功率控制模块及控制方法、半桥电路与流程

1.本发明功率模块技术领域，尤其涉及一种功率控制模块及控制方法、半桥电路。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，对功率模块的等级要求也越来越高，对大功率半导体性能的要求也与日俱增；功率开关管频率越来越高，开关速度越来越快，开关电流越来越大，开关管反向恢复损耗也越来越大，反向恢复损耗占总损耗的40%，所以减少反向损耗在开关设计中成为关键点。
3.申请公告号为cn204886685u的中国实用新型专利公开了一种能降低反向恢复损耗的全桥电路。所述全桥电路包括mos管，所述mos内包括一个寄生二极管，所述mos管外部源极与漏极处连接有二极管，且二极管的阳极与mos管的源极连接，二极管的阴极与mos管的漏极连接。
4.上述实用新型串联mos管与二极管，并并联二极管提供反向恢复电流通路，降低了mos管的反向恢复损耗；但是上述实用新型并未解决并联二极管的反向恢复损耗，造成并联二极管导通损耗增加。


技术实现要素：

5.为了解决功率模块在高压工况、低损耗、高功率密度功率管反向恢复电流过高的问题，本发明提出一种功率控制模块及控制方法、半桥电路。
6.本发明提出的功率控制模块，包括功率开关管、sic二极管，所述功率控制模块还电连接有控制功率开关管占空比的控制单元。
7.本发明采用的技术方案是添加控制单元，控制功率开关管占空比，以调节功率开关管与sic二极管的温度。
8.优选地，所述sic二极管的阳极与所述功率开关管的源极电连接；所述sic二极管的阴极与所功率开关管的漏极电连接。
9.优选地，所述控制单元还电连接有检测输入电压极性的检测单元、温度传感器。
10.优选地，所述检测单元与输入端电连接。
11.优选地，所述温度传感器与所述功率开关管、所述sic二极管信号连接。
12.优选地，所述温度传感器检测所述功率开关管、所述sic二极管的温度。
13.本发明还提供了一种功率模块控制方法，所述控制方法包括以下步骤：当功率开关管在续流工作状态时，根据功率开关管和sic二极管的温度差值改变功率开关管的占空比降低功率模块的温度。
14.优选地，通过检测单元检测输入电压的极性，判断功率开关管是否工作在续流工作状态。
15.优选地，通过温度传感器检测功率开关管的温度t1、sic二极管的温度t2，判断
△
t=t1
‑
t2是否大于预设温度t，在
△
t＞t的状态下，控制单元减小功率开关管的占空比；在
△
t
≤t的状态下，控制单元增加功率开关管的占空比。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明增加了温度传感器、控制单元，温度传感器检测mos管的温度，通过调整功率开关管的占空比来平衡功率模块的温度；若检测到sic二极管的温度高于预设值，则增加mos开关管的占空比，此时，大部分续流电流从mos管流过，在降低sic二极管温度的同时，还降低了sic二极管的功耗；2、本发明增加了sic二极管，sic二极管无反向恢复损耗，sic二极管组成反向电流的通路，即设置sic二极管可以降低功率开关管的反向恢复损耗；3、本发明提供了一种控制方法，所述控制方法使得整个功率模块工作在温度最优的状态。
17.4、本发明增加了检测单元，检测单元可以检测电压极性以判断电路是否处于续流工作状态，使得控制单元可以在续流状态下控制mos管的占空比。
附图说明
18.下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：图1是现有技术中带有sic二极管的功率模块示意图；图2是本实施例功率控制模块的示意图；图3是本实施例控制方法的流程图；图4是全桥整流电路中检测单元检测电压极性的电路示意图。
具体实施方式
19.第一实施例：参见图1，一种功率控制模块，包括功率开关管、sic二极管。其中功率开关管可以使用碳化硅mos管、igbt等功率开关器件；本实施例的功率开关管以sic mos管为例。半桥电路中包括两个mos管，两个mos管串联。在mos管在生产的过程中自带有一个寄生二极管，在每一个mos管的源极与漏极之间电连接一个sic二极管，具体地，sic二极管的阳极与mos管的源极连接，sic二极管的阴极与mos管的漏极连接。sic二极管无反向恢复损耗，sic二极管组成反向电流的通路，即设置sic二极管可以降低功率开关管的反向恢复损耗。现以图2的mos管q1、sic二极管d1为例，mos管q2、sic二极管d2的原理在输入电压为反向的时候与mos管q1、sic二极管d1的状态相同，在此不再赘述。在上述功率控制模块工作的过程中，电流在续流状态下通过mos管q1，造成了寄生二极管的发热，现外接一个sic二极管d1，sic二极管d1的压降典型值为1.75v，而寄生二极管的压降典型值为3.5v，因此大部分电流从sic二极管d1通过。
20.进一步地，参见图2，功率控制模块还电连接有控制单元、检测单元、温度传感器，控制单元可以控制mos管q1的占空比；检测单元可以检测输入电压的极性，判断mos管q1是否工作在续流工作状态；若mos管q1工作在续流工作状态，温度传感器检测mos管q1与sic二极管d1的温度。其中，检测单元与功率控制模块输入端连接，控制单元也与功率控制模块输入端连接；控制单元还与检测单元、温度传感器连接。
21.工作在续流状态时，参见图3；下面详细描述功率模块的控制方法。
22.1、检测单元检测输入电压的极性，判断功率开关管是否续流工作状态。
23.2、通过温度传感器检测功率开关管的温度t1和sic二极管t2。
24.3、
△
t=t1
‑
t2，将
△
t与预设温度进行比较。
25.4、当
△
t大于预设温度时，降低功率开关管的占空比；
△
t小于预设温度时，增加功率开关管占空比。
26.温度传感器用于检测mos管，sic二极管的温度状态，在本实施例中，温度传感器检测mos管q1、q2，sic二极管d1、d2的温度状态。温度传感器的安装位置可以是集成在功率模块里的，也可以是外置，在此不作限定。本发明使用的是内置的温度传感器。
27.预设温度可以根据实际需要设置，本发明并不限定具体值。
28.本发明增加了温度传感器、控制单元，温度传感器检测mos管的温度，通过调整功率开关管的占空比来平衡功率模块的温度；若检测到
△
t小于预设温度，则说明sic二极管的温度过高，因此通过增加mos开关管的占空比，mos开关管的压降小于sic二极管的压降，因此大部分续流电流从mos管流过，间接降低了sic二极管温度，通过sic二极管的电流减小，因此还降低了sic二极管的功耗；若检测到
△
t大于预设温度，则说明mos开关管的温度过高，因此通过降低mos开关管的占空比，减少mos开关管的开通，进而达到降低mos开关管温度的效果。
29.本发明通过使用这种控制方法使得整个功率模块工作在温度最优的状态。
30.sic二极管无反向恢复损耗或反向恢复损耗极小，因此通过外接sic二极管的设置，可以有效降低功率开关管的反向恢复损耗。功率控制模块常用于半桥电路、全桥电路中；也可以是三个半桥连接形成的。
31.第二实施例：利用上述电路原理，还可以在全桥电路、三相六开关等电路中的应用此功率控制模块。图4是全桥整流电路中检测单元检测电压极性的电路示意图，如图4所示，检测单元检测电压的极性，检测单元可以作为电压比较器，当“ ”输入端的电压高于
“‑”
输入端的电压时，开关管q1工作在续流状态；当“ ”输入端的电压低于
“‑”
输入端的电压时，开关管q2工作在续流状态。
32.另一方面，该模块既可以直接应用于大功率电路中，也可以集成为功率模块使用，比如集成在铝基板模块中。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。