智能功率模块和电器设备的制作方法

本发明涉及电器技术领域，尤其涉及一种智能功率模块和一种电器设备。

背景技术：

ipm(intelligentpowermodule，智能功率模块)，是一种结合电力电子技术和集成电路技术的功率驱动类产品。ipm把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内置有过电压、过电流和过热等故障检测电路。目前，ipm通过两种方案实现自举：

1)通过外置二极管来实现自举，其缺点是模块体积变大，模块走线复杂，且容易产生寄生参数，从而在模块运行中产生噪声；

2)在ipm内设置hvic(highvoltageintegratedcircuit，高压集成电路)芯片，在hvtc芯片中集成包括mos(metaloxidesemiconductor，金属氧化物半导体)管的自举电路，以通过控制mos管栅极的导通实现自举功能，该ipm的电路结构如图1所示。然而，在ipm的实际应用过程中，如果hvic芯片的电源端vcc忽然断电时，则在自举mos管栅极上积聚的电荷无法瞬间完全释放，该自举mos管会在一定的时间内保持半导通或导通状态，如果此时ipm所带动的电机等出现反转等情况，便会使vs1处的电压被抬高，从而vb1处的电压也会相应地被抬高，进而导致从vb1经过该自举mos管到vcc的电流反流现象，该现象极容易造成hvic芯片的电源端即周围电路部分失效，在下一次启动时，将由于hvic管的电源受损而造成hvic管的功能失控，进而导致ipm中的igbt管(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)烧毁，严重时甚至会因为热积聚而引起爆炸引发火灾。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种智能功率模块，该智能功率模块能够避免智能功率模块失效，提高其可靠性、安全性。

本发明的另一个目的在于提出一种电器设备。

为实现上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种智能功率模块，包括逆变电路、温度传感器和驱动芯片，所述温度传感器用于检测所述智能功率模块的温度，所述驱动芯片包括自举电路和用于驱动所述逆变电路工作的驱动电路，其中，所述自举电路包括：至少一个自举开关管，每个自举开关管的源极连接至所述智能功率模块的低压区供电正端，漏极连接至所述智能功率模块的一个高压区供电正端；与所述至少一个自举开关管一一对应的至少一个比较电路，每个比较电路的第一输入端与对应的自举开关管的源极相连，每个比较电路的第二输入端与对应的自举开关管的漏极相连，每个比较电路均用于比较所述第一输入端的输入信号和所述第二输入端的输入信号之间的关系，并输出比较结果；与所述至少一个比较电路一一对应的至少一个控制电路，每个控制电路均分别与所述温度传感器、对应的比较电路的输出端和对应的自举开关管的栅极相连，用于根据所述智能功率模块的温度、对应的比较电路输出的比较结果控制对应的自举开关管关断或者开通。

根据本发明实施例的智能功率模块，通过控制电路根据自身温度、自举开关管的输入端和输出端之间的关系对自举开关管进行控制，由此，能够避免智能功率模块失效，提高其可靠性、安全性。

另外，根据本发明上述实施例的智能功率模块还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，每个控制电路均用于：在所述智能功率模块的温度小于预设温度，且对应的比较电路的第二输入端输入的电压与第一输入端输入的电压之间的差值大于第一预设差值时，控制对应的自举开关管关断。

根据本发明的一个实施例，每个控制电路均还用于：在所述智能功率模块的温度大于或者等于所述预设温度，且对应的比较电路的第二输入端输入的电压与第一输入端输入的电压之间的差值大于第二预设差值时，控制对应的自举开关管关断，其中，所述第二预设差值小于所述第一预设差值。

根据本发明的一个实施例，智能功率模块还包括：与所述至少一个自举开关管一一对应的自举电容，每个自举电容的一端与对应的自举开关管的漏极相连，另一端与对应的所述智能功率模块的一个高压区供电负端相连。

