CN207884527U - 智能功率模块及空调器 - Google Patents
智能功率模块及空调器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207884527U CN207884527U CN201820179390.7U CN201820179390U CN207884527U CN 207884527 U CN207884527 U CN 207884527U CN 201820179390 U CN201820179390 U CN 201820179390U CN 207884527 U CN207884527 U CN 207884527U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxide
- circuit
- sic
- semiconductors
- negative voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 203
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 197
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 197
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 102100039435 C-X-C motif chemokine 17 Human genes 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 101000889048 Homo sapiens C-X-C motif chemokine 17 Proteins 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 101100134625 Arabidopsis thaliana NUP88 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100027206 CD2 antigen cytoplasmic tail-binding protein 2 Human genes 0.000 description 1
- 101100181929 Caenorhabditis elegans lin-3 gene Proteins 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010019133 Hangover Diseases 0.000 description 1
- 101000914505 Homo sapiens CD2 antigen cytoplasmic tail-binding protein 2 Proteins 0.000 description 1
- 101000922137 Homo sapiens Peripheral plasma membrane protein CASK Proteins 0.000 description 1
- 101000739160 Homo sapiens Secretoglobin family 3A member 1 Proteins 0.000 description 1
- 102100031166 Peripheral plasma membrane protein CASK Human genes 0.000 description 1
- 102100037268 Secretoglobin family 3A member 1 Human genes 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种智能功率模块及空调器，该智能功率模块包括逆变桥电路及功率驱动电路，逆变桥电路包括至少一个SiC型MOS管，智能功率模块还包括对应每一SiC型MOS管设置的第一负压产生电路及第一尖峰吸收电路；其中，第一尖峰吸收电路包括第一开关管、第一电阻，第一开关管，用于在SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于第一开关管的导通阈值时开启，以对SiC型MOS管上的电压进行释放；第一负压产生电路在功率驱动电路驱动SiC型MOS管截止时输出负电压信号以提高SiC型MOS管的关断速度。本实用新型提高了SiC型MOS管的关断速度，解决了电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种智能功率模块及空调器。
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，一般应用于驱动风机、压缩机等设备的电控板上。
SiC型功率管具有很高阻断电压，没有类似IGBT的拖尾电流，使其具有很低的动态损耗。SiC材料的二极管也具有非常低的开关损耗；同时SiC材料又具有三倍于Si的热导率，使得基于SiC材料的IPM模块具有更好的工作温度和良好的可靠性，因此，SiC型功率管越来越多的应用到智能功率模块中。
但是，SiC型MOS管的开关频率不高，且由于SiC型MOS管的阈值范围比Si基功率器件更小，电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种智能功率模块及空调器，旨在提高SiC型MOS管的关断速度，解决电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括逆变桥电路及驱动所述逆变桥电路工作的功率驱动电路，所述逆变桥电路包括至少一个SiC型MOS管，所述智能功率模块还包括对应每一所述SiC型MOS管设置的第一负压产生电路及第一尖峰吸收电路；所述第一负压产生电路的输入端与所述功率驱动电路对应的控制端连接，所述第一负压产生电路的输出端与对应的逆变桥电路对应的受控端连接；其中，
