CN208015578U - SiC型功率开关管的驱动电路、智能功率模块以及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种SiC型功率开关管的驱动电路、智能功率模块以及空调器。其中，驱动电路包括电源端、控制电路、储能电路、第一开关电路、第二开关电路。当需要停止驱动所述SiC型功率开关管时，通过所述第一开关电路，以停止输出驱动电压，同时所述储能电路进行充电；当需要驱动所述SiC型功率开关管时，所述储能电路与所述电源端形成自举电路，使得所述储能电路第二端电压升高，以满足所述SiC型功率开关管对驱动信号的要求。本实用新型技术方案可以在不改变该电路原有驱动信号电压值的情况下，仍然能够通过本方案的驱动电路提高所述输出的驱动电压，以适应驱动SiC型功率开关管，有效地降低了电路改造成本。

Description

SiC型功率开关管的驱动电路、智能功率模块以及空调器

技术领域

本实用新型涉及空调器领域，特别涉及一种SiC型功率开关管的驱动电路、智能功率模块以及空调器。

背景技术

以SiC和GaN为代表的第三代半导体—宽禁带半导体功率器件具有击穿电压高、功率密度高、输出功率高、工作频率高、适合高温下工作等优点。目前以SiC技术最为成熟，具备产业化条件。SiC MOSFET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。在高压功率市场，SiC 器件被认为是IGBT的完美替代者。

但是因为SiC功率器件固有的特性，驱动电路的设计较Si材料功率器件有所不同。其中一个重要的不同点为：一般Si功率器件(Si MOSFET、Si IGBT 等)的适合在0V，12-15V的驱动电压下工作，所以在变频家电如空调中，一般设置VCC为15V，相应的栅极驱动电压(高电平)为15V；但是，SiC MOSFET 更适合在-2V，18～V的驱动电压下工作，也就是SiCMOSFET的开通在18～V 的驱动电压更合适，这时候原来的Si功率器件的驱动电路并不适合直接用于驱动SiC MOSFET。现有技术中，通常只是将SiC功率器件直接对Si材料功率器件进行替换，而不考虑SiC功率器件的驱动特性，这不仅无法充分发挥SiC功率器件的优良性能，甚至得到的智能功率模块功能还不如基于Si功率器件的功率模块。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种SiC型功率开关管的驱动电路、智能功率模块以及空调器，旨在使SiC型功率开关管充分发挥其优良性能。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种SiC型功率开关管的驱动电路，用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压；其特征在于，包括：

电源端；

控制电路，具有输出端，所述控制电路的输出端用于输出用于驱动所述 SiC型功率开关管的驱动信号，所述控制电路与所述电源端电连接；

储能电路，具有第一端、第二端，所述储能电路包括储能元件，所述储能电路的第一端与所述控制电路的输出端电连接，所述储能电路的第二端经过一单向导通元件与所述电源端电连接，所述储能电路在所述控制电路的控制下，在使所述电源端对所述储能元件进行充电后，使所述储能元件与所述电源端形成自举电路并自所述储能电路的第二端进行放电；

第一开关电路，具有输入端、输出端和受控端，所述第一开关电路的输入端与所述储能电路第二端连接，所述第一开关电路的受控端与所述控制电路的输出端电连接，所述第一开关电路用于在所述储能元件充电时，停止输出驱动电压；

第二开关电路，具有输入端、输出端和受控端，所述第二开关电路的输入端与所述储能电路第二端连接，所述第二开关电路的受控端与所述控制电路的输出端电连接，所述第二开关电路用于在所述储能元件放电时，输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

优选地，所述控制电路包括控制端和CMOS电路，所述控制端用于接收控制信号，所述CMOS电路具有输入端、输出端和供电端，所述CMOS电路的输入端与所述控制端电连接，所述CMOS电路的输出端为所述控制电路的输出端，所述CMOS电路的供电端和所述电源端连接。

优选地，所述储能电路包括第一电容，所述单向导通元件为第一二极管，所述第一电容的第一端为所述储能电路的第一端，所述第一电容的第二端为所述储能电路的第二端；

所述第一电容的第一端与所述CMOS电路的输出端电连接，所述第一电容的第二端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述电源端连接。

优选地，所述第一开关电路包括第一开关管、第二开关管，所述控制电路还包括第一反相器，所述第一反相器串联于所述控制端和所述CMOS电路之间；

所述第一反相器的输入端与所述控制端电连接，所述第一反相器的供电端与所述电源端连接，所述第一反相器的输出端与所述CMOS电路的输入端、所述第一开关管的受控端连接，所述第一开关管的输入端接地，所述第一开关管的输出端与第二开关管的受控端电连接，且所述第一开关管的输出端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压，所述第二开关管的输入端与所述储能电路的第二端电连接，所述第二开关管的输出端为高阻态。

优选地，所述第一开关管为NMOS管，所述第二开关管为PMOS管。

优选地，所述第二开关电路包括第二反相器、第三开关管、第四开关管；

所述第二反相器的输入端与所述第一反相器的输出端连接，所述第二反相器的输出端与所述第三开关管的受控端连接，所述第三开关管的输入端接地，所述第三开关管的输出端与所述第二开关管的输出端、第四开关管的受控端电连接，所述第四开关管的输入端与所述储能电路的第二端连接，所述第四开关管的输出端用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

