端，LO2端通过电阻25与V相下桥臂Q5管的基极相连；Q5管的发射极与D5管的阳极相连，并作为智能功率模块的V相低电压参考端；电阻25、电容71和电容72组成滤波电路。

驱动IC芯片100的LO3端为W相低压区的输出端，LO3端通过电阻26与W相下桥臂Q6管的基极相连；Q6管的发射极与D6管的阳极相连，并作为智能功率模块的W相低电压参考端；电阻26、电容81和电容82组成滤波电路。

其中，Q1管的集电极、D1管的阴极、Q2管的集电极、D2管的阴极、Q3管的集电极、D3管的阴极相连，并作为所述智能功率模块的高电压输入端P，P一般接300V。

所述驱动IC管100的作用是：将输入端HIN1、HIN2、HIN3和LIN1、LIN2、LIN3的0～5V的逻辑信号分别传到输出端HO1、HO2、HO3和LO1、LO2、LO3，其中HO1、HO2、HO3是VS～VS+15V的逻辑信号，LO1、LO2、LO3是0～15V的逻辑信号。由于VS的电压会在0～300V之间变化，所以U相上桥臂输出电路、V相上桥臂输出电路和W相上桥臂输出电路需要耐高压的流片工艺实现。

以下以U相上桥臂电路为例，详细介绍滤波电路中的电阻和电容器件的规格：以15A模块为例，电容31为滤除驱动IC芯片100输出的杂波电容，理论上采用0.01uf陶瓷低阻抗电容；电阻21和电容32构成低通滤波器，以20KHz的脉宽调制信号为例，电阻21可采用150欧姆精度为1％的陶瓷电阻，电阻21和电容32构成的滤波电路需要滤去大于20KHz的杂波即：

根据f＝1/(R21×C32)<20KHz，得出C32>0.33uf，通过大量工程实践，C32选用1uf值时，模块性能达到最佳。

同样地，电阻22、电阻23、电阻24、电阻25、电阻26的规格与电阻21类似；电容41、电容51、电容61、电容71、电容81的规格与电容31类似；电容42、电容52、电容62、电容72、电容82的规格与电容32类似。

本实用新型的上述实施例中，智能功率模块的低压区驱动电路和高压区驱动电路均通过驱动IC芯片100实现，大幅降低了智能功率模块的制造成本；并且，本实用新型的智能功率模块由驱动IC芯片100配置在对应功率开关管(如IGBT)上，上桥臂和下桥臂的IGBT管的基极走线可以做到一致，从而可有效保证6枚IGBT管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，使智能功率模块的成本进一步降低，该智能功率模块通过每个驱动电路输出端与IGBT基极之间接入由电阻和电容构成的滤波电路，可以控制IGBT开关上下沿速度，且基极电容能有效的吸收IGBT基极产生的开关杂波，提高了IGBT抗噪声能力即抗干扰能力，更好的实现变频控制，满足客户要求。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，本实用新型提出了一种新的智能功率模块电路，能够准确控制功率开关管的上下沿速度，提高了功率开关管的抗干扰能力，并且提升了智能功率模块的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能功率模块电路，其特征在于，包括：

三相上桥臂电路，所述三相上桥臂电路中的每一相上桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相上桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相高压区中对应相的输出端之间连接有滤波电路；

三相下桥臂电路，所述三相下桥臂电路中的每一相下桥臂电路均包括功率开关管，所述每一相下桥臂电路中的功率开关管的基极与所述智能功率模块电路的三相低压区中对应相的输出端之间连接有所述滤波电路。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述滤波电路包括：π型滤波器。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述π型滤波器包括：

电阻元件，所述电阻元件的第一端作为所述π型滤波器的第一输入端，所述电阻元件的第二端作为所述π型滤波器的第一输出端；

第一电容，所述第一电容的第一端连接至所述电阻元件的第一端，所述第一电容的第二端作为所述π型滤波器的第二输入端；

第二电容，所述第二电容的第一端连接至所述电阻元件的第二端，所述第二电容的第二端与所述第一电容的第二端连接，并作为所述π型滤波器的第二输出端。

4.根据权利要求3所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述每一相上桥臂电路包括：

第一功率开关管和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一功率开关管的发射极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关管的集电极连接至所述智能功率模块电路的高电压输入端；

其中，与所述每一相上桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输入端和第二输入端分别连接至所述三相高压区中对应相的输出端和所述三相高压区中对应相的电源负极，与所述每一相上桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输出端和第二输出端分别连接至所述每一相上桥臂电路中的所述第一功率开关管的基极和发射极。

5.根据权利要求4所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述每一相下桥臂电路包括：

第二功率开关管和第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二功率开关管的发射极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二功率开关管的集电极，所述第二功率开关管的集电极连接至与所述每一相上桥臂电路中的所述第一二极管的阳极；

与所述每一相下桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输入端连接至所述三相低压区中对应相的输出端，与所述每一相下桥臂电路相连的所述π型滤波器的第一输出端和第二输出端分别连接至所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的基极和发射极。

6.根据权利要求5所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述每一相下桥臂电路中的所述第二功率开关管的发射极作为所述智能功率模块电路的对应相的低电压参考端。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述智能功率模块电路的高电压输入端电压为300V。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的智能功率模块电路，其特征在于，所述电阻元件的阻值为(150±1.5)欧姆。

9.一种智能功率模块，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的智能功率模块电路。

10.一种空调器，其特征在于，包括：如权利要求9所述的智能功率模块。