所述第一尖峰吸收电路包括第一开关管、第一电阻，所述第一电阻的第一端分别与所述逆变桥电路对应的受控端及所述第一开关管的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的受控端连接；所述第一开关管的输出端接地；
所述第一开关管，用于在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第一开关管的导通阈值时开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放；
所述第一负压产生电路，用于在所述功率驱动电路驱动所述SiC型MOS管截止时，输出负电压信号，以提高所述SiC型MOS管的关断速度。
优选地，所述智能功率模块还包括用于控制PFC校正信号输出的PFC控制开关，所述PFC控制开关的受控端与所述功率驱动电路的第二控制端连接。
优选地，所述智能功率模块还包括第二尖峰吸收电路，所述第二尖峰吸收电路的输入端与所述PFC控制开关的受控端连接，所述第二尖峰吸收电路的输出端接地。
优选地，所述第二尖峰吸收电路包括第二开关管、第二电阻，所述第二电阻的第一端分别与所述逆变桥电路的受控端及所述第二开关管的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二开关管的受控端连接；所述第二开关管的输出端为所述第二尖峰吸收电路的输出端。
优选地，所述智能功率模块还包括第二负压产生电路，所述第二负压产生电路串联设置于所述功率驱动电路的第二控制端与所述PFC控制开关的受控端之间；
所述第二负压产生电路，用于在所述功率驱动电路驱动所述PFC控制开关截止时，输出负电压信号，以提高所述PFC控制开关的关断速度。
优选地，所述第二负压产生电路包括第一电容、第三电阻及第四电阻，所述第一电容的第一端为所述第二负压产生电路的输入端，所述第二电容的第二端为所述第一负压产生电路的输出端，并与所述第四电阻的第一端连接；所述第三电阻与所述第一电容并联设置，所述第四电阻的第二端接地。
优选地，所述逆变桥电路包括三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管，所述第一负压产生电路的数量为六个，且六个所述第一负压产生电路分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC型MOS管对应。
优选地，每一所述第一负压产生电路均包括第二电容、第五电阻、第六电阻，所述第二电容的第一端为所述第一负压产生电路的输入端，所述第一电容的第二端为所述第一负压产生电路的输出端，并与所述第六电阻的第一端连接；所述第五电阻与所述第二电容并联设置，所述第六电阻的第二端接地。
优选地，所述的逆变桥电路包括三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管，所述第一尖峰吸收电路的数量为六个，且六个所述第一尖峰吸收电路分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC型MOS管对应。
本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的智能功率模块；所述智能功率模块包括逆变桥电路及驱动所述逆变桥电路工作的功率驱动电路，所述逆变桥电路包括至少一个SiC型MOS管，所述智能功率模块还包括对应每一所述SiC型MOS管设置的第一负压产生电路及第一尖峰吸收电路；所述第一负压产生电路的输入端与所述功率驱动电路对应的控制端连接，所述第一负压产生电路的输出端与逆变桥电路对应受控端连接；其中，所述第一尖峰吸收电路包括第一开关管、第一电阻，所述第一电阻的第一端分别与所述逆变桥电路对应的受控端及所述第一开关管的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的受控端连接；所述第一开关管的输出端接地；所述第一开关管，用于在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第一开关管的导通阈值时开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放；所述第一负压产生电路，用于在所述功率驱动电路驱动所述SiC型MOS管截止时，输出负电压信号，以提高所述SiC型MOS管的关断速度。
本实用新型在智能功率模块中的逆变桥电路中的各桥臂功率开关管采用SiC型MOS管来实现时，通过设置第一负压产生电路，以在功率驱动电路驱动的SiC型MOS管导通时，进行正向充电，并在功率驱动电路SiC型MOS管截止时，进行反向放电，从而给SiC型MOS管提供负向电压，加快SiC型MOS管的关断速度。同时通过设置第一尖峰吸收电路，以在功率驱动电路驱动的同一桥臂的上桥臂SiC型MOS管导通，下桥臂SiC型MOS管截止时，由于下桥臂SiC型MOS管的漏源极间存在漏源寄生电容，使得漏源两端的电压升高而产生尖峰脉冲，并在该尖峰脉冲的电压值超过下桥臂SiC型MOS管的导通阈值时，触发第一开关管开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放，从而避免了上下桥臂SiC型MOS管同时导通，导致该桥臂短路而烧毁智能功率模块的问题发生。本实用新型提高SiC型MOS管的关断速度，同时还解决了由于SiC型MOS管的阈值范围比Si基功率器件更小，电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型智能功率模块一实施例的电路结构示意图；