优选地，所述第三开关管为NMOS管，所述第四开关管为PMOS管。

优选地，所述第一开关电路或所述第二开关电路还包括第三反相器和第四反相器；

所述第三反相器的输入端与所述第一开关电路的输出端和所述第二开关电路的输出端连接，所述第三反相器的输出端与所述第四反相器的输入端连接，所述第四反相器的输出端输出所述用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压；

所述第三反相器的供电端和第四反相器的供电端均与所述第一电容的第二端连接。

优选地，所述SiC型功率开关管的驱动电路还包括负压产生电路，所述负压产生电路包括第一电阻、第二电阻、第二电容、第二二极管；

所述第一电阻的第一端与所述第一开关电路的输出端和第二开关电路的输出端、所述第二电容的第一端互连，所述第一电阻的第二端与所述第二电容的第二端、所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极经过所述第二电阻接地，所述第一电阻的第二端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

本实用新型还提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括驱动芯片、逆变电路、PFC电路、电源线以及所述的SiC型功率开关管的驱动电路；

所述PFC电路包括至少一个SiC型MOS管，所述SiC型功率开关管的驱动电路连接于所述驱动芯片和所述PFC电路的SiC型MOS管之间，以接收所述驱动芯片发出的控制信号，驱动所述SiC型MOS管；

所述驱动芯片具有PFC驱动端，所述驱动芯片的PFC驱动端与所述SiC 型功率开关管的驱动电路的控制端连接，所述电源线与所述SiC型功率开关管的驱动电路的电源端连接；

所述逆变电路包括用于构成逆变桥电路的多个功率开关管，所述驱动芯片与所述逆变电路电连接，以驱动所述逆变电路工作。

优选地，所述逆变电路包括六个功率开关管，以构成逆变电路的逆变桥电路，且至少一个所述功率开关管为SiC型MOS管，所述SiC型功率开关管的驱动电路连接于所述驱动芯片和所述逆变桥电路的SiC型MOS管之间，以接收所述驱动芯片发出的控制信号，驱动所述逆变桥电路的SiC型MOS管，所述电源线与所述SiC型功率开关管的驱动电路的电源端连接。

优选地，所述逆变桥电路包括三相上桥臂SiC型功率开关管和三相下桥臂SiC型功率开关管，所述SiC型功率开关管的驱动电路有六个，每所述SiC 型功率开关管的驱动电路分别对应逆变桥电路的一SiC型功率开关管设置；

所述驱动芯片对应三相上桥臂SiC型功率开关管具有三个上桥臂驱动端、对应三相下桥臂SiC型功率开关管具有三个下桥臂驱动端，所述上桥臂驱动端、下桥臂驱动端与其所对应的所述SiC型功率开关管的驱动电路的控制端连接。

优选地，所述SiC型功率开关管的驱动电路集成于所述驱动芯片的内部。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括所述的功率开关管的驱动电路和/或所述的智能功率模块。

本实用新型技术方案通过设置了电源端、储能电路、第一开关电路和第二开关电路，并使它们之间协同工作。当所述控制电路输出代表停止驱动所述SiC型功率开关管的驱动信号时，通过所述第一开关电路，以停止输出驱动电压，同时所述电源端对所述储能电路进行充电；当所述控制电路10输出代表开始驱动所述SiC型功率开关管的驱动信号时，所述储能电路与所述电源端形成自举电路，使得所述储能电路第二端电压升高，且所述储能电路第二端通过第二开关电路对所述SiC型功率开关管进行驱动，以满足所述SiC 型功率开关管对驱动信号的要求。本实用新型技术方案使得当在同一电路中同时存在SiC型功率开关管和Si型功率开关管时，可以在不改变该电路原有驱动信号电压值的情况下，仍然能够通过本方案的驱动电路提高所述输出的驱动电压，以适应驱动SiC型功率开关管，有效地降低了电路改造成本。

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SiC型功率开关管的驱动电路一实施例的结构框图；

图2为本实用新型SiC型功率开关管的驱动电路一实施例的电路结构；

图3为本实用新型SiC型功率开关管的驱动电路一实施例的输出驱动电压的仿真图；

图4为本实用新型SiC型功率开关管的驱动电路另一实施例的输出驱动电压的仿真图；

图5为本实用新型智能功率模块一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型智能功率模块又一实施例的结构示意图；

图7为驱动芯片与所述SiC型功率开关管的驱动电路的连接结构示意图；

图8为所述SiC型功率开关管的驱动电路集成于驱动芯片内部的连接结构示意图。

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SiC型功率开关管的驱动电路100，所述SiC型功率开关管的驱动电路100可应用于智能功率模块中，用于驱动智能功率模块中的SiC型功率开关管工作。本方案中所述SiC型功率开关管可以为SiC型MOS 管，或SiC型IGBT等功率开关管；在以下实施例中，以驱动SiC型MOS管为例说明本方案SiC型功率开关管的驱动电路100的工作过程。

