CN113437858A - 智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备 - Google Patents

智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备 Download PDF

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CN113437858A CN202110788494.4A CN202110788494A CN113437858A CN 113437858 A CN113437858 A CN 113437858A CN 202110788494 A CN202110788494 A CN 202110788494A CN 113437858 A CN113437858 A CN 113437858A
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李修贤
贺小林
杨湘木
刘文斌
汪俊勇
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Gree Green Refrigeration Technology Center Co Ltd of Zhuhai
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Abstract

本申请涉及一种智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备，智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备，在运行过程中分别通过第一驱动装置和第二驱动装置，来驱动第一桥臂开关装置以及第二桥臂开关装置的交替导通，从而实现开关控制功能。并且，在桥臂寄生电感引起的负压或者米勒效应引起的电压过高时，通过第一稳压器件或者第二稳压器件进行钳位，使得输送至第一桥臂开关装置或者第二桥臂开关装置的电压不足以驱动使其导通，可有效避免出现寄生电感以及米勒效应引起的误导通现象，从而避免逆变桥臂直通，智能功率模块炸毁，提高智能功率模块的工作可靠性。

Description

智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种先进的功率开关器件，其内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了***的体积以及开发时间，也大大增强了***的可靠性，适应功率器件模块化、复合化和功率集成化的发展方向，在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。
智能功率模块内部的开关器件通常为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，当使用高性能的IGBT驱动电路工作时，能够减少开关延时，降低开关损耗，以获得良好的开通和关断性能，对变频器的可靠运行起到关键作用。当IGBT开关时，由于逆变桥的桥臂寄生电感在较高的电流变化率下，引起的电压尖峰和震荡，以及由于米勒效应引起的二次开通现象，可能导致IGBT误开通，逆变桥臂直通，智能功率模块炸毁。因此，传统的智能功率模块存在工作可靠性差的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对传统的智能功率模块工作可靠性差的问题，提供一种智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备。
一种智能功率模块驱动电路，包括：第一驱动装置、第一稳压器件、第一开关器件、第一桥臂开关装置、第二驱动装置、第二稳压器件、第二开关器件和第二桥臂开关装置，所述第一驱动装置的第一端和所述第二驱动装置的第一端分别连接电源，所述第一驱动装置的第二端连接所述第一稳压器件的第一端和所述第一桥臂开关装置的控制端，所述第一稳压器件的第二端连接所述第一开关器件的第一端，所述第一开关器件的第二端连接所述第一驱动装置的第三端和所述第一桥臂开关装置的第一端，所述第一开关器件的控制端用于连接外部控制器，所述第一桥臂开关装置的第二端用于连接外部电源，所述第一稳压器件的额定电压阈值小于所述第一桥臂开关装置的驱动电压；所述第二驱动装置第二端连接所述第二稳压器件的第一端和所述第二桥臂开关装置的控制端，所述第二稳压器件的第二端连接所述第二开关器件的第一端，所述第二驱动装置的第三端所述第二开关器件的第二端，所述第二开关器件的控制端用于连接外部控制器，所述第二开关器件的第二端接地，所述第二驱动装置的第三端用于连接外部电源，所述第二桥臂开关装置的第一端连接所述第一桥臂开关装置的第一端，所述第二桥臂开关装置的第二端连接所述第二开关器件的第二端，所述第二稳压器件的额定电压阈值小于所述第二桥臂开关装置的驱动电压。
在一个实施例中，所述第一驱动装置包括第一驱动芯片、自举电路和第三稳压器件，所述第一驱动芯片的电源引脚连接所述自举电路的第一端和所述第三稳压器件的第一端且公共端连接电源，所述第一驱动芯片的输出引脚连接所述第一稳压器件的第一端，所述第一驱动芯片的接地引脚连接所述自举电路的第二端和所述第三稳压器件的第二端，且公共端连接所述第二开关器件的第二端。
在一个实施例中，所述第一驱动装置还包括限流电阻和二极管，所述限流电阻的第一端连接电源，所述限流电阻的第二端连接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述自举电路的第一端和所述第三稳压器件的第一端。
在一个实施例中，所述自举电路为自举电容。
在一个实施例中，所述第一稳压器件、所述第二稳压器件和所述第三稳压器件均为稳压二极管，或所述稳压器件、所述第二稳压器件和所述第三稳压器件均为瞬态电压抑制器。