图2为本实用新型智能功率模块另一实施例的结构示意图
图3为本实用新型智能功率模块又一实施例的结构示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种智能功率模块。
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。其中，多个功率开关器件一般为六个，组成功率逆变桥电路，并基于高压驱动电路如高压驱动芯片HVIC的控制，以驱动电机、压缩机等负载工作。智能功率模块一方面接收控制板上的主控制器MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将智能功率模块系统的状态检测信号送回主控制器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。
目前，智能功率模块中的功率器件大多采用Si基器件来实现，因为硅材料的限制，Si基功率器件大都只能在250℃以下工作；并且Si材料临界击穿电场在250000V/cm左右，耐压能力有限。此外，Si基功率器件高频性能不好；应用最多的Si基IGBT具有很明显的拖尾电流，而且很难降低或消除，这使得Si基IGBT具有较大的关断损耗。随着电力电子技术应用范围的不断扩大，日益严苛的应用场合和人们对电力电子设备要求的不断提高，具有高压、高温、低损耗的碳化硅SiC、氮化镓GaN等宽禁带半导体功率器件逐渐替代了传统的Si基功率器件。
本实用新型智能功率模块中的功率器件优选采用SiC型MOS管和SiC型SBD(Schottky Barrier Diode，肖特基势垒二极管)来实现，SiC型MOS管具有很高阻断电压，没有类似IGBT的拖尾电流，使其具有很低的动态损耗。SiC材料的二极管也具有非常低的开关损耗；同时SiC材料又具有三倍于Si的热导率，使得基于SiC材料的IPM模块具有更好的工作温度和良好的可靠性。
但是，SiC型MOS管的开关频率不高，且由于SiC型MOS管的阈值范围比Si基功率器件更小，电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏。
为了解决上述问题，参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，该智能功率模块包括由逆变桥电路10、驱动所述逆变桥电路10工作的功率驱动电路20、第一负压产生电路30及第一尖峰吸收电路40；所述逆变桥电路10包括至少一个SiC型MOS管，第一负压产生电路30及第一尖峰吸收电路40对应每一所述SiC型MOS管设置。所述功率驱动电路20的控制端与所述第一负压产生电路30的输入端连接，所述第一负压产生电路30的输出端与所述逆变桥电路10的受控端连接；其中，
所述第一尖峰吸收电路40包括第一开关管(图未标记)、第一电阻(图未标记)，所述第一电阻的第一端分别与所述逆变桥电路的受控端及所述第一开关管的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的受控端连接；所述第一开关管的输出端接地；
所述第一开关管，用于在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第一开关管的导通阈值时开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放；
所述第一负压产生电路30，用于在所述功率驱动电路20驱动所述SiC型MOS管截止时，输出负电压信号，以提高所述SiC型MOS管的关断速度。其中，第一开关管优选采用三极管来实现。
本实施例中，逆变桥电路10包括由三相上桥臂功率开关管和三相下桥臂功率开关管组成的功率逆变桥电路10。其中，三相上桥臂功率开关管和三相下桥臂功率开关管可以全部或者部分采用SiC型MOS管来实现，本实施例三相上桥臂功率开关管和三相下桥臂功率开关管中六个功率开关管优选为均采用SiC型MOS管来实现。高压侧驱动电路包括三相高压侧驱动单元，每一相高压侧驱动单元的输出端均经高压侧信号输出端与对应的一个上桥臂SiC型MOS管连接。低压侧驱动电路包括三相低压侧驱动单元，每一相低压侧驱动单元的输出端均经高压侧信号输出端与对应的一个下桥臂SiC型MOS管连接。
本实施例中，功率驱动电路20优选采用高压集成芯片HVIC来实现，包括高压侧驱动电路和低压侧驱动电路，在实际应用时，高压侧驱动电路的三相高压侧驱动单元集成在高压集成芯片HVIC中，低压侧驱动电路的三相低压侧驱动电路集成在低压集成芯片LVIC中，或者三相高压侧驱动单元中的每一相高压侧驱动单元对应与三相低压侧驱动单元中的一相高压侧驱动单元集成在一HVIC中，例如U相高压侧驱动单元与U相高压侧驱动单元集成在一HVIC，具体设置方式可根据智能功率模块的内部结构方式不同而不同，此处不做限制。
HVIC的COM端为智能功率模块的低压区供电电源负端VSS端。
智能功率模块中还集成有自举电容，且分别记为电容C11、C12、C13。
进一步地，所述SiC型MOS管组成的逆变桥电路10还包括多个用于对SiC型MOS管产生的高电动势进行消耗的二极管，多个所述二极管分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC型MOS管对应连接。本实施例中，续流作用的二极管为SiC型SBD，且SiC型SBD的数量为6个，分别记为U相上桥臂SBD1、V相上桥臂SBD2、W相上桥臂SBD3，U相下桥臂SBD4、V相下桥臂SBD5、W相下桥臂SBD6。