根据本发明的一个实施例，所述智能功率模块包括三个自举开关管、三个比较电路和三个控制电路。

根据本发明的一个实施例，所述逆变电路包括第一igbt管、第二igbt管、第三igbt管、第四igbt管、第五igbt管、第六igbt管，所述第一igbt管、所述第二igbt管、所述第三igbt管组成u相上桥臂、v相上桥臂、w相上桥臂，所述第四igbt管、所述第五igbt管、所述第六igbt管组成u相下桥臂、v相下桥臂、w相下桥臂；所述驱动电路包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元、第四驱动单元、第五驱动单元和第六驱动单元，所述第一驱动单元、所述第二驱动单元、所述第三驱动单元、所述第四驱动单元、所述第五驱动单元和所述第六驱动单元的输入端分别作为所述u相上桥臂、所述v相上桥臂、所述w相上桥臂、所述u相下桥臂、所述v相下桥臂和所述w相下桥臂的输入端，输出端分别与所述第一igbt管、所述第二igbt管、所述第三igbt管、所述第四igbt管、所述第五igbt管和所述第六igbt管的栅极相连。

根据本发明的一个实施例，所述逆变电路还包括对应所述第一igbt管、所述第二igbt管、所述第三igbt管、所述第四igbt管、所述第五igbt管、所述第六igbt管的第一反并联二级管、第二反并联二级管、第三反并联二级管、第四反并联二级管、第五反并联二级管、第六反并联二级管。

根据本发明的一个实施例，所述至少一个自举开关管中的自举开关管均采用高压dmos管。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电器设备，包括本发明第一方面实施例提出的智能功率模块。

根据本发明实施例的电器设备，采用本发明实施例的智能功率模块，能够通过控制电路根据智能功率模块的温度、自举开关管的输入端和输出端之间的关系对自举开关管进行控制，由此，能够避免智能功率模块失效，提高智能功率模块的可靠性、安全性。

另外，根据本发明上述实施例的电器设备还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述电器设备为空调器。

本发明附加的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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是现有技术的智能功率模块的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的智能功率模块的结构示意图；

图3是根据本发明一个示例的智能功率模块的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的电器设备的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图2-4描述本发明实施例的智能功率模块和电器设备。

图2是根据本发明一个实施例的智能功率模块的结构示意图。

如图2所示，该智能功率模块100包括：驱动芯片10、温度传感器20和逆变电路30。其中，温度传感器20用于检测智能功率模块100的温度，驱动芯片10包括自举电路11和用于驱动逆变电路30工作的驱动电路12，其中，自举电路11包括：至少一个自举开关管m、至少一个比较电路111和至少一个控制电路112。

其中，每个自举开关管m的源极连接至智能功率模块100的低压区供电正端vdd，漏极连接至智能功率模块100的一个高压区供电正端uvb；至少一个比较电路111与至少一个自举开关管m一一对应，每个比较电路111的第一输入端与对应的自举开关管m的源极相连，每个比较电路111的第二输入端与对应的自举开关管m的漏极相连，每个比较电路111均用于比较第一输入端的输入信号和第二输入端的输入信号之间的关系，并输出比较结果；至少一个控制电路112与至少一个比较电路111一一对应，每个控制电路112均分别与温度传感器20、对应的比较电路111的输出端和对应的自举开关管m的栅极相连，用于根据智能功率模块100的温度、对应的比较电路111输出的比较结果控制对应的自举开关管m关断或者开通。

在该实施例中，至少一个自举开关管m均采用高压dmos(doublediffusedmetaloxidesemiconductor，双扩散金属氧化物半导体)管。

具体而言，在智能功率模块100的实际应用中，参见图2，以u相对应设置自举开关管m为例，对应的比较电路111第一输入端的输入信号即是智能功率模块100的低压区供电正端vdd的输入电压，比较电路111第二输入端的输入信号即是智能功率模块100的u相高压区供电正端uvb的输出电压，温度传感器20可实时检测智能功率模块100的温度并输出至控制器112，同时，比较电路111可实时检测并比较vdd端的输入电压和uvb端的输出电压之间的关系，并将比较结果输出至对应的控制电路112，控制电路112接收到智能功率模块的温度和比较结果后，根据该温度和比较结果控制自举开关管m1的关断或者开通。例如，在智能功率模块100的自举过程中，如果温度传感器20检测到温度小于预设温度，且比较电路111检测到vdd端的输入电压与uvb端的输出电压之间的差值大于预设差值时，控制电路112便控制自举开关管m关断，避免因自举开关管m的栅极受损造成智能功率模块100失效。