在一个实施例中，所述第二驱动装置包括第二驱动芯片，所述第二驱动芯片的电源引脚连接电源，所述第二驱动芯片的输出引脚连接所述第二稳压器件的第一端，所述第二驱动芯片的接地引脚用于连接外部电源和所述第二开关器件的第二端。
在一个实施例中，智能功率模块驱动电路还包括第一驱动电阻和第二驱动电阻，所述第一驱动装置的第二端通过所述第一驱动电阻连接所述第一稳压器件的第一端和所述第一桥臂开关装置的控制端，所述第二驱动装置的第二端通过所述第二驱动电阻连接所述第二稳压器件的第一端和所述第二桥臂开关装置的控制端。
在一个实施例中，所述第一桥臂开关装置包括第三开关器件和第一续流二极管，所述第三开关器件的控制端连接所述第一驱动装置的第二端，所述第三开关器件的第一端连接所述第一续流二极管的阳极和所述第一开关器件的第二端，所述第三开关器件的第二端连接所述第一续流二极管的阴极和外部电源；和/或，所述第二桥臂开关装置包括第四开关器件和第二续流二极管，所述第四开关器件的控制端连接所述第二驱动装置的第二端，所述第四开关器件的第一端连接所述第二续流二极管的阴极和所述第一桥臂开关装置的第一端，所述第四开关器件的第二端连接所述第二续流二极管的阳和所述第二开关器件的第二端。
在一个实施例中，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为绝缘栅双极型晶体管，或所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为金属-氧化物-半导体场效应晶体管。
一种智能功率模块，包括上述的智能功率模块驱动电路。
一种家电设备，包括上述的智能功率模块。
在一个实施例中，所述家电设备为空调器。
上述智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备，在运行过程中分别通过第一驱动装置和第二驱动装置，来驱动第一桥臂开关装置以及第二桥臂开关装置的交替导通，从而实现开关控制功能。当第一桥臂开关装置断开，第二桥臂开关装置导通时，可通过控制第一开关器件的通断，使得第一桥臂开关装置和第二桥臂开关装置的桥臂寄生电感所产生的负压，或者由于米勒效应所产生的电压施加至第一稳压器件。且当负压或者电压超过第一稳压器件的额定电压阈值时，可将输送至第一桥臂开关装置的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第一桥臂开关装置的驱动电压，第一桥臂开关装置将不会由于桥臂寄生电感或者米勒效应而发生误导通。当第二桥臂开关装置断开，第一桥臂开关装置导通时，控制第二开关器件的通断，使得由于米勒效应所产生的电压施加至第二稳压器件。且当该电压超过第二稳压器件的额定电压阈值时，可将输送至第二桥臂开关装置的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第二桥臂开关装置的驱动电压，第二桥臂开关装置将不会由于米勒效应而发生误导通。通过上述方案，可有效避免出现寄生电感以及米勒效应引起的误导通现象，从而避免逆变桥臂直通，智能功率模块炸毁，提高智能功率模块的工作可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中智能功率模块驱动电路结构示意图；
图2为一实施例中智能功率模块驱动电路的米勒电容示意图；
图3为另一实施例中智能功率模块驱动电路结构示意图；
图4为又一实施例中智能功率模块驱动电路结构示意图；
图5为一实施例中智能功率模块驱动电路的桥臂寄生电感示意图；
图6为一实施例中智能功率模块驱动电路负压生成示意图；
图7为一实施例中智能功率模块驱动电路米勒效应生成电压示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
请参阅图1，一种智能功率模块驱动电路，包括：第一驱动装置10、第一稳压器件20、第一开关器件30、第一桥臂开关装置40、第二驱动装置50、第二稳压器件60、第二开关器件70和第二桥臂开关装置80，第一驱动装置10的第一端和第二驱动装置50的第一端分别连接电源，第一驱动装置10的第二端连接第一稳压器件20的第一端和第一桥臂开关装置40的控制端，第一稳压器件20的第二端连接第一开关器件30的第一端，第一开关器件30的第二端连接第一驱动装置10的第三端和第一桥臂开关装置40的第一端，第一开关器件30的控制端用于连接外部控制器(图未示)，第一桥臂开关装置40的第二端用于连接外部电源，第一稳压器件20的额定电压阈值小于第一桥臂开关装置40的驱动电压；第二驱动装置50第二端连接第二稳压器件60的第一端和第二桥臂开关装置80的控制端，第二稳压器件60的第二端连接第二开关器件70的第一端，第二驱动装置50的第三端第二开关器件70的第二端，第二开关器件70的控制端用于连接外部控制器(图未示)，第二开关器件70的第二端接地，第二驱动装置50的第三端用于连接外部电源，第二桥臂开关装置80的第一端连接第一桥臂开关装置40的第一端，第二桥臂开关装置80的第二端连接第二开关器件70的第二端，第二稳压器件60的额定电压阈值小于第二桥臂开关装置80的驱动电压。
具体地，第一驱动装置10的第一端与第二驱动装置50的第一端均连接电源，通过该电源最终可实现第一桥臂开关装置40的通断控制，以及第二桥臂开关装置80的通断控制。进而通过第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80交替导通，实现对外部器件(也即负载，例如变频器等)的开关驱动操作，对应的将第一桥臂开关装置40的第一端以及第二桥臂开关装置80的第一端的公共端作为整个电路的输出端(U)。
应当指出的是，在一个实施例的方案中，第一驱动装置10的第一端与第二驱动装置50的第一端所连接的电源为单极性电源。单极性电源也即只有正信号或者只有负信号类型的电源，例如，在一个较为详细的实施例中，该单极性电源为+15V电压电源。本实施例的方案，利用单极性电源即可实现第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的驱动操作，相对双极性电源，其可有效降低电路成本。