其中，HVIC的VB1端连接电容C11的一端，并为智能功率模块的U相高压区供电电源正端VB1；HVIC的HO1端与U相上桥臂SiC型MOS管的栅极相连；HVIC的VS1端与U相上桥臂SiC型MOS管的源极、U相上桥臂SBD1的阳极、U相下桥臂SBD4的阴极、电容C11的另一端相连，并为智能功率模块的U相高压区供电电源负端VS1；
HVIC的VB2端连接电容C12的一端，为智能功率模块的V相高压区供电电源正端VB2；HVIC的HO2端与V相上桥臂SiC型MOS管的栅极相连；HVIC的VS2端与V相上桥臂SiC型MOS管的源极、V相上桥臂SBD2的阳极、V相下桥臂SiC型MOS管的漏极、V相下桥臂SBD5的阴极、电容C12的另一端相连，并为智能功率模块的V相高压区供电电源负端VS2；
HVIC的VB3端连接电容C13的一端，为智能功率模块的W相高压区供电电源正端VB3；HVIC的HO3端与W相上桥臂SiC型MOS管的栅极相连；HVIC的VS3端与W相上桥臂SiC型MOS管的源极、W相上桥臂SBD3的阳极、W相下桥臂SiC型MOS管的漏极、W相下桥臂SBD6的阴极、电容C13的另一端相连，并为所述智能功率模块的W相高压区供电电源负端VS3；
HVIC的各管脚说明如下：
三相HVIC的低压侧供电电源正端VCC1为智能功率模块的电源正端VCC1，VDD一般为15V，HVIC的供电电源负端为智能功率模块的VSS；VCC-VSS电压一般为15V；VB1和VS1分别为U相高压区的电源的正极和负极，HO1为U相高压区的输出端；VB2和VS2分别为V相高压区的电源的正极和负极，HO2为V相高压区的输出端；VB3和VS3分别为U相高压区的电源的正极和负极，HO3为W相高压区的输出端；LO1、LO2、LO3分别为U相、V相、W相低压区的输出端。
功率驱动电路20的作用在于：将高压侧输入端HIN1、HIN2、HIN3的0或5V的逻辑输入信号分别传到高压侧输出端HO1、HO2、HO3，低压侧输入端LIN1、LIN2、LIN3的信号分别传到低压侧输出端LO1、LO2、LO3，其中HO1是VS1或VS1+15V的逻辑输出信号、HO2是VS2或VS2+15V的逻辑输出信号、HO3是VS3或VS3+15V的逻辑输出信号，LO1、LO2、LO3是0或15V的逻辑输出信号。
本实施例中，第一负压产生电路30用于在功率驱动电路20驱动的SiC型MOS管导通时，进行正向充电，并在功率驱动电路20SiC型MOS管截止时，进行反向放电，从而给SiC型MOS管提供负向电压，加快SiC型MOS管的关断速度。
需要说明的是，SiC型MOS管的栅源间存在栅源寄生电容，栅漏间存在栅漏间存在栅漏寄生电容，以及漏源极间存在漏源寄生电容。在SiC型MOS管组成的逆变桥电路10中，例如在功率驱动电路20驱动的同一桥臂的上桥臂SiC型MOS管导通，下桥臂SiC型MOS管截止时，由于下桥臂SiC型MOS管的漏源极间存在漏源寄生电容，使得漏源两端的电压升高而产生一个尖峰脉冲，当该尖峰脉冲的电压值超过下桥臂SiC型MOS管的导通阈值时，将造成下桥臂SiC型MOS管的误导通。此时上桥臂SiC型MOS管是导通的，而当上下桥臂SiC型MOS管同时导通时，将导致该桥臂短路而烧毁智能功率模块。为了避免上述问题发生，本实施例中的第一尖峰吸收电路40的第一开关管Q1在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第一开关管的导通阈值时开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放。
具体地，当高压侧信号输入端HIN输入的信号为低电平信号，低压侧信号输入端LIN输入的信号为高电平信号时，高压侧信号输出端HO输出的信号为低电平信号，低压侧输出端LO输出的信号为高电平信号，功率逆变桥电路10中的上桥臂SiC型MOS管关断，下桥臂SiC型MOS管开通。这个过程中，当功率驱动电路20输出高电平信号驱动下桥臂SiC型MOS管开通时，下桥臂对应的第一负压产生电路30进行正向充电。当功率驱动电路20输出低电平信号驱动上桥臂SiC型MOS管关断时，上桥臂对应的第一负压产生电路30输出负向电压，该负向电压加载在低电平信号上以增大驱动信号，从而加快上桥臂的关断速度。在上桥臂关断后，由于与下桥臂SiC型MOS管的漏极连接，使得上桥臂SiC型MOS管的源极电压较高，在漏源两端形成压差，而给漏源寄生电容进行充电，从而产生尖峰脉冲，若该尖峰脉冲电压值大于第一开关管的导通阈值，则触发上桥臂对应的尖峰电压中的第一开关管开启，从而将该尖峰脉冲的电能进行释放。
当高压侧信号输入端HIN输入的信号为高电平信号，低压侧信号输入端LIN输入的信号为低电平信号时，高压侧信号输出端输出的信号为高电平信号，低压侧输出端输出的信号为低电平信号，功率逆变桥电路10中的上桥臂SiC型MOS管开通，下桥臂SiC型MOS管关断。这个过程中，当功率驱动电路20输出高电平信号驱动上桥臂SiC型MOS管开通时，上桥臂对应的第一负压产生电路30进行正向充电。当功率驱动电路20输出低电平信号驱动下桥臂SiC型MOS管关断时，下桥臂对应的第一负压产生电路30输出负向电压，该负向电压加载在低电平信号上以增大驱动信号，从而加快下桥臂的关断速度。在下桥臂关断后，由于与上桥臂SiC型MOS管的漏极连接，使得下桥臂SiC型MOS管的源极电压较高，在漏源两端形成压差，而给漏源寄生电容进行充电，从而产生尖峰脉冲，若该尖峰脉冲电压值大于第一开关管的导通阈值，则触发下桥臂对应的第一尖峰吸收电路40中的第一开关管开启，从而将该尖峰脉冲的电能进行释放。其中，第一开关管的导通阈值可以通过调节第一电阻的阻值进行设定。
