智能功率模塊和空調器的製作方法

2023-05-12 00:47:24 3

本實用新型涉及智能功率模塊技術領域，具體而言，涉及一種智能功率模塊和一種空調器。

背景技術：

智能功率模塊(Intelligent Power Module，簡稱IPM)是一種將電力電子分立器件和集成電路技術集成在一起的功率驅動器，智能功率模塊包含功率開關器件和高壓驅動電路，並帶有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊的邏輯輸入端接收主控制器的控制信號，輸出端驅動壓縮機或後續電路工作，同時將檢測到的系統狀態信號送回主控制器。相對於傳統分立方案，智能功率模塊具有高集成度、高可靠性、自檢和保護電路等優勢，尤其適合於驅動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調速、冶金機械、電力牽引、伺服驅動、變頻家電的理想電力電子器件。

現有的智能功率模塊電路的結構如圖1所示，MTRIP埠作為電流檢測端，以根據檢測到的電流大小對智能功率模塊100進行保護。PFCIN埠作為智能功率模塊的PFC(Power Factor Correction，功率因數校正)控制輸入端。

在智能功率模塊工作過程中，PFCINP端按一定的頻率在高低電平間頻繁切換，使IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體)管127持續處於開關狀態而FRD管131持續處於續流狀態，該頻率一般為LIN1～LIN3、HIN1～HIN3開關頻率的2～4倍，並且與LIN1～LIN3、HIN1～HIN3的開關頻率沒有直接聯繫。

如圖2所示，UN、VN、WN接毫歐電阻138的一端，毫歐電阻138的另一端接GND，MTRIP是電流檢測引腳，接毫歐電阻138的一端，通過檢測毫歐電阻的壓降測算電流，如圖3所示，當電流過大時，使智能功 率模塊100停止工作，避免因過流產生過熱後，對智能功率模塊100產生永久性損壞。

-VP、COM、UN、VN、WN在實際使用中有電連接關係。因此，IGBT管121～IGBT管127開關時的電壓噪聲以及FRD(Fast Recovery Diode，快恢復二極體)管111～FRD管116、FRD管131續流時的電流噪聲都會相互耦合，對各低電壓區的輸入引腳造成影響。

在各輸入引腳中，HIN1～HIN3、LIN1～LIN3、PFCINP的閾值一般在2.3V左右，而ITRIP的閾值電壓一般只有0.5V以下，因此，ITRIP是最容易受到幹擾的引腳。當ITRIP受到觸發，智能功率模塊100就會停止工作，而因為此時並未真正發生過流，所以ITRIP此時的觸發屬於誤觸發。如圖4所示，在PFCIN為高電平，IGBT管127開通瞬間時，因為FRD管131的反向恢復電流的存在，疊加出I131的電流波形，該電流有較大的震蕩噪聲，通過-VP、COM、UN、VN、WN在外圍電路中的電連接，震蕩噪聲在MTRIP端會藕合出一定的電壓抬高。設使MTRIP觸發的條件為：電壓>Vth，且持續時間>Tth；在圖4中，設Ta<TthV1。

PFC開關電路1127的作用是：

當PFCC為低電平時，PFC開關電路1127在第一輸入輸出端、第二輸入輸出端、第三輸入輸出端表現為一個開通速度較快而飽和壓降較大的IGBT管；當PFCC為高電平時，PFC開關電路1127在第一輸入輸出端、第二輸入輸出端、第三輸入輸出端表現為一個開通速度較慢而飽和壓降較小的IGBT管。

在本實用新型的一個實施例中，自適應電路1105的具體電路結構如圖7所示，具體為：

ITRIP接電壓比較器2010的正輸入端、電壓比較器2014的正輸入端；電壓比較器2010的負輸入端接電壓源2018的正端；電壓源2018的負端接GND；電壓比較器2014的負輸入端接電壓源2019的正端；電壓源2019的負端接GND；電壓比較器2010的輸出端接與非門2011的其中一個輸入端和非門2012的輸入端；非門2012的輸出端接非門2013的輸 入端；非門2013的輸出端即為自適應電路1105的第二輸出端。