请参阅图1和图2，具体地，本方案中的所述SiC型功率开关管的驱动电路100，用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压，所述SiC型功率开关管的驱动电路100包括：

电源端VCC1；

控制电路10，具有输出端，所述控制电路10的输出端用于输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动信号，所述控制电路10与所述电源端VCC1电连接；

储能电路20，具有第一端、第二端，所述储能电路20包括储能元件，所述储能电路20的第一端与所述控制电路10的输出端电连接，所述储能电路 20的第二端经过一单向导通元件与所述电源端VCC1电连接，所述储能电路 20在所述控制电路10的控制下，在使所述电源端VCC1对所述储能元件进行充电后，使所述储能元件利用所述电源端VCC1形成自举电路并自所述储能电路20的第二端进行放电；

第一开关电路30，具有输入端、输出端和受控端，所述第一开关电路30 的输入端与所述储能电路20第二端连接，所述第一开关电路30的受控端与所述控制电路10的输出端电连接，所述第一开关电路30用于在所述储能元件充电时，停止输出驱动电压；

第二开关电路40，具有输入端、输出端和受控端，所述第二开关电路40 的输入端与所述储能电路20第二端连接，所述第二开关电路40的受控端与所述控制电路10的输出端电连接，所述第二开关电路40用于在所述储能元件放电时，输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

本方案中，所述储能电路20内包括储能元件，例如电容，电感、电池等，还可以包括与所述储能元件配合工作的电阻、二极管、开关管等元器件，由于所述储能电路20的第一端与控制电路10的输出端电连接，所述储能电路 20的第二端经过一单向导通元件与所述电源端VCC1电连接，因此根据所述控制电路10的输出信号，可以控制所述电源端VCC1对所述储能电路20充电或者所述储能电路20利用VCC1形成自举电路，从而抬高输出电路第二端电压。在一实施例中，当所述控制电路10的输出端输出第一电平信号时，此时，所述电源端VCC1对所述储能电路20进行充电，并形成电压为U1的保持电压，而当所述控制电路10的输出端在下一时刻输出第二电平信号时，所述储能元件的第一端与所述电源端VCC1连接，从而实现利用所述电源端 VCC1形成自举电路，并自所述储能电路20的第二端进行放电，此时所述储能电路20第二端的电压为电源端VCC1电压与所述储能电路20保持电压 (U1)之和，可见，本方案中驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压在经过所述控制电路10和所述储能电路20的共同作用下得到了提高。

由于所述第一开关电路30的受控端、第二开关电路40的受控端以及储能电路20的第一端均与所述控制电路10的输出端电连接，因此所述第一开关电路30、和第二开关电路40与所述储能电路20根据所述控制电路10的输出端输出的信号协同工作。具体地，基于上述实施例，所述第一电平信号代表停止驱动所述SiC型功率开关管，当所述控制电路10输出接第一电平信号时，所述电源端VCC1对所述储能电路20进行充电，且此时所述第一开关电路30根据所述第一电平信号而停止输出驱动电压，因此这不仅保证了所述控制电路10输出所述第一电平信号时，停止驱动所述SiC型功率开关管，还能够控制所述电源端VCC1对所述储能电路20进行充电。所述控制电路10的输出端输出第二电平信号代表驱动所述SiC型功率开关管工作，当所述控制电路10的输出端输出第二电平信号时，第二开关电路40开启对所述储能电路20第二端对所述SiC型功率开关管的驱动通路，且由上述分析可知，此时所述储能电路20第二端输出的电压为电源端VCC1电压与所述储能电路20 保持电压(U1)之和，从而满足SiC型功率开关管对驱动电压大小的要求。

本实用新型技术方案通过设置了电源端VCC1、储能电路20、第一开关电路30和第二开关电路40，并使它们之间协同工作。当所述控制电路10输出代表停止驱动所述SiC型功率开关管的驱动信号时，通过所述第一开关电路30，以停止输出驱动电压，同时所述电源端VCC1对所述储能电路20进行充电；当所述控制电路10输出代表开始驱动所述SiC型功率开关管的驱动信号时，所述储能电路20与所述电源端VCC1形成自举电路，使得所述储能电路20第二端电压升高，且所述储能电路20第二端通过第二开关电路40对所述SiC型功率开关管进行驱动，以满足所述SiC型功率开关管对驱动信号的要求。本实用新型技术方案使得当在同一电路中同时存在SiC型功率开关管和Si型功率开关管时，可以在不改变该电路原有驱动信号电压值的情况下，仍然能够通过本方案的驱动电路提高所述输出的驱动电压，以适应驱动SiC 型功率开关管，有效地降低了电路改造成本。

本方案中，为了使所述SiC型功率开关管的驱动电路100工作更稳定，本方案中所述控制电路10包括控制端INPUT和CMOS电路，所述控制端 INPUT用于接收控制信号，所述CMOS电路具有输入端、输出端和供电端，所述CMOS电路的输入端与所述控制端INPUT电连接，所述CMOS电路的输出端与所述储能电路20的第一端连接，所述CMOS电路的输出端为所述控制电路10的输出端，所述CMOS电路的供电端和所述电源端VCC1连接。