本实用新型在智能功率模块中的逆变桥电路10中的各桥臂功率开关管采用SiC型MOS管来实现时，通过设置第一负压产生电路30，以在功率驱动电路20驱动的SiC型MOS管导通时，进行正向充电，并在功率驱动电路20SiC型MOS管截止时，进行反向放电，从而给SiC型MOS管提供负向电压，加快SiC型MOS管的关断速度。同时通过设置第一尖峰吸收电路40，以在功率驱动电路20驱动的同一桥臂的上桥臂SiC型MOS管导通，下桥臂SiC型MOS管截止时，由于下桥臂SiC型MOS管的漏源极间存在漏源寄生电容，使得漏源两端的电压升高而产生尖峰脉冲，并在该尖峰脉冲的电压值超过下桥臂SiC型MOS管的导通阈值时，触发第一开关管开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放，从而避免了上下桥臂SiC型MOS管同时导通，导致该桥臂短路而烧毁智能功率模块的问题发生。本实用新型提高SiC型MOS管的关断速度，同时还解决了由于SiC型MOS管的阈值范围比Si基功率器件更小，电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏的问题。
参照图1和2，在一优选实施例中，所述智能功率模块还包括用于控制PFC校正信号输出的PFC控制开关(图未标记)，所述PFC控制开关的受控端与所述功率驱动电路20的第二控制端连接。
本实施例中，智能功率模块还集成有控制PFC校正信号输出的PFC控制开关，对应的，HVIC还包括PFC控制信号输入端PFCIN和PFC控制信号输出端PFCOUT，HVIC的PFC控制信号输入端PFCIN与主控制器连接，PFC控制信号输出端PFCOUT与外部电源连接。HVIC在接收到主控制器输入的PFC校正控制信号时，将该控制信号转换为脉冲信号后，输出至PFC控制开关，以驱动PFC控制开关导通/关断。
其中，PFC控制开关可以采用MOS管、IGBT等开关管来实现，本实施例优选采用SiC型MOS管来实现，且标记MOS7，与之对应的二极管记为SBD7。
进一步地，上述实施例中，所述智能功率模块还包括第二尖峰吸收电路50，所述第二尖峰吸收电路50的输入端与所述PFC控制开关的受控端连接，所述第二尖峰吸收电路50的输出端接地。
进一步地，上述实施例中，第二尖峰吸收电路50包括第二开关管Q2、第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端分别与所述逆变桥电路10的受控端及所述第二开关管Q2的输入端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二开关管Q2的受控端连接；所述第二开关管Q2的输出端接地。
所述第二开关管Q2，用于在所述PFC控制开关关断时的输入端与输出端两端的电压大于所述第二开关管Q2的导通阈值时开启，以对所述PFC控制开关上的电压进行释放。
需要说明的是，SiC型MOS管的栅源间存在栅源寄生电容，栅漏间存在栅漏间存在栅漏寄生电容，以及漏源极间存在漏源寄生电容。在SiC型MOS管作为PFC控制开关来使用时，为了避免SiC型MOS管的漏源极间存在漏源寄生电容，使得漏源两端的电压升高而产生一个尖峰脉冲，当该尖峰脉冲的电压值超过下桥臂SiC型MOS管的导通阈值时，将造成下桥臂SiC型MOS管的误导通，导致PFC控制信号紊乱输出，影响智能功率模块正常工作。本实施例中的第二尖峰吸收电路50的第二开关管Q2在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第二开关管Q2的导通阈值时开启，以对SiC型MOS管上的电压进行释放。从而解决由于SiC型MOS管的阈值范围比Si基功率器件更小，电压尖峰可能引起SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏的问题。其中，第二开关管Q2的导通阈值可以通过调节第二电阻R2的阻值进行设定。
参照图1和2，进一步地，上述实施例中，所述智能功率模块还包括第二负压产生收电路60，所述第二负压产生收电路60串联设置于所述功率驱动电路20的第二控制端与所述PFC控制开关的受控端之间；
所述第二负压产生收电路60，用于在所述功率驱动电路20驱动所述PFC控制开关截止时，输出负电压信号，以提高所述PFC控制开关的关断速度。
本实施例中，第二负压产生收电路60用于在功率驱动电路20驱动的SiC型MOS管导通时，进行正向充电，并在功率驱动电路20驱动SiC型MOS管截止时，进行反向放电，从而给SiC型MOS管提供负向电压，加快SiC型MOS管的关断速度。
进一步地，上述实施例中，所述第二负压产生收电路60包括第一电容C1、第三电阻R3及第四电阻R4，所述第一电容C1的第一端为所述第二负压产生收电路60的输入端，所述第一电容C1的第二端为所述第一负压产生电路30的输出端，并与所述第四电阻R4的第一端连接；所述第三电阻R3与所述第一电容C1并联设置，所述第四电阻R4的第二端接地。
本实施例中，第一电容C1、第三电阻R3转换成RC并联电路，在功率驱动电路20输出高电平的驱动信号驱动SiC型MOS管导通时，第一电容C1开始充电。其中，第一电容C1与第四电阻R4形成充电回路，第一电容C1的充电时间可以根据τ＝RC，调节第一电容C1的电容量和第四电阻R4的电阻值进行来设置。在功率驱动电路20输出低电平的驱动信号驱动SiC型MOS管关断时，第一电容C1开始通过第三电阻R3和第四电阻R4进行放电，从而为SiC型MOS管提供负压信号，该负压信号加载在低电平的驱动信号上，以加快SiC型MOS管的关断速度。其中第一电容C1输出的负压信号大小可以根据第三电阻R3和第四电阻R4的分压比进行调节。
参照图1至图3，在一优选实施例中，所述SiC型MOS管组成的逆变桥电路10包括三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管，所述第一负压产生电路30的数量为六个，且六个所述第一负压产生电路30分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC型MOS管对应。