電壓比較器2014的輸出端接與非門2011的另一個輸入端；與非門2011的輸出端接非門2016的輸入端；非門2016的輸出端即為自適應電路1105的ICON端。

在本實用新型的一個實施例中，PFC開關電路1127的具體電路結構如圖8所示，具體為：

PFC開關電路1127的第四輸入輸出端連接模擬開關2003的控制端和模擬開關2004的控制端；模擬開關2003的固定端即為PFC開關電路1127的第三輸入輸出端；模擬開關2004的固定端即為PFC開關電路1127的第二輸入輸出端；模擬開關2003的1選擇端接IGBT管2001的集電極；模擬開關2003的0選擇端接IGBT管2002的集電極；模擬開關2004的1選擇端接IGBT管2001的射極；模擬開關2004的0選擇端接IGBT管2002的射極；PFC開關電路1127的第一輸入輸出端接IGBT管2001的柵極和IGBT管2002的柵極。

以下說明上述實施例的工作原理及關鍵參數取值：電壓源2018可考慮設計為0.5V，電壓源2019可考慮設計為0.6V。

在上述參數的基礎上，本實用新型提出的智能功率模塊在實際工作時可能會出現以下情況：

情況1：當ITRIP電壓<0.5V時，電壓比較器2010輸出低電平，從而自適應電路1105的第二輸出端輸出低電平，並且與非門2011輸出高電平，從而非門2016輸出低電平使ICON輸出低電平。因為自適應電路1105的第二輸出端輸出低電平，此時PFC開關電路1127的第一輸入輸出端與PFC管2002的陰極相連，PFC開關電路1127的第二輸入輸出端與PFC管2002的陽極相連。

情況2：當ITRIP電壓≥0.6V時，電壓比較器2010輸出高電平，並且電壓比較器2014輸出高電平，與非門2011輸出低電平，從而非門2016輸出高電平使ICON輸出高電平，智能功率模塊1100進入保護狀態停止工作。

情況3：當0.5V≤ITIRP電壓<0.6V時，電壓比較器2010輸出高電平，從而自適應電路1105的第二輸出端輸出高電平；並且電壓比較器 2014輸出低電平，與非門2011的輸出端高電平，從而非門2016輸出低電平使ICON輸出低電平；因為自適應電路1105的第二輸出端輸出高電平，此時PFC開關電路1127的第一輸入輸出端與PFC管2001的陰極相連，PFC開關電路1127的第二輸入輸出端與PFC管2001的陽極相連。

在相同工藝下，通過調節參雜濃度等方式，調節IGBT管開通速度和飽和壓降的關係，獲得IGBT管2001和IGBT管2002，IGBT管2001選擇開通速度較慢但飽和壓降較低的IGBT管，IGBT管2002選擇開通速度較快但飽和壓降較高的IGBT管。一般地，IGBT管2001的開通時間(電流上升、電壓下降時間)選擇百納秒級別，IGBT管2002的開通時間(電流上升、電壓下降時間)選擇十納秒級別。

由上述實施例的技術方案可知，本實用新型提出的智能功率模塊與現行智能功率模塊完全兼容，可以直接與現行智能功率模塊進行替換。ITRIP先與一個較低的電壓比較，確保對智能功率模塊過流保護的靈敏度的前提下，通過調整PFC電路中IGBT的開關速度(通過使PFC開關電路1127實現相應功能的功率開關管來實現)降低電壓噪聲兼顧智能功率模塊工作的穩定性；而當ITRIP高於一個較高的電壓時，為保證智能功率模塊的安全而停止智能功率模塊工作；從而使本實用新型的智能功率模塊在正常保護機制持續生效的前提下，維持了系統的穩定性、可用性、健壯性，提高了產品的用戶滿意度，降低產品投訴。

以上結合附圖詳細說明了本實用新型的技術方案，本實用新型提出了一種新的智能功率模塊，可以在實現過流保護的前提下，通過自行判斷應用電路的布線環境來調節PFC電路的工作狀態，以提高智能功率模塊在工作時的穩定性。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。