本领域技术人员可以理解的是CMOS电路的基本单元电路是一种由N沟道和P沟道MOS场效应晶体管对管构成，以推挽形式工作，能实现一定逻辑功能的集成电路。由于两管栅极工作电压极性相反，故将两管栅极相连作为输入端，两管的漏极相连作为输出端。本方案中，所述CMOS电路包括一 PMOS管Q5和一NMOS管Q6，所述控制端INPUT经过与所述PMOS管Q5 的栅极和所述NMOS管的栅极连接，所述PMOS管Q5的漏极与所述NMOS 管的漏极连接且为所述CMOS电路的输出端，所述PMOS管Q5的源极与所述电源端VCC1连接，所述NMOS管的源极接地。CMOS电路具有功耗低、工作电压范围宽、逻辑摆幅大抗、干扰能力强等优点，应用于所述控制端 INPUT的后端能够稳定控制端INPUT输出的控制电压，从而提高所述SiC型功率开关管的驱动电路100工作稳定性。为了使所述控制端INPUT传输到所述所述CMOS电路的信号质量，本方案中所述控制电路10还包括第一反相器 INV1，所述第一反相器INV1串联于所述控制端INPUT和所述CMOS电路之间。

本方案中的所述储能电路20利用电容实现充电和放电，通过合理选择电容的容值大小和充放电时间常数，从而可以方便实现所述储能电路20和所述第一开关电路30、第二开关电路40的协同工作。具体地，所述储能电路20 包括第一电容C1，所述单向导通元件为第一二极管D1，所述第一电容C1的第一端为所述储能电路20的第一端，所述第一电容C1的第二端为所述储能电路20的第二端；所述第一电容C1的第一端与所述CMOS电路的输出端电连接，所述第一电容C1的第二端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一二极管D1的阳极与所述电源端VCC1连接。当然，所述储能电路20还可以包括电阻，所述电阻与所述第一电容C1串联，用于通过电阻的大小，调节所述电容的充放电时间常数。所述第一二极管D1用于隔离所述电源端VCC1 和所述第一电容C1的第二端，以在所述第一电容C1充电后进行放电时，第一电容C1的第二端电压无法向所述电源端VCC1输出电压。

具体地，在T0-T1时刻，所述控制端INPUT输出低电平信号，所述低电平信号经过第一反相器INV1后翻转成高电平信号，此时该高电平信号触发所述CMOS电路的NMOS管道通，因此所述第一电容C1的第一端接地，所述电源端VCC1通过所述第一二极管D1对所述第一电容C1充电。在T1-T2时刻，所述控制端INPUT输出高电平信号，所述高电平信号经过第一反相器 INV1后翻转成低电平信号，此时该低电平信号触发所述CMOS电路的PMOS 管导通，因此所述第一电容C1的第一端与所述电源端VCC1连接，因此所述第一电容C1的第一端电压被抬高，由于所述第一电容C1在T0-T1时刻被充电，因此第一电容C1的第二端电压升高至大于所述电源端VCC1的电压值。

本方案中，所述第一开关电路30包括第一开关管Q1、第二开关管Q2，所述第一反相器INV1的输入端与所述控制端INPUT电连接，所述第一反相器INV1的供电端与所述电源端VCC1连接，所述第一反相器INV1的输出端与所述第一开关管Q1的受控端连接，所述第一开关管Q1的输入端接地，所述第一开关管Q1的输出端与第二开关管Q2的受控端电连接，且所述第一开关管Q1的输出端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压，所述第二开关管Q2的输入端与所述储能电路20的第二端电连接，所述第二开关管Q2 的输出端为高阻态。

所述第一开关管Q1和第二开关管Q2可以为三极管、MOS管。优选地，所述第一开关管Q1为NMOS管，所述第二开关管Q2为PMOS管。所述第一开关管Q1的受控端为所述NMOS管的栅极，所述第一开关管Q1的输入端为所述NMOS管的源极，所述第一开关管Q1的输出端为所述NMOS管的漏极。所述第二开关管Q2的受控端为所述PMOS管的栅极，所述第二开关管 Q2的输入端为所述NMOS管的源极，所述第二开关管Q2的输出端为所述 NMOS管的漏极。

所述第二开关电路40包括第二反相器INV2、第三开关管Q3、第四开关管Q4；所述第二反相器INV2的输入端与所述第一反相器INV1的输出端连接，所述第二反相器INV2的输出端与所述第三开关管Q3的受控端连接，所述第三开关管Q3的输入端接地，所述第三开关管Q3的输出端与所述第二开关管Q2的输出端、第四开关管Q4的受控端电连接，所述第四开关管Q4的输入端与所述储能电路20的第二端连接，所述第四开关管Q4的输出端用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

所述第三开关管Q3和第四开关管Q4可以为三极管、MOS管。优选地，所述第三开关管Q3为NMOS管，所述第四开关管Q4为PMOS管。所述第三开关管Q3的受控端为所述NMOS管的栅极，所述第三开关管Q3的输入端为所述NMOS管的源极，所述第三开关管Q3的输出端为所述NMOS管的漏极。所述第四开关管Q4的受控端为所述PMOS管的栅极，所述第四开关管 Q4的输入端为所述NMOS管的源极，所述第四开关管Q4的输出端为所述 NMOS管的漏极。