可以理解，第一器桥臂开关装置与第二桥臂开关装置80所连接的外部电源的类型并不是唯一的，只要是能够在第一器桥臂开关装置或第二桥臂开关装置80导通时，输出至外部器件，实现外部器件的工作控制均可。例如，在一个实施例中，外部电源可为双极性电源，相应的，第一桥臂开关装置40的第二端连接该双极性电源的正信号端(P)，而第二驱动装置50的第三端则连接该双极性电源的负信号端(N)。
由于第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80均存在桥臂寄生电感，当第一桥臂开关装置40断开时，负载的电流会瞬间切换至第二桥臂开关装置80的续流器件进行续流，之后再导通第二桥臂开关装置80。由于两个寄生电感LS1和LS2的存在(LS3为第一桥臂开关装置40的等效寄生电感，LS2为第二桥臂开关装置80的等效寄生电感)，电路中将会产生负压：
Figure BDA0003159904180000071
其中，
Figure BDA0003159904180000072
表示智能功率模块驱动电路中电流的变化率，该负压的大小与开关频率、寄生电感值和电流变化率有关。当负压过大时，会导致第一驱动装置10损坏，第一桥臂开关装置40发生误导通，最终使得智能功率模块炸毁。
本实施例所示的智能功率模块驱动电路，设置有第一开关器件30以及第一稳压器件20，当第一桥臂开关装置40断开后，第二桥臂开关装置80开启之前，控制第一开关器件30导通，此时由于寄生电感而产生的负压将会施加至第一稳压器件20。当所产生的负压高于第一稳压器件20的额定电压阈值时，第一稳压器件20将会进行电压钳位，将电压钳位到额定电压阈值，在第二桥臂开关装置80断开之后、第一桥臂开关装置40开启之前，再断开第一开关器件30。在这一过程中，由于第一稳压器件20的钳位作用，使得第一桥臂开关装置40的控制端的电压保持在额定电压阈值，始终低于第一桥臂开关装置40的驱动电压，第一桥臂开关装置40并不会导通，也即不会发生第一桥臂开关装置40的误导通。
由于智能功率模块自身存在寄生电容，也即米勒电容，在智能功率模块驱动电路形成米勒平台，具体请结合参阅图2。当第一开关器件30导通时，第二开关器件70会产生瞬间的电压变化
Figure BDA0003159904180000081
在米勒电容Ccg2形成一个电流，流经第二驱动装置50的内阻RDRV2之后接地。这样在第二桥臂开关装置80的门极感应出电压，可计算如下，米勒电容感应电流：
Figure BDA0003159904180000082
该电流流经第二驱动装置50的内阻后，在第二开关器件70处产生电压，当所产生的电压值改与第二桥臂开关装置80的驱动电压时，将会使得第二桥臂开关装置80误导通，智能功率模块被炸毁。
本实施例的方案，该智能功率模块驱动电路还设置有第二稳压器件60和第二开关器件70，当第二桥臂开关装置80断开后、第一桥臂开关装置40导通前，控制第二开关器件70导通。当第一桥臂开关装置40导通时，米勒电容感应出电流，流经第二驱动装置50的内阻RDRV2后接地。若产生的电压超出第二稳压器件60的额定电压阈值时，第二稳压器件60会将电压钳位至第二稳压器件60的额定电压阈值，第二桥臂开关装置80导通前、第一桥臂开关装置40断开后，控制第二开关器件70断开。这一过程中，由于第二稳压器件60的额定电压阈值选取要小于第二桥臂开关装置80的驱动电压，也即输送至第二桥臂开关装置80的控制端的钳位电压小于驱动电压，第二桥臂开关装置80无法开启，这样就解决了寄生电容米勒效应引起的误导通问题。
基于与上述相同的原理，当第二桥臂开关装置80开启，第一桥臂开关装置40断开时，在米勒电容Cge1形成感应电流，流经第一驱动装置10的内阻RDRV1后接地，此时所产生的电压过大将会使第一桥臂开关装置40发生误导通，智能功率模块炸毁。由于第一开关器件30以及第一稳压器件20的存在，基于相同的原理，可使得输送至第一桥臂开关装置40的电压钳位到第一稳压器件20的额定电压阈值，同样不足以使得第一桥臂开关装置40导通，从而避免出现误导通现象。
请参阅图3，在一个实施例中，第一驱动装置10包括第一驱动芯片11、自举电路C1和第三稳压器件DZ，第一驱动芯片11的电源引脚连接自举电路C1的第一端和第三稳压器件DZ的第一端且公共端连接电源，第一驱动芯片11的输出引脚连接第一稳压器件20的第一端，第一驱动芯片11的接地引脚连接自举电路C1的第二端和第三稳压器件DZ的第二端，且公共端连接第二开关器件70的第二端。
具体地，本实施例的方案，利用第一驱动芯片11进行第一桥臂开关装置40的驱动控制。同时，在第一驱动芯片11与第一桥臂开关装置40之间设置自举电路C1进行升压，可有效解决智能功率模块驱动电路中第一桥臂开关装置40与第二桥臂开关装置80工作时，电压等级不同的问题。当第二开关器件70导通时，电源流入为自举电路C1进行充电，而当第二开关器件70断开时，自举电路C1将会为第一桥臂开关装置40的控制端提供驱动。进一步地，在自举电路C1的两端还并联有一个第三稳压器件DZ，通过该器件的钳位作用，可使得自举电路C1两端的电压不会过高，放置自举电路C1过压损坏。通过上述设置，可有效提高智能功率模块驱动电路的运行可靠性。
请结合参阅图4，在一个实施例中，第一驱动装置10还包括限流电阻Rlim和二极管Dbs，限流电阻Rlim的第一端连接电源，限流电阻Rlim的第二端连接二极管Dbs的阳极，二极管Dbs的阴极连接自举电路C1的第一端和第三稳压器件DZ的第一端。
具体地，本实施例的方案，在电源与自举电路C1之间还设置有限流电阻Rlim以及二极管Dbs，利用限流电阻Rlim可防止流入自举电路C1的电流过大，从而对自举电路C1进行保护。而二极管Dbs的设置，由于其正向导通特性，可防止智能功率模块驱动电路中电流回流现象，从而进一步提高智能功率模块驱动电路的运行可靠性。
应当指出的是，自举电路C1的具体类型并不是唯一的，只要能够在第二开关器件70导通时通过电源进行充电，而在第二开关器件70断开时，能够为第一桥臂开关装置40提供驱动电压均可。例如，在一个较为详细的实施例中，自举电路C1可直接通过自举电容实现，也即利用一自举升压电容作为自举电路C1，实现上述充放电功能。
