[發明專利]智能功率模塊和空調器

有效

• 申請號: 201610126212.3
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105763090B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 馮宇翔
• 申請（專利權）人: 廣東美的制冷設備有限公司;美的集團股份有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/42;H02H7/122
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙)11343
• 代理人: 尚志峰,汪海屏

技術領域

本發明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，并帶有過電壓、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后續電路工作，同時將檢測到的系統狀態信號送回主控制器。相對于傳統分立方案，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，尤其適合于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示意圖如圖1所示，MTRIP端口作為電流檢測端，以根據檢測到的電流大小對智能功率模塊100進行保護。PFCIN端口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管127持續處于開關狀態而FRD管131持續處于續流狀態，該頻率一般為LIN1～LIN3、HIN1～HIN3開關頻率的2～4倍，并且與LIN1～LIN3、HIN1～HIN3的開關頻率沒有直接聯系。

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后，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系。因此，IGBT管121～IGBT管127開關時的電壓噪聲以及FRD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是最容易受到干擾的引腳。當ITRIP受到觸發，智能功率模塊100就會停止工作，而因為此時并未真正發生過流，所以ITRIP此時的觸發屬于誤觸發。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<Tth<Tb，則在前三個周期的電壓太高不足以使MTRIP產生誤觸發，到第四個周期，MTRIP將產生誤觸發。

對于特定工藝的FRD管，正向導通壓降與反向恢復時間/反向恢復電流是反比例關系，正向導通壓降越大反向恢復時間/反向恢復電流越小，正向導通壓降越小反向恢復時間/反向恢復電流越大。一般地，PFC的開關頻率固定，且頻率在20kHz～40kHz之間，對于這種低頻的應用場合，反向恢復電流大小對功耗的影響小于正向導通壓降對功耗的影響，通常會選擇正向導通壓降較低的FRD管，獲得較低的導通損耗。但是事實上，因為FRD管的反向恢復時間和反向恢復電流是正溫度系數，溫度越高，反向恢復時間越長，因此隨著系統的持續工作，智能功率模塊100的溫度持續上升，MTRIP被觸發的幾率越來越大。如圖5所示，在25℃下，FRD的反向恢復效應引起的電壓波動不足以引起MTRIP觸發，而隨著溫度升高，在75℃時，MTRIP被觸發，使系統停止工作。雖然這種誤觸發在一段時間后會恢復而不會對系統形成破壞，但無疑會對用戶造成困擾。如對于變頻空調器的應用場合，環境溫度越高正是用戶越需要空調系統持續工作的時候，但高的環境溫度會使FRD管的反向恢復時間增長，MTRIP受誤觸發的幾率提高，一旦MTRIP被誤觸發，空調系統會因誤認為發生過流而停止工作3～5分鐘，使用戶在這段時間內無法獲得冷風，這是造成空調系統因制冷能力不足受客戶投訴的主要原因之一。

因此，如何在確保智能功率模塊能夠在常溫下低功耗正常工作的前提下，有效降低智能功率模塊在高溫下被誤觸發的幾率成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術或相關技術中存在的技術問題之一。