具体地，当所述控制端INPUT接收到低电平信号时，该低电平信号经过所述第一反相器INV1后翻转成高电平信号，该高电平信号驱动所述第一开关管Q1导通，使得所述第一开关管Q1的输出端接地，由于所述第一开关管 Q1的输出端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压，因此此时所述 SiC型功率开关管的驱动电路100停止输出驱动电压；另一方面，当所述第一开关管Q1的输出端接地时，使得所述第二开关管Q2导通，所述第二开关管Q2的输出端此时为高电平，进而造成所述第四开关管Q4不导通，使得所述第二开关电路40不工作。当所述控制端INPUT接收到高电平信号时，该高电平信号经过所述第一反相器INV1和第二反相器INV2后仍然为高电平信号，该高电平信号驱动所述第三开关管Q3导通，使得所述第三开关管Q3的输出端接地，进而使所述第四开关管Q4导通，所述第四开关管Q4的输出端开始输出驱动电压；另一方面，当所述第四开关管Q4的输出端为高电平时，使得所述第二开关管Q2关断，从而所述第一开关电路30不工作。本方案中第一开关电路30和第二开关电路40的电路结构设计，使得当第一开关电路 30工作时，第二开关电路40受第一开关电路30的作用而停止工作，同样的，当第二开关电路40工作时，第一开关电路30受第二开关电路40的作用而停止工作，保证了第一开关电路30和第二开关电路40的工作独立性，从而提高了所述SiC型功率开关管的驱动电路100的工作稳定性；同时本方案中第一开关电路30和第二开关电路40的电路结构设计并不改变所述控制端 INPUT接收到控制信号的逻辑，从而使得整个SiC型功率开关管的驱动电路 100的输入逻辑和输出逻辑实现一致。

综上所述，在T0-T1时刻，所述控制端INPUT接收到低电平信号时，所述低电平信号经过所述第一反相器INV1后翻转成高电平信号，此时该高电平信号触发所述CMOS电路的NMOS管道通，所述电源端VCC1对所述第一电容C1充电，同时所述第一开关管Q1和第二开关导通，所述第一开关电路30 输出低电平信号，从而停止输出驱动电压。在T1-T2时刻，所述控制端INPUT 接收到高电平信号时，所述高电平信号经过所述第一反相器INV1后翻转成低电平信号，此时该低电平信号触发所述CMOS电路的PMOS管道通，所述第一电容C1在T0-T1时刻被充电，因此第一电容C1的第二端电压升高至大于所述电源端VCC1的电压值，同时，所述第三开关管Q3和第四开关导通，所述第二开关电路40输出第一电容C1第二端的电压，从而对所述SiC型功率开关管进行驱动。

进一步地，为了提高所述SiC型功率开关管的驱动电路100输出端的抗干扰能力和输出驱动信号的稳定性，本方案中设置所述第一开关电路30或所述第二开关电路40还包括第三反相器INV3和第四反相器INV4；所述第三反相器INV3的输入端与所述第一开关电路30的输出端和所述第二开关电路40 的输出端连接，所述第三反相器INV3的输出端与所述第四反相器INV4的输入端连接，所述第四反相器INV4的输出端输出用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。所述第三反相器INV3的供电端和第四反相器INV4的供电端均与所述第一电容C1的第二端连接。可以理解的是，所述第三反相器 INV3和第四反向器对自所述第一开关电路30、第二开关电路40输出的电信号进行两次翻转，因此未改变该电信号的逻辑。所述第三反相器INV3和第四反相器INV4的设置不仅能够隔离干扰，更重要的时，能够对第一开关电路 30、第二开关电路40输出的电信号进行整形以及平衡信号延时，使得所述SiC 型功率开关管的驱动电路100输出的驱动信号稳定性更好。

本方案基于上述实施例，进一步结合所述SiC型功率开关管的驱动特性，还设置了负压产生电路30，这是由于普通Si材质功率开关管的关断电压在0V 就可以关断，而SiC型功率开关管更适合在负压下进行关断，在另一方面由于所述SiC型功率开关管具有开关损耗低的特性，因此对所述SiC型功率开关管进行负压关断更能够很好的匹配所述SiC型MOS管低开关损耗的优势，充分发挥所述SiC型功率开关管的优良性能，同时能够提高了所述SiC型MOS 管的工作安全性。

本方案中，所述负压产生电路30包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、第二二极管D2，所述第一电阻R1的第一端与所述第一开关电路30 的输出端和第二开关电路40的输出端、所述第二电容C2的第一端互连，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电容C2的第二端、所述第二二极管D2 的阳极连接，所述第二二极管D2的阴极经过所述第二电阻R2接地，所述第一电阻R1的第二端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