在一个实施例中，第一稳压器件20、第二稳压器件60和第三稳压器件DZ均为稳压二极管，或稳压器件、第二稳压器件60和第三稳压器件DZ均为瞬态电压抑制器。
具体地，稳压二极管又叫齐纳二极管，是一种利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。瞬态电压抑制器也即瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)，当TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦浪涌功率，使两极间的电压钳位于一个预定值(也即额定电压阈值)，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。本实施例的方案，同时采用稳压二极管作为第一稳压器件20、第二稳压器件60和第三稳压器件DZ以实现电压钳位功能，或者同时使用TVS作为第一稳压器件20、第二稳压器件60和第三稳压器件DZ以实现电压钳位功能，从而避免第一桥臂开关装置40、第二桥臂开关装置80的误导通，以及实现对自举电路C1的保护。可以理解，在其它实施例中，第一稳压器件20、第二稳压器件60和第三稳压器件DZ还可以采用其它具备稳压钳位功能的器件来实现，或者第一稳压器件20、第二稳压器件60和第三稳压器件DZ的类型做不同的设置。
请结合参阅图3或图4，在一个实施例中，第二驱动装置50包括第二驱动芯片51，第二驱动芯片51的电源引脚连接电源，第二驱动芯片51的输出引脚连接第二稳压器件60的第一端，第二驱动芯片51的接地引脚用于连接外部电源和第二开关器件70的第二端。
具体地，第二驱动装置50用来进行第二桥臂开关装置80的驱动控制，第二驱动芯片51的电源引脚作为第二驱动装置50的第一端，与第一驱动装置10一起连接至电源，第二驱动芯片51的输出引脚作为第二驱动装置50的第二端，连接至第二稳压器件60的第一端与第二桥臂开关装置80的控制端，实现第二桥臂开关装置80的驱动控制，而第二驱动芯片51的接地引脚则作为第二驱动装置50的第三端(具体连接双极性电源的负信号端)，连接至电源以及第二开关器件70的第二端。
进一步地，请结合参阅图3或图4，在一个实施例中，智能功率模块驱动电路还包括第一驱动电阻RG1和第二驱动电阻RG2，第一驱动装置10的第二端通过第一驱动电阻RG1连接第一稳压器件20的第一端和第一桥臂开关装置40的控制端，第二驱动装置50的第二端通过第二驱动电阻RG2连接第二稳压器件60的第一端和第二桥臂开关装置80的控制端。
具体地，第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80可靠的开通和关断是智能功率模块稳定运行的核心。通过在第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的控制端之前设置驱动电阻，可消除第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的门极回路振荡，调节第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的通断速度，从而保证第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的可靠运行。
请结合参阅图3或图4，在一个实施例中，第一桥臂开关装置40包括第三开关器件T1和第一续流二极管D1，第三开关器件T1的控制端连接第一驱动装置10的第二端，第三开关器件T1的第一端连接第一续流二极管D1的阳极和第一开关器件30的第二端，第三开关器件T1的第二端连接第一续流二极管D1的阴极和外部电源；和/或，第二桥臂开关装置80包括第四开关器件T2和第二续流二极管D2，第四开关器件T2的控制端连接第二驱动装置50的第二端，第四开关器件T2的第一端连接第二续流二极管D2的阴极和第一桥臂开关装置40的第一端，第四开关器件T2的第二端连接第二续流二极管D2的阳和第二开关器件70的第二端。
具体地，续流二极管是一种配合电感性负载使用的二极管，当电感性负载的电流有突然的变化或减少时，电感性负载的两端会产生突变电压，可能会破坏其他元件。配合续流二极管时，其电流可以较平缓地变化，避免突波电压的发生。故此，该实施例在第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80中设置续流二极管，可有效保证第三开关器件T1以及第四开关器件T2两端不会发生电压突变，保证第三开关器件T1以及第四开关器件T2的工作可靠性。
应当指出的是，第一开关器件30、第二开关器件70、第三开关器件T1以及第四开关器件T2的具体类型均不是唯一的，在一个实施例中，第一开关器件30、第二开关器件70、第三开关器件T1和第四开关器件T2均为绝缘栅双极型晶体管，或第一开关器件30、第二开关器件70、第三开关器件T1和第四开关器件T2均为金属-氧化物-半导体场效应晶体管。
具体地，IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR(电力晶体管)的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOS管驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。金属-氧化物-半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“N型”与“P型”的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，也即NMOS、PMOS。