本发明实施例的智能功率模块，通过控制电路根据自身温度、自举开关管的输入端和输出端之间的关系对自举开关管进行控制，由此，能够避免智能功率模块失效，提高其可靠性、安全性。

在本发明的一个实施例中，每个控制电路112均可用于：在智能功率模块100的温度小于预设温度，且对应的比较电路111的第二输入端输入的电压与第一输入端输入的电压之间的差值大于第一预设差值时，控制对应的自举开关管m关断。

进一步地，每个控制电路112均还可用于：在智能功率模块100的温度大于或者等于预设温度，且对应的比较电路111的第二输入端输入的电压与第一输入端输入的电压之间的差值大于第二预设差值时，控制对应的自举开关管m关断，其中，第二预设差值小于第一预设差值。

具体而言，在智能功率模块100的实际应用中，此时若温度传感器20检测到智能功率模块100的温度小于预设温度，且比较电路111检测到智能功率100的u相高压区供电正端uvb的输出电压与低压区供电正端vdd的输入电压之间的差值大于第一预设差值，如驱动芯片10的电源端vcc忽然断电，则控制电路112控制对应的自举开关管m关断，以切断驱动芯片10的高压区与低压区的通路；若温度传感器20检测到智能功率模块100的温度大于或者等于预设温度，且比较电路111检测到智能功率100的u相高压区供电正端uvb的输出电压与低压区供电正端vdd的输入电压之间的差值大于第二预设差值，则控制电路112控制对应的自举开关管m关断，以切断驱动芯片10的高压区与低压区的通路，避免因电流反流至驱动芯片10的低压区造成模块100失效。

在该示例中，在控制自举开关管m关断后，经过一段时间后，若温度传感器20检测到智能功率模块100的温度小于预设温度，且比较电路111检测到智能功率100的u相高压区供电正端uvb的输出电压与低压区供电正端vdd的输入电压之间的差值小于等于第一预设差值，则控制电路112控制自举开关管m开通，从而恢复智能功率模块100的自举工作；若温度传感器20检测到智能功率模块100的温度大于或等于预设温度，且比较电路111检测到智能功率100的u相高压区供电正端uvb的输出电压与低压区供电正端vdd的输入电压之间的差值小于等于第二预设差值，则控制电路112控制自举开关管m开通，从而恢复智能功率模块100的自举工作。

其中，第一预设差值可以是智能功率模块100的温度小于预设温度时的比较电路111的第二输入端输入的电压与第一输入端输入的电压之间的差值的阈值电压，第二预设差值可以是智能功率模块100的温度大于或者等于预设温度时的比较电路111的第二输入端输入的电压与第一输入端输入的电压之间的差值的阈值电压，第一预设差值和第二预设差值可以根据智能功率模块100的温度和自举开关管m的充电效果进行标定。

由此，根据智能功率模块的温度、实际运行状态控制自举开关管关断或者开通，能够避免因自举开关管受损造成的智能功率模块失效的现象，提高其安全性、可靠性。

在本发明的一个示例中，如图3所示，智能功率模块100可包括三个自举开关管m、三个比较电路111和三个控制电路112。在该示例中，智能功率模块100的低压区供电正端vdd的输入电压可分别通过每个自举开关管m实现自举，以输出三路高电压至三个高压区供电正端，该三个高压区供电正端可分别记为u相高压区供电正端uvb、v相高压区供电正端vvb和w相高压区供电正端wvb，进而使得智能功率模块100的输出电压满足要求。

具体地，该三个自举开关管m可分别记为第一自举开关管m-1、第二自举开关管m-2和第三自举开关管m-3；三个比较电路111可分别记为第一比较电路111-1、第二比较电路111-2和第三比较电路111-3；三个控制电路112可分别记为第一控制电路112-1、第二控制电路112-2和第三控制电路112-3。

由此，根据智能功率模块的温度、实际运行状态控制自举开关管关断或者开通，能够避免因某相自举开关管受损造成的智能功率模块失效的现象。

在该示例中，参照图3，每个自举开关管的衬底均可接地。

进一步地，参照图3，智能功率模块100还可包括：与至少一个自举开关管m一一对应的自举电容。每个自举电容的一端与对应的自举开关管m的漏极相连，另一端与对应的智能功率模块100的一个高压区供电负端相连，其中，自举开关管m的漏极与一个高压区供电正端如uvb相连时，对应的自举电容的另一端与高压区供电负端uvs相连。

