CN215835321U - 一种智能功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及智能功率模块技术领域,公开了一种智能功率模块，包括主控单元、碳化硅MOS管、驱动单元和电压检测单元；主控单元与驱动单元电连接，向驱动单元输入第一控制信号，驱动单元对第一控制信号进行放大和整形，输出第二控制信号，第二控制信号输入到碳化硅MOS管的第一连接端，第二控制信号被配置于控制碳化硅MOS管的导通和关断，电压检测单元被配置于检测碳化硅MOS管的第二连接端的电压，并向主控单元输入电压检测信号，在实际使用时，本实用新型的碳化硅MOS管的导通和关断是可控的，而且通过电压检测单元可以检测碳化硅MOS管在导通和关断时的漏极电压大小，为碳化硅MOS管的调整提供依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能功率模块技术领域，具体涉及一种智能功率模块。
背景技术
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，其内部集成有功率开关器件、高压驱动电路、过电压、过电流和过热等故障检测电路，广泛应用于计算机、通信、工业控制、汽车电子、机车牵引、大功率电源和电力系统等领域。
传统智能功率模块多采用硅基器件,由于硅基功率器件受制于硅材料所固有的物理属性的限制，不能很好地应用在高频高功率应用领域已。在这种情况下，基于碳化硅的功率器件脱颖而出，凭借碳化硅材料击穿电场强度高、热稳定性好、载流子饱和漂移速度高和热导率高等特点，可大幅降低逆变器及变频器等电力转换类器件的能量损失和体积重量。目前市面上已有部分碳化硅封装的智能功率模块,并在电动汽车,新能源等领域小批量应用。
现有的智能功率模块对碳化硅MOS管的驱动还是沿用了原来硅基igbt的驱动方式,即采用模拟电路构建碳化硅MOS管的驱动电路,通过微调元器件电参数来调整碳化硅MOS管的开关速度、上升时间、下降时间和短路保护等。而这种驱动方式在调整的灵活性上具有一定的局限性。
实用新型内容
鉴于背景技术的不足，本实用新型提供了一种智能功率模块，所要解决的技术问题是在基于碳化硅MOS管的智能功率模块中，采用数字电路的形式构建碳化硅MOS管的驱动电路，实现碳化硅MOS管的开关速度调节，驱动波形调节。
为解决以上技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：一种智能功率模块，包括主控单元、碳化硅MOS管、驱动单元和电压检测单元；所述主控单元与所述驱动单元电连接，向所述驱动单元输入第一控制信号，所述驱动单元对所述第一控制信号进行放大和整形，输出第二控制信号，所述第二控制信号输入到所述碳化硅MOS管的第一连接端，所述第二控制信号被配置于控制所述碳化硅MOS管的导通和关断，所述电压检测单元被配置于检测所述碳化硅MOS管的第二连接端的电压，并向所述主控单元输入电压检测信号。
在某种实施方式中，所述驱动单元包括运算放大电路和滤波电路，所述运算放大电路对所述第一控制信号进行放大，所述滤波电路对所述运算放大电路的输出信号进行滤波并输出第二控制信号。
在某种实施方式中，所述主控单元还连接有物联网模块，所述主控单元通过所述物联网模块接收和发送数据。
在某种实施方式中，所述物联网模块包括无线通讯单元和串口通讯单元，所述主控单元通过所述串口通讯单元与所述无线通讯单元电连接，所述无线通讯单元包括蓝牙通讯单元、2.4G通讯单元、zigbee通讯单元、uwb通讯单元和433M通讯单元中的至少一种通讯单元，所述串口通讯单元包括UART串口、IIC串口和SPI串口中的至少一种串口。
在某种实施方式中，本实用新型还包括电源管理模块，所述电源管理模块对输入电源进行滤波，并将滤波后的电源转换为所述主控单元、驱动单元、电压检测单元和物联网模块的工作电压。
在某种实施方式中，所述输入电源的电压范围在9～25V之间。
在某种实施方式中，所述主控单元是单片机、arm、dsp或者FPGA。
本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：
1：智能功率模块中的碳化硅MOS管的通断受主控单元发出的第一控制信号控制，因此其碳化硅MOS管的导通时间和关断时间都是可控的，可以灵活调整碳化硅MOS管的通断；
2：通过驱动单元对第一控制信号进行放大和滤波，不仅提高了本实用新型对碳化硅MOS管的驱动能力，还能快速导通和关断碳化硅MOS管；
3：在碳化硅MOS管打开或者关断的过程中，主控单元通过电压检测单元检测碳化硅MOS管的第二连接端即漏极的电压，可以检测出碳化硅MOS管的漏极电压在开启和关断时是否正确，能够为主控单元输出的第一控制信号的调整提供依据，能够更好地控制碳化硅MOS管的打开和关闭，从而优化碳化硅MOS管的开关速度，驱动波形。
附图说明
图1为实施例中的本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示，一种智能功率模块，包括主控单元、驱动单元OP2、碳化硅MOS管M1、电压检测单元OP1、物联网模块和电源管理模块。
其中，电源管理模块对输入电源Vin进行滤波，并将滤波后的电源转换为主控单元、驱动单元OP2、电压检测单元OP1和物联网模块的工作电压。本实施例中，输入电源Vin的输入电压的范围在9～25V之间。在某种实施方式中，输入电源Vin的输入电压也可以在其它区间中，只需确保电源管理模式输出的电源的电压能够让主控单元、驱动单元OP2、电压检测单元OP1和物联网模块正常工作即可。