本实施例可将各个开关器件的类型设置相同，且均为IGBT或者均为MOS管，从而实现相应的开关驱动功能。可以理解，在其它实施例中，还可以是第一开关器件30、第二开关器件70、第三开关器件T1以及第四开关器件T2采用不完全相同类型的开关器件，只要能够实现相应电路功能均可。在另外的实施例中，第一开关器件30、第二开关器件70、第三开关器件T1以及第四开关器件T2还可以是通过晶体三极管等类型的开关器件实现。
为了便于理解本申请，下面结合具体实施例对本申请进行详细的解释说明，该具体实施例中，智能功率模块驱动电路同时具备上述各个实施例所示的具体结构，各个开关器件均为IGBT，各个稳压器件均为稳压二极管。
该电路电源使用+15V单极性电源，上桥驱动芯片供电使用自举电路C1，解决上下桥臂工作时发射极电压等级不同问题。当下桥开关器件(也即第二开关器件70)导通时，电流从电源通过限流电阻Rlim、二极管和第二开关器件70给自举电容充电。当第二开关器件70关闭时，上桥开关器件(也即第三开关器件T1)门极驱动由自举电容供电。二级管对自举电容两端电压钳位，防止过电压损坏。
如图5所示，逆变桥臂间存在寄生电感LS1、LS2。当第三开关器件T1断开时，负载的电流会瞬间切换至下桥的续流二极管(也即第二续流二极管D2)进行续流，再开通第四开关器件T2。由于寄生电感Ls1、Ls2，电路会感应出负压。
Figure BDA0003159904180000141
感应负压大小与开关频率、寄生电感值和电流变化率有关。当感应负压过大时，会导致自举电容损坏、第一驱动芯片11损坏、第三开关器件T1误开通使得智能功率模块炸毁。
如图6所示电路，当第三开关器件T1关断后、第四开关器件T2开启前，开启第一开关器件30，此时桥臂寄生电感产生负压VS1。若VS1超出第一稳压器件20的额定电压阈值时，第一稳压器件20将电压钳位至其额定电压阈值，第四开关器件T2关断后、第三开关器件T1开启前，再关断第一开关器件30，该过程中，由于第一稳压器件20的额定电压阈值选取要小于第三开关器件T1的驱动电压。钳位电压小于第三开关器件T1的最小门极驱动开启电压，第三开关器件T1无法开启，解决了寄生电感负压引起的智能功率模块误导通问题。
如图2所示，因智能功率模块自身存在寄生电容Ccg、Cge，我们称之为米勒电容，形成米勒平台。当第一开关器件30导通，第二开关器件70会产生瞬间的电压变化
Figure BDA0003159904180000142
在米勒电容Ccg2形成一个电流，流经第二驱动电阻RG2、第二驱动电源芯片的内阻RDRV2后接地。这样在第四开关器件T2的门极感应出电压，可计算如下，米勒电容感应电流：
Figure BDA0003159904180000151
感应电流流经第二驱动电阻RG2、第二驱动芯片51的内阻，在第二开关器件70的门极产生电压：
VS2＝(RG2+RDRV2)*Icg2
感应电流值取决于米勒电容大小、电压变化率，当这个值超过了第四开关器件T2的门极驱动电压时，便会导致第四开关器件T2的误开通，智能功率模块炸毁。同样原理当下桥开启时，在米勒电容Cge1形成感应电流，流经第三开关器件T1的门极驱动电阻RG1(也即第一驱动电阻RG1)和第一驱动芯片11的内阻RDRV1后接地。产生的门极电压若超出第三开关器件T1的开启值，第三开关器件T1将会误导通使得智能功率模块炸毁。
如图7所示，米勒平台容错电路，当第四开关器件T2关断后、第三开关器件T1导通前，开通第二开关器件70。当第三开关器件T1开启时，米勒电容感应出电流，流经第二驱动电阻RG2RG2、第二驱动电源芯片的内阻RDRV2后接地。若VS2超出第二稳压器件60的额定电压阈值时，第二稳压器件60会将电压钳位至其额定电压阈值，第四开关器件T2开启前、第三开关器件T1关断后，关断第二开关器件70。该过程中，由于第二稳压器件60的额定电压阈值选取要小于第四开关器件T2的门极驱动电压，也即钳位电压小于第四开关器件T2的最小门极驱动开启电压，第四开关器件T2无法开启，这样就解决了寄生电容米勒效应引起的第四开关器件T2的误导通问题。基于相同的原理，可解决寄生电容米勒效应引起的第三开关器件T1的误导通问题，在次不再赘述。
上述智能功率模块驱动电路，在运行过程中分别通过第一驱动装置10和第二驱动装置50，来驱动第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的交替导通，从而实现开关控制功能。当第一桥臂开关装置40断开，第二桥臂开关装置80导通时，可通过控制第一开关器件30的通断，使得第一桥臂开关装置40和第二桥臂开关装置80的桥臂寄生电感所产生的负压，或者由于米勒效应所产生的电压施加至第一稳压器件20。且当负压或者电压超过第一稳压器件20的额定电压阈值时，可将输送至第一桥臂开关装置40的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第一桥臂开关装置40的驱动电压，第一桥臂开关装置40将不会由于桥臂寄生电感或者米勒效应而发生误导通。当第二桥臂开关装置80断开，第一桥臂开关装置40导通时，控制第二开关器件70的通断，使得由于米勒效应所产生的电压施加至第二稳压器件60。且当该电压超过第二稳压器件60的额定电压阈值时，可将输送至第二桥臂开关装置80的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第二桥臂开关装置80的驱动电压，第二桥臂开关装置80将不会由于米勒效应而发生误导通。通过上述方案，可有效避免出现寄生电感以及米勒效应引起的误导通现象，从而避免逆变桥臂直通，智能功率模块炸毁，提高智能功率模块的工作可靠性。
一种智能功率模块，包括上述的智能功率模块驱动电路。
具体地，智能功率模块驱动电路的具体结构如上述各个实施例以及附图所示，第一驱动装置10的第一端与第二驱动装置50的第一端均连接电源，通过该电源最终可实现第一桥臂开关装置40的通断控制，以及第二桥臂开关装置80的通断控制。进而通过第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80交替导通，实现对外部器件(也即负载，例如变频器等)的开关驱动操作，对应的将第一桥臂开关装置40的第一端以及第二桥臂开关装置80的第一端的公共端作为整个电路的输出端(U)。
