智能功率模块、电力电子装置和空调器的制作方法

本实用新型涉及空调器技术领域，具体而言，涉及一种智能功率模块、一种电力电子装置和一种空调器。

背景技术：

智能功率模块(Intelligent Power Module，即IPM)被广泛应用于电力电子设备中，智能功率模块把功率开关器件(IGBT，Insulated Gate Bipolar Translator，即绝缘栅门极晶体管或绝缘栅双极型晶体管)和高压驱动电路集成在一起，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。

相关技术中，智能功率模块的电流/电压-时间曲线如图2所示，曲线201表征智能功率模块的逻辑信号输入电压，曲线202表征功率器件的工作电流，曲线203表征功率器件的工作电压，其中，从曲线202中明显可以看出智能功率模块在开通时，产生一个过冲电流Irr1，并且智能功率模块的开通时间越短Δt1(曲线202的上升斜率越大)，则过冲电流越大，对电路系统造成的干扰越大，甚至引发误操作和电路失效。

因此，如何在保证开通时间的同时，降低过冲电流成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

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智能功率模块。

本实用新型的另一个目的在于提出了一种电力电子装置。

本实用新型的再一个目的在于提出了一种家用电器。

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，包括：驱动集成单元；功率因数校正单元；逆变开关单元，逆变开关单元包括：三个上桥臂功率器件和三个下桥臂功率器件，上桥臂功率器件的源极和漏极之间接有第一类碳化硅肖特基二极管，下桥臂功率器件的源极和漏极之间接有第二类碳化硅肖特基二极管，三个上桥臂功率器件的栅极和三个下桥臂功率器件的栅极分别连接至驱动集成单元中对应的栅极驱动接口。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过将逆变开关单元中的反向恢复二极管设置为碳化硅肖特基二极管(后文简称SiC二极管)，由于SiC二极管具有极小的电流噪声Irr，因此，在保证智能功率模块具有低功耗和低开通时间的同时，驱动电路中产生的电流噪声Irr也很小，提高了智能功率模块的适用性，特别适用于具有超低功耗要求的变频空调器的电控方案。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，三个上桥臂功率器件包括第一功率器件、第二功率器件和第三功率器件，三个下桥臂功率器件包括第四功率器件、第五功率器件和第六功率器件，第一类碳化硅肖特基二极管包括第一碳化硅肖特基二极管、第二碳化硅肖特基二极管和第三碳化硅肖特基二极管，第二类碳化硅肖特基二极管包括第四碳化硅肖特基二极管、第五碳化硅肖特基二极管和第六碳化硅肖特基二极管，其中，任一上桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一上桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阳极，任一下桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一下桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阳极。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置任一上桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一上桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阳极，任一下桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一下桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阳极，一方面，上桥臂功率器件和下桥臂功率器件的功耗低，另一方面，第一类碳化硅肖特基二极管和第二类碳化硅肖特基二极管的电流噪声小，以降低开通时间引发的电流噪声。

其中，上桥臂功率器件和下桥臂功率器件用于驱动外设电机的三相电路，且上桥臂功率器件和对应的下桥臂功率器件在同一时间不同时开通。

根据本实用新型的一个实施例，功率因数校正单元包括：第七功率器件，第七功率器件的栅极连接至驱动集成单元中对应的栅极驱动接口；第七碳化硅肖特基二极管，第七碳化硅肖特基二极管的阴极连接至第七功率器件的漏极，第七碳化硅肖特基二极管的阳极连接至第七功率器件的源极；第八碳化硅肖特基二极管，第八碳化硅肖特基二极管的阴极连接至外设的给逆变开关单元供电的高压源的正极，第八碳化硅肖特基二极管的阳极连接至第七功率器件的漏极，其中，第七功率器件的漏极连接至外设的直流电源正极，第七功率器件的源极连接至外设的直流电源负极和给逆变开关单元供电的高压源的负极。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第七功率器件的栅极连接至驱动集成单元中对应的栅极驱动接口，第七碳化硅肖特基二极管的阴极连接至第七功率器件的漏极，第七碳化硅肖特基二极管的阳极连接至第七功率器件的源极，第八碳化硅肖特基二极管的阴极连接至外设的给逆变开关单元供电的高压源的正极，第八碳化硅肖特基二极管的阳极连接至第七功率器件的漏极，作为对外设设备的功率因素校准单元，在保证低功耗、低开通时间和低电流噪声的电机驱动的同时，提升了功率的稳定性和可靠性。