本实施例中，三相逆变桥电路10中，SiC型MOS管设置的数量一般为六个，单相逆变桥电路10中，SiC型MOS管的数量一般为两个，当然在其他逆变桥电路10中，SiC型MOS管设置的数量还可以设置为四个，此处不做限制，本实施例以SiC型MOS管设置的数量一般为六个进行说明。对应六个SiC型MOS管，第一负压产生电路30的数量为六个，且分别对应与六个SiC型MOS管的栅极连接。多个第一负压产生电路30分别在对应的SiC型MOS管导通时充电，以及在对应的SiC型MOS管关断时放电，以加快SiC型MOS管的关断速度，提高SiC型MOS管的开关特性。
本实施例以U相HVIC、U相HVIC驱动的U相桥臂SiC型MOS管，以及对应U相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一负压产生电路30为例进行说明。
其中，与U相上桥臂SiC型MOS管对应的第一负压产生电路30-H包括第二电容C2-H、第五电阻R5-H、第六电阻R6-H，所述第二电容C2-H的第一端为所述第一负压产生电路30-H的输入端，所述第二电容C2-H的第二端为所述第一负压产生电路30-H的输出端，并与所述第六电阻R6-H的第一端连接；所述第五电阻R5-H与所述第二电容C2-H并联设置，所述第六电阻R6-H的第二端接地。
本实施例中，第二电容C2-H、第五电阻R5-H转换成RC并联电路，在功率驱动电路20输出高电平的驱动信号驱动SiC型MOS管导通时，第二电容C2开始充电。其中，第二电容C2-H与第六电阻R6-H形成充电回路，第二电容C2的充电时间可以根据τ＝RC，调节第二电容C2-H的电容量和第六电阻R6的电阻值进行来设置。在功率驱动电路20输出低电平的驱动信号驱动SiC型MOS管关断时，第二电容C2-H开始通过第五电阻R5-H和第六电阻R6-H进行放电，从而为SiC型MOS管提供负压信号，该负压信号加载在低电平的驱动信号上，以加快SiC型MOS管的关断速度。其中第二电容C2-H输出的负压信号大小可以根据第五电阻R5-H和第六电阻R6-H的分压比进行调节。
与U相下桥臂SiC型MOS管对应的第一负压产生电路30-L包括第二电容C2-L、第五电阻R5-L、第六电阻R6-L，所述第二电容C2-L的第一端为所述第一负压产生电路31的输入端，所述第二电容C2-L的第二端为所述第一负压产生电路30-L的输出端，并与所述第六电阻R6-L的第一端连接；所述第五电阻R5-L与所述第二电容C2-L并联设置，所述第六电阻R6-L的第二端接地。
可以理解的是，第一负压产生电路30-L的电路结构及工作原理与第一负压产生电路30-H相同，具体可参照第一负压产生电路30-H，此处不再赘述。
还可以理解的是，对应V相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一负压产生电路30和对应W相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一负压产生电路30与对应U相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一负压电压产生电路结构相同，且所达到的技术效果也完全相同，具体可参照U相设置，此处不再赘述。
参照图1至图3，进一步地，所述SiC型MOS管组成的逆变桥电路10包括三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管，所述第一尖峰吸收电路40的数量为六个，且六个所述第一尖峰吸收电路40分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC型MOS管对应。
本实施例中，三相逆变桥电路10中，SiC型MOS管设置的数量一般为六个，单相逆变桥电路10中，SiC型MOS管的数量一般为两个，当然在其他逆变桥电路10中，SiC型MOS管设置的数量还可以设置为四个，此处不做限制，本实施例以SiC型MOS管设置的数量为六个进行说明。对应六个SiC型MOS管，第一尖峰吸收电路40的数量为六个，且分别对应与六个SiC型MOS管的栅极连接。多个第一尖峰吸收电路40的第二开关管Q2在对应的SiC型MOS管在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第一开关管的导通阈值时开启，以对SiC型MOS管上的电压进行释放。从而避免电压尖峰引起对应的SiC型MOS管误开通或者击穿栅氧层造成损坏的问题。
本实施例以U相HVIC、U相HVIC驱动的U相桥臂SiC型MOS管，以及对应U相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一尖峰吸收电路40为例进行说明。
其中，与U相上桥臂SiC型MOS管对应的第一尖峰吸收电路40-H包括第一开关管Q1-H、第一电阻R1-H，所述第一电阻R1-H的第一端分别与所述逆变桥电路10的受控端及所述第一开关管Q1-H的输入端连接，所述第一电阻R1-H的第二端与所述第一开关管Q1-H的受控端连接；所述第一开关管Q1-H的输出端接地。
与U相下桥臂SiC型MOS管对应的第一尖峰吸收电路40-L包括第一开关管Q1-L、第一电阻R1-L，所述第一电阻R1-L的第一端分别与所述逆变桥电路10的受控端及所述第一开关管Q1-L的输入端连接，所述第一电阻R1-L的第二端与所述第一开关管Q1-L的受控端连接；所述第一开关管Q1-L的输出端接地。