应当指出的是，在一个实施例的方案中，第一驱动装置10的第一端与第二驱动装置50的第一端所连接的电源为单极性电源。单极性电源也即只有正信号或者只有负信号类型的电源，例如，在一个较为详细的实施例中，该单极性电源为+15V电压电源。本实施例的方案，利用单极性电源即可实现第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的驱动操作，相对双极性电源，其可有效降低电路成本。
可以理解，第一器桥臂开关装置与第二桥臂开关装置80所连接的外部电源的类型并不是唯一的，只要是能够在第一器桥臂开关装置或第二桥臂开关装置80导通时，输出至外部器件，实现外部器件的工作控制均可。例如，在一个实施例中，外部电源可为双极性电源，相应的，第一桥臂开关装置40的第二端连接该双极性电源的正信号端(P)，而第二驱动装置50的第三端则连接该双极性电源的负信号端(N)。
由于第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80均存在桥臂寄生电感，当第一桥臂开关装置40断开时，负载的电流会瞬间切换至第二桥臂开关装置80的续流器件进行续流，之后再导通第二桥臂开关装置80。由于两个寄生电感Ls1和Ls2的存在，其中，Ls1为第一桥臂开关装置40的等效寄生电感，Ls2为第二桥臂开关装置80的等效寄生电感，电路中将会产生负压：
Figure BDA0003159904180000171
其中，
Figure BDA0003159904180000172
表示智能功率模块驱动电路中电流的变化率，该负压的大小与开关频率、寄生电感值和电流变化率有关。当负压过大时，会导致第一驱动装置10损坏，第一桥臂开关装置40发生误导通，最终使得智能功率模块炸毁。
本实施例所示的智能功率模块驱动电路，设置有第一开关器件30以及第一稳压器件20，当第一桥臂开关装置40断开后，第二桥臂开关装置80开启之前，控制第一开关器件30导通，此时由于寄生电感而产生的负压将会施加至第一稳压器件20。当所产生的负压高于第一稳压器件20的额定电压阈值时，第一稳压器件20将会进行电压钳位，将电压钳位到额定电压阈值，在第二桥臂开关装置80断开之后、第一桥臂开关装置40开启之前，再断开第一开关器件30。在这一过程中，由于第一稳压器件20的钳位作用，使得第一桥臂开关装置40的控制端的电压保持在额定电压阈值，始终低于第一桥臂开关装置40的驱动电压，第一桥臂开关装置40并不会导通，也即不会发生第一桥臂开关装置40的误导通。
由于智能功率模块自身存在寄生电容，也即米勒电容，在智能功率模块驱动电路形成米勒平台，具体请结合参阅图2。当第一开关器件30导通时，第二开关器件70会产生瞬间的电压变化
Figure BDA0003159904180000181
在米勒电容Ccg2形成一个电流，流经第二驱动装置50的内阻RDRV2之后接地。这样在第二桥臂开关装置80的门极感应出电压，可计算如下，米勒电容感应电流：
Figure BDA0003159904180000182
该电流流经第二驱动装置50的内阻后，在第二开关器件70处产生电压，当所产生的电压值改与第二桥臂开关装置80的驱动电压时，将会使得第二桥臂开关装置80误导通，智能功率模块被炸毁。
本实施例的方案，该智能功率模块驱动电路还设置有第二稳压器件60和第二开关器件70，当第二桥臂开关装置80断开后、第一桥臂开关装置40导通前，控制第二开关器件70导通。当第一桥臂开关装置40导通时，米勒电容感应出电流，流经第二驱动装置50的内阻RDRV2后接地。若产生的电压超出第二稳压器件60的额定电压阈值时，第二稳压器件60会将电压钳位至第二稳压器件60的额定电压阈值，第二桥臂开关装置80导通前、第一桥臂开关装置40断开后，控制第二开关器件70断开。这一过程中，由于第二稳压器件60的额定电压阈值选取要小于第二桥臂开关装置80的驱动电压，也即输送至第二桥臂开关装置80的控制端的钳位电压小于驱动电压，第二桥臂开关装置80无法开启，这样就解决了寄生电容米勒效应引起的误导通问题。
基于与上述相同的原理，当第二桥臂开关装置80开启，第一桥臂开关装置40断开时，在米勒电容Cge1形成感应电流，流经第一驱动装置10的内阻RDRV1后接地，此时所产生的电压过大将会使第一桥臂开关装置40发生误导通，智能功率模块炸毁。由于第一开关器件30以及第一稳压器件20的存在，基于相同的原理，可使得输送至第一桥臂开关装置40的电压钳位到第一稳压器件20的额定电压阈值，同样不足以使得第一桥臂开关装置40导通，从而避免出现误导通现象。
上述智能功率模块，在运行过程中分别通过第一驱动装置10和第二驱动装置50，来驱动第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的交替导通，从而实现开关控制功能。当第一桥臂开关装置40断开，第二桥臂开关装置80导通时，可通过控制第一开关器件30的通断，使得第一桥臂开关装置40和第二桥臂开关装置80的桥臂寄生电感所产生的负压，或者由于米勒效应所产生的电压施加至第一稳压器件20。且当负压或者电压超过第一稳压器件20的额定电压阈值时，可将输送至第一桥臂开关装置40的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第一桥臂开关装置40的驱动电压，第一桥臂开关装置40将不会由于桥臂寄生电感或者米勒效应而发生误导通。当第二桥臂开关装置80断开，第一桥臂开关装置40导通时，控制第二开关器件70的通断，使得由于米勒效应所产生的电压施加至第二稳压器件60。且当该电压超过第二稳压器件60的额定电压阈值时，可将输送至第二桥臂开关装置80的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第二桥臂开关装置80的驱动电压，第二桥臂开关装置80将不会由于米勒效应而发生误导通。通过上述方案，可有效避免出现寄生电感以及米勒效应引起的误导通现象，从而避免逆变桥臂直通，智能功率模块炸毁，提高智能功率模块的工作可靠性。