具体地，当所述第一开关电路30的输出端和第二开关电路40的输出端 (所述第四反向器的输出端)输出高电平时，该高电平信号对所述第二电容 C2进行充电，所述第二电容C2的第一端为较高电位，所述第二电容C2的第二端为较低电位，同时所述负压产生电路30的输出端输出高电平，以驱动所述SiC型功率开关管；所述第一开关电路30的输出端和第二开关电路40的输出端(所述第四反向器的输出端)输出低电平时，第二电容C2放电，因此所述第二电容C2的第二端此时为负电压。所述第一电阻R1、第二电阻R2用于分压，以为所述SiC型功率开关管提供合适的驱动电压。所述第二二极管 D2用于当第二电容C2放电时，防止电流自第二电阻R2流向第一电阻R1第二端。

图3和图4为本方案SiC型功率开关管的驱动电路100的仿真图，请参阅图3，图3对应为图2中无负压产生电路时，第四反相器INV4输出的电压波形。调节第一电容C1值分别为0.82pF、1.08pF和1.45pF，对应所述第四反相器INV4输出的驱动电压out1、out2和out3分别为18V、20V和22V。从图中可以看出，本方案的驱动电路输入和输出逻辑一样，即输入是低电平，输出也是低电平，输入是高电平，输出也对应时高电平，并且由于电容很小，输出信号基本不发生延时，对SiC型功率开关管的开通和关断基本没有影响。图4为图2中负压产生电路第一电阻第二端的输出电压值，当控制端接收到 0～15V的控制信号时，本方案SiC型功率开关管的驱动电路100对应产生20V 的开启电压和-2V的关断电压，因此可以很好的适配所述SiC型功率开关管的工作电压。

又如，在同一电控板上同时存在驱动风机的模块和驱动压缩机的模块，驱动风机的模块采用Si智能功率模块，而驱动压缩机的模块采用SiC智能功率模块，一般电控板VCC设置是一样，一般为15V，这样同样可能导致SiC 智能功率模块发挥其真实性能。将来可能出现大量Si功率器件和SiC功率器件共存的情况，如果不用改变电控板结构，将降低电控设计难度，方便SiC 模块的使用，有助其普及。如何基本不改变电控板结构，又能发挥两种功率模块的性能成为必须解决的问题。

请参阅图5，本实用新型还提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括驱动芯片HVIC、逆变电路300、PFC电路20(功率因数校正电路)、以及所述的SiC型功率开关管的驱动电路100。在此需要解释的是，本方案中所述 PFC电路20可以是能够独立且完全实现PFC功能的完整电路，也可以是需要与所述IPM模块的外部电路/器件共同构成完整的PFC开关电源；本方案中，优选采用后一种方案，即所述PFC电路20中包含一个或多个半导体功率器件，该半导体功率器件与位于IPM模块外部的电路/器件共同构成完整的PFC开关电源，以执行PFC功能。在一实施例中，所述PFC电路20中采用SiC器件代替Si功率器件，以提高功率校正因子，提高电源利用率，如果两者采用相同的Si功率器件驱动方式，则可能SiC器件性能不能得到有效发挥，因此本方案中，将所述SiC型功率开关管的驱动电路100应用于所述智能功率模块中，以不改变IPM内驱动芯片HVIC以及供电电压的情况下，针对所述SiC 功率器件采用本方案SiC型功率开关管的驱动电路100，更好的发挥所述SiC 功率器件的性能，提高所述智能功率模块的整体性能。

具体地，本方案中，所述PFC电路20包括一个所述SiC型MOS管MOS7 以及一个SiC型肖特基二极管SBD7；所述SiC型肖特基二极管SBD7的阴极与所述SiC型MOS管MOS7的源极连接，所述SiC型肖特基二极管SBD7的阳极与所述SiC型MOS管MOS7的漏极连接。所述驱动芯片HVIC的PFC 驱动端PFCOUT通过所述SiC型功率开关管的驱动电路100驱动所述SiC型 MOS管MOS7，具体电路工作过程请参照上述实施例，在此不再赘述。所述逆变电路300中所使用的功率开关管可以为硅材料的MOS管或IGBT，本实施例中，由六个IGBT构成逆变桥电路，所述六个IGBT分别为IGBT1、IGBT2、 IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6；且每个IGBT的集电极和发射极之间并联有一硅基续流二极管，因此对应六个IGBT分别有六个硅基续流二极管，分别为FRD1、FRD2、FRD3、FRD4、FRD5、FRD6。

所述驱动芯片HVIC具有PFC控制信号输入端PFCIN，所述PFC控制信号输入端PFCIN接收MCU传送过来的信号(一般为0或5V)，信号经过HVIC 内部电路处理，从驱动芯片HVIC的PFC驱动端PFCOUT端输出0V/15V电压信号，此电压信号通过本方案所述SiC型功率开关管的驱动电路100处理，输出大于15V的高电平信号或小于0的负压低电平信号，输出的电压信号到达所述SiC型MOS管MOS7的栅极。优选地，所述SiC型功率开关管的驱动电路100的第一电容C1的容值选取1.75pF，则SiC型功率开关管的驱动电路 100输出V的高电平电压信号和-2V的低电平电压信号。通过调节第一电容 C1的大小与第一电阻R1和第二电阻R2的大小可以得到-2～-20V的驱动电压信号。