可以理解的是，对应V相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一尖峰吸收电路40和对应W相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一尖峰吸收电路40与对应U相上桥臂SiC型MOS管和下桥臂SiC型MOS管设置的第一尖峰吸收电路40结构相同，且所达到的技术效果也完全相同，具体可参照U相设置，此处不再赘述。
本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的智能功率模块。该智能功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调器中使用了上述智能功率模块，因此，本实用新型空调器的实施例包括上述智能功率模块全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
本实施例中，该空调器可以是逆变电源、变频器、制冷设备、冶金机械设备、电力牵引设备中的一种。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能功率模块，所述智能功率模块包括逆变桥电路及驱动所述逆变桥电路工作的功率驱动电路，其特征在于，所述逆变桥电路包括至少一个SiC型MOS管，所述智能功率模块还包括对应每一所述SiC型MOS管设置的第一负压产生电路及第一尖峰吸收电路；所述第一负压产生电路的输入端与所述功率驱动电路对应的控制端连接，所述第一负压产生电路的输出端与所述逆变桥电路对应的受控端连接；其中，
所述第一尖峰吸收电路包括第一开关管、第一电阻，所述第一电阻的第一端分别与所述逆变桥电路对应的受控端及所述第一开关管的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的受控端连接；所述第一开关管的输出端接地；
所述第一开关管，用于在所述SiC型MOS管截止时的漏源极间电压大于所述第一开关管的导通阈值时开启，以对所述SiC型MOS管上的电压进行释放；
所述第一负压产生电路，用于在所述功率驱动电路驱动所述SiC型MOS管截止时，输出负电压信号，以提高所述SiC型MOS管的关断速度。
2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括用于控制PFC校正信号输出的PFC控制开关，所述PFC控制开关的受控端与所述功率驱动电路的第二控制端连接。
3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括第二尖峰吸收电路，所述第二尖峰吸收电路的输入端与所述PFC控制开关的受控端连接，所述第二尖峰吸收电路的输出端接地。
4.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述第二尖峰吸收电路包括第二开关管、第二电阻，所述第二电阻的第一端分别与所述逆变桥电路的受控端及所述第二开关管的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二开关管的受控端连接；所述第二开关管的输出端为所述第二尖峰吸收电路的输出端。
5.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括第二负压产生电路，所述第二负压产生电路串联设置于所述功率驱动电路的第二控制端与所述PFC控制开关的受控端之间；
所述第二负压产生电路，用于在所述功率驱动电路驱动所述PFC控制开关截止时，输出负电压信号，以提高所述PFC控制开关的关断速度。
6.如权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述第二负压产生电路包括第一电容、第三电阻及第四电阻，所述第一电容的第一端为所述第二负压产生电路的输入端，所述第一电容的第二端为所述第二负压产生电路的输出端，并与所述第四电阻的第一端连接；所述第三电阻与所述第一电容并联设置，所述第四电阻的第二端接地。
7.如权利要求1至6任意一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述逆变桥电路包括三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管，所述第一负压产生电路的数量为六个，且六个所述第一负压产生电路分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC型MOS管对应。
8.如权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，每一所述第一负压产生电路均包括第二电容、第五电阻、第六电阻，所述第二电容的第一端为所述第一负压产生电路的输入端，所述第二电容的第二端为所述第一负压产生电路的输出端，并与所述第六电阻的第一端连接；所述第五电阻与所述第二电容并联设置，所述第六电阻的第二端接地。
9.如权利要求1至6任意一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述逆变桥电路包括三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管，所述第一尖峰吸收电路的数量为六个，且六个所述第一尖峰吸收电路分别与所述三相上桥臂SiC型MOS管和三相下桥臂SiC型MOS管中的每一所述SiC 型MOS管对应。