一种家电设备，包括上述的智能功率模块。
具体地，智能功率模块如上述各个实施例以及附图所示，第一驱动装置10的第一端与第二驱动装置50的第一端均连接电源，通过该电源最终可实现第一桥臂开关装置40的通断控制，以及第二桥臂开关装置80的通断控制。进而通过第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80交替导通，实现对外部器件(也即负载，例如变频器等)的开关驱动操作，对应的将第一桥臂开关装置40的第一端以及第二桥臂开关装置80的第一端的公共端作为整个电路的输出端(U)。
应当指出的是，在一个实施例的方案中，第一驱动装置10的第一端与第二驱动装置50的第一端所连接的电源为单极性电源。单极性电源也即只有正信号或者只有负信号类型的电源，例如，在一个较为详细的实施例中，该单极性电源为+15V电压电源。本实施例的方案，利用单极性电源即可实现第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的驱动操作，相对双极性电源，其可有效降低电路成本。
可以理解，第一器桥臂开关装置与第二桥臂开关装置80所连接的外部电源的类型并不是唯一的，只要是能够在第一器桥臂开关装置或第二桥臂开关装置80导通时，输出至外部器件，实现外部器件的工作控制均可。例如，在一个实施例中，外部电源可为双极性电源，相应的，第一桥臂开关装置40的第二端连接该双极性电源的正信号端(P)，而第二驱动装置50的第三端则连接该双极性电源的负信号端(N)。
由于第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80均存在桥臂寄生电感，当第一桥臂开关装置40断开时，负载的电流会瞬间切换至第二桥臂开关装置80的续流器件进行续流，之后再导通第二桥臂开关装置80。由于两个寄生电感Ls1和Ls2的存在，其中，Ls1为第一桥臂开关装置40的等效寄生电感，Ls2为第二桥臂开关装置80的等效寄生电感，电路中将会产生负压：
Figure BDA0003159904180000211
其中，
Figure BDA0003159904180000212
表示智能功率模块驱动电路中电流的变化率，该负压的大小与开关频率、寄生电感值和电流变化率有关。当负压过大时，会导致第一驱动装置10损坏，第一桥臂开关装置40发生误导通，最终使得智能功率模块炸毁。
本实施例所示的智能功率模块驱动电路，设置有第一开关器件30以及第一稳压器件20，当第一桥臂开关装置40断开后，第二桥臂开关装置80开启之前，控制第一开关器件30导通，此时由于寄生电感而产生的负压将会施加至第一稳压器件20。当所产生的负压高于第一稳压器件20的额定电压阈值时，第一稳压器件20将会进行电压钳位，将电压钳位到额定电压阈值，在第二桥臂开关装置80断开之后、第一桥臂开关装置40开启之前，再断开第一开关器件30。在这一过程中，由于第一稳压器件20的钳位作用，使得第一桥臂开关装置40的控制端的电压保持在额定电压阈值，始终低于第一桥臂开关装置40的驱动电压，第一桥臂开关装置40并不会导通，也即不会发生第一桥臂开关装置40的误导通。
由于智能功率模块自身存在寄生电容，也即米勒电容，在智能功率模块驱动电路形成米勒平台，具体请结合参阅图2。当第一开关器件30导通时，第二开关器件70会产生瞬间的电压变化
Figure BDA0003159904180000221
在米勒电容Ccg2形成一个电流，流经第二驱动装置50的内阻RDRV2之后接地。这样在第二桥臂开关装置80的门极感应出电压，可计算如下，米勒电容感应电流：
Figure BDA0003159904180000222
该电流流经第二驱动装置50的内阻后，在第二开关器件70处产生电压，当所产生的电压值改与第二桥臂开关装置80的驱动电压时，将会使得第二桥臂开关装置80误导通，智能功率模块被炸毁。
本实施例的方案，该智能功率模块驱动电路还设置有第二稳压器件60和第二开关器件70，当第二桥臂开关装置80断开后、第一桥臂开关装置40导通前，控制第二开关器件70导通。当第一桥臂开关装置40导通时，米勒电容感应出电流，流经第二驱动装置50的内阻RDRV2后接地。若产生的电压超出第二稳压器件60的额定电压阈值时，第二稳压器件60会将电压钳位至第二稳压器件60的额定电压阈值，第二桥臂开关装置80导通前、第一桥臂开关装置40断开后，控制第二开关器件70断开。这一过程中，由于第二稳压器件60的额定电压阈值选取要小于第二桥臂开关装置80的驱动电压，也即输送至第二桥臂开关装置80的控制端的钳位电压小于驱动电压，第二桥臂开关装置80无法开启，这样就解决了寄生电容米勒效应引起的误导通问题。
基于与上述相同的原理，当第二桥臂开关装置80开启，第一桥臂开关装置40断开时，在米勒电容Cge1形成感应电流，流经第一驱动装置10的内阻RDRV1后接地，此时所产生的电压过大将会使第一桥臂开关装置40发生误导通，智能功率模块炸毁。由于第一开关器件30以及第一稳压器件20的存在，基于相同的原理，可使得输送至第一桥臂开关装置40的电压钳位到第一稳压器件20的额定电压阈值，同样不足以使得第一桥臂开关装置40导通，从而避免出现误导通现象。
应当指出的是，家电设备的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，家电设备为空调器。进一步地，在一个实施例中，可以是将智能功率模块应用在变频器中，相应的家电设备可为变频空调。