根据本实用新型的一个实施例，第一功率器件、第二功率器件和第三功率器件的漏极均连接至外设的高压源正极，第四功率器件、第五功率器件和第六功率器件的源极均连接至外设的高压源负极，第一功率器件的源极连接至第四功率器件的漏极，第二功率器件的源极连接至第五功率器件的漏极，第三功率器件的源极连接至第六功率器件的漏极，其中，所述第一功率器件的源极连接至外设的电机U相接口，所述第二功率器件的源极连接至外设的电机V相接口，所述第三功率器件的源极连接至外设的电机W相接口。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，上述U相接口、V相接口和W相接口即为外设电机的三相接口，因此，为外设电机提供了一种低功耗且低噪声的功率驱动方案。

根据本实用新型的一个实施例，栅极驱动接口包括第一驱动接口、第二驱动接口、第三驱动接口、第四驱动接口、第五驱动接口、第六驱动接口和第七驱动接口，智能功率模块包括：第一电阻，连接于第一功率器件的栅极与第一驱动接口之间，第二电阻，连接于第二功率器件的栅极与第二驱动接口之间，第三电阻，连接于第三功率器件的栅极与第三驱动接口之间，第四电阻，连接于第四功率器件的栅极与第四驱动接口之间，第五电阻，连接于第五功率器件的栅极与第五驱动接口之间，第六电阻，连接于第六功率器件的栅极与第六驱动接口之间，第七电阻，连接于第七功率器件的栅极与第七驱动接口之间。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过在上述驱动接口和对应序号的功率器件的栅极之间设置对应序号的电阻，上述电阻决定了开通时间，即电阻越小智能功率模块的工作电流的上升斜率越大，也即开通时间越小，功耗损失越小。

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻的阻值范围为7.5～56欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻的阻值范围为7.5～56欧姆，可以在降低智能功率模块的功耗和开通时间的同时，降低电流噪声Irr。

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻的阻值均为7.5欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻的阻值均为7.5欧姆，可以将智能功率模块的功耗降低50％。

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻的阻值均为7.5欧姆，第七电阻的阻值为20欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻的阻值均为7.5欧姆，第七电阻的阻值为20欧姆，可以将智能功率模块的功耗降低30％。

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻的阻值均为56欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻的阻值均为56欧姆，可以将智能功率模块的功耗降低20％。

根据本实用新型的第二方面的实施例，提出了一种电力电子装置，包括：如上述任一项技术方案的智能功率模块。

根据本实用新型的上述实施例的电力电子装置，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，电力电子装置为驱动电机的电子控制器。

根据本实用新型的第三方面的实施例，提出了一种家用电器，包括：如上述任一项技术方案的电力电子装置。

根据本实用新型的上述实施例的家用电器，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，家用电器为空调器、冰箱、洗衣机或电风扇。

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的内部电路示意图；

图2示出了相关技术中智能功率模块的电流/电压-时间示意图；

图3示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的电流/电压-时间示意图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的电力电子装置的示意框图；

图5示出了根据本实用新型的实施例的家用电器的示意框图。

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。

下面结合图1至图5对根据本实用新型的实施例的智能功率模块进行具体说明。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的智能功率模块，包括：驱动集成单元(如图1所示的Driver IC)；功率因数校正单元；逆变开关单元，逆变开关单元包括：三个上桥臂功率器件和三个下桥臂功率器件，上桥臂功率器件的源极和漏极之间接有第一类碳化硅肖特基二极管，下桥臂功率器件的源极和漏极之间接有第二类碳化硅肖特基二极管，三个上桥臂功率器件的栅极和三个下桥臂功率器件的栅极分别连接至驱动集成单元(如图1所示的Driver IC)中对应的栅极驱动接口(如图1所示的Drive IC的HO1接口、HO2接口、HO3接口、LO1接口、LO2接口和LO3接口)。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过将逆变开关单元中的反向恢复二极管设置为碳化硅肖特基二极管(后文简称SiC二极管)，由于SiC二极管具有极小的电流噪声Irr，因此，在保证智能功率模块具有低功耗和低开通时间的同时，驱动电路中产生的电流噪声Irr也很小，提高了智能功率模块的适用性，特别适用于具有超低功耗要求的变频空调器的电控方案。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，三个上桥臂功率器件包括第一功率器件IGBT1、第二功率器件IGBT2和第三功率器件IGBT3，三个下桥臂功率器件包括第四功率器件IGBT4、第五功率器件IGBT5和第六功率器件IGBT6，第一类碳化硅肖特基二极管包括第一碳化硅肖特基二极管D1、第二碳化硅肖特基二极管D2和第三碳化硅肖特基二极管D3，第二类碳化硅肖特基二极管包括第四碳化硅肖特基二极管D4、第五碳化硅肖特基二极管D5和第六碳化硅肖特基二极管D6，其中，任一上桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一上桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阳极，任一下桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一下桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阳极。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置任一上桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一上桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第一类碳化硅肖特基二极管的阳极，任一下桥臂功率器件的漏极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阴极，任一下桥臂功率器件的源极连接至对应序号的第二类碳化硅肖特基二极管的阳极，一方面，上桥臂功率器件和下桥臂功率器件的功耗低，另一方面，第一类碳化硅肖特基二极管和第二类碳化硅肖特基二极管的电流噪声小，以降低开通时间引发的电流噪声。