具体地，智能功率模块100的低压区供电正端vdd的输入电压可通过自举开关管m对自举电容充电，直至智能功率模块100相应的高压区供电正端如uvb的输出电压满足实际要求。

参见图3，自举开关管m设置有三个时，智能功率模块100还可以包括：与第一自举开关管m-1对应的第一自举电容c1，与第二自举开关管m-2对应的第二自举电容c2和与第三自举开关管m-3对应的第三自举电容c3，其连接方式可参见图3。

由此，智能功率模块的低压区供电正端的输入电压可通过自举开关管和自举电容实现对高压区供电正端的输出电压的自举。

在本发明的一个示例中，参照图3，逆变电路30可包括第一igbt管q1、第二igbt管q2、第三igbt管q3、第四igbt管q4、第五igbt管q5、第六igbt管q6，第一igbt管q1、第二igbt管q2、第三igbt管q3组成u相上桥臂、v相上桥臂、w相上桥臂，第四igbt管q4、第五igbt管q5、第六igbt管q6组成u相下桥臂、v相下桥臂、w相下桥臂；驱动电路12可包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元、第四驱动单元、第五驱动单元和第六驱动单元，第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元、第四驱动单元、第五驱动单元和第六驱动单元的输入端(即hin1、hin2、hin3、lin1、lin2、lin3)分别作为u相上桥臂、v相上桥臂、w相上桥臂、u相下桥臂、v相下桥臂和w相下桥臂的输入端，输出端(即ho1、ho2、ho3、lo1、lo2、lo3)分别与第一igbt管q1、第二igbt管q2、第三igbt管q3、第四igbt管q4、第五igbt管q5和第六igbt管q6的栅极相连。

进一步地，参照图3，逆变电路20还可包括对应第一igbt管q1、第二igbt管q2、第三igbt管q3、第四igbt管q4、第五igbt管q5、第六igbt管q6的第一反并联二级管d1、第二反并联二级管d2、第三反并联二级管d3、第四反并联二级管d4、第五反并联二级管d5、第六反并联二级管d6。

其中，第一反并联二级管d1、第二反并联二级管d2、第三反并联二级管d3、第四反并联二级管d4、第五反并联二级管d5、第六反并联二级管d6均可采用frd管(fastrecoverydiode，快恢复二极管)。

下面结合图3对本发明实施例的驱动芯片10的具体实施方式进行说明：

参照图3，驱动芯片10可以是hvic芯片，第一驱动单元分别连接hvic芯片的hin1端和ho1端；第二驱动单元分别连接hvic芯片的hin2端和ho2端；第三驱动单元分别连接hvic芯片的hin3端和ho3端；第四驱动单元分别连接hvic芯片的lin1端和lo1端；第五驱动单元分别连接hvic芯片的lin2端和lo2端；第六驱动单元分别连接hvic芯片的lin3端和lo3端。