其中，主控单元是单片机、arm、dsp或者FPGA。单片机可以是8位单片机、16位单片机或者32位单片机。
本实施例中，碳化硅MOS管M1是N型MOS管。在某种实施方式中，碳化硅MOS管M1可以是P型MOS管。
本实施例中，主控单元与驱动单元OP2电连接，向驱动单元OP2输入第一控制信号，驱动单元OP2对第一控制信号进行放大和整形，输出第二控制信号，第二控制信号输入到碳化硅MOS管M1的第一连接端即栅极，第二控制信号被配置于控制碳化硅MOS管的导通和关断，电压检测单元OP1被配置于检测碳化硅MOS管M1的第二连接端即漏极的电压，并向主控单元输入电压检测信号。
在实际使用时，主控单元可以输出不同频率和不同占空比的脉冲信号来控制碳化硅MOS管M1的导通时间和断开时间，也可以根据外界的输入请求来控制MOS管M1的导通或者关断。例如当主控单元的IO口接收到的请求信号In为高电平信号时，主控单元通过驱动单元OP2使碳化硅MOS管M1导通，当请求信号In为低电平信号时，主控单元通过驱动单元OP2使碳化硅MOS管M1关断。
在实际使用时，主控单元的IO口也可以根据智能功率模块的运行状况输出报警信号Fout，例如在过压、短路或者过温时输出高电平的报警信号Fout来驱动外围报警装置提示。
在实际使用时，电压检测单元OP1用于将碳化硅MOS管M1的漏极电压VD转换为主控单元能够获取的低压电压，以便主控单元能够检测到碳化硅MOS管M1的漏极电压VD的状态，并做出相应的响应。低压电压应该在主控单元允许接收的电压范围内。
本实施例中，通过驱动单元OP2对第一控制信号进行放大和滤波，不仅提高了本实用新型对碳化硅MOS管M1的驱动能力，还能快速导通和关断碳化硅MOS管M1。具体地，驱动单元OP2包括运算放大电路和滤波电路，运算放大电路对第一控制信号进行放大，滤波电路对运算放大电路的输出信号进行滤波并输出第二控制信号。
本实施例中，主控单元电连接有物联网模块，主控单元通过物联网模块接收和发送数据。物联网模块包括无线通讯单元和串口通讯单元，主控单元通过串口通讯单元与无线通讯单元电连接。无线通讯单元包括蓝牙通讯单元、2.4G通讯单元、zigbee通讯单元、uwb通讯单元和433M通讯单元中的至少一种通讯单元，串口通讯单元包括UART串口、IIC串口和SPI串口中的至少一种串口。
在实际使用时，外部终端例如手机、平板及其它无线接收终端通过无线方式向无线通讯单元发送读取指令或者设置指令，无线通讯单元接收到外部终端发送的指令后通过串口通讯单元发送给主控单元，主控单元对该指令做出相应的响应或者回送数据。因此通过物联网模块可以以无线的方式远程控制碳化硅MOS管M1的通断，也可以以无线的方式获取和设置智能功率模块的配置参数。另外当在某个系统或者应用场景中存在多个本实用新型时，可以通过物联网模块同时设置所有本实用新型的碳化硅MOS管M1的导通或者关断，方便配置。
上述依据本实用新型为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种智能功率模块，其特征在于，包括主控单元、碳化硅MOS管、驱动单元和电压检测单元；所述主控单元与所述驱动单元电连接，向所述驱动单元输入第一控制信号，所述驱动单元对所述第一控制信号进行放大和整形，输出第二控制信号，所述第二控制信号输入到所述碳化硅MOS管的第一连接端，所述第二控制信号被配置于控制所述碳化硅MOS管的导通和关断，所述电压检测单元被配置于检测所述碳化硅MOS管的第二连接端的电压，并向所述主控单元输入电压检测信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述驱动单元包括运算放大电路和滤波电路，所述运算放大电路对所述第一控制信号进行放大，所述滤波电路对所述运算放大电路的输出信号进行滤波并输出第二控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述主控单元还连接有物联网模块，所述主控单元通过所述物联网模块接收和发送数据。
4.根据权利要求3所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述物联网模块包括无线通讯单元和串口通讯单元，所述主控单元通过所述串口通讯单元与所述无线通讯单元电连接，所述无线通讯单元包括蓝牙通讯单元、2.4G通讯单元、zigbee通讯单元、uwb通讯单元和433M通讯单元中的至少一种通讯单元，所述串口通讯单元包括UART串口、IIC串口和SPI串口中的至少一种串口。
5.根据权利要求3所述的一种智能功率模块，其特征在于，还包括电源管理模块，所述电源管理模块对输入电源进行滤波，并将滤波后的电源转换为所述主控单元、驱动单元、电压检测单元和物联网模块的工作电压。
6.根据权利要求5所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述输入电源的电压范围在9～25V之间。
7.根据权利要求1所述的一种智能功率模块，其特征在于，所述主控单元是单片机、arm、dsp或者FPGA。
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2021
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