其中，上桥臂功率器件和下桥臂功率器件用于驱动外设电机的三相电路，且上桥臂功率器件和对应的下桥臂功率器件在同一时间不同时开通。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：第七功率器件IGBT7，第七功率器件IGBT7的栅极连接至驱动集成单元(如图1所示的Driver IC)的PFCOUT接口；第七碳化硅肖特基二极管D7，第七碳化硅肖特基二极管D7的阴极连接至第七功率器件IGBT7的漏极，第七碳化硅肖特基二极管D7的阳极连接至第七功率器件IGBT7的源极；第八碳化硅肖特基二极管D8，第八碳化硅肖特基二极管D8的阴极连接至外设的给逆变开关单元供电的高压源的正极(如图1所示的VCC1将通过外部电路连接到VCC2)，第八碳化硅肖特基二极管D8的阳极连接至第七功率器件IGBT7的漏极，其中，第七功率器件IGBT7的漏极连接至外设的直流电源正极，第七功率器件IGBT7的源极连接至外设的直流电源负极和给逆变开关单元供电的高压源的负极(如图1所示的-VCC将通过外部电路连接到U-、V-、W-)。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第七功率器件IGBT7的栅极连接至驱动集成单元(如图1所示的Driver IC)的对应的栅极驱动接口(如图1所示的Driver IC的PFCOUT接口)，第七碳化硅肖特基二极管D7的阴极连接至第七功率器件IGBT7的漏极，第七碳化硅肖特基二极管D7的阳极连接至第七功率器件IGBT7的源极，第八碳化硅肖特基二极管D8的阴极连接至外设的给逆变开关单元供电的高压源的正极(如图1所示的VCC1将通过外部电路连接到VCC2)，第八碳化硅肖特基二极管D8的阳极连接至第七功率器件IGBT7的漏极，作为功率因素校准单元PFC(Power Factor Correction，PFC)，在保证低功耗、低开通时间和低电流噪声的电机驱动的同时，提升了功率的稳定性和可靠性。

根据本实用新型的一个实施例，第一功率器件IGBT1、第二功率器件IGBT2和第三功率器件IGBT3的漏极均连接至外设的高压源正极，第四功率器件IGBT4、第五功率器件IGBT5和第六功率器件IGBT6的源极均连接至外设的高压源负极，第一功率器件IGBT1的源极连接至第四功率器件IGBT4的漏极，第二功率器件IGBT2的源极连接至第五功率器件IGBT5的漏极，第三功率器件IGBT3的源极连接至第六功率器件IGBT6的漏极，其中，第一功率器件IGBT1的源极(如图1所示的U/VS1)连接至外设的电机U相接口，第二功率器件IGBT2的源极(如图1所示的V/VS2)连接至外设的电机V相接口，第三功率器件IGBT3的源极(如图1所示的W/VS3)连接至外设的电机W相接口。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，上述U相接口、V相接口和W相接口即为外设电机的三相驱动接口，因此，为外设电机提供了一种低功耗且低噪声的功率驱动方案。