hvic芯片的hin1端作为智能功率模块100的u相上桥臂输入端uhin；hvic芯片的hin2端作为智能功率模块100的v相上桥臂输入端vhin；hvic芯片的hin3端作为智能功率模块100的w相上桥臂输入端whin；hvic芯片的lin1端作为智能功率模块100的u相下桥臂输入端ulin；hvic芯片的lin2端作为智能功率模块100的v相下桥臂输入端vlin；hvic芯片的lin3端作为智能功率模块100的w相下桥臂输入端wlin；hvic芯片的gnd端作为智能功率模块100的低压区供电负端com；hvic芯片的vb1端连接第一自举电容c1的一端，并作为智能功率模块100的u相高压区供电正端uvb；hvic芯片的ho1端与第一igbt管q1的栅极相连；hvic芯片的vs1端与第一igbt管q1的射极、第一反并联二极管d1的阳极、第四igbt管q4的集电极、第四反并联二极管d4的阴极、第一自举电容c1的另一端相连，并作为智能功率模块100的u相高压区供电负端uvs；hvic芯片的vb2端连接第二自举电容c2的一端，作为智能功率模块100的v相高压区供电正端vvb；hvic芯片的ho3端与第三igbt管q3的栅极相连；hvic芯片的vs2端与第二igbt管q2的射极、第二反并联二极管d2的阳极、第五igbt管q5的集电极、第五反并联二极管d5的阴极、第二自举电容c2的另一端相连，并作为智能功率模块100的v相高压区供电负端vvs；hvic芯片的vb3端连接第三自举电容c3的一端，作为智能功率模块100的w相高压区供电正端wvb；hvic芯片的ho3端与第三igbt管q3的栅极相连；hvic芯片的vs3端与第三igbt管q3的射极、第三反并联二极管d3的阳极、第六igbt管q6的集电极、第六反并联二极管d6的阴极、第三自举电容c3的另一端相连，并作为智能功率模块100的w相高压区供电负端wvs；hvic芯片的lo1端与第四igbt管q4的栅极相连；hvic芯片的lo2端与第五igbt管q5的栅极相连；hvic芯片的lo3端与第六igbt管q6的栅极相连；第四igbt管q4的射极与第四反并联二极管d4的阳极相连，并作为智能功率模块100的u相低电压参考端un；第五igbt管q5的射极与第五反并联二极管d5的阳极相连，并作为智能功率模块100的v相低电压参考端vn；第六igbt管q6的射极与反并联二极管d6的阳极相连，并作为智能功率模块100的w相低电压参考端wn；第一igbt管q1的集电极、第一反并联二极管d1的阴极、第二igbt管q2的集电极、第二反并联二极管d2的阴极、第三igbt管q3的集电极、第三反并联二极管d3的阴极相连，并作为智能功率模块100的高电压输入端p，hvic芯片的vcc端连接智能功率模块10的低压区供电正端vdd；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w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。

其中，智能功率模块100的u、v、w三相的六路输入均可接收0v或5v的输入信号，高电压输入端p可接300v的输入信号，智能功率模块100的低压区供电正端vdd的输出电压一般为15v。将输入端hin1、hin2、hin3和lin1、lin2、lin3的0或5v的输入信号分别传输到输出端ho1、ho2、ho3和lo1、lo2、lo3，当ho1、ho2、ho3的输出信号是vs或vs+15v，lo1、lo2、lo3的输出信号是0或15v。同一相的输入信号不能同时为高电平，即hin1和lin1、hin2和lin2、hin3和lin3不能同时为高电平。

具体而言，在智能功率模块100的实际应用中，以第一自举开关管m-1为例，温度传感器20可实时检测智能功率模块10的温度，第一比较电路111-1可实时检测智能功率模块100的低压区供电正端vdd的输入电压和hvic芯片vb1端(u相高压区供电正端uvb)的输出电压，并比较二者之间的关系。例如，在智能功率模块100的自举过程中，如果驱动芯片10的电源端vcc忽然断电，则积聚在自举开关管m-1栅极上的电荷无法瞬间完全释放，该自举开关管m-1可能会在一定的时间内保持半导通或导通状态，此时，若智能功率模块100的温度小于预设温度，且vdd端的输入电压与vb1端的输出电压之间的差值大于第一预设差值，则控制电路112-1控制自举开关管m-1关断，以切断hvic芯片的高压区至低压区的通路，防止电流从高压区通过自举开关管m反流至低压区造成的hvic芯片电源端及周边电路失效；在智能功率模块100的温度大于或者等于预设温度，且vdd端的输入电压与vb1端的输出电压之间的差值大于第二预设差值时，控制自举开关管m-1关断，以切断hvic芯片的高压区至低压区的通路。

综上所述，本发明实施例的智能功率模块，根据智能功率模块的温度、实际运行状态对自举开关管进行控制，能够避免因驱动芯片的电源端受损造成模块失效的现象，提高了智能功率模块的可靠性、安全性。

图4是根据本发明实施例的电器设备的结构框图。

如图4所示，该电器设备1000包括上述的智能功率模块100。

在该实施例中，电器设备1000可以为空调器。

本发明实施例的电器设备，采用本发明上述的智能功率模块，能够通过控制电路根据智能功率模块的温度、自举开关管的输入端和输出端之间的关系对自举开关管进行控制，由此，能够避免智能功率模块失效，提高智能功率模块的可靠性、安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。