10.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1至9任意一项所述的智能功率模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820179390.7U CN207884527U (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 智能功率模块及空调器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820179390.7U CN207884527U (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 智能功率模块及空调器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207884527U true CN207884527U (zh) | 2018-09-18 |
Family
ID=63510661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201820179390.7U Expired - Fee Related CN207884527U (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 智能功率模块及空调器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207884527U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110233566A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-13 | 广东美的制冷设备有限公司 | 驱动控制电路和家电设备 |
| CN112910320A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 高压集成电路、智能功率模块及驱动控制方法 |
| CN113864826A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-12-31 | Tcl家用电器（中山）有限公司 | 灶具和灶具的监控方法 |
-
2018
- 2018-01-30 CN CN201820179390.7U patent/CN207884527U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110233566A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-13 | 广东美的制冷设备有限公司 | 驱动控制电路和家电设备 |
| CN112910320A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 高压集成电路、智能功率模块及驱动控制方法 |
| CN113864826A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-12-31 | Tcl家用电器（中山）有限公司 | 灶具和灶具的监控方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207884513U (zh) | 智能功率模块及空调器 | |
| US10340906B2 (en) | Integrated bootstrap high-voltage driver chip and technological structure thereof | |
| CN207884527U (zh) | 智能功率模块及空调器 | |
| CN106357145B (zh) | 智能功率模块和空调器 | |
| CN208015588U (zh) | 智能功率模块及空调器 | |
| CN109768727B (zh) | 功率器件及电器 | |
| CN106655867A (zh) | 一种分立mosfet构成的半桥驱动电路 | |
| CN203722218U (zh) | 静电保护装置、智能功率模块和变频家电 | |
| CN107612528A (zh) | 一种脉冲滤波电路装置 | |
| CN109889026B (zh) | 功率器件及电器 | |
| CN103606901B (zh) | 静电保护装置、智能功率模块和变频家电 | |
| US20220006454A1 (en) | Power device and electrical appliance | |
| CN108233690B (zh) | 智能功率模块、空调器控制器及空调器 | |
| CN206041852U (zh) | 智能功率模块和空调器 | |
| CN105577017B (zh) | 智能功率模块和空调器 | |
| CN207766143U (zh) | Ipm模块与家用电器 | |
| CN109802554B (zh) | 功率器件和电器 | |
| CN207896952U (zh) | SiC型功率开关管的驱动电路、智能功率模块以及空调器 | |
| CN204615626U (zh) | 智能功率模块电路和空调器 | |
| CN115996050A (zh) | 一种耗尽型GaN器件直驱电路 | |
| CN104821705B (zh) | 智能功率模块电路和空调器 | |
| CN109995235B (zh) | 智能功率模块和电器设备 | |
| WO2017206385A1 (zh) | 智能功率模块和空调器 | |
| CN101431301A (zh) | Sg3525在离子注入机开关电源中的应用 | |
| CN114552968A (zh) | 一种适用于GaN驱动芯片的自适应自举充电电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180918 |