本方案通过在IPM模块中集成了逆变电路300以及PFC电路20，且该 PFC电路20的半导体功率器件采用SiC型MOS管，以使所述PFC电路20 具有较佳的电气性能、热稳定性、强抗辐射能力等优点，从而在不大幅提高材料成本的前提下，显著提高了整个IPM模块的电热性能以及工作可靠性；以满足家用变频电器在使用过程中所遇到的恶劣环境，提高了家用变频电器的使用可靠性以及安全性。

请参阅图6，本方案所述逆变电路300包括六个功率开关管，以构成逆变电路300的逆变桥电路，且至少一个所述功率开关管为SiC型MOS管，所述 SiC型功率开关管的驱动电路100连接于所述驱动芯片HVIC和所述逆变桥电路的SiC型MOS管之间，以接收所述驱动芯片HVIC发出的控制信号，驱动所述逆变桥电路的SiC型MOS管。

具体地，所述逆变桥电路包括三相上桥臂SiC型功率开关管和三相下桥臂SiC型功率开关管，分别对应图6中MOS1、MOS2、MOS3、MOS4、 MOS5、MOS6，每一SiC型功率开关管的栅极和漏极之间并联有肖特基二极管，对应图6中SBD1、SBD2、SBD3、SBD4、SBD5、SBD6。所述SiC型功率开关管的驱动电路100有六个；每一所述SiC型功率开关管的驱动电路 100分别对应逆变桥电路的一SiC型功率开关管设置；所述驱动芯片HVIC对应三相上桥臂SiC型功率开关管具有三个上桥臂驱动端(HO1、HO2、HO3)、对应三相下桥臂SiC型功率开关管具有三个下桥臂驱动端(LO1、LO2、LO3)，所述上桥臂驱动端、下桥臂驱动端与所述SiC型功率开关管的驱动电路100 的控制端INPUT连接。

在一实施例中，驱动芯片HVIC的LIN1、LIN2、LIN3、HIN1、HIN2、 HIN3和PFCOUT端接收MCU传送过来的信号(一般为0/5V)，信号经过HVIC 内部电路处理(VCC＝15V)，从HVIC的三个下桥臂驱动端(LO1、LO2、LO3)、三个上桥臂驱动端(HO1、HO2、HO3)和PFC驱动端PFCOUT输出，输出的高电平信号为0/15V的电压信号，三个下桥臂驱动端(LO1、LO2、LO3)、三个上桥臂驱动端(HO1、HO2、HO3)和PFC驱动端PFCOUT均与一SiC 型功率开关管的驱动电路100相连，SiC型功率开关管的驱动电路100的输出端分别与对应的六个SiC型MOS管(MOS1、MOS2、MOS3、MOS4、MOS5、 MOS6)的栅极连接和PFC电路20的MOS7的栅极相连。三个下桥臂驱动端(LO1、LO2、LO3)、三个上桥臂驱动端(HO1、HO2、HO3)和PFC驱动端PFCOUT输出的0/15V电压信号经过SiC型功率开关管的驱动电路100，可得到大于15V的高电平信号或小于0的负压低电平信号。优选地，升压驱动电路电容C1选取1.25pF，则SiC型功率开关管的驱动电路100的输出端输出18V的高电平电压信号和-1.8V的低电平电压信号。通过调节第一电容C1 的大小与第一电阻R1和第二电阻R2的大小可以得到-2～-20V的驱动电

请参阅图7和图8，本方案智能功率模快可以沿用原有的驱动芯片HVIC，其他电路结构包括外部电控板，基本不用改变，因此具有有非常好的适用性和灵活性。同时，本方案的SiC型功率开关管的驱动电路100也可以集成在 HVIC中。

本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括所述的SiC型功率开关管的驱动电路100或所述的智能功率模块。所述SiC型功率开关管的驱动电路100可以应用于所述空调器的主控板电路中，或应用于所述空调器的主电路中；所述智能功率模块可以应用于所述空调器的变频器中。所述SiC型功率开关管的驱动电路100或所述的智能功率模块的具体工作过程以及有益效果请参照上述实施例，在此不再赘述。当然本方案中的所述SiC型功率开关管的驱动电路100或所述的智能功率模块也可以应用于洗衣机、电冰箱等家用电器中。

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发明构思下，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 (14)

1.一种SiC型功率开关管的驱动电路，用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压；其特征在于，包括：

电源端；

控制电路，具有输出端，所述控制电路的输出端用于输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动信号，所述控制电路与所述电源端电连接；

储能电路，具有第一端、第二端，所述储能电路包括储能元件，所述储能电路的第一端与所述控制电路的输出端电连接，所述储能电路的第二端经过一单向导通元件与所述电源端电连接，所述储能电路在所述控制电路的控制下，在使所述电源端对所述储能元件进行充电后，使所述储能元件与所述电源端形成自举电路并自所述储能电路的第二端进行放电；

第一开关电路，具有输入端、输出端和受控端，所述第一开关电路的输入端与所述储能电路第二端连接，所述第一开关电路的受控端与所述控制电路的输出端电连接，所述第一开关电路用于在所述储能元件充电时，停止输出驱动电压；