根据本实用新型的一个实施例，栅极驱动接口(如图1所示的Drive IC的HO1接口、HO2接口、HO3接口、LO1接口、LO2接口、LO3接口和PFCOUT接口)包括第一驱动接口、第二驱动接口、第三驱动接口、第四驱动接口、第五驱动接口、第六驱动接口和第七驱动接口，智能功率模块包括：第一电阻R1，连接于第一功率器件IGBT1的栅极与第一驱动接口HO1之间，第二电阻R2，连接于第二功率器件IGBT2的栅极与第二驱动接口HO2之间，第三电阻R3，连接于第三功率器件IGBT3的栅极与第三驱动接口HO3之间，第四电阻R4，连接于第四功率器件IGBT4的栅极与第四驱动接口LO1之间，第五电阻R5，连接于第五功率器件IGBT5的栅极与第五驱动接口LO2之间，第六电阻R6，连接于第六功率器件IGBT6的栅极与第六驱动接口LO3之间，第七电阻R7，连接于第七功率器件IGBT7的栅极与第七驱动接口PFCOUT之间。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过在上述驱动接口和对应序号的功率器件的栅极之间设置对应序号的电阻，上述电阻决定了开通时间，即电阻越小智能功率模块的工作电流的上升斜率越大，也即开通时间越小，功耗损失越小。

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值范围为7.5～56欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值范围为7.5～56欧姆，可以在降低智能功率模块的功耗和开通时间的同时，降低电流噪声Irr。

实施例一：

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值均为7.5欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值均为7.5欧姆，可以将智能功率模块的功耗降低50％。

实施例二：

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值均为7.5欧姆，第七电阻R7的阻值为20欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值均为7.5欧姆，第七电阻R7的阻值为20欧姆，可以将智能功率模块的功耗降低30％。

实施例三：

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值均为56欧姆。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过设置第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值均为56欧姆，可以将智能功率模块的功耗降低20％。

另外，如图1所示的驱动集成单元Drive IC还设有接口包括：供电接口VSS接口和VDD接口，U相高压区供电电源正端VB1、V相高压区供电电源正端VB2及W相高压区供电电源正端VB3，U相高压区供电电源负端VS1、V相高压区供电电源负端VS2及W相高压区供电电源负端VS3，LIN1接口、LIN2接口和LIN3接口分别用于驱动LO1接口、LO2接口和LO3接口，HIN1接口、HIN2接口和HIN3接口分别用于驱动HO1接口、HO2接口和HO3接口，PFCIN接口用于驱动PFCOUT接口，F/EN(连接至外设的FLT/EN接口)为报错/使能端，PFCTRIP接口为PFC过流保护信号输入端，ITRIP接口为逆变开关单元的过流保护信号输入端。

结合图2和图3的对比可知，相关技术中如图2所示，在智能功率模块的工作过程中，产生一个过冲电流Irr1，智能功率模块的开通时间Δt1，而通过将反向恢复二极管设置为碳化硅肖特基二极管，如图3所示，曲线301表征智能功率模块的逻辑信号输入电压，曲线302表征功率器件的工作电流，曲线303表征功率器件的工作电压，过冲电流Irr2小于Irr1，且曲线302的上升斜率大于曲线202的上升斜率，也即开通时间Δt1大于Δt2，有效地同时优化了开通时间和电路噪声Irr。

图4示出了根据本实用新型的实施例的电力电子装置的示意框图。

如图4所示，根据本实用新型的实施例的电力电子装置400，包括：如上述任一项技术方案的智能功率模块。

根据本实用新型的上述实施例的电力电子装置，还可以具有以下技术特征：根据本实用新型的一个实施例，电力电子装置400为驱动电机的电子控制器。

图5示出了根据本实用新型的实施例的家用电器的示意框图。

如图5所示，根据本实用新型的实施例的家用电器500，包括：如上述任一项技术方案的电力电子装置400。

根据本实用新型的上述实施例的家用电器500，还可以具有以下技术特征：根据本实用新型的一个实施例，家用电器500为空调器、冰箱、洗衣机或电风扇。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，考虑到相关技术中提出的，如何在保证开通时间的同时，降低过冲电流的技术问题，本实用新型提出了一种智能功率模块、一种电力电子装置和一种家用电器，通过将逆变开关单元中的反向恢复二极管设置为碳化硅肖特基二极管(后文简称SiC二极管)，由于SiC二极管具有极小的电流噪声Irr，因此，在保证智能功率模块具有低功耗和低开通时间的同时，驱动电路中产生的电流噪声Irr也很小，提高了智能功率模块的适用性，特别适用于具有超低功耗要求的变频空调器的电控方案。

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。