上述家电设备，在运行过程中分别通过第一驱动装置10和第二驱动装置50，来驱动第一桥臂开关装置40以及第二桥臂开关装置80的交替导通，从而实现开关控制功能。当第一桥臂开关装置40断开，第二桥臂开关装置80导通时，可通过控制第一开关器件30的通断，使得第一桥臂开关装置40和第二桥臂开关装置80的桥臂寄生电感所产生的负压，或者由于米勒效应所产生的电压施加至第一稳压器件20。且当负压或者电压超过第一稳压器件20的额定电压阈值时，可将输送至第一桥臂开关装置40的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第一桥臂开关装置40的驱动电压，第一桥臂开关装置40将不会由于桥臂寄生电感或者米勒效应而发生误导通。当第二桥臂开关装置80断开，第一桥臂开关装置40导通时，控制第二开关器件70的通断，使得由于米勒效应所产生的电压施加至第二稳压器件60。且当该电压超过第二稳压器件60的额定电压阈值时，可将输送至第二桥臂开关装置80的电压钳位至其对应的额定电压阈值大小。此时由于所钳位的电压小于第二桥臂开关装置80的驱动电压，第二桥臂开关装置80将不会由于米勒效应而发生误导通。通过上述方案，可有效避免出现寄生电感以及米勒效应引起的误导通现象，从而避免逆变桥臂直通，智能功率模块炸毁，提高家电设备的工作可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种智能功率模块驱动电路，其特征在于，包括：第一驱动装置、第一稳压器件、第一开关器件、第一桥臂开关装置、第二驱动装置、第二稳压器件、第二开关器件和第二桥臂开关装置，
所述第一驱动装置的第一端和所述第二驱动装置的第一端分别连接电源，所述第一驱动装置的第二端连接所述第一稳压器件的第一端和所述第一桥臂开关装置的控制端，所述第一稳压器件的第二端连接所述第一开关器件的第一端，所述第一开关器件的第二端连接所述第一驱动装置的第三端和所述第一桥臂开关装置的第一端，所述第一开关器件的控制端用于连接外部控制器，所述第一桥臂开关装置的第二端用于连接外部电源，所述第一稳压器件的额定电压阈值小于所述第一桥臂开关装置的驱动电压；
所述第二驱动装置第二端连接所述第二稳压器件的第一端和所述第二桥臂开关装置的控制端，所述第二稳压器件的第二端连接所述第二开关器件的第一端，所述第二驱动装置的第三端所述第二开关器件的第二端，所述第二开关器件的控制端用于连接外部控制器，所述第二开关器件的第二端接地，所述第二驱动装置的第三端用于连接外部电源，所述第二桥臂开关装置的第一端连接所述第一桥臂开关装置的第一端，所述第二桥臂开关装置的第二端连接所述第二开关器件的第二端，所述第二稳压器件的额定电压阈值小于所述第二桥臂开关装置的驱动电压。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一驱动芯片、自举电路和第三稳压器件，所述第一驱动芯片的电源引脚连接所述自举电路的第一端和所述第三稳压器件的第一端且公共端连接电源，所述第一驱动芯片的输出引脚连接所述第一稳压器件的第一端，所述第一驱动芯片的接地引脚连接所述自举电路的第二端和所述第三稳压器件的第二端，且公共端连接所述第二开关器件的第二端。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一驱动装置还包括限流电阻和二极管，所述限流电阻的第一端连接电源，所述限流电阻的第二端连接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述自举电路的第一端和所述第三稳压器件的第一端。
4.根据权利要求2所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述自举电路为自举电容。
5.根据权利要求2-3任意一项所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一稳压器件、所述第二稳压器件和所述第三稳压器件均为稳压二极管，或所述稳压器件、所述第二稳压器件和所述第三稳压器件均为瞬态电压抑制器。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二驱动芯片，所述第二驱动芯片的电源引脚连接电源，所述第二驱动芯片的输出引脚连接所述第二稳压器件的第一端，所述第二驱动芯片的接地引脚用于连接外部电源和所述第二开关器件的第二端。
7.根据权利要求1所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，还包括第一驱动电阻和第二驱动电阻，所述第一驱动装置的第二端通过所述第一驱动电阻连接所述第一稳压器件的第一端和所述第一桥臂开关装置的控制端，所述第二驱动装置的第二端通过所述第二驱动电阻连接所述第二稳压器件的第一端和所述第二桥臂开关装置的控制端。
8.根据权利要求1所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一桥臂开关装置包括第三开关器件和第一续流二极管，所述第三开关器件的控制端连接所述第一驱动装置的第二端，所述第三开关器件的第一端连接所述第一续流二极管的阳极和所述第一开关器件的第二端，所述第三开关器件的第二端连接所述第一续流二极管的阴极和外部电源；
和/或，所述第二桥臂开关装置包括第四开关器件和第二续流二极管，所述第四开关器件的控制端连接所述第二驱动装置的第二端，所述第四开关器件的第一端连接所述第二续流二极管的阴极和所述第一桥臂开关装置的第一端，所述第四开关器件的第二端连接所述第二续流二极管的阳和所述第二开关器件的第二端。
9.根据权利要求8所述的智能功率模块驱动电路，其特征在于，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为绝缘栅双极型晶体管，或所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为金属-氧化物-半导体场效应晶体管。
10.一种智能功率模块，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的智能功率模块驱动电路。
11.一种家电设备，其特征在于，包括权利要求10所述的智能功率模块。
12.根据权利要求11所述的家电设备，其特征在于，所述家电设备为空调器。
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