第二开关电路，具有输入端、输出端和受控端，所述第二开关电路的输入端与所述储能电路第二端连接，所述第二开关电路的受控端与所述控制电路的输出端电连接，所述第二开关电路用于在所述储能元件放电时，输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

2.如权利要求1所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括控制端和CMOS电路，所述控制端用于接收控制信号，所述CMOS电路具有输入端、输出端和供电端，所述CMOS电路的输入端与所述控制端电连接，所述CMOS电路的输出端为所述控制电路的输出端，所述CMOS电路的供电端和所述电源端连接。

3.如权利要求2所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述储能电路包括第一电容，所述单向导通元件为第一二极管，所述第一电容的第一端为所述储能电路的第一端，所述第一电容的第二端为所述储能电路的第二端；

所述第一电容的第一端与所述CMOS电路的输出端电连接，所述第一电容的第二端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述电源端连接。

4.如权利要求3所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一开关管、第二开关管，所述控制电路还包括第一反相器，所述第一反相器串联于所述控制端和所述CMOS电路之间；

所述第一反相器的输入端与所述控制端电连接，所述第一反相器的供电端与所述电源端连接，所述第一反相器的输出端与所述CMOS电路的输入端、所述第一开关管的受控端连接，所述第一开关管的输入端接地，所述第一开关管的输出端与第二开关管的受控端电连接，且所述第一开关管的输出端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压，所述第二开关管的输入端与所述储能电路的第二端电连接，所述第二开关管的输出端为高阻态。

5.如权利要求4所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述第一开关管为NMOS管，所述第二开关管为PMOS管。

6.如权利要求4所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述第二开关电路包括第二反相器、第三开关管、第四开关管；

所述第二反相器的输入端与所述第一反相器的输出端连接，所述第二反相器的输出端与所述第三开关管的受控端连接，所述第三开关管的输入端接地，所述第三开关管的输出端与所述第二开关管的输出端、第四开关管的受控端电连接，所述第四开关管的输入端与所述储能电路的第二端连接，所述第四开关管的输出端用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

7.如权利要求6所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述第三开关管为NMOS管，所述第四开关管为PMOS管。

8.如权利要求6所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述第一开关电路或所述第二开关电路还包括第三反相器和第四反相器；

所述第三反相器的输入端与所述第一开关电路的输出端和所述第二开关电路的输出端连接，所述第三反相器的输出端与所述第四反相器的输入端连接，所述第四反相器的输出端输出所述用于输出驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压；

所述第三反相器的供电端和第四反相器的供电端均与所述第一电容的第二端连接。

9.如权利要求1至8任意一项所述的SiC型功率开关管的驱动电路，其特征在于，所述SiC型功率开关管的驱动电路还包括负压产生电路，所述负压产生电路包括第一电阻、第二电阻、第二电容、第二二极管；

所述第一电阻的第一端与所述第一开关电路的输出端和第二开关电路的输出端、所述第二电容的第一端互连，所述第一电阻的第二端与所述第二电容的第二端、所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极经过所述第二电阻接地，所述第一电阻的第二端输出用于驱动所述SiC型功率开关管的驱动电压。

10.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括驱动芯片、逆变电路、PFC电路、电源线以及如权利要求1至9任意一项所述的SiC型功率开关管的驱动电路；

所述PFC电路包括至少一个SiC型MOS管，所述SiC型功率开关管的驱动电路连接于所述驱动芯片和所述PFC电路的SiC型MOS管之间，以接收所述驱动芯片发出的控制信号，驱动所述SiC型MOS管；

所述驱动芯片具有PFC驱动端，所述驱动芯片的PFC驱动端与所述SiC型功率开关管的驱动电路的控制端连接，所述电源线与所述SiC型功率开关管的驱动电路的电源端连接；

所述逆变电路包括用于构成逆变桥电路的多个功率开关管，所述驱动芯片与所述逆变电路电连接，以驱动所述逆变电路工作。

11.如权利要求10所述的智能功率模块，其特征在于，所述逆变电路包括六个功率开关管，以构成逆变电路的逆变桥电路，且至少一个所述功率开关管为SiC型MOS管，所述SiC型功率开关管的驱动电路连接于所述驱动芯片和所述逆变桥电路的SiC型MOS管之间，以接收所述驱动芯片发出的控制信号，驱动所述逆变桥电路的SiC型MOS管，所述电源线与所述SiC型功率开关管的驱动电路的电源端连接。

12.如权利要求10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型功率开关管和三相下桥臂SiC型功率开关管，所述SiC型功率开关管的驱动电路有六个，每所述SiC型功率开关管的驱动电路分别对应逆变桥电路的一SiC型功率开关管设置；

所述驱动芯片对应三相上桥臂SiC型功率开关管具有三个上桥臂驱动端、对应三相下桥臂SiC型功率开关管具有三个下桥臂驱动端，所述上桥臂驱动端、下桥臂驱动端与其所对应的所述SiC型功率开关管的驱动电路的控制端连接。

13.如权利要求10所述的智能功率模块，其特征在于，所述SiC型功率开关管的驱动电路集成于所述驱动芯片的内部。

14.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1至9任意一项所述的功率开关管的驱动电路和/或如权利要求10至13任意一项所述